機(jī)械零部件可靠性分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)

張 潔

（江西江鈴集團(tuán)特種專用車有限公司 江西 330000）

機(jī)械制造是一道煩瑣、復(fù)雜的工藝，對(duì)技術(shù)有著極高的要求。特別是機(jī)械設(shè)計(jì)，如若方案不科學(xué)，勢必會(huì)影響制造質(zhì)量，縮短機(jī)械使用壽命，并最終降低企業(yè)損失。所以設(shè)計(jì)工作者必須遵循“標(biāo)準(zhǔn)化”原則，做好優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提升產(chǎn)品性能。

一、優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)的意義

機(jī)械設(shè)計(jì)涉及諸多環(huán)節(jié)，其難點(diǎn)在于采取何種方法做好設(shè)計(jì)。但文章通過對(duì)實(shí)際情況分析發(fā)現(xiàn)：傳統(tǒng)制造工藝已經(jīng)無法滿足機(jī)械的精準(zhǔn)化發(fā)展，加之傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的偏差，影響著產(chǎn)品的性能，降低了機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)用性[1]。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)與規(guī)劃中，必須找到傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的不足，積極改進(jìn)、提出優(yōu)化措施，以提升設(shè)計(jì)過程的科學(xué)性、精準(zhǔn)性，保證各項(xiàng)設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，以有效提升機(jī)械制造的質(zhì)量。

二、機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)研究

機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷探索、改進(jìn)、創(chuàng)造的過程，其目標(biāo)為按照分析不斷的優(yōu)化過程。在整個(gè)工程設(shè)計(jì)中存在的不確定性、不可靠性因素有很多。比如機(jī)械設(shè)計(jì)常用到結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)學(xué)模型開展計(jì)算，但在實(shí)際工作中材料性能、計(jì)算模型都會(huì)出現(xiàn)很大的誤差，由于誤差的存在以及不確定性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)偏離了標(biāo)準(zhǔn)要求。在科技的發(fā)展下，學(xué)科融合不斷增強(qiáng)，對(duì)于復(fù)雜技術(shù)問題、經(jīng)濟(jì)資源等方面的問題，采取模糊數(shù)學(xué)等非精準(zhǔn)數(shù)學(xué)方法可以解決機(jī)械設(shè)計(jì)中的非確定性問題。早在1957年，美國國防部電子設(shè)備顧問發(fā)表了可靠性的報(bào)告，提出了可靠性的理論，自此可靠性開始應(yīng)用于軍事、航空航天等領(lǐng)域。機(jī)械可靠性是可靠性理論的一個(gè)重要組成部分，由于影響機(jī)械設(shè)備的因素眾多，所以機(jī)械產(chǎn)品批次生產(chǎn)量很少。在我國，可靠性技術(shù)的引入比電子系統(tǒng)要晚，其主要是因?yàn)闄C(jī)械零部件通用性差，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)。

三、機(jī)械零部件可靠性的設(shè)計(jì)方法

機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)上發(fā)展起來的，基于機(jī)械產(chǎn)品的不同功能和結(jié)構(gòu)，決定了機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)必須因地制宜。第一，權(quán)衡設(shè)計(jì)。權(quán)衡設(shè)計(jì)是綜合各項(xiàng)要素之后制定的最佳方案，考慮到機(jī)械零部件在壽命終結(jié)階段會(huì)受到其他比如運(yùn)輸碰撞、保障不合理等外部因素的影響，通過分析這部分影響因素，可以在機(jī)械零部件生產(chǎn)原料上優(yōu)化，以提升機(jī)械設(shè)備可靠性，保證機(jī)械設(shè)備的整體運(yùn)作。首先，要優(yōu)化零部件可靠性，選擇標(biāo)準(zhǔn)件；其次在使用前對(duì)零部件開展驗(yàn)證，用成熟的經(jīng)驗(yàn)開展驗(yàn)證。在機(jī)械零部件的工作中，會(huì)因受到外部因素的影響其性能不斷退化，所以必須引入時(shí)間概念，采用隨機(jī)過程對(duì)機(jī)械零部件的強(qiáng)度變化做精準(zhǔn)的描繪。通過采用隨機(jī)原理描繪零部件強(qiáng)度變化的動(dòng)態(tài)，通過采用隨機(jī)攝動(dòng)法可以監(jiān)測零部件動(dòng)態(tài)的可靠性指標(biāo)，最終完成計(jì)算。第二，簡化設(shè)計(jì)。簡化設(shè)計(jì)是在特定條件下的科學(xué)化、合理化設(shè)計(jì)，如若結(jié)果太過復(fù)雜則無法進(jìn)一步優(yōu)化其可靠性，所以避開故障是最佳的方式。簡化并非依靠降低機(jī)械負(fù)荷達(dá)到目的，而是通過從整體把握和設(shè)計(jì)，通過重置機(jī)械結(jié)構(gòu)與功能達(dá)到簡化的目的。

