機械零件結構設計的安全可靠性分析

孫垂濤

（濰坊市應急救援指揮中心，山東濰坊 261061）

在各類產品與機械設計工作中，大眾一直應用可靠性設計，對不同產品與機械安全、可靠性設計加以分析。但是，在最初安全、可靠性分析過程中，并沒有全面評價規范，為可靠性、提供理論依據。傳統可靠性分析，難以真正地實現“可靠性”。由傳統安全、可靠性分析，逐漸過渡為非概率可靠性，最終到當前混合可靠分析。此種可靠性分析，所包含因素諸多，并在發展中逐步完善，被廣泛應用于當前機械零部件結構設計工作中，更是影響機械產品質量主要因素。因此，應給予這一問題充分重視，并做好研究工作。

1 可靠性的基本概論

對當前機械設計工作加以分析，在零件結構設計過程中，需要建立在可靠性設計基礎之上，并在具體設計工作中，結合數學模型，在數學模型基礎上構建相應功能好函數。并在功能性函數構建完成后，結合傳統結構設計優點，優化當前設計各項參數與理論，并在結構設計中主動結合靈敏度以及各項參數，構建變量參數公式。只有在機械零部件結構設計工作中，給予上述工作充分重視，并以此為基礎，進行機械零部件外形、尺寸設計工作。在設計完成后，根據不同設計參數，能夠得到機械零部件結構使用期限。而借助功能函數模型，得到設計最優值，有利于求得機械零部件結構設計安全、可靠性參數，能直接進行零部件生產，提升機械零部件生產效率。應用此種方式，做好機械結構設計工作，不僅能提升生產效率，更能提高生產安全性，此種設計方式，已經被應用于多個行業，如汽車、飛機與航空好航天事業，取得顯著成果。

2 機械安全可靠性與工作主要特征

2.1 機械可靠性特征

對當前機械運行加以分析，由于機械結構相對復雜，一旦在運行過程中，受到機械結構不穩定影響，很容易出現多種事故問題，并對企業生產帶來不利影響。嚴重時，機械結構出現問題，甚至會導致安全事故出現，不利于維護企業穩定運行，為大眾構建良好環境。但是，在實際機械運行過程中，由于機械零件使用時間較長，且在使用過程中，極易遇到摩擦與損耗等問題，因此，在企業生產機械運行過程中，一定要確保機械整體運行穩定性，并從源頭處理好這一問題，做好機械零部件結構設計工作。高度重視機械零件結構設計工作，對機械進行分析。機械由多種零部件組合而來，這些部件中，含有多種非標準零部件。非標準零部件實效統計值相對分散，不僅增大統計難度，更在一定程度上影響機械產品穩定性，難以進行可靠分析與統計。所以，在分析機械可靠性時，一定要結合實際情況，并做好失效部分統計工作，從而得到近似結果。

2.2 機械可靠性工作特征

要想對當前機械零件結構安全、可靠性加以分析，在實際機械零部件設計工作中，一定要對零部件各部分可靠性加以研究，并在可靠性研究過程中，合理應用失效模式并結合相關工作經驗，得到更為精準可靠性設計與結論，從而將這些結構與經驗提供給機械零部件設計部分。要想進一步提升機械安全、可靠性設計能力，避免在結構設計分析中出現失效問題。

（1）應針對失效模式進行分析與研究，并在可靠性工作研究過程中，對機械關鍵零部件結構設計充分重視，做好關鍵零部件設計可靠性設計工作。

（2）應結合不同機械產品設計要點與操作點，根據不同機械產品特征，制定出機械具體維修說明，使機械結構維修得到保障。

3 機械零部件結構安全、可靠性設計分析

3.1 安全、可靠性優化設計分析

對機械零部件安全、可靠性結構設計加以分析，在這一設計過程中優化，在原本設計方式與環境中，對現行機械零部件結構安全、可靠性設計加以優化，調整機械零部件結構。只有這樣，才能使機械零部件結構設計更為高質、高效完成。在當前機械零部件結構安全、可靠性設計工作中，要想進一步做好優化工作，勢必要結合機械零部件設計要求，分析機械零部件強度、剛度，并根據現有參數，將各項參數輸入到功能性函數模型中，并做好計算工作。此外，應結合功能性函數得到的計算結果，將優化數據進行輸入，并將多次輸入數據結構進行分析與對比，最終確定更為精準優化參數，做好機械零部件優化設計工作。

3.2 安全、可靠性靈敏度設計分析

要想進一步提升機械產品質量，延長機械產品使用期限，在機械結構設計工作中，應重點關注機械零部件靈敏度設計。對機械靈敏度設計深入研究中，應結合不同靈敏度參數，計算出機械零部件失效影響數值，并在計算完成后，找到影響機械安全、可靠性較大靈敏度數值。得到較大的影響值后，結合靈敏度變量，做好全新評估與設計工作，從而做好機械安全、可靠性設計調整工作。為了防止機械零部件運行過程中受到內外因素影響，因此，在當前機械零部件設計具體工作中，一定要結合機械零部件靈敏度公式，計算出機械零部件最佳數值，結合機械零部件靈敏度最佳數值，計算出最佳機械產品，最大限度地提升機械靈敏度，降低其他因素對機械產品安全、可靠性帶來的影響，使機械零部件設計工作得到保障。

