机械零件可靠性设计

浅谈机械零件可靠性设计

摘要：机械零件可靠性设计是指在产品的研发阶段利用实际计算的数学模型和方法来测算出机械零件在特定环境下的工作承受能力范围和使用的周期。在机械零件的设计过程中，运用可靠的理论知识和当代的理论现状去对机械设计进行深入的研究和分析，来测定机械零件的质量在一定的工作环境下工作能力使用的情况和机械零件使用的周期。

关键词：机械产品发展现状历史未来的方向

中图分类号：th13

可靠性设计是系统总体工程设计的重要组成部分，是为了保证系统的稳定可靠而进行的一系列分析与设计技术。在科技发展快速的今天，可靠性已经成为一个与国民经济和国防科技密切相关的学科。可靠性的发展最先始于上个世纪初，可以说，是一战和二战期间诞生的一种新理论，在诞生的初期，主要对工业生产中工业零件的制造和设计，尽力使零件的可靠性符合实际的目标和实际工作的需要。

一、研究历史

可靠性设计的研究起始于20世纪初。在二十世纪初期，概率论和数理统计学的逐步成熟，并且能够应用于实际，在结构安全度的领域内进行分析，这标志着结构可靠性理论研究的初步开始。在二十世纪的四十年代，机械理论可靠性在实际领域有了长足的发展。随着社会的进步和数学理论的不断进化和发展，到目前为止，已经

到了非常成熟的阶段，尤其是在许多国家的结构设计规范研究领域中的应用。对于机械可靠性理论的初期，要从20世纪初开始。1926年到1927年期间，德国的学者迈耶斯提出了随机变量均值和方差的设计方法。而量化指标是衡量产品可靠性的标志是在1930年英国《适航性统计学注释》一书中首次提出的。在书中，首次运用概率论的观点来计算飞机事故的极限值。在二战结束阶段，德国的火箭专家运用概率乘积的定义，将总系统可靠度看成是各子系统可靠度的乘积，进而算出火箭诱导装置的可靠度，这是历史上第一次对产品的可靠性做出了定量表达。20世纪是可靠性理论从发展到成熟的阶段，许多科学家、学者不断的总结经验，在真实、精确的大量有效数据上进行研究和探索，逐渐将可靠性理论从空白发展至趋于成熟。经过近百年的发展，理论进入完善期，机械产品的生产越来越复杂，大型的、精密的高科技仪器也不断的面世；另一方面，各种灾难性事故的发生却越来越频繁。至此，不可靠性的惨重代价进一步促使各国学者对于可靠性理论的研究。现在，可靠性稳健设计以及可靠性鲁棒设计已成为一种发展趋势，可靠性理论的发展得到了飞速的发展，各国学者对于可靠性理论的研究也有了更高的重视。可靠性设计在未来的科技和灾难预警中的地位定会越来越突出。

二、研究现状

在现代社会中，概率计算方法论逐渐成为人们在设计和生产中必不可少的理论工具。随着科学技术的不断发展，人们在实践中逐渐

发现，除了不确定性因素之外，还存在着另一种模糊因素信息。使用传统的概率计算方式虽然对于模糊性的预测可以成立，但是计算量比较大。近年来，经过不断的理论研究表明，概率可靠性的数据对于概率模型的关系比较密切。换句话说，概率模型是概率可靠性的数据基础，数据中的一个小误差就会使得计算过程中出现很大的变数。因此，在实际的操作中，必须同时考虑随机性和模糊性。在一直以来的研究中，不同的学者提出了不同的见解和方法，如zadeh 提出的模糊概率计算公式，haim提出采用非概率的可靠性概念，采用凸集合模型描述，经过分析可得出输出的变化范围，将此变化范围与要求的变化范围进行比较可得到安全程度的度量指标。总之，所有的可靠性设计研究都在以不同的方式得到更加精确更加完善

的方法，来计算零件、设备在实际生产使用过程中的可靠性。可靠性设计的精确性和先进性是建立在一定的数据基础之上的，比如应力、强度、寿命等数据，而且这些数据必须是真实的、精确的。所以，在通过强大、真实的数据进行研究之后，可靠性设计的研究是有据可依，有其存在的意义。

三、未来的发展趋势

对于当前的机械设计行业，如何提高产品的质量、缩短制造周期、改进设计技术、完善设计理论是最重要的，而这些都与可靠性有着密切的关系。可靠性的分析和计算发展的也比较成熟。目前，可靠性设计的发展方向主要体现在以下几个方面。

3.1优化方面

在未来的发展和试验方面，可靠性的优化设计是比较重要的一个方面。可靠性优化设计是在可靠性的基础上进行优化设计，即能定量地满足产品在运行中的可靠性，又可以使产品某些重要的参数符合生产的标准，从而保证结构的预测工作性能与实际工作性能更符合。

3.2灵敏度方面

可靠性灵敏度设计可以充分反映出各设计参数对产品或系统工作失效性影响的不同程度，即敏感性；便于找出哪些参数在产品正常生产设计中影响较大。从而进行重新设计和规划。灵敏度的发展能够使人们在实际操作和预测中更加的精确。比较明显的判断出机械零件在某些方面的缺陷，进而改正。灵敏度的可靠性是产品质量好坏的重要保证之一，只有充分进行对灵敏度的计算，才能精确的研究出产品的优劣，完善设计结构和材料。

3.3稳健性设计

稳健性对于机械产品的设计具有极其重要的作用和意义。稳健性设计能使机械的性能更加稳定可靠，不受制造期间的变化或使用环境的不同的影响和干涉，并使产品在其寿命周期内，不管其参数、结构发生变化或零件的小范围内老化，都能持续可靠的工作和使用，从而提高产品的质量、降低使用过程中的不确定因素的风险。所谓的稳健性，就是保证机械在受到外部环境的影响时，自身的抗影响能力的大小，对于机械零件，稳健性是十分重要的，稳健性不但可以提高机械的使用寿命同时可以降低在实际环境中的事故。

3.4可靠性实验

在现在的可靠性研究中，虽然可靠性的理论已经有比较重大的发展和突破，但是可靠性实验却不是很成熟。在生产过程中，经常使用的实验方式有：高温箱、低温箱、震动、加电等等。可靠性实验的目的是为了发现产品在设计、用材、加工工艺方面的各种不足，改善产品的生产质量，提高产品在生产过程中的成功率；并且能够减少产品在使用过程中的维修次数，节约维修费用。确认产品是否符合可靠性定量的要求。

3.5传统的设计方法和可靠性设计相结合

可靠性设计方法一方面缺少基础数据，另一方面缺少对产品结构的研究，传统的安全系数法虽然存在一些方面的不足，但是有很多优点，比如图像比较直观，操作和计算都比较简单，而且在人力操作过程中涉及的工作量小。在一些外部情况或因素都非常复杂的时候也可以保证机械零件的可靠性。所以，传统的设计方法和可靠性设计的有机结合，有助于提高工作效率，提高可靠性设计的准确性，缩减工作量。同时可以减少在设计和规划方面的经费。

总结：

可靠性设计的研究是对产品的一种特殊的衡量标准，可以看做是产品的一种动态质量。它存在于产品从初始阶段的开发、设计、实验到最后的投入使用。可靠性设计研究的发展有一个比较广阔的前景，企业的生产对于可靠性研究的知识掌握的越多，就越能生产出比较精确和准确的产品。产品的质量和使用周期就能够得到进一步