機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全可靠性分析

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（濰坊市應(yīng)急救援指揮中心，山東濰坊 261061）

在各類產(chǎn)品與機械設(shè)計工作中，大眾一直應(yīng)用可靠性設(shè)計，對不同產(chǎn)品與機械安全、可靠性設(shè)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(guī)范，為可靠性、提供理論依據(jù)。傳統(tǒng)可靠性分析，難以真正地實現(xiàn)“可靠性”。由傳統(tǒng)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(fā)展中逐步完善，被廣泛應(yīng)用于當前機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，更是影響機械產(chǎn)品質(zhì)量主要因素。因此，應(yīng)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(shè)計工作加以分析，在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要建立在可靠性設(shè)計基礎(chǔ)之上，并在具體設(shè)計工作中，結(jié)合數(shù)學(xué)模型，在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上構(gòu)建相應(yīng)功能好函數(shù)。并在功能性函數(shù)構(gòu)建完成后，結(jié)合傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)點，優(yōu)化當前設(shè)計各項參數(shù)與理論，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計中主動結(jié)合靈敏度以及各項參數(shù)，構(gòu)建變量參數(shù)公式。只有在機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，給予上述工作充分重視，并以此為基礎(chǔ)，進行機械零部件外形、尺寸設(shè)計工作。在設(shè)計完成后，根據(jù)不同設(shè)計參數(shù)，能夠得到機械零部件結(jié)構(gòu)使用期限。而借助功能函數(shù)模型，得到設(shè)計最優(yōu)值，有利于求得機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計安全、可靠性參數(shù)，能直接進行零部件生產(chǎn)，提升機械零部件生產(chǎn)效率。應(yīng)用此種方式，做好機械結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，不僅能提升生產(chǎn)效率，更能提高生產(chǎn)安全性，此種設(shè)計方式，已經(jīng)被應(yīng)用于多個行業(yè)，如汽車、飛機與航空好航天事業(yè)，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(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，一旦在運行過程中，受到機械結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定影響，很容易出現(xiàn)多種事故問題，并對企業(yè)生產(chǎn)帶來不利影響。嚴重時，機械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，甚至?xí)?dǎo)致安全事故出現(xiàn)，不利于維護企業(yè)穩(wěn)定運行，為大眾構(gòu)建良好環(huán)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(yè)生產(chǎn)機械運行過程中，一定要確保機械整體運行穩(wěn)定性，并從源頭處理好這一問題，做好機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。高度重視機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)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(tǒng)計值相對分散，不僅增大統(tǒng)計難度，更在一定程度上影響機械產(chǎn)品穩(wěn)定性，難以進行可靠分析與統(tǒng)計。所以，在分析機械可靠性時，一定要結(jié)合實際情況，并做好失效部分統(tǒng)計工作，從而得到近似結(jié)果。

2.2 機械可靠性工作特征

要想對當前機械零件結(jié)構(gòu)安全、可靠性加以分析，在實際機械零部件設(shè)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(yīng)用失效模式并結(jié)合相關(guān)工作經(jīng)驗，得到更為精準可靠性設(shè)計與結(jié)論，從而將這些結(jié)構(gòu)與經(jīng)驗提供給機械零部件設(shè)計部分。要想進一步提升機械安全、可靠性設(shè)計能力，避免在結(jié)構(gòu)設(shè)計分析中出現(xiàn)失效問題。

（1）應(yīng)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(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計充分重視，做好關(guān)鍵零部件設(shè)計可靠性設(shè)計工作。

（2）應(yīng)結(jié)合不同機械產(chǎn)品設(shè)計要點與操作點，根據(jù)不同機械產(chǎn)品特征，制定出機械具體維修說明，使機械結(jié)構(gòu)維修得到保障。

3 機械零部件結(jié)構(gòu)安全、可靠性設(shè)計分析

3.1 安全、可靠性優(yōu)化設(shè)計分析

對機械零部件安全、可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計加以分析，在這一設(shè)計過程中優(yōu)化，在原本設(shè)計方式與環(huán)境中，對現(xiàn)行機械零部件結(jié)構(gòu)安全、可靠性設(shè)計加以優(yōu)化，調(diào)整機械零部件結(jié)構(gòu)。只有這樣，才能使機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計更為高質(zhì)、高效完成。在當前機械零部件結(jié)構(gòu)安全、可靠性設(shè)計工作中，要想進一步做好優(yōu)化工作，勢必要結(jié)合機械零部件設(shè)計要求，分析機械零部件強度、剛度，并根據(jù)現(xiàn)有參數(shù)，將各項參數(shù)輸入到功能性函數(shù)模型中，并做好計算工作。此外，應(yīng)結(jié)合功能性函數(shù)得到的計算結(jié)果，將優(yōu)化數(shù)據(jù)進行輸入，并將多次輸入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行分析與對比，最終確定更為精準優(yōu)化參數(shù)，做好機械零部件優(yōu)化設(shè)計工作。

