机械可靠性优化设计的应用
煤炭科技 机电与信息化
机械可靠性优化设计的应用
陈静1,2郝少祥2邵凤翔2
(1 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院,北京市海淀区,100083;
2 河南工程学院机械工程系,河南省郑州市,451191)
摘要根据机械设计的具体情况,阐述了机械产品优化设计理论及可靠性理论的相关特点,介绍了可靠性优化设计的应用及发展现状,并介绍了机械行业相关的软件应用情况。
关键词机械可靠性优化设计软件
中图分类号TH122文献标识码B
Opti m al design of m echanical reliability and soft w are app licati on
Chen Jing1,2,Hao Shaox iang2,Shao Fengx iang2
(1.Schoo l o f E lectro m echanical and In f o r m ati on Eng ineer i ng,Ch i na U n i ve rsity o fM i n i ng and T echnology,
H aidian D istrict,Be ijing100083,Ch i na;
2.D epart m ent o fM echan ica l Eng ineer i ng,H enan Institute o f Eng i neer i ng,Zheng z hou,H enan prov i nce451191,Chi na)
Abstract Based on practica l cond itions o fm echan ica l desi g n,the paper expounds the characteris tics pertaining to theory of opti m a ldesign ofm echan ica lproducts and m echan ica l re liability,w ith descrip ti o n of the app lication and developm ent o f opti m al reliab ility design and relevant so ft w are used i n m echan ica l i n dustry.
Key w ords m echanical re li a bility,opti m al design,soft w are
1可靠性设计
机械可靠性设计和优化设计一样,都是20世纪60年代在传统的机械设计基础上发展起来的现代设计方法。传统的机械设计方法又称安全系数法,在设计机械零件时,通常认为零件的强度和应力都是单值,只要计算出的安全系数大于规定的数值,就认为零件是安全的,在设计过程中忽略了各设计参数的随机性。而可靠性设计方法中,将应力作为随机变量,认为应力受到各种环境因素(温度、腐蚀、粒子辐射等)的影响,是一个随机变量,具有一定的分布规律;同样的,强度受材料的性能、工艺环节的波动和加工精度等的影响,也是具有一定分布规律的随机变量。设计时根据不同的设计要求,选取不同的特征函数来描述,既考虑均值,又考虑其离散性,用概率统计的方法求解。可靠性设计认为所设计的任一机械存在着一定的失效可能性,设计时可根据需要预先控制其失效概率或可靠度,考虑各参数的随机性及分布规律,以反映出零部件的实际工作状况。
产品的可靠性表示产品在规定使用条件下和使用期限内,保持其正常技术性能完成规定功能的能力。可靠性设计的一个目标是计算可靠度,可靠度是指产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的概率。表示为:
R=!g(X)>0f X(X)dX(1)式中:f X(X)???基本随机参数向量X=(X1,
X2,#,X n)T的联合概率密度;
g(X)???状态函数。
f X(X)的随机参数代表载荷、零部件的特性等随机量。g(X)可表示零部件的两种状态:
g (X)小于等于0,为失效状态;g(X)大于0,为安全状态;g(X)=0为极限状态方程,是一个n维曲面,称为极限状态面或失效临界面。
由于在工程实际中,很难有足够的资料来确定计算可靠度所需要的基本随机变量向量X的概率密度函数或联合概率密度函数。即使能够近似地指
76中国煤炭第36卷第10期2010年10月
定其概率分布,而在大多数情况下也很难进行积分计算而获得可靠度,因此一般采用其他的近似方法。至今已出现的计算可靠度的方法主要有:一次二阶矩法、高次高阶矩法、图解渐进法、蒙特卡罗模拟法、响应面法以及随机有限元法等等。
2机械优化设计
机械优化设计是随着电子计算机的广泛使用而迅速发展起来的一门学科,在现代机械设计中占有重要的地位。优化的目的是以最少的材料,最低的造价,最简单的工艺,实现机械结构的最优性能,包括强度、刚度、稳定性等目标。机械优化设计追求最合理的利用材料的性能,使各个部件或零件的几何参数得到最好的协调,使设计者从众多的设计方案中获得较为完善的或最为合适的最优设计方案。
3可靠性优化设计
可靠性优化设计方法是在常规优化设计方法的基础上,结合可靠性设计理论发展起来的一种有效的优化设计方法。它将可靠性分析理论与数学规划方法有机地结合在一起,也就是在优化设计中将设计参数作为随机变量,以产品的可靠度作为目标函数或约束条件,运用最优化方法得到在概率意义下的最佳设计的一种数值计算方法。由于它弥补了单一可靠性设计或优化设计的不足,使设计不仅符合工况运行要求,而且得出最优的设计参数,因而更具有工程实用价值,对它的研究已成为目前国内外学者积极探索和研究的重要领域之一。
优化设计数学模型的3个要素是目标函数、约束条件和设计变量。相对于常规的优化设计,可靠性优化设计的特点在于将可靠性设计引入优化设计当中。将可靠性设计理论与优化技术结合起来通常有下面两种方法:
(1)要求结构或零部件在满足一定性能的条件下,使其可靠度达到最大。可按可靠性指标建立一个目标函数,而按设计其他要求建立另一个或多个目标函数,然后进行多目标函数优化设计。其数学模型如下:
