摘 要：機(jī)械零部件可靠性受多種因素影響，如設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸以及使用等，各環(huán)節(jié)間相互聯(lián)系，在對(duì)其可靠性進(jìn)行研究時(shí)，就需要做好各因素的綜合分析。其中機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)形式、尺寸、材料以及加工處理等均可以在設(shè)計(jì)階段體現(xiàn)出，需要確定研究要點(diǎn)。本文就機(jī)械零部件可靠性影響因素以及可靠性研究費(fèi)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械零部件；可靠性設(shè)計(jì)；模糊計(jì)算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.028

0 引言

機(jī)械零部件在加工制作階段，受材料、工藝等因素限制，會(huì)降低產(chǎn)品疲勞強(qiáng)度，縮短零部件使用壽命?；诳煽啃裕瑢?duì)機(jī)械零部件進(jìn)行分析，分析各項(xiàng)影響因素，并選擇合適的方法進(jìn)行研究，計(jì)算出其可靠性數(shù)值，掌握不同因素對(duì)零部件設(shè)計(jì)結(jié)果的影響，確定工藝優(yōu)化方向，最大程度上減少各項(xiàng)因素對(duì)零部件可靠性的影響，降低后期應(yīng)用中出現(xiàn)的失效問(wèn)題，提高零部件加工與應(yīng)用綜合效果。

1 機(jī)械零部件可靠性影響因素分析

1.1 加工精度

對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，需要將應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論作為基礎(chǔ)進(jìn)行分析，其中通過(guò)應(yīng)力極限狀態(tài)來(lái)表示狀態(tài)方程：g（X）=r-σ，其中r表示材料強(qiáng)度；σ表示應(yīng)力；X表示隨機(jī)變量向量。其中，g（X）≤0，即零部件為失效狀態(tài)；g（X）≥0，即零部件為安全狀態(tài)[1]。此種可靠性分析模型，可被用于時(shí)間變化時(shí)，零部件強(qiáng)度與應(yīng)力不變，或者變化較小的情況。如果將強(qiáng)度與應(yīng)力作為隨機(jī)變量進(jìn)行研究，便可以利用可靠性指標(biāo)與可靠性設(shè)計(jì)得出：

通過(guò)可靠性指標(biāo)來(lái)衡量得到零部件可靠性，同時(shí)向量X服從正太分布時(shí)，可以利用失敗點(diǎn)處狀態(tài)表面切平面來(lái)表示極限狀態(tài)表面，便可進(jìn)一步得到可靠性一階估計(jì)值：

R=Φ（β）

機(jī)械零部件可靠性分析，加工制作工藝與材料不變，且可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到強(qiáng)度數(shù)學(xué)期望與標(biāo)準(zhǔn)差，而應(yīng)力數(shù)學(xué)期望與標(biāo)準(zhǔn)差則可以通過(guò)零部件尺寸與荷載確定。如果機(jī)械零部件加工精度不同，數(shù)學(xué)期望為定值，標(biāo)準(zhǔn)差則隨精度的變動(dòng)而變動(dòng)，值大小為零部件精度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值1/6，即可以通過(guò)6σ原則來(lái)分析加工精度對(duì)零部件可靠性的影響[2]。

其中，σd表示部件尺寸；Td表示標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)數(shù)值。

1.2 加工工藝

對(duì)于材料相同的機(jī)械零部件，所選擇的加工工藝不同，最終其材料性能與疲勞強(qiáng)度也存在一定差異。對(duì)加工工藝影響機(jī)械零部件可靠性的分析，以磨削-拋光加工、超聲波加工、金剛石鋸片切割加工等對(duì)Al2O2/TiC材料處理效果為例，對(duì)不同加工工藝可靠度影響進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

如表1數(shù)據(jù)所示，選擇不同加工工藝對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行處理，最終對(duì)零部件可靠性影響存在較大差異。其中，磨削-拋光工藝加工試樣表面硬度比較高，加工后其抗彎強(qiáng)度與可靠性最高。電火花加工零部件硬度較低，且部件抗彎強(qiáng)度與可靠性性最低。

2 機(jī)械零部件可靠性研究方法分析

2.1 概率分析法

（1）精確解析法。即以概率論為依據(jù)，直接對(duì)零部件可靠性進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)應(yīng)力r與強(qiáng)度s呈現(xiàn)獨(dú)立正態(tài)分布，則零部件可靠度R可用公式計(jì)算：

R=P（s-r>0）=Φ（β）

其中，Φ（β）表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)函數(shù)；β表示可靠性指標(biāo)；ur、us與σr、σs分別表示應(yīng)力、強(qiáng)度的均值與均方差。

（2）一次二階矩法。即將結(jié)構(gòu)功能函數(shù)為對(duì)象的一次函數(shù)，且以變量一階矩與二階矩為概率特征對(duì)機(jī)械零部件可靠性進(jìn)行計(jì)算。本文所研究一次二階矩法中的“一次”為非線性功能函數(shù)按泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)僅取一次項(xiàng)，“二階”為需要用到隨機(jī)變量的均值與標(biāo)準(zhǔn)差，且不對(duì)其分布特征進(jìn)行研究[3]。此種研究方法在實(shí)際應(yīng)用中更為簡(jiǎn)單，常用有驗(yàn)算點(diǎn)法、中心點(diǎn)法等，一般被應(yīng)用于線性程度不高，并且隨機(jī)變量服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正太分布的情況。

2.2 模糊方法分析

在對(duì)機(jī)械零部件可靠性進(jìn)行分析時(shí)，要明確零部件的失效存在模糊性，則可以利用模糊數(shù)學(xué)與可靠性理論進(jìn)行分析。應(yīng)以模糊方法對(duì)零部件可靠性進(jìn)行分析，即將零部件不發(fā)生失效看做模糊事件，利用公式來(lái)對(duì)其可靠度R進(jìn)行分析：

其中，f（x）表示隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)；u（x）表示模糊事件隸屬函數(shù)。利用此公式對(duì)機(jī)械零部件可靠性進(jìn)行計(jì)算，重點(diǎn)需要確定隸屬函數(shù)值。隸屬函數(shù)一般為分段函數(shù)，機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)常用隸屬函數(shù)為降半梯形、降半矩形以及降半正態(tài)隸屬函數(shù)。對(duì)于隸屬函數(shù)的確定，也可以通過(guò)模糊計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如常用逐級(jí)估量法，確定函數(shù)分布參數(shù)。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)機(jī)械零部件可靠性進(jìn)行分析，需要結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)各項(xiàng)影響因素進(jìn)行簡(jiǎn)要研究，掌握不同因素變動(dòng)對(duì)零部件可靠性的影響。選擇合適的可靠性計(jì)算方法，來(lái)確定機(jī)械零部件可靠度，然后對(duì)其進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中存在的保守性以及不合理性進(jìn)行優(yōu)化，減少零部件在服務(wù)壽命中出現(xiàn)的失效次數(shù)，提高零部件使用有效性，在根本上來(lái)提高其加工綜合效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾慶虎.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵零部件故障預(yù)測(cè)技術(shù)研究[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2010.

[2]王新剛.機(jī)械零部件時(shí)變可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)若干問(wèn)題的研究[D].東北大學(xué)，2009.

[3]杜彥斌，李聰波.機(jī)械裝備再制造可靠性研究現(xiàn)狀及展望[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2014（11）：2643-2651.

作者簡(jiǎn)介：薄美云（1972-），女，內(nèi)蒙古人，碩士，高級(jí)講師，研究方向：機(jī)械制造技術(shù)、金屬材料。