摘要：可靠性、稳定性是衡量机械产品的重要指标，也是工业生产中机械正常运行的可靠性保障。工业的发达是依靠科技推动的，科技推动工业发展的承载点则表现在机械产品中。因此，在科技高速发展的今天，对于机械产品的可靠性要求变得越来越高，那么在实际工作中要想保障机械产品能够发挥其使用功能，就必须要注重其可靠性设计。
关键词：机械；可靠性；设计方法
1.机械可靠性设计内涵
所谓的机械可靠性，指的是机械系统或产品在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能的能力，是衡量一种机电产品质量的重要指标。机械产品规定功能是可靠性设计的实质，可靠性设计是在保证机械系统的使用功能的前提下，尽量延长其使用功能的存在时间。
如下图1中的单颗粒气溶胶质谱仪，可以直接快速地对单颗粒气溶胶进行实时在线监测，不仅避免了传统离线分析方法中样品前处理的困难，而且可以获得单颗粒粒径、化学成分及其随时间和空间分布变化的信息，为研究大气气溶胶快速变化的物理化学反应过程如气溶胶的形成，迁移和传输、气溶胶的种类识别和PM2.5的在线源解析，以及气溶胶对环境、气候和人体健康的影响等提供重要数据。因此，要想保障单颗粒气溶胶质谱仪功能的正常使用，就必须要保障其机械结构设计的可靠性。
图1 单颗粒气溶胶质谱仪
2.机械可靠性设计特点
2.1种类繁多的机械产品的可靠性要求不一用途不同，机械产品的种类也跟着有很多不同，各不相同的还有其组成结构及运行原理，有的机械产品需要 的零件也比较特殊。当使用条件、零件 以及机械结构等都不同时，肯定会存在不同的可靠性设计要求，其适用的理论或计算方式也不相同。
2.2复杂的使用条件使得基本荷载的确定比较困难在很多情况下，当工况发生变化时，处于工作状态中的机械产品的各个系统、零件所承受的荷载类型和大小也会跟着发生变化，因此必须经过长期的反复的实验，才能够对荷载谱进行确定。但是在实际操作过程中，荷载变化实验不可能长期在每个系统或零件中加以实施，因此在确定机械产品的荷载谱方面，确实存在一定的难度，对进一步的可靠性设计有严重影响。
2.3可靠性设计比较容易受到外部因素影响
设计因素、使用环境、产品的制造过程以及制造工艺水准等都对机械产品的可靠性设计有很大影响，对于这些不确定的外部因素，可靠性设计都需要将其影响充分考虑在内。
3.保障机械可靠性的设计方法
3.1简化设计
在满足预定功能的情况下，机械设计应力求简单、零部件的数量应尽可能减少，或者机械一些零部件的面积应尽可能减少，越简单越可靠是可靠性设计的一个基本原则，是减少故障提高可靠性的最有效方法。但不能因为减少零件而使其它零件执行超常功能或在高应力的条件下工作。否则，简化设计将达不到提高可靠性的目的。如在本人曾参与设计的单颗粒气溶胶质谱仪机械设计中，为了对气溶胶颗粒成分进行快速、准确及全面的分析，本仪器采用双极性、有网反射飞行时间质量分析器。双极性分析器采用Z字型结构，水平放置并垂直于颗粒的入射方向，通过软件（SIMION 7.0）对其进行性能模拟，优化Z-TOF结构及几何尺寸，分析器总体积减小为56.8×32.8×11.8 cm。
3.2降额设计
降额设计是使零部件的使用应力低于其额定应力的一种设计方法。降额设计可以通过降低零件承受的应力或提高零件的强度的办法来实现。工程经验证明，大多数机械零件在低于额定承载应力条件下工作时，其故障率较低，可靠性较高。为了找到最佳降额值，需做大量的试验研究。当机械零部件的载荷应力以及承受这些应力的具体零部件的强度在某一范围内呈不确定分布时，可以采用提高平均强度（如通过大加安全系数实现）、降低平均应力，减少应力变化（如通过对使用条件的限制实现）和减少强度变化（如合理选择工艺方法，严格控制整个加工过程，或通过检验或试验剔除不合格的零件）等方法来提高可靠性。
3.3耐环境设计
耐环境设计是在设计时就考虑产品在整个寿命周期内可能遇到的各种环境影响，例如装配、运输时的冲击，振动影响，贮存时的温度、湿度、霉菌等影响，使用时的气候、沙尘振动等影响。因此，必须慎重选择设计方案，采取必要的保护措施，减少或消除有害环境的影响。具体地讲，可以从认识环境、控制环境和适应环境三方面加以考虑。认识环境指的是：不应只注意产品的工作环境和维修环境，还应了解产品的安装、贮存、运输的环境。在设计和试验过程中必须同时考虑单一环境和组合环境两种环境条件；不应只关心产品所处的自然环境，还要考虑使用过程所诱发出的环境。控制环境指的是：在条件允许时，应在小范围内为所设计的零部件创造一个良好的工作环境条件，或人为地改变对产品可靠性不利的环境因素。适应环境指的是：在无法对所有环境条件进行人为控制时，在设计方案、材料选择、表面处理、涂层防护等方面采取措施，以提高机械零部件本身耐环境的能力。
3.4人机工程设计
人机工程设计的目的是为减少使用中人的差错，发挥人和机器各自的特点以提高机械产品的可靠性。当然，人为差错除了人自身的原因外，操纵台、控制及操纵环境等也与人的误操作有密切的关系。因此，人机工程设计是要保证系统向人传达的住处的可靠性。例如，指示系统不仅显示器靠，而且显示的方式、显示器的配置等都使人易于无误地接受；二是控制、操纵系统可靠，不仅仪器及机械有满意的精度，而且适于人的使用习惯，便于识别操作，不易出错，与安全有关的，更应有防误操作设计；三是设计的操作环境尽量适合于人的工作需要，减少引起疲劳、干扰操作的因素，如温度、湿度、气压、光线、色彩、噪声、振动、沙尘、空间等。
结束语：在当今时代，要想取得机械工业的快速发展，深入研究设计的可靠性技术，改善设计方法，提高设计的效率和效果势在必行。因此，除了上文中所说的通过简化设计、降额设计、耐环境设计和人机工程设计外，还需要运用更先进的技术理论来增强产品在设计上的可靠性，从而达到提升经济效益的效果，这样才能更好的促进它的进步。
参考文献
[1]陈靖.机械可靠性设计的内涵与递进[J].中国机械.2013.
[2]高庆春，孙蕊.机械可靠性设计的内涵与递进[J].科技与生活.2012.
[3]黄正旭，高伟，董俊国，等.实时在线单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪的研制[J].质谱学报，2010.
论文作者:林鸣精
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/10
标签：可靠性论文; 机械论文; 气溶胶论文; 环境论文; 产品论文; 应力论文; 质谱仪论文; 《建筑学研究前沿》2018年第11期论文;