m ax R(X)
m in F i(X)(i=1,2,#,q)
s t G j(X)(j=1,2,#,m)
(2)式中:R(X)???可靠性函数;
F i(X)???某一目标函数;
G j(X)???约束条件。
(2)在结构或零部件达到最佳性能指标时,要求它的工作可靠度不低于某一规定水平。可将可靠性指标作为约束条件,建立数学模型,进行优化设计。一般说来,这种方法更为实用。其数学模型如下:
m ax F(X)
s t R i(X)?R0(i=1,2,#,q)
G j(X)(j=1,2,#,m)
(3)
式中:F(X)???目标函数;
R i(X)???机械产品的可靠性函数;
R0???给定的可靠度;
G j(X)???约束条件。
在进行结构可靠性优化时,除了建立适当的优化模型外,还需要选择收敛速度快且计算不是很复杂的优化算法。由于工程实践中的可靠性优化设计面临着随机不确定性和模糊不确定。随机不确定性反映了对未来结果的不可预测性,用随机概率度量;模糊不确定性反映了对已有现象结果的未确知性,用模糊隶属度度量。对这种模糊性,仅用概率统计的方法来描述显然是不完善的,因此基于模糊数学的模糊可靠性优化设计方法在机械结构设计中得到了一定的应用。近年来,国内外学者还将计算智能技术(C I T)中的神经网络(ANN)、遗传算法(EA)、模拟退火算法(SA)和蚁群算法等应用到结构可靠性优化设计领域中,并取得了良好的效果。
由于可靠性优化设计在科学实验、生产实践上有着广泛的应用前景,其重要意义不言而喻。随着优化设计技术、有限元技术和计算机技术的发展,如何应用软件技术进行可靠性优化设计也引起了各国学者极大的兴趣。比如我国吉林大学的袁涛等人利用Ansys的参数化设计语言APDL实现摄动法的可靠性分析,并结合设计优化模块实现可靠性优化设计,并证明这一方法是可行有效的,开辟了一个利用Ansys进行可靠性优化设计的途径,扩展了Ansys的分析范围。
随着优化设计技术、有限元技术和计算机技术的发展,结构可靠性优化设计已呈现加速发展的态势,必将为机械产品的合理设计与开发起到非常重要的作用。
(下转第81页)
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机械可靠性优化设计的应用
作面运输巷,MN置于工作面回风巷,再按上述步骤重复测量,至测量完整个工作面为止。
(3)物探解释结果。根据采煤工作面的地质构造性质与电性反映的对应关系进行物探-地质综合解释。一般情况下,煤层缺失带(砂岩层充填)呈低阻反映。
图5为该工作面视电阻率低阻异常平面图,在工作面走向600m范围内,发现2个主要异常区,第一个异常区异常较大(一级异常),位于890m ~1150m之间,距工作面沿走向方向掘进工作起960m方向延伸,往新切眼A中部方向延伸。其中,靠近进风巷一侧异常幅度较大。该异常区沿工作面走向长约260m,沿垂直于工作面走向方向最宽约180m、最窄约50m,推断该异常区内煤层可能完全缺失引起的异常及范围较大。
第二个异常区异常较小(二级异常),在1150 ~1310m附近,异常幅值相对较小且不连续,推断该异常区内煤层基本连续但存在局部变薄现象。
(4)验证。当新切眼A掘进至第一个物探异常区时,发现煤层缺失,矿方只好放弃掘进;将新开切眼位置移到新切眼B处,当掘进至第二个物探异常区时,发现物探异常区内的煤层由原来的2 6m变薄为1 5m左右,且局部顶板含水,与物探结果吻合。从而顺利完成了新开切眼的任务,及时恢复了生产。
5结论
层透视法在探测采煤工作面内部的煤层缺失带分布规律、含水断层、高水压导水突水灾害性地质构造等方面有推广应用价值,能为煤矿采煤工作面安全生产提供有价值的地质资料。参考文献:
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作者简介:王联合(1967-),男,陕西省铜川人,毕业于华东地质学院物探专业,现在陕西陕煤彬长矿业集团公司从事技术管理工作。
(责任编辑张艳华)
(上接第77页)
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(5)
作者简介:陈静(1964-),女,中国矿业大学(北京)在读博士。现任河南工程学院教师,副教授。
(责任编辑张艳华)
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层透视法在探测采煤工作面内部地质构造的应用
机械可靠性设计发展及现状
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 机械可靠性设计发展及现 状 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-1230-100 机械可靠性设计发展及现状 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高，产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来，随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟，电子产品可靠性的相对稳定，电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟；机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展，美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的
硬件系统的可靠性设计
硬件系统的可靠性设计
