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機械可靠性設計幾點設計方法
閱讀：1176 發(fā)布時間：2008-11-6
機械可靠性設計由于產(chǎn)品的不同和構成的差異，可以采用的可靠性設計方法有：
1.預防故障設計
機械產(chǎn)品一般屬于串統(tǒng).要提高整機可靠性,首先應從零部件的嚴格選擇和控制做起。例如，優(yōu)先選用標準件和通用件；選用經(jīng)過使用分析驗證的可靠的零部件；嚴格按標準的選擇及對外購件的控制；充分運用故障分析的成果，采用成熟的經(jīng)驗或經(jīng)分析試驗驗證后的方案。
2.簡化設計
在滿足預定功能的情況下，機械設計應力求簡單、零部件的數(shù)量應盡可能減少，越簡單越可靠是可靠性設計的一個基本原則，是減少故障提高可靠性的zui有效方法。但不能因為減少零件而使其它零件執(zhí)行超常功能或在高應力的條件下工作。否則，簡化設計將達不到提高可靠性的目的。
3.降額設計和安全裕度設計
降額設計是使零部件的使用應力低于其額定應力的一種設計方法。降額設計可以通過降低零件承受的應力或提高零件的強度的辦法來實現(xiàn)。工程經(jīng)驗證明，大多數(shù)機械零件在低于額定承載應力條件下工作時，其故障率較低，可靠性較高。為了找到*降額值，需做大量的試驗研究。當機械零部件的載荷應力以及承受這些應力的具體零部件的強度在某一范圍內(nèi)呈不確定分布時，可以采用提高平均強度（如通過大加安全系數(shù)實現(xiàn)）、降低平均應力，減少應力變化（如通過對使用條件的限制實現(xiàn)）和減少強度變化（如合理選擇工藝方法，嚴格控制整個加工過程，或通過檢驗或試驗剔除不合格的零件）等方法來提高可靠性。對于涉及安全的重要零部件，還可以采用極限設計方法，以保證其在zui惡劣的極限狀態(tài)下也不會發(fā)生故障。
4.余度設計
余度設計是對完成規(guī)定功能設置重復的結構、備件等，以備局部發(fā)生失效時，整機或系統(tǒng)仍不致于發(fā)生喪失規(guī)定功能的設計。當某部分可靠性要求很高，但目前的技術水平很難滿足，比如采用降額設計、簡化設計等可靠性設計方沙土，還不能達到可靠性要求，或者提高零部件可靠性的改進費用比重復配置還高時，余度技術可能成為叭一或較好的一種設計方法，例如采用雙泵或雙發(fā)動機配置的機械系統(tǒng)，但應該注意，余度設計往往使整機的體積、重量、費用均相應增加。余度設計提高了機械系統(tǒng)的任務可靠度，但基本可靠性相應降低了，因此采用余度設計時要慎重。
5.耐環(huán)境設計
耐環(huán)境設計是在設計時就考慮產(chǎn)品在整個壽命周期內(nèi)可能遇到的各種環(huán)境影響，例如裝配、運輸時的沖擊，振動影響，貯存時的溫度、濕度、霉菌等影響，使用時的氣候、沙塵振動等影響。因此，必須慎重選擇設計方案，采取必要的保護措施，減少或消除有害環(huán)境的影響。具體地講，可以從認識環(huán)境、控制環(huán)境和適應環(huán)境三方面加以考慮。認識環(huán)境指的是：不應只注意產(chǎn)品的工作環(huán)境和維修環(huán)境，還應了解產(chǎn)品的安裝、貯存、運輸?shù)沫h(huán)境。在設計和試驗過程中必須同時考慮單一環(huán)境和組合環(huán)境兩種環(huán)境條件；不應只關心產(chǎn)品所處的自然環(huán)境，還要考慮使用過程所誘發(fā)出的環(huán)境。控制環(huán)境指的是：在條件允許時，應在小范圍內(nèi)為所設計的零部件創(chuàng)造一個良好的工作環(huán)境條件，或人為地改變對產(chǎn)品可靠性不利的環(huán)境因素。適應環(huán)境指的是：在無法對所有環(huán)境條件進行人為控制時，在設計方案、材料選擇、表面處理、涂層防護等方面采取措施，以提高機械零部件本身耐環(huán)境的能力。
