摘要：机械系统的可靠性是指在规定的时间和条件下，系统完成规定任务的能力。质量优异的机械产品应具备可靠性高、满足性能多和维修性强等各项指标，其中可靠性是影响产品效能能否发挥的最直接因素。
关键词：机械零件；可靠性；设计；现状；方法
1.前言
机械零部件在加工制作阶段，受材料、工艺等因素限制，会降低产品疲劳强度，缩短零部件使用寿命。
2.机械零部件可靠性设计的发展
传统的机械零部件设计中采用的载荷和材料性能等数据是取其平均值，没有考虑这些数据的分散性；同时，为了保证可靠性，往往对计算载荷和选用的强度等分别乘以各种安全系数，既增加了制造成本，又不足以保证其可靠性的提高。随着对机械破坏机理认识的日趋深化，对机械故障资料的日积月累，以及概率与统计论在机械零部件的应力与强度分析方面的应用等，为机械零部件的可靠性设计提供了理论基础和实践经验。于是，在传统设计方法的基础上，结合可靠性分析理论和数学规划方法，机械零部件可靠性设计方法得到越来越广泛的应用。不同于用安全系数来保证零部件可靠性的传统设计方法，机械零部件可靠性设计方法采用可靠度或其他可靠性指标来保证其可靠性，对失效可能性的认识和估计都比较合理；因此，国内外越来越多的学者积极投入到对其的研究之中。在过去的几十年中，概率论在机械零部件可靠性设计方面的运用获得了巨大成功，概率可靠性方法成为处理不确定性的最为普遍的方法。
随着科学技术的发展，人们逐渐认识到工程中除了随机性以外，还存在着另一类重要信息———模糊信息。模糊可靠性设计方法就是在可靠性设计过程中，运用模糊数学处理模糊信息，使计算得到的零部件可靠度结果更符合实际情况。实际上，由于受微观组织不均匀性等内在分散性和载荷历程工作环境等外在分散性的影响，实际工程结构的应力响应表现出很强的随机性；因此，考虑这些随机因素影响的结构可靠性设计很有必要。近年来，国内外很多研究者相继把随机有限元引入到结构可靠性领域中，形成了随机有限元法模型。
3.机械零部件可靠性优化设计现状
目前,主要使用可靠性优化设计方法还是传统的设计方法。这种方法在设计机械零件时,一般都将零件的强度、应力和安全系数都是当作是单值的,将安全系数与根据实际使用经验规定的某一数值相比较,如果前者大于后者,就说明零件是安全的。但是由于没有考虑到各参数的随机性,把各个设计参数看成是单一的确定值,因此并不能预测零部件可靠运行的概率,很难与客观实际的最优化方案相符,设计人员也不好把握其设计产品的可靠性。以概率论和数理统计等作为工具的可靠性设计方法,避开了主观的人为因素在设计过程中的影响,外界条件变化得到了从整体上的把握,设计结果更贴近客观情况。可靠性设计广泛应用在机械零部件可靠性设计的各种问题中,更科学地解决了许多繁琐的传统设计方法有心无力的问题。
4.机械零部件可靠性设计分析
4.1可靠性优化设计
可靠性优化设计是指以保证机械零部件原有可靠性为首要条件，根据其工作环境以及多方面情况，对机械零部件的结构进行调整，优化其使用性能，实现更加理想的应用效果，在规定的工作环境中能够发挥更大的应用功效。在对可靠性进行优化的时候，要利用数学知识构建数学模型，以零部件强度、刚度等性能设计标准为约束条件，利用函数知识对模型进行计算、分析，得出与机械零部件相关的各种数据值，以此作为设计依据对可靠性设计方案进行调整，实现可靠性优化设计。
4.2可靠性灵敏度设计
可靠性灵敏度设计是可靠性设计中的重要组成部分，在进行可靠性灵敏度设计的时候，首先要找出机械零部件反应最为剧烈的影响因素，对这些影响因素所造成的影响效果进行评估，调整灵敏参数，降低或者消除机械零部件对这些灵敏参数的响应。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在这个过程中要用到极限函数对设计参数进行求导，在利用相关数据与公式得出敏感参数具体数值，为灵敏度的设置提供更加准确、可靠的参考，将机械零部件的灵敏度对其可靠性的影响降到最低。