目录 1 可靠性概念 (4) 1.1 失效率 (4) 1.2 可靠度 (5) 1.3 不可靠度 (6) 1.4 平均无故障时间 (6) 1.5 可靠性指标间的关系 (6) 2 可靠性模型 (7) 2.1 串联系统 (7) 2.2 并联系统 (9) 2.3 混合系统 (11) 2.4 提高可靠性的方法 (12) 3 可靠性设计方法 (12) 3.1 元器件 (12) 3.2 降额设计 (13) 3.3 冗余设计 (14) 3.4 电磁兼容设计 (15) 3.5 故障自动检测与诊断 (15) 3.6 软件可靠性技术 (15) 3.7 失效保险技术 (15) 3.8 热设计 (16) 3.9 EMC设计 (16) 3.10 可靠性指标分配原则 (17) 4 常用器件的可靠性及选择 (19) 4.1 元器件失效特性 (19) 4.2 元器件失效机理 (21) 4.3 元器件选择 (23) 4.4 电阻 (23) 4.5 电容 (26) 4.6 二极管 (30) 4.7 光耦合器 (31) 4.8 集成电路 (32) 5 电路设计 (38) 5.1 电流倒灌 (38) 5.2 热插拔设计 (40) 5.3 过流保护 (41) 5.4 反射波干扰 (42) 5.5 电源干扰 (49) 5.6 静电干扰 (51) 5.7 上电复位 (52) 5.8 时钟信号的驱动 (53) 5.9 时钟信号的匹配方法 (55) 6 PCB设计 (60)
6.1 布线 (60) 6.2 去耦电容 (62) 7 系统可靠性测试 (62) 7.1 环境适应性测试 (62) 7.2 EMC测试 (63) 7.3 其它测试 (63) 8 参考资料 (64) 9 附录 (64)
机械设备可靠性分析论文
机械设备可靠性分析摘要：机械的可靠性设计在机械设计中具有重要的作用，它对机械是否能够稳定的工作起决定性的作用。本文主要介绍了机械可靠性设计的特点，机械可靠性设计的流程，以及在机械可靠性设计中的常用的可靠性分析方法和设计技术，最后结合最近的机械可靠性的发展，介绍了机械可靠性设计的发展趋势，从而对可靠性技术在机械领域的应用和发展有一个全面的、客观的认识。 引言：随着科学技术的发展，对产品的要求不断提高，不仅要具有好的性能，更要具有高的可靠性水平。采用可靠性设计弥补了常规设计的不足，使得设计方案更加贴近生产实际。所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。可靠性工程的诞生已近半个世纪的历史, 以电子产品可靠性设计为先导的可靠性工程迄今发展得比较成熟, 已形成一门独立的学科。相比之下, 机械产品的可靠性设计与研究则起步较晚。所谓机械可靠性，是指机械产品在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能的能力。由于工程材料特性的离散性以及测量、加工、制造和安装误差等因素的影响，使机械产品的系统参数具有固有的不确定性，因此考虑这种固有随机性的可靠性设计技术至关重要。据有关方面统计，产品设计对产品质量的贡献率可达70%～80%，可见设计决定了产品的固有质量特性(如：功能、性能、寿命、安全性和可靠性等)，赋予了产品“先天优劣”的本质特性。上世纪60年代, 对机械可靠性问题引起了广泛的重视并开始对其进行了系统研究。虽然国内外都投入了研究力量, 取得了一定的进展，但终因机械产品可靠性涉及的领域太多、可靠性研究的范围大、基础性数据缺乏等原因，机械可靠性设计在工程实际中应用得并不广泛。本文简要介绍了可靠性技术在机械领域中的应用，主要介绍了一些在机械产品设计中应用的较为成熟的可靠性技术和可靠性设计方法，并且结合当今可靠性工程学科的发展，指出了可靠性技术在机械领域中的发展和趋势。 正文：机械产品的可靠性要受到诸多因素的影响，从产品的设计、制造、试验，到产品使用和维护，都会涉及到可靠性间题，也就是说它贯穿于产品的整个寿命周期之内。如何使产品在整个寿命周期内失效率最小，有效度高，维修性好，经济效益大，经济寿命长，是我们对产品进行可靠性设计的根本目的。机械产品的可靠性设计并不是一种崭新的设计方法, 而是在传统机械设计的基础上引入以概率论和数理统计为基础的可靠性设计方法。这样的设计可以更科学合理地获得较小的零件尺寸、体积和重量, 同时也可使所设计的零件具有可预测的寿命和失效率, 从而使产品的设计更符合工程实际。 目前在机械工程中可靠性设计主要应用在产品的设计、制造、使用和维修等方面。现代生产的经验表明，在设计、制造和使用的三个阶段中，设计决定了产品的可靠性水平，即产品的固有可靠性，而制造和使用的任务是保证产品可靠性指标的实现。可靠性试验数据是可靠性设计的基础，但是试验不能提高产品的可靠性，只有设计才能决定产品的固有可靠性。图1所示为三者的关系。 图1 机械产品与可靠性关系框图 机械产品的设计，它包括整机产品的设计和零部件的设计。整机产品可将其作为一个系统进行设计，设计的方式主要有两种，第一种是根据零部件的可靠性预测结果，计算产品系统的可靠性指标，这就是系统的可靠性预测，其结果满足指标要求即可。如果不能满足要求，就要按第二种方式
机械可靠性设计方式与原理-机械结构论文-工业论文
机械可靠性设计方式与原理-机械结构论文-工业论文 ——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印—— [摘要]社会的进一步发展，促使现阶段我国工业科技水平不断提升，此种背景下，各类机械设备被制造并且应用在人们的生产以及生活中，为保证机械正常发挥作用，可靠性设计质量显得尤为重要。基于此，立足于机械制造角度，分析可靠性设计方式，研究基本设计原理，以期促进机械制造正向发展。 [关键词]机械制造；可靠性；原理 1机械可靠性设计方式
立足于机械产品基础生产情况而言，近几年的机械制造技术应用效果良好，不仅可以提升制造效率，还可以提升质量。为应对日益增长的市场需求，以及逐渐提升的质量需求，机械优化设计理念形成，在融合了数学理论知识计算机技术之后，可以实现各种复杂问题的分析与优化，对于提升设计水平有着重要意义。对于机械产品的可靠性而言，将会对产品应用效果与性能产生影响，做好可靠性设计十分必要，也是在最短时间之内，生产最为优秀产品的基础所在。机械的可靠性优化设计具体表现在三个方面：质量、成本以及可靠性。对于可靠性设计以及优化设计需要持辩证态度观看，具体可以分为两个角度进行看论述：一方面，可靠性设计并不等与优化设计，因为在单一设计中，可靠性设计完成之后，机械产品内部各个零件的参数并不一定达到最佳状态。另一方面，优化设计并不等与可靠性设计，同样在单一设计中，优化设计完成之后，机械产品内部并非可以在任何情况下都保持稳定性，也不具备在特定时间、地点，完成特定功能的效果。因此在机械可靠性优化设计中需要考虑到上述问题。