6.人機工程設計
人機工程設計的目的是為減少使用中人的差錯，發(fā)揮人和機器各自的特點以提高機械產(chǎn)品的可靠性。當然，人為差錯除了人自身的原因外，操縱臺、控制及操縱環(huán)境等也與人的誤操作有密切的關系。因此，人機工程設計是要保證系統(tǒng)向人傳達的住處的可靠性。例如，指示系統(tǒng)不僅顯示器靠，而且顯示的方式、顯示器的配置等都使人易于無誤地接受；二是控制、操縱系統(tǒng)可靠，不僅儀器及機械有滿意的精度，而且適于人的使用習慣，便于識別操作，不易出錯，與安全有關的，更應有防誤操作設計；三是設計的操作環(huán)境盡量適合于人的工作需要，減少引起疲勞、干擾操作的因素，如溫度、濕度、氣壓、光線、色彩、噪聲、振動、沙塵、空間等。
7.健壯性設計
健壯性設計zui有代表性的方法是日本田口玄一博士創(chuàng)立的田口方法，即所謂的一個產(chǎn)品的設計應由系統(tǒng)設計、參數(shù)設計和容差設計的三次設計來完成，這是一種在設計過程中充分考虛影響其可靠性的內(nèi)外干擾而進行的一種優(yōu)化設計。這種方法已被美國*制定的RM2000年中作為一種抗變異設計以及提高可靠性的有效方法。
8.概率設計法
概率設計法是以應力一強度干涉理論著基礎的，應力一強度干涉理論將應力和強度作為服從一定分布的隨機變量處理。
9.權衡設計
權衡設計是指在可靠性、維修性、安全性、功能重量、體積、成本等之間進行綜合權衡，以求得*的結果。
10.模擬方法設計
隨著計算機技術的發(fā)展，模擬方法日趨完善，它不但可用于機械零件的可靠性定量設計，也可用于系統(tǒng)級的可靠性定量設計。
當然，機械可靠性設計的方法絕不能離開傳統(tǒng)的機械設計和其它的一些優(yōu)化設計方法，如機械計算機輔助設計、有限元分析等。
1.預防故障設計
機械產(chǎn)品一般屬于串統(tǒng).要提高整機可靠性,首先應從零部件的嚴格選擇和控制做起。例如，優(yōu)先選用標準件和通用件；選用經(jīng)過使用分析驗證的可靠的零部件；嚴格按標準的選擇及對外購件的控制；充分運用故障分析的成果，采用成熟的經(jīng)驗或經(jīng)分析試驗驗證后的方案。
2.簡化設計
在滿足預定功能的情況下，機械設計應力求簡單、零部件的數(shù)量應盡可能減少，越簡單越可靠是可靠性設計的一個基本原則，是減少故障提高可靠性的zui有效方法。但不能因為減少零件而使其它零件執(zhí)行超常功能或在高應力的條件下工作。否則，簡化設計將達不到提高可靠性的目的。
3.降額設計和安全裕度設計
降額設計是使零部件的使用應力低于其額定應力的一種設計方法。降額設計可以通過降低零件承受的應力或提高零件的強度的辦法來實現(xiàn)。工程經(jīng)驗證明，大多數(shù)機械零件在低于額定承載應力條件下工作時，其故障率較低，可靠性較高。為了找到*降額值，需做大量的試驗研究。當機械零部件的載荷應力以及承受這些應力的具體零部件的強度在某一范圍內(nèi)呈不確定分布時，可以采用提高平均強度（如通過大加安全系數(shù)實現(xiàn)）、降低平均應力，減少應力變化（如通過對使用條件的限制實現(xiàn)）和減少強度變化（如合理選擇工藝方法，嚴格控制整個加工過程，或通過檢驗或試驗剔除不合格的零件）等方法來提高可靠性。對于涉及安全的重要零部件，還可以采用極限設計方法，以保證其在zui惡劣的極限狀態(tài)下也不會發(fā)生故障。
4.余度設計
