汽車機械零件可靠性設計探討

艾新

（龍江縣職業教育中心學校，黑龍江 齊齊哈爾 161000）

一、汽車機械零件傳統的設計方法和可靠性設計對比分析

（一）傳統汽車機械零件設計方法——安全系數法

為了提高汽車機械零件的可靠性，傳統的機械零件工程設計采用的是安全系數法。傳統的安全系數法借助的是經典材料力學公式來對汽車機械零件的應力值進行計算，但是由于截面上應力分布的不均勻性，或截面變化處的應力集中，或截面表面粗糙度的影響，或殘余的應力以及零件尺寸的大小等因素在公式中均未得到反映，因此，設計者只能憑借以往的設計經驗，選擇一個加大的安全系數來保證汽車機械零件設計的可靠性。由此，安全系數也被定義為強度均值與應力均值之比，公式如下：

K=（式中：—應力均值；—強度均值；K—安全系數。）

其主要特點是將所承受的荷載、應力和尺寸等因素視為常量，安全系數的大小是根據以往的設計經驗來進行確定的。該方法具有直觀、簡單、有一定設計實踐依據的優點。目前這種方法仍廣泛的應用于機械零件產品設計中應用，但是因為其是根據以往的設計經驗進行設計，導致在進行設計時，所考慮到的實際因素與實際工況有著很大的差異，主要表現在：機械構件所承受的外荷載有一定的隨機性，各種零部件、構件的制造尺寸也會有些微的差別，這就不可避免的導致機械零件出現較為單薄或者粗笨的現象，導致機械零件的可靠性也隨之出現過高或者過低。一般來說，采用較大的安全系數是正確的，能夠減少產品的失效機會。然而并不能據對的防止產品失效的發生，相反的還會造成產品重量的增加，材料的浪費和產品的性能降低等等。由此可見，安全系數法這種設計方法，如果用于高精

（二）汽車機械零件可靠性設計方法——概率設計法

汽車機械零件可靠性設計質量是保證汽車可靠性的重要環節。汽車機械零件可靠性設計階段所賦予的產品質量和可靠性水平，對汽車產品的壽命和可靠性具有根本性的影響。

所謂汽車機械零件可靠性設計又被稱為概率設計，就是在對汽車產品性能設計的同時，運用可靠性理論和分析方法，明確汽車系統可靠性的指標，進行汽車系統設計的一種方法。所以，汽車機械零件可靠性設計決不是掘棄以往的機械常規設計方法，而是在常規設計基礎上，使汽車產品更趨完善、更加精確、更為科學的系統設計方法。概率設計能夠很好的解決兩個方面的問題：根據設計，進行分析計算以確定產品的可靠度；根據任務提出的可靠性指標，確定機械零部件的參數。

由上可知，從可靠性的概率設計的角度出發，只有在強度高于應力的情況下，且強度分布與應力分布有一段距離時，結構才是可靠安全的。這與可靠性的安全系數法有著本質的區別。安全系數法的理想使用條件是：材料失效應力與零件工作應力是在完全相同的應力狀態、尺寸、加工條件下取得的，而這種理想化的模型在實際工程中是很難具備的。但是，當汽車零件或構件在外載荷（熱疲勞、應力疲勞、腐蝕）的作用下，材料內部的組織結構或晶體缺陷將會發生相應變化，強度將逐漸衰減，強度分布與應力分布將會發生干涉，就有可能發生失效。失效的概率就取決于強度與應力的干涉情況，為了保證所設計的構件工作的可靠性，必須對零部件或構件提出可靠度要求。

二、汽車機械零件設計階段可靠性工作的主要環節

在可靠性設計階段，應著重抓好五個環節。

（一）系統設計，進行科學的、合理的系統設計，選定目標樣車，掌握同類車型的各種試驗參數和可靠性水平，明確開發新型汽車機械的系統、分系統的可靠度要求和目標（即可靠度的預測和分配），賦予各子系統的容差和空間位置。

（二）詳細設計，嚴格按照系統要求，進行各子系統、零部件的詳細設計。重點把握結構、材料的選擇，應力、強度的精確計算，注意部件與整車的協調、配合。

（三）考核評審，通過可靠性試驗、分析、研究、階段性的設計評審，考核設計方案是否合適；并及時反饋設計部門予以修訂設計。

（四）工藝設計，在設計文件中，明確零部件的質量要求和工藝規范，建立、健全質量驗收的標準，從生產角度 （或外加工進貨角度）保證零部件的可靠性。

（五）試驗反饋，運用可靠性試驗數據和可靠性分析、研究的成果，及時反饋到有關設計、生產中去。

三、汽車機械零件可靠性設計的基本內容

（一）從系統方面考慮

1.確定汽車機械零件可靠性數據指標，主要是根據市場、用戶要求以及使用環境，進而明確汽車系統的可靠性要求；

2.確定汽車機械零件的工作環境以及汽車的工作環境，例如氣候條件、道路條件、載運條件等等；

3.決定易操作性基本要求（人機可靠性），如自動變速器、自動搖窗機、轉向器變位能力、制動助力裝置等等。

4.決定維修性基本要求，在維修性設計時，應采用修復容易的結構、維修方式及診斷方式。

5.各項指標的綜合平衡 不僅要考慮可靠性和維修性，同時要考慮其它質量要素，如重量、尺寸。外觀等，并把功能，成本費用包括在內，都應取得平衡，當某些方面矛盾突出時，應當以求得安全性、可靠性、耐久性為優先。某些方面也可采用折中處理。

結束語

綜上所述，汽車機械零件可靠性設計方法是將設計參數作為隨機變量處理，是在確定了產品破壞概率的前提下進行的準確計算。因此，以概率論和數理統計等作為工具的可靠性設計方法，是在對機械零件產品的使用和時效進行分析、統計的基礎上，得出的一套指導產品設計和研究的科學的計算法則和設計方法。與常規的設計方法相比，不僅去除了主管的個人因素在設計過程中的影響，綜合考慮了外界條件變化，設計結果更貼近實際，故得到了廣泛的應用。