对于机械产品而言，可靠性设计中必将会涉及到灵敏度分析。通常情况下，在完成机械产品设计之后，需要对方案进行模拟测试，根据模拟测试结果进行方案的改变，改变方案之后需要进行二次模拟测试，在反复的测试分析过程中，将会涉及到大量的人力资源以及物力资源，此时生产效率就会降低[1]。加之一些机械产品本身结构组成就较为复杂，测试分析过程中，无论是数学几何参数还是物理参数信息都较为众多，因此可靠性设计便显得尤为重要。在可靠性设计中，将会对各类信息进行分析，从而得出各个零件的最优状态，而这个最优状态其实就是灵敏度，一个设备灵敏度较高，则可靠性就较为明显，之所以引入灵敏度概念，是因为可以提升各类参数分析的效率与质量，常见的灵敏度分析方法有以下几种：例如直接分析法、伴随变量法以及函数法等。机械可靠性灵敏度设计简单来说就是在可靠性基础上的灵敏度设计，通过灵敏度分析结果来确定一个具体的参数，从而提升产品的整体性能。机械可靠性灵敏度设计对于可靠性设计来说意义重大，能够有效地降低机械产品参数分析复杂程度。在分析过程中，如果部分因素的灵敏度较低，对机械可靠性影响较为明显，需要在制造过程中重点控制。如果部分因素的灵敏度较高，对机械可靠性影响并不明显，则可以将其作为确定量值进行处理。
硬件系统可靠性设计规范
硬件系统可靠性设计规范 一、概论 可靠性的定义：产品或系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力 可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分,它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件。设备可靠性设计规范的一个核心思想是监控过程，而不是监控结果。 二、可靠性设计方法 1、元器件：构成系统的基本部件，作为设计与使用者，主要是保证所选用的元器件的质量或可靠性指标满足设计的要求 2、降额设计：使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值，从而达到降低基本故障率，保证系统可靠性的目的。幅度的大小可分为一、二、三级降额，一级降额（(实际承受应力)/(器件额定应力) < 50%的降额），建议使用二级降额设计方法，一级降额<70% 3、冗余设计：也称为容错技术或故障掩盖技术，它是通过增加完成同一功能的并联或备用单元（包括硬件单元或软件单元）数目来提高系统可靠性的一种设计方法，实现方法主要包括：硬件冗余；软件冗余；信息冗余；时间冗余等 4、电磁兼容设计：系统在电磁环境中运行的适应性，即在电磁环境下能保持完成规定功能的能力。电磁兼容性设计的目的是使系统既不受外部电磁干扰的影响，也不对其它电子设备产生电磁干扰。硬件措施主要有滤波技术、去耦电路、屏蔽技术、接地技术等；软件措施主要有数字滤波、软件冗余、程序运行监视及故障自动恢复技术等 5、故障自动检测及诊断 6、软件可靠性设计：为了提高软件的可靠性，应尽量将软件规范化、标准化、模块化 7、失效保险技术 8、热设计 9、EMC设计：电磁兼容（EMC）包括电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）两个方面 三、可靠性设计准则
机械可靠性设计
基于鞍点估计的机械零部件可靠性灵敏度分析 摘要 对机械结构来说，可靠性指标一般随材料特性、几何参数、工作环境等不确定性因素变化而减弱，所以结构的可靠度、灵敏度就显得尤为重要，对机械零部件可靠性灵敏度的分析也是亟不可待。 本文利用鞍点估计技术可以无限逼近非正态变量空间中线性极限状态函数概率分布的特点，能有效解决统计资料或实验数据较少而难以确定设计变量的分布规律的问题。将可靠性设计理论、灵敏度分析技术与鞍点逼近理论相结合，以前面可靠性数学模型为基础，系统地推导了基于鞍点估计的可靠性灵敏度公式，讨论了基于鞍点估计法的机械零部件可靠性灵敏度计算问题，为进一步分析机械零部件的可靠性稳健设计奠定了理论基础。 关键词：不确定性鞍点灵敏度可靠性 第一章绪论 1.1机械可靠性设计理论研究进展 很早以来人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量问题，这只是靠人们的经验评定产品可靠还是不可靠，并没有一个量的标准来衡量；从基于概率论的随机可靠性到基于模糊理论的模糊可靠性再到非概率可靠性以及最近提出的结构系统概率-模糊-非概率混合可靠性，表明定量衡量产品质量问题的理论方法从产生到现在已有了长足的发展；对于复杂结构的复杂参数由单纯的概率非概率可靠性分析方法发展到可靠性灵敏度分析的各种分析方法，使得这一理论日续丰富和完善，并深入渗透到各个学科和领域。可靠性当今已成为产品效能的决定因素之一，作为一个与国民经济和国防科技密切相关的科学，未来的科技发展中也必将得到广泛的研究和应用。 20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析，已标志着结构可靠性理论研究的初步开始。20世纪40年代以来，机械可靠性设计理论有了长足的发展，目前为止己
机械可靠性设计发展及现状.docx