四、機(jī)械零部件的可靠性分析

機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)分析以零部件原有可靠性為基礎(chǔ)，通過把握工作方式、現(xiàn)場環(huán)境等多方因素，優(yōu)化零部件結(jié)構(gòu)，以提升其性能，達(dá)到滿足機(jī)械有效運(yùn)轉(zhuǎn)的目的[2]。

一旦環(huán)境發(fā)生變化，必須重設(shè)群離子初始值，因?yàn)槭艿讲牧蠌?qiáng)度會(huì)隨著時(shí)間推移不斷的下降，所以最近時(shí)間得到的最佳方案是下一段的最佳方案，通過在全局極值附近選擇50%粒子以上作為初始值，剩下的自由產(chǎn)生。如若最佳尺寸穩(wěn)定與部件服務(wù)初期，中后期零部件強(qiáng)度在時(shí)間的推移下不斷的下降，則說明部件可靠性達(dá)到了要求，可以選擇服役期間的要求設(shè)計(jì)模型。

在優(yōu)化機(jī)械零部件可靠性的過程中，可以采用數(shù)學(xué)知識(shí)構(gòu)建模型，了解零部件等強(qiáng)度性能，使其成為約束條件，在計(jì)算中可利用函數(shù)知識(shí)，最終得出的結(jié)果是設(shè)計(jì)機(jī)械可靠性的依據(jù)。

在整個(gè)機(jī)械零部件可靠性設(shè)計(jì)中，靈敏度設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，是整個(gè)可靠性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，通過設(shè)定靈敏度找出引起零部件反應(yīng)強(qiáng)烈的因素，在根據(jù)影響因素引起的工作效果開展評(píng)估，并以此為基礎(chǔ)重設(shè)靈敏度參數(shù)。在這一過程中，機(jī)械零部件可靠性靈敏度設(shè)計(jì)必須以有關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以完成機(jī)械靈敏度參數(shù)值的設(shè)計(jì)，進(jìn)而通過優(yōu)化靈敏度降低對(duì)機(jī)械零部件可靠性的影響。

實(shí)驗(yàn)分析是機(jī)械零部件可靠性優(yōu)化的最終環(huán)節(jié)，在完成可靠性設(shè)計(jì)后，要通過實(shí)驗(yàn)開展驗(yàn)證，這樣才能保證零部件的有效使用，才能避免各項(xiàng)問題的出現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)分析中，可以通過分析和研究零部件處于工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)找出問題，再進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)分析得出的數(shù)據(jù)是驗(yàn)證機(jī)械是否合理的重要手段。如若實(shí)驗(yàn)分析中存在問題，則必須加強(qiáng)研究，根據(jù)研究結(jié)果提出可行的解決措施，避免類似問題的出現(xiàn)。一旦機(jī)械零部件設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)改變，必須重新試驗(yàn)，為了提升試驗(yàn)效率，可以利用計(jì)算機(jī)開展虛擬模擬試驗(yàn)，進(jìn)而的測試出零部件使用效果。

五、結(jié)束語

綜上所述，因機(jī)械零部件自身材料、使用時(shí)間、外部因素影響等因素的制約，機(jī)械零部件的可靠性會(huì)隨著時(shí)間推移不斷降低，所以優(yōu)化機(jī)械零部件的可靠性設(shè)計(jì)提升產(chǎn)品性能的關(guān)鍵，是提升機(jī)械設(shè)備有效運(yùn)行的重要手段。文章結(jié)合自身工作實(shí)踐，提出了機(jī)械零部件可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，希望文章的論述能夠給有關(guān)工作者以參考。