3.2 安全、可靠性靈敏度設(shè)計分析

要想進一步提升機械產(chǎn)品質(zhì)量，延長機械產(chǎn)品使用期限，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，應(yīng)重點關(guān)注機械零部件靈敏度設(shè)計。對機械靈敏度設(shè)計深入研究中，應(yīng)結(jié)合不同靈敏度參數(shù)，計算出機械零部件失效影響數(shù)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(shù)值。得到較大的影響值后，結(jié)合靈敏度變量，做好全新評估與設(shè)計工作，從而做好機械安全、可靠性設(shè)計調(diào)整工作。為了防止機械零部件運行過程中受到內(nèi)外因素影響，因此，在當前機械零部件設(shè)計具體工作中，一定要結(jié)合機械零部件靈敏度公式，計算出機械零部件最佳數(shù)值，結(jié)合機械零部件靈敏度最佳數(shù)值，計算出最佳機械產(chǎn)品，最大限度地提升機械靈敏度，降低其他因素對機械產(chǎn)品安全、可靠性帶來的影響，使機械零部件設(shè)計工作得到保障。

3.3 安全、可靠性穩(wěn)健設(shè)計分析

更為安全、可靠性的穩(wěn)健設(shè)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(jié)構(gòu)發(fā)生變化，維護各類機械安全、穩(wěn)定運行。因此，在當前機械零件設(shè)計工作中，一定要做好穩(wěn)健設(shè)計工作，并對穩(wěn)健設(shè)計工作進行分析與優(yōu)化。只有這樣，才能最大限度降低意外率，維護機械穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。就機械本身運轉(zhuǎn)來說，在機械運轉(zhuǎn)過程中，受到多種因素影響，極易出現(xiàn)故障問題。要想維護機械設(shè)備穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，一定要優(yōu)化機械零部件結(jié)構(gòu)穩(wěn)健設(shè)計，確保機械零部件保持穩(wěn)健狀態(tài)，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(fā)揮。

3.4 安全、可靠性實驗設(shè)計分析

在機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，需要對零部件結(jié)構(gòu)整體分析，并借助實驗方式深入研究機械內(nèi)部結(jié)構(gòu)。只有這樣，才能最大限度保障機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避免機械結(jié)構(gòu)出現(xiàn)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(shù)據(jù)，并在這一過程中，采集不同數(shù)據(jù)，對不同數(shù)據(jù)下的機械設(shè)備運行狀態(tài)進行分析。與此同時，應(yīng)結(jié)合機械產(chǎn)品各項數(shù)據(jù)，不斷尋找產(chǎn)品設(shè)計存在的不足之處，并針對問題，維護與保養(yǎng)機械產(chǎn)品零部件。只有借助實驗方式，對機械結(jié)構(gòu)安全、可靠性進行分析與研究，才能不斷延長機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品使用期限，使機械產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。此外，如果在機械產(chǎn)品安全、可靠性實驗分析中，出現(xiàn)故障問題，應(yīng)對實驗存在的故障現(xiàn)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(xiàn)故障的根源。在找到機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計故障根源后，應(yīng)制定科學(xué)、有效處理方式。如果處理方式不正確，勢必會出現(xiàn)安全、可靠性設(shè)計實驗更改。實驗更改影響較小，但是，對機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計影響較大，不僅需要重新設(shè)計機械零部件結(jié)構(gòu)，甚至?xí)霈F(xiàn)資金與資源浪費問題。為了提升機械安全、可靠性設(shè)計，可以先進性模擬實驗，在實驗中，將機械參數(shù)調(diào)整到最佳狀態(tài)，確保機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計工作具有合理性，更好地應(yīng)用機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計資金與資源。

4 機械零部件結(jié)構(gòu)安全、可靠性分析方式

4.1 響應(yīng)面法安全、可靠性分析

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

（1）為響應(yīng)面分析方式。在此種分析方式中，主要應(yīng)用近似函數(shù)或是數(shù)函數(shù)不斷交換。例如，在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)以機械某一結(jié)構(gòu)為例，并在機械結(jié)構(gòu)選定完成后，借助曲面方式將機械結(jié)構(gòu)加以呈現(xiàn)，并得到精準機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)。

（2）這一結(jié)果能夠在功能性函數(shù)中進行計算，基本上能夠保障此種安全、可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計方式無誤。為進一步提升響應(yīng)面法結(jié)構(gòu)準確度，最大限度降低待定系數(shù)，提升計算速度，可以結(jié)合機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，選擇更適合函數(shù)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。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(shù)值。此種分析方式結(jié)果精準度，會隨著實驗次數(shù)增加不斷提升，此種分析方式結(jié)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(jié)構(gòu)參數(shù)，確保機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)用兩項數(shù)據(jù)，一項數(shù)據(jù)為一節(jié)變量矩；另一項數(shù)據(jù)為二階矩。根據(jù)上述兩項數(shù)據(jù)，能夠構(gòu)建機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計函數(shù)，并得到更為精準數(shù)據(jù)結(jié)果。此外，在應(yīng)用此類分析方式中，還應(yīng)借助其他兩種輔助方式，在不斷配合中，得到更為精準正態(tài)分布方式，最終對函數(shù)類型或是函數(shù)進行計算，得到更為科學(xué)機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，提升機械零部件結(jié)構(gòu)安全性與可靠性。

5 結(jié)束語

要想提升機械設(shè)備穩(wěn)定運行能力，一定要重點關(guān)注機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，并在零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，充分考量機械結(jié)構(gòu)安全性與穩(wěn)定性，并以此為基礎(chǔ)，合理采用分析方式，不斷完善國內(nèi)機械零部件結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)運行故障，維護機械設(shè)備穩(wěn)定運行，推動工業(yè)行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。