机械可靠性设计发展及现状 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高，产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来，随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟，电子产品可靠性的相对稳定，电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟；机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展，美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题，在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题( 另外两个是加速试验和软件可靠性) 之一。机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题，因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946 年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来，可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60 年代，对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究，其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究，并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展： 1.1.20世纪40年代，德国在V-1火箭研制中，提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论，即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。 1.2.1957年6月4日，美国的“电子设备可靠性顾问委员会”发布了《军用电子设备可靠性报告》，提出了可靠性是可建立的、可分配的及可验证的，从而为可靠性学科的发展提出了初步框架。 1.3.3.20世纪50年代至60年代，美国、苏联相继把可靠性应用于航天计划，于是机械系统的可靠性研究得到发展，如随机载荷下机械结构和零件的可靠性，机械产品的可靠性设计、试验验证等。 1.4.日本于20世纪50年代后期将可靠性技术推广到民用工业，设立了可靠性研究机构和可靠性工程控制小组，大大提高了日本产品的可靠度。 NASA 在六十年代中期便开始了机械部件的应力验证和利用应力强度干涉模型进行可靠性概率设计的研究。1974年美国和日本成立了结构可靠性分析方法研究组，澳大利亚、瑞典
机械产品可靠性设计综述
机械产品可靠性设计综述 一、可靠性设计的基本概念 可靠性设计的定义： 定义1：对系统和结构进行可靠性分析和预测，采用简化系统和结构、余度设计和可维修设计等措施以提高系统和结构可靠度的设计。 定义2：为了满足产品的可靠性要求而进行的设计。 可靠性设计即根据可靠性理论与方法确定产品零部件以及整机的结构方案和有关参数的过程。设计水平是保证产品可靠性的基础。 可靠性设计是产品的一个重要的性能特征，产品质量的主要指标之一，是随产品所使用时间的延续而在不断变化的。可靠性设计的任务就是确定产品质量指标的变化规律，并在其基础上确定如何以最少的费用以保证产品应有的工作寿命和可靠度，建立最优的设计方案，实现所要求的产品可靠性水平。 可靠性问题的研究是因处理电子产品不可靠问题于第二次世界大战期间发展起来的。可靠性设计用在机械方面的研究始于20世纪60年代，首先应用于军事和航天等工业部门，随后逐渐扩展到民用工业。 可靠性设计的一个重要内容是可靠性预测，即利用所得的资料预报一个零件、部件或系统实际可能达到的可性，预报这些零部件或系统在规定的条件下和在规定时间内完成规定功能的概率。在产品设计的初期阶段，及时完成可靠性预测工作，可以了解产品各零部件之间可靠性的相互关系，找出提高产品可靠性的有效途径。 二、可靠性设计的基本原理 （1）选择设计方案时尽量不采用还不成熟的新系统和零件，尽量采用已有经验并已标准化的零部件和成熟的技术。 （2）结构简化，零件数削减。如日本横河记录仪表10年中无件数削减30%，大大提高了可靠性。 （3）考虑功能零件的可接近性，采用模块结构等以利于可维修性。 （4）设置故障监测和诊断装置，保证零件部设计裕度（安全系数/降额）。 （5）必要时采用功能并联、冗余技术。如日本的液压挖掘机等，采用双泵、双发动机的冗余设计。 （6）失效安全设计（Failure Safe），系统某一部分即使发生故障，但使其限制在一定范围内，不致影响整个系统的功能。 （7）安全寿命设计（Safe Life），保证使用中不发生破坏而充分安全的设计。例如对一些重要的安全性零件如汽车刹车，转向机构等要保证在极限条件下不能发生变形、破坏。 （8）加强连接部分的设计分析，例如选定合理的连接、止推方式。考虑防振，防冲击，对连接条件的确认。 （9）可靠性确认试验，在没有现成数据和可用的经验时，这是唯一的手段。尤其机械零部件的可靠性预测精度还很低。主要通过试验确认。 三、可靠性设计的基本方法 为了使设计时能充分地预测和预防故障，把更多的失效经验设计到产品中，因而必须邦助设计人员掌握充分的故障情报资料和设计依据。采取以下措施：
硬件可靠性及提高
