盛浩

摘要：機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)是解決機(jī)械產(chǎn)品可靠性的重大課題。本文研究的目的是在總結(jié)、歸納工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究目前機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中突出的重要技術(shù)問題，為日后工作中遇到的機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，指導(dǎo)型號可靠性工作，提供實(shí)用方法和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)；可靠性；研究方法；應(yīng)用實(shí)例

引 言

隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，人們在對產(chǎn)品的要求也就更高，在對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候，只有不斷的增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性，才能使在數(shù)烈競爭的過程中求得生存和發(fā)展，因此我們必須正視產(chǎn)品可靠性的設(shè)計(jì)。而我國機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)水平與國際先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大的差距，這已成為制約我國機(jī)械工業(yè)迅速發(fā)展的瓶頸，造成企業(yè)開發(fā)的產(chǎn)品質(zhì)量的先天不足，“質(zhì)量第一、質(zhì)量取勝”的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略方計(jì)在機(jī)械產(chǎn)品中難以充分體現(xiàn)。隨著我國加入世界貿(mào)易組織，機(jī)械產(chǎn)品強(qiáng)制認(rèn)證制度的推行，企業(yè)應(yīng)該保證投放市場產(chǎn)品的質(zhì)量，這種激烈競爭的狀況將使政府部門和企業(yè)清醒地認(rèn)識到可靠性工程在機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)過程中的重要性。

一、機(jī)械可靠性研究的發(fā)展

可靠性問題最早是由美國軍用航空郁門提出的，他們首先認(rèn)識到不可靠性的代價(jià)實(shí)在太大。例如，在第二次世界大戰(zhàn)期間，美國空軍由于飛行故障而損失的飛機(jī)達(dá)21000架，比被擊落的多1.5倍。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨復(fù)雜化、大型化、高參數(shù)化，對各種產(chǎn)品的要求越來越高，使產(chǎn)品發(fā)生故障的機(jī)會(huì)增多，其中災(zāi)難性的事故亦時(shí)有發(fā)生。如1985年8月，日航123航班波音美國747客機(jī)墜毀，使520人喪生；1986年1月，“挑戰(zhàn)者”號航天飛機(jī)，因?yàn)榛鸺破鲀?nèi)的橡膠密封圍因溫度低而失效，結(jié)果引起航天飛機(jī)爆炸，造成了7名宇航員全部遇難和重大的經(jīng)濟(jì)損失。各種故障和失效不僅威脅若航空工業(yè)，也給造船、橋梁、交通運(yùn)輸、動(dòng)力機(jī)械、化工機(jī)械、工程機(jī)械等造成威脅。至于機(jī)械中的曲軸、連桿、齒輪、軸承及焊鉚接件等的損壞事故就更無法統(tǒng)計(jì)了。

近50年來，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，出現(xiàn)了不少現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)的科學(xué)研究。現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等在理論上和方法上都達(dá)到了一定的水平，并在應(yīng)用中取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。它們的出現(xiàn)，對整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科和機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)踐都產(chǎn)生了十分深刻的影響，使過去許多難以解決的設(shè)計(jì)問題獲得了重大突破?？梢哉f它們正在引起機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域里的一場重大變革，正在受到人們?nèi)找鎻V泛的重視。隨著世界科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)工作也出現(xiàn)了嶄新的局面，大大提高了設(shè)計(jì)水平與速度，特別是對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用條件要求高的產(chǎn)品，改變了設(shè)計(jì)難度大而不能設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)的質(zhì)量低、周期長的狀況。

二、機(jī)械可靠性概述

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的定義，可靠性是指“產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的使用條件下，完成規(guī)定功能的能力或性質(zhì)”。

（一）理論研究方面

在理論研究方面，機(jī)械可靠性屬于邊緣性學(xué)科，然而其本身內(nèi)涵相當(dāng)豐富，所涉及到的學(xué)科和專業(yè)比較廣。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法是在常規(guī)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種全新的設(shè)計(jì)方法，它將可靠性分析理論與數(shù)學(xué)相關(guān)方法有機(jī)地結(jié)合在一起，運(yùn)用最優(yōu)化方法得到在概率意義下的最佳設(shè)計(jì)的一種數(shù)值計(jì)算方法。從工程實(shí)用性角度來看，機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法是較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法更為合理的設(shè)計(jì)模式，并且它能在實(shí)際應(yīng)用中明顯地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和獲得明顯的經(jīng)濟(jì)效益，因此對可靠性設(shè)計(jì)方法的研究已成為目前國內(nèi)外學(xué)者積極探索和研究的重要課題之一。