4.3可靠性稳健设计
通过可靠性稳健设计，能减小外界变化对低机械零部件可靠性的影响，即使是零部件发生变化，仍然能够正常工作，保证机械不会出现故障问题。因为机械零部件在投入使用后，会有很多不确定因素对其工作性能造成影响，通过降低零部件对这些因素的敏感程度，能够使其处于相对稳定的工作状态，不会因外界因素的影响而失效，能够继续发挥其作用。
4.4可靠性试验
在完成可靠性设计之后，需要进行试验，得出机械零部件工作状态下的各项运行数据，根据数据的反馈情况，检验机械零部件是否满足使用要求，找出其中存在的不足并加以调整和改善，提高零部件的生产质量，延长其使用寿命，减少维修情况。对试验过程中遇到的故障问题进行分析、研究，制定针对性的有效措施加以解决，杜绝实际使用过程中类似现象的发生。当机械零部件的设计方案出现变更的时候，需要重新试验，为了减少试验成本，提高试验效率，可以利用计算机软件进行模拟试验，也能实现良好的试验效果。
5.机械零部件可靠性设计方法
机械零部件可靠性的设计不仅需要的是与时俱进、把脉时代的创新精神,更需要把握零部件质量保证和可靠性优化设计的科学方法。机械零部件可靠性设计是基于传统机械设计以及其他的优化设计方法进行的,由于机械产品有着千差万别的功能和结构相异之处,因此,机械零部件可靠性的设计方法以及优化方式的选择需要因地制宜。
5.1权衡与耐环境设计
权衡设计是对可靠性、质量、体积、成本等要素进行综合衡量后,制定出最佳方案的设计方法。耐环境设计也是进行综合考虑的一种优化设计方式,从机械零部件生产之初,就将零部件在整个寿命周期内可能遭遇的各种环境影响考虑在内,包括运输的碰撞、空气干湿程度对备的作用、设备保养合理程度等,通过对这些环境因素的分析,在零部件生产用料和生产技艺上加以优化,从而进行保护和保证零部件自身乃至机械设备的可靠性。
5.2预防故障设计法
机械设备的运作是整体性运作,处于完整的串联式系统中。实现“整体功能大于部分功能之和”的目标,优化机械设备的可靠性,首先需要优化零部件的可靠性。机械设备的零部件需要进行严格的选择和控制,对外购件需要严格把控,标准件和通用件要优先选用。选用之前要对零部件进行分析验证,最大程度利用故障分析成果,以成熟的经验和经过分析验证证实的方案。
5.3简化与余度设计
简化设计指的是在满足特定功能的条件下,设计应该合理简化,如零部件的数量尽量避免冗余。所谓“多个香炉多只鬼”,越复杂越容易出现错误和故障,可靠性的优化就更无从谈起了。这不仅是可靠性优化设计的一个基本原则,也是避开故障、提高可靠性的最有效方式。简化意味着减少不必要的部分,而并非依靠少部分超负荷承担大部分的工作,零部件的简化需要从整体着眼,仔细分析零部件的组合与配合的最佳方式。余度设计则是从整体入手,类似于计算机中的备份功能。
5.4概率设计法
将应力一强度干涉理论作为基础原理支撑,把应力和强度作为服从一定分布的随机变量处理。
6.结束语
综上所述，机械零部件可靠性设计避免了设计的保守性和不合理性，同时使所设计的零部件在整个寿命周期内失效次数减少，从而提高了零部件以及设备的工作效率，维修费用也因此降低。
参考文献
[1]鱼永平.机械系统可靠性设计及分析[J].设计与分析,2016（18）：30
[2]邓兴贵.现代机械系统可靠性设计探讨[J].机械研究与应用,2017（2）18
论文作者:袁帅
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/12
标签：可靠性论文; 机械零部件论文; 零部件论文; 方法论文; 优化设计论文; 机械论文; 因素论文; 《基层建设》2017年第27期论文;