硬件可靠性及提高 一般来说，系统总是由多个子系统组成，而子系统又是由更小的子系统组成，直到细分到电阻器、电容器、电感、晶体管、集成电路、机械零件等小元件的复杂组合，其中任何一个元件发生故障都会成为系统出现故障的原因。因此，硬件可靠性设计在保证元器件可靠性的基础上，既要考虑单一控制单元的可靠性设计，更要考虑整个控制系统的可靠性设计。 1．影响硬件可靠性的因素 (1)元件失效。元件失效有三种：一是元件本身的缺陷，如硅裂、漏气等；二是加工过程、环境条件的变化加速了元件、组件的失效；三是工艺问题，如焊接不牢、筛选不严等。 (2)设计不当。在计算机控制系统中，许多元器件发生的故障并不是元件本身的问题，而是系统设计不合理或元器件使用不当所造成。 在设计过程中，如何正确使用各种型号的元器件或集成电路，是提高硬件可靠性不可忽视的重要因素。 （1)电气性能：元器件的电气性能是指元器件所能承受的电压、电流、电容、功率等的能力，在使用时要注意元器件的电气性能，不能超限使用。（2)环境条件：计算机控制系统的工作环境有时相当恶劣，由于环境因素的影响，不少系统的实验室试验情况虽然良好，但安装到现场并长期运行就频出故障。其原因是多方面的，包括温度、干扰、电源、现场空气等对硬件的影响。因此，设计系统时，应考虑环境条件对硬件参数的影响，元件设备须经老化试验处理。 （3)组装工艺：在硬件设计中，组装工艺直接影响硬件系统的可靠性。由于工艺原因引起的故障很难定位排除，一个焊点的虚焊或似接非接很可能导致整个系统在工作过程中不时地出现工作不正常现象。另外，设计印制电路板时应考虑元器件的布局、引线的走向、引线的分类排序等。
关于机械可靠性设计的研究
193信息技术与机电化工 机械的制造水平是一个国家科技发展状况的重要参考标准，一个 公司所生产出来的机械不光是衡量一个公司科技实力的参照物，更能 保证其在生产生活的应用过程当中发挥其最大价值，落实机械可靠性 设计优化措施对促进我国机械行业的发展具有重要意义。 一、机械可靠性设计的发展现状 机械可靠性设计的发展现状主要表现为以下几点：第一点，灵敏 度设计还有待加强。由于机械本身具有零件构成复杂、组成构件价格 昂贵以及设计人员众多的特点，对机械的可靠性设计灵敏度不够往往 就会造成资源的浪费。第二点，机械可靠性设计优化不全面。机械是 更新较快的事物，就目前来看我国的机械可靠性设计完全跟不上逐渐 加快的机械更新速度，这就导致了机械可靠性设计的不全面，同时没 有办法保证机械在使用过程当中的性能。第三点，机械可靠性设计研 究力度不足。我国对机械可靠性的设计研究力度不能支持机械在生产 过程当中的大范围使用，落后的机械可靠性设计也会使机械生产受到 制约。 二、机械可靠性设计优化措施 （一）加强灵敏度设计 机械可靠性优化设计不同于其它设计工作，其面临着多种因素的 影响，所以对机械可靠性的设计就要加强灵敏度，具体应该做到以下 几点：第一点，加强对机械构件的数据分析。机械的可靠性设计是指 可靠性、经济性、机械性三性统筹，能充分解决机电产品在使用的过 程当中容易出现意外状况的现象，同时由于机械的构件数量庞大、结 构复杂，这在一定程度上为机械可靠性设计带来了难题，可以通过加 强对机械构件的数据分析解决这一问题，通过分析构件的数据就能够 了解到机械的基本情况，从而减少机械可靠性设计的频率，降低资源 的浪费[1]。第二点，减少机械可靠性设计不必要的投入。机械可靠性 的设计按照传统的方式需要大量的人力资源以及物力资源，不适宜的 机械可靠性设计会带来严重的资源浪费问题，所以在机械可靠性设计 当中要严格控制投入，减少资源浪费问题。 （二）优化要全面化 为了适应越来越快的机械更新频率，对机械可靠性的设计范围也 要扩大，全面优化机械可靠性设计主要应该做到以下几点：第一点， 丰富机械可靠性设计方式。当前的机械产品行业趋势已经发展成为更 新周期短、用户需求多样化的形式。面对丰富的市场需求，机械产品 必须改变传统的单一设计方式，从各个角度进行优化，向着全面、安全、 可靠的机械产品进行转变。第二点，满足企业对机械可靠性设计的要摘要：随着我国科技水平的不断提高，机械的发展也越来越迅速，相应地关于机械可靠性设计的研究也就的到越来越多的关注，本文从机械机械可靠性设计的发展现状出发，针对其发展当中存在的一些问题提出了加强灵敏度设计、优化要全面化和相关部门加强研究力度三方面的优化措施。 关键词：机械可靠性；机械原理；机械设计 关于机械可靠性设计的研究 任连彬 （石家庄宝嘉建筑工程有限公司） 求。机械可靠性的设计人员应该熟知公司对机械可靠性的要求，必须抓紧一切可利用的资源，在最短的设计周期内完成机械可靠性产品的设计，并根据用户的需求不断进行优化。同时，还要充分考虑到企业的经济利益，合理控制机械设计中的成本投入，以最佳的产品性价比为公司和企业创造最大的经济效益。这样既能满足企业对机械可靠性设计的要求，又满足了使用方对机械的性能要求[2]。（三）相关部门加强研究力度加强相关部门对优化机械可靠性设计的力度应该做到以下几点：第一点，加强机械可靠性设计工作人员的设计技能。设计人员的技能决定了机械可靠性设计的完成程度，专业的设计人员能够举一反三，对机械设计的缺陷及时提出改正意见。第二点，加强对机械可靠性的研究支持。作为制造业大省，江苏一直致力于推进质量变革，建设质量强省。而企业，正是质量强省建设的重要主体。由省政府新闻办、省工信厅、省市场监督管理局等联合召开的发布会上，26家企业的质量管理项目获授2018年江苏省“质量标杆”。可靠性，是指元件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性。可靠性不高，是中国工程机械行业共同面临的问题。这些公司质量保证部、技术中心以及应用工程部等多个核心部门协同行动，构建起产品全周期可靠性管理平台，打造装载机高可靠性保障体系。徐工科技创新建立一套全生命周期可靠性指标评价体系；针对设计、制造、市场、管理策划等建立产品使用全周期的可靠性管理规则；通过建立整机九大系统实验测试标准与方法、108种关键零部件可靠性验证标准和方法、产品“六性”评价标准及实验基础数据库，全面建立整机及关键零部件可靠性试验标准体系。通过标准化的加持，公司各类产品可靠性水平连续三年提升73%，质量损失降低83%。仅用半年时间，徐工科技装载机的销售量就已经位列全国第三。三、结论综上所述，当前的机械产品正在不断推陈出新，其更新速度也是越来越来，保证机械可靠性设计能够在最大限度保障机械在生产生活当中的正常使用，同时也能够促进机械使用安全，减少意外事故的发生，进而促进机械制造业的发展。参考文献：[1]周谦，王飞.机械可靠性设计方式与原理分析[J].山东农业工程学院学报，2018，35（12）：17-18.[2]张广辉.浅谈机械可靠性设计的内涵与递进[J].民营科技，2018（09）：14.