3.3 安全、可靠性穩健設計分析

更為安全、可靠性的穩健設計，不僅能降低外在因素對機械零部件帶來的影響，更能減少機械零部件結構發生變化，維護各類機械安全、穩定運行。因此，在當前機械零件設計工作中，一定要做好穩健設計工作，并對穩健設計工作進行分析與優化。只有這樣，才能最大限度降低意外率，維護機械穩定運轉。就機械本身運轉來說，在機械運轉過程中，受到多種因素影響，極易出現故障問題。要想維護機械設備穩定運轉，一定要優化機械零部件結構穩健設計，確保機械零部件保持穩健狀態，最大限度避免外在因素，對機械運行帶來的影響，使機械性能得到最大發揮。

3.4 安全、可靠性實驗設計分析

在機械零部件結構設計完成后，需要對零部件結構整體分析，并借助實驗方式深入研究機械內部結構。只有這樣，才能最大限度保障機械結構穩定性，避免機械結構出現不安全、不可靠問題。因此，在實際機械安全、可靠性實驗工作中，需要收集多種數據，并在這一過程中，采集不同數據，對不同數據下的機械設備運行狀態進行分析。與此同時，應結合機械產品各項數據，不斷尋找產品設計存在的不足之處，并針對問題，維護與保養機械產品零部件。只有借助實驗方式，對機械結構安全、可靠性進行分析與研究，才能不斷延長機械結構產品使用期限，使機械產品質量得到提升。此外，如果在機械產品安全、可靠性實驗分析中，出現故障問題，應對實驗存在的故障現象進行全面分析，并做好研究工作，針對不同故障問題進行研究，找到出現故障的根源。在找到機械零部件結構設計故障根源后，應制定科學、有效處理方式。如果處理方式不正確，勢必會出現安全、可靠性設計實驗更改。實驗更改影響較小，但是，對機械零部件結構設計影響較大，不僅需要重新設計機械零部件結構，甚至會出現資金與資源浪費問題。為了提升機械安全、可靠性設計，可以先進性模擬實驗，在實驗中，將機械參數調整到最佳狀態，確保機械零部件結構設計工作具有合理性，更好地應用機械零部件結構設計資金與資源。

4 機械零部件結構安全、可靠性分析方式

4.1 響應面法安全、可靠性分析

在機械零部件結構安全、可靠性分析方式中，主要應用概率分析方式。雖然，此種分析方式相對傳統，但是，其分析結果較為精準，具有較高應用價值。對概率分析方式進行研究，概率分析方式。

（1）為響應面分析方式。在此種分析方式中，主要應用近似函數或是數函數不斷交換。例如，在機械結構設計中，應以機械某一結構為例，并在機械結構選定完成后，借助曲面方式將機械結構加以呈現，并得到精準機械零部件結構設計參數。

（2）這一結果能夠在功能性函數中進行計算，基本上能夠保障此種安全、可靠性結構設計方式無誤。為進一步提升響應面法結構準確度，最大限度降低待定系數，提升計算速度，可以結合機械零部件結構設計方式，選擇更適合函數公式。

4.2 蒙卡洛法安全、可靠性分析

研究蒙卡洛法分析方式，需要借助計算機軟件進行模擬實驗，并收集模擬實驗獲得數據結構。軟件計算方式，其可靠程度更高，降低了人工計算帶來的誤差。因此，完成蒙卡洛法模擬實驗后，整理可靠數值。此種分析方式結果精準度，會隨著實驗次數增加不斷提升，此種分析方式結果較為精準，分析過程較為便捷，有利于得到精準機械零部件結構參數，確保機械零部件結構設計工作更為順利。

4.3 一次二階矩法安全、可靠性分析

一次二階矩法安全、可靠分析方式，相對于前兩種方式更為實用且簡單。對一次二階矩分析方式分析，，主要應用兩項數據，一項數據為一節變量矩；另一項數據為二階矩。根據上述兩項數據，能夠構建機械零部件結構設計函數，并得到更為精準數據結果。此外，在應用此類分析方式中，還應借助其他兩種輔助方式，在不斷配合中，得到更為精準正態分布方式，最終對函數類型或是函數進行計算，得到更為科學機械零部件結構設計參數，提升機械零部件結構安全性與可靠性。

5 結束語

要想提升機械設備穩定運行能力，一定要重點關注機械零部件結構設計工作，并在零部件結構設計工作中，充分考量機械結構安全性與穩定性，并以此為基礎，合理采用分析方式，不斷完善國內機械零部件結構設計方式與精準度。只有這樣，才能最大限度降低機械零部件結構運行故障，維護機械設備穩定運行，推動工業行業的發展具有重要意義。