余度設計是對完成規(guī)定功能設置重復的結構、備件等，以備局部發(fā)生失效時，整機或系統(tǒng)仍不致于發(fā)生喪失規(guī)定功能的設計。當某部分可靠性要求很高，但目前的技術水平很難滿足，比如采用降額設計、簡化設計等可靠性設計方沙土，還不能達到可靠性要求，或者提高零部件可靠性的改進費用比重復配置還高時，余度技術可能成為叭一或較好的一種設計方法，例如采用雙泵或雙發(fā)動機配置的機械系統(tǒng)，但應該注意，余度設計往往使整機的體積、重量、費用均相應增加。余度設計提高了機械系統(tǒng)的任務可靠度，但基本可靠性相應降低了，因此采用余度設計時要慎重。
5.耐環(huán)境設計
耐環(huán)境設計是在設計時就考慮產(chǎn)品在整個壽命周期內(nèi)可能遇到的各種環(huán)境影響，例如裝配、運輸時的沖擊，振動影響，貯存時的溫度、濕度、霉菌等影響，使用時的氣候、沙塵振動等影響。因此，必須慎重選擇設計方案，采取必要的保護措施，減少或消除有害環(huán)境的影響。具體地講，可以從認識環(huán)境、控制環(huán)境和適應環(huán)境三方面加以考慮。認識環(huán)境指的是：不應只注意產(chǎn)品的工作環(huán)境和維修環(huán)境，還應了解產(chǎn)品的安裝、貯存、運輸?shù)沫h(huán)境。在設計和試驗過程中必須同時考慮單一環(huán)境和組合環(huán)境兩種環(huán)境條件；不應只關心產(chǎn)品所處的自然環(huán)境，還要考慮使用過程所誘發(fā)出的環(huán)境。控制環(huán)境指的是：在條件允許時，應在小范圍內(nèi)為所設計的零部件創(chuàng)造一個良好的工作環(huán)境條件，或人為地改變對產(chǎn)品可靠性不利的環(huán)境因素。適應環(huán)境指的是：在無法對所有環(huán)境條件進行人為控制時，在設計方案、材料選擇、表面處理、涂層防護等方面采取措施，以提高機械零部件本身耐環(huán)境的能力。
6.人機工程設計
人機工程設計的目的是為減少使用中人的差錯，發(fā)揮人和機器各自的特點以提高機械產(chǎn)品的可靠性。當然，人為差錯除了人自身的原因外，操縱臺、控制及操縱環(huán)境等也與人的誤操作有密切的關系。因此，人機工程設計是要保證系統(tǒng)向人傳達的住處的可靠性。例如，指示系統(tǒng)不僅顯示器靠，而且顯示的方式、顯示器的配置等都使人易于無誤地接受；二是控制、操縱系統(tǒng)可靠，不僅儀器及機械有滿意的精度，而且適于人的使用習慣，便于識別操作，不易出錯，與安全有關的，更應有防誤操作設計；三是設計的操作環(huán)境盡量適合于人的工作需要，減少引起疲勞、干擾操作的因素，如溫度、濕度、氣壓、光線、色彩、噪聲、振動、沙塵、空間等。
7.健壯性設計
健壯性設計zui有代表性的方法是日本田口玄一博士創(chuàng)立的田口方法，即所謂的一個產(chǎn)品的設計應由系統(tǒng)設計、參數(shù)設計和容差設計的三次設計來完成，這是一種在設計過程中充分考虛影響其可靠性的內(nèi)外干擾而進行的一種優(yōu)化設計。這種方法已被美國*制定的RM2000年中作為一種抗變異設計以及提高可靠性的有效方法。
8.概率設計法
概率設計法是以應力一強度干涉理論著基礎的，應力一強度干涉理論將應力和強度作為服從一定分布的隨機變量處理。
9.權衡設計
權衡設計是指在可靠性、維修性、安全性、功能重量、體積、成本等之間進行綜合權衡，以求得*的結果。
10.模擬方法設計
隨著計算機技術的發(fā)展，模擬方法日趨完善，它不但可用于機械零件的可靠性定量設計，也可用于系統(tǒng)級的可靠性定量設計。
當然，機械可靠性設計的方法絕不能離開傳統(tǒng)的機械設計和其它的一些優(yōu)化設計方法，如機械計算機輔助設計、有限元分析等。