机械可靠性设计发展及现状(新编版)
机械可靠性设计发展及现状 (新编版) Safety technology is guided by safety technology, based on personnel protection, and an orderly combined safety protection service guarantee system. ( 安全技术) 单位：_______________________ 部门：_______________________ 日期：_______________________ 本文档文字可以自由修改
机械可靠性设计发展及现状(新编版) 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高，产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来，随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟，电子产品可靠性的相对稳定，电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟；机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展，美国可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国
可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题，在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题(另外两个是加速试验和软件可靠性)之一。机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题，因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来，可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60年代，对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究，其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究，并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展： 1.1.20世纪40年代，德国在V-1火箭研制中，提出了火箭系统的可靠性等于所有元器件可靠度乘积的理论，即把小样本问题转化为大样本问题进行研究。 1.2.1957年6月4日，美国的“电子设备可靠性顾问委员会”发布了《军用电子设备可靠性报告》，提出了可靠性是可建
嵌入式系统最小系统硬件设计
引言 嵌入式系统是以应用为中心，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。本文主要研究了基于S3C2410的嵌入式最小系统，围绕其设计出相应的存储器、总电源电路、复位电路等一系列电路模块。 嵌入式最小系统 嵌入式最小系统即是在尽可能减少上层应用的情况下，能够使系统运行的最小化模块配置。以ARM内核嵌入式微处理器为中心，具有完全相配接的Flash电路、SDRAM电路、JTAG电路、电源电路、晶振电路、复位信号电路和系统总线扩展等，保证嵌入式微处理器正常运行的系统，可称为嵌入式最小系统。对于一个典型的嵌入式最小系统，以ARM处理器为例，其构成模块及其各部分功能如图1所示，其中ARM微处理器、FLASH和SDRAM模块是嵌入式最小系统的核心部分。
微处理器——采用了S3C2410A ； 电源模块——本电源运用5V 的直流电源通过两个三端稳压器转换成我们所设计的最小系统所需要的两个电压，分别是3.3V 和1.8V ，3.3V 的给VDDMOP ，VDDIO,VDDADC 等供电，而1.8V 的给VDDi 和RTC 供电。 时钟模块（晶振）——通常经ARM 内部锁相环进行相应的倍频，以提供系统各模块运行所需的时钟频率输入。32.768kHz 给RTC 和Reset 模块，产生计数时钟，10MHz 作为主时钟源； Flash 存储模块——存放嵌入式操作系统、用户应用程序或者其他在系统掉电后需要保存的用户数据等； SDRAM 模块——为系统运行提供动态存储空间，是系统代码运行的主要区域； 复位模块——实现对系统的复位； 1.8V 电源LDD 稳压 SDARM 32MB (use JTAG 接口 REST 电路256字 节E2PROM E2PROM UART 串口功能扩展 32768Hz 晶振RTC 时钟源 S3C2410A-20 (ARM920T) (16KB I-Cache,16KB D-Cache) SDARM 32MB (use NOR FLASH 2MB (use
机械可靠性设计课程教学大纲
《机械可靠性设计》课程教学大纲 课程编码：08541032 课程名称：机械可靠性设计 英文名称：Reliability of Mechanical Design 开课学期：第6,7学期 学时/学分：30 / 1.5 课程类型：选修课 开课专业：机械科学与工程学院 选用教材：自编讲稿 主要参考书：机械可靠性设计徐灏著机械工业出版社 机械可靠性设计刘惟信著清华大学出版社 执笔人：王军 一、课程性质、目的与任务 本课程系选修课，介绍了可靠性设计的原理及概貌。系统地讲述了机械强度可靠性设计的原理，静强度的可靠性设计和疲劳强度的可靠性设计。其主要任务是培养学生： 1、了解可靠性设计的概念、重要性及原理。 2、掌握机械静强度可靠性设计的基本思想和方法。 3、掌握机械疲劳强度可靠性设计的基本思想和方法。 4、有能力解决一般机械强度可靠性设计的问题。 5、为学生的进一步深造打基础。
“可靠性”是产品质量和技术措施的一个最重要的指标，早已受到世界发达国家的高度重视，因此，在我国对工科学生开设此门科程，具有非常重要的现实意义。 二、教学基本要求 了解可靠性设计的概念、重要性及原理，掌握机械静强度可靠性设计的基本思想和方法，掌握机械疲劳强度可靠性设计的基本思想和方法，有能力解决一般机械强度可靠性设计的问题。 三、各章节内容及学时分配 1、可靠性概念（4学时）：可靠性与质量的关系；可靠性的定义； 衡量可靠性的尺度。(掌握) 2、统计分析的基础知识（4学时）：随机变量；概率的概念；母 体、个体和子样；均值与中值；方差与标准差；平均秩与中位秩； 正态分布；对数正态分布；指数分布；威布尔分布。（了解） 3、机械强度可靠性设计的基础理论（6学时）：可靠性设计方法 的基础理论(理解)；零件强度分布率及分布参数的确定；零件应力分布率及分布参数的确定；强度可靠性计算条件式与许用可靠度；强度可靠性设计方法及步骤(掌握)。 4、静强度可靠性设计（4学时）：拉杆；梁；扭转圆杆；转轴的 强度可靠性设计。(掌握) 5、疲劳强度可靠性设计（8学时）：S-N及P-S-N曲线；疲劳极限
实现机械工程的可靠性优化设计参考文本
实现机械工程的可靠性优化设计参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