（二）實(shí)踐應(yīng)用方面

自可靠性的科學(xué)定義建立以來，在世界范圍內(nèi)，可靠性設(shè)計(jì)的新理論、新方法與新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，從而大大提高了設(shè)計(jì)水平與速度，并且廣泛地應(yīng)用于航空、航天、冶金、石油、化工、造船、鐵路、醫(yī)療、交通運(yùn)輸、等各個(gè)工業(yè)部門之中，其發(fā)展之迅速，應(yīng)用之廣泛，遠(yuǎn)非一般應(yīng)用科學(xué)所可以比擬。

三、現(xiàn)代機(jī)械可靠性方法分析

（一）基于靈敏度的可靠性設(shè)計(jì)方法

對于靈敏度的分析非常重要，這也是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中的一種非常實(shí)用的設(shè)計(jì)方法，靈敏度分析主要就是對機(jī)械產(chǎn)品特性的設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感度，在設(shè)計(jì)復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的時(shí)候，需要考慮不同的物理和幾何參數(shù)，如果設(shè)計(jì)方案要修改，關(guān)于那些參數(shù)也就要進(jìn)行修改，這也就會(huì)對產(chǎn)品的特性產(chǎn)生巨大影響，同時(shí)也就需要設(shè)計(jì)人員能夠了解這些情況。對于靈敏度分析的過程，對這些影響因素要進(jìn)行嚴(yán)格控制，是產(chǎn)品安全可靠性得到保障。像這種可靠性設(shè)計(jì)，對機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的效果以及準(zhǔn)確性的提高有很人幫助，使產(chǎn)品的性能特性得以優(yōu)化，從而使其壽命得以延長。

（二）基于穩(wěn)健性的可靠性設(shè)計(jì)方法

根據(jù)靈敏度的可靠性設(shè)計(jì)方法，可以遞進(jìn)到穩(wěn)健性的可靠性的設(shè)計(jì)方法，可以使靈敏度極小化，在以往的設(shè)計(jì)方案中，對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改之后，進(jìn)行測試分析，要投入更多的人力物力，而基于總健性的可靠性設(shè)計(jì)方法在很大程度上使這些不必要的損失得人避免，也使得可靠性設(shè)計(jì)能夠更加順利的進(jìn)行。

（三）基于理論基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計(jì)方法

機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)理論可以使可靠性設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性得到保障，根據(jù)產(chǎn)品的功能不同，對可靠性設(shè)計(jì)理論和方法也就不同。例如，廣義可靠性概率理論以及方法都是在可靠性理論基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，響應(yīng)面法以及隨機(jī)有限元法等都屬于可靠性設(shè)計(jì)的具體方法，涉及到的內(nèi)容包括靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)、有限壽命設(shè)計(jì)以及疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)等，還有機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)，如對象關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、振動(dòng)系統(tǒng)以及機(jī)構(gòu)系統(tǒng)等。

四、我國機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)發(fā)展及現(xiàn)狀

在我國可靠性研究開始于上世紀(jì)60年代，我國機(jī)械可靠性的理論研究，主要集中在機(jī)械行業(yè)學(xué)會(huì)、研究院所與高等院校中，一些科技研究人員和工程設(shè)計(jì)人員投入到可靠性工程的研究之中，制定了一批可靠性標(biāo)準(zhǔn)，取得了較大的成果。但總的來說，機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)水平仍然很低，與國外先進(jìn)水平相距甚遠(yuǎn)，可靠性管理體系基本上沒有在企業(yè)中建立起來，可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)基本上沒有在設(shè)計(jì)部門推廣使用?？煽啃运教岣咚俣容^慢和可靠性設(shè)計(jì)能力較低，主要是限于可靠性工程理論的發(fā)展與傳播和工程設(shè)計(jì)人員對可靠性設(shè)計(jì)方法的理解與掌握。

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