实现机械工程的可靠性优化设计参考文 本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 自改革开放之后，中国的工程机械行业得到了前所未 有的发展，经过30多年的不懈努力，机械工程制造业取得 了巨大的发展成果，在国民经济中占有很大的比重。在机 械工程行业里面，对其可靠性进行优化设计是十分必要 的。在本文中，深入探讨了工程机械可靠性优化设计中的 问题，以便参考。 现代社会，科学技术的发展已不可同日而语，人们不 仅对多功能产品的强烈需求，还希望多功能产品的各项能 力非常突出。以提高产品的功能可靠性为目的，促使了产 品产品的可靠性优化设计应运而生，从其概念的产生到如 今，得到了迅速发展和广泛使用。在开展工程机械产品的
设计时，需要把可靠性理论和技术融合起来，并依据具体的要求，可以优先考虑产品的可靠性;在延误开发时间，增加成本和性能的前提下，使工程机械产品的设计尽量满足可靠性的要求。由于可靠性设计是一个跨多学科，多技术的新兴技术，所以可靠性的设计涉及诸多问题。 1.机械工程设计的可靠性常用方法 1.1.鲁棒设计方法 这种设计方法主要是降低产品的敏感性。使产品的性能不会因为制造期间在变异或是使用环境的变化而变得不稳定，并且让产品在额定的使用期限内，不会因为产品的结构发生变化，参数变动，系统老化等问题而影响到工作的设计方法。该方法是基于统计分析为基础由日本的机械设计师田口玄一提出的，它根据产品的可用性对用户造成多大的经济损失来判断设计的可靠，这是它的基本原理，其中的损失通常是可靠的用户流失的可用性正比于产品的
机械可靠性设计与安全系数设计方法的对比分析
机械可靠性设计与安全系数设计方法的对比分析 姓名：梁伟文 单位：太原理工大学机械工程学院山西太原030024 摘要：分析了机械强度计算方法中采用的安全系数法存在的问题，用应力—强度干涉理论,详细 分析了可靠性与机械安全系数的关系,给出了相应的计算公式 . 通过示例,表明基于可靠性的机 械安全系数设计方法是符合实际的 .对机械可靠性设计的方法与传统的安全系数设计的方法进行 对比性分析，对现代机械结构设计规范的发展趋势是逐步提出对可靠性的要求,以取代传统的安全 系数的验证，对比两者的优缺点。指出了常规设计中安全系数确定方法之不足;对可靠性设计中安 全系数各参数的确定进行了具体分析和数字推理,阐明了可靠性设计的优越性,从而使材料的机械 性能更能得到充分利用。 关键词：可靠性设计安全系数应力 1、引言 把影响零件工作状态的设计变量都处理成确定的单值变量。为了保证设计零件的安全可靠,在设计中引入一个大于1的安全系数试图来保障机械零件不发生故障,这种传统设计方法也称为安全系数法。安全系数法直观、易懂、使用方便,所以至今仍被广泛采用。但它有较大的盲目性,因为它不能反映设计变量的随机性[1]。有时候取的安全系数虽然大于1,但是由于强度和应力的数值是离散的,有出现应力大于强度的可能性,因此并不能保证在任何情况下都安全[2,3]。为了追求安全,设计中有时盲目取用优质材料或加大零件尺寸,从而造成不必要的浪费。而机械零件可靠性设计中把影响零件工作状态的设计变量都处理成随机变量,它们都有一定的分布规律,应用概率论与数理统计理论及强度理论,求出在给定设计条件下零件产生失效的概率公式,并应用这些公式,求出在给定可靠度要求下零件的尺寸参数,能得到恰如其分的设计,但是该方法计算比较复杂[4]。可以设想将传统设计的安全系数引入到可靠性设计中去,得出可靠性意义下的平均安全系数,提出一种基于平均安全系数的可靠性设计方法。 2、统安全系数分析 传统的机械零件设计方法(即安全系数法)是基于这样的前提:把零件的强度δ和应力 S等参数都处理成单值确定的变量,如图1( a).一个零件是否安全,可用计算安全系数n大于或等于许用安全系数[n]来判断,即
机械可靠性设计发展及现状详细版
文件编号：GD/FS-3657 （安全管理范本系列） 机械可靠性设计发展及现 状详细版 In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It Is Necessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities. 编辑：_________________ 单位：_________________ 日期：_________________
机械可靠性设计发展及现状详细版 提示语：本安全管理文件适合使用于平时合理组织的生产过程中，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到实现简化管理过程，提高管理效率，实现预期的生产目标。，文档所展示内容即为所得，可在下载完成后直接进行编辑。 随着科学技术的发展和对产品质量要求的不断提高，产品的可靠性也越来越成为产品竞争的焦点。产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。可靠性设计是使产品的可靠性要求在设计中得以落实的技术。可靠性设计决定了产品的固有可靠性。 所谓可靠性是指“产品在规定时间内，在规定的使用条件下，完成规定功能的能力或性质”。可靠性的概率度量称为可靠度。长期以来，随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟，电子产品可靠性的相对稳定，电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟；机械可靠性试验技术则由于存在理论难题而发展相对较慢。为了机械可靠性的切实发展，美国
可靠性分析中心一直坚持鼓励其组织机构广泛收集机械产品可靠性数据。同时美国可靠性分析中心在提到的关于将来安全相关技术发展备选课题，在可靠性领域中把机械可靠性作为三大课题( 另外两个是加速试验和软件可靠性) 之一。机械可靠性试验技术是机械可靠性技术中一个关键的问题，因此被广泛关注。 机械可靠性试验的发展 自1946 年Freuenthal在国际上发表“结构的安全度”一文以来，可靠性问题开始引起学术界和工程界的普遍关注与重视。上世纪60 年代，对机械可靠性问题引起了各国广泛重视并开始对其进行了系统研究，其中美国、前苏联、日本、英国等国家对机械产品可靠性进行了深入研究，并在机械产品可靠性理论研究和实际应用方面取得了相当进展： 1.1.20世纪40年代，德国在V-1火箭研制中，
机械可靠性设计
机械可靠性设计 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
机械可靠性设计概述 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机制（2）班 组员： 黄佳辉 芦朝晖
摘要 可靠性就是产品在规定的时间和规定的条件下完成规定功能的能力，无论任何产品或是零件能否在复杂多变的环境下发挥其应有的功能是至关重要的，目前几乎所以的机器在设计制造的过程中都必须考虑其可靠性，可靠性设计已经变得越来越重要，怎样合理的采用科学的可靠性设计方法使机器能够在要求的工作环境下不会失效损坏是设计中必须考虑的重要问题，只有这样才能提高和稳定产品的可靠性。 关键词：可靠性发展趋势设计方法意义原理 正文 机械可靠性设计的目的就是确保其设计的机械零件能够在规定的工作时间，规定的条件下完成规定的功能。机械产品是在综合学科交叉作用下的高新技术的衍生物， 其主要功效就是实现产品运行过程中的安全性、可靠性[1] 。一个产品如果无法保证其 运作的稳定性，将会极大的威胁到人生安全，而且稳定性也是对产品质量的一种保证。 一机械可靠性设计研究发展状况 国内主要的可靠性研究机构有中国赛宝实验室（CEPREI，工业和信息化部电子第五 研究所）、摩尔实验室（MORLAB）等。中国赛宝实验室是中国唯一专业进行电子产品质量与可靠性研究的权威机构。可靠性研究分析中心（RAC）是中国赛宝实验室的核心技术部门，是按国际标准ISO17025管理和运行的实验室，主要开展电子产品失效分析、破坏性物理分析、电子制造技术服务、电子产品污染控制技术项目等。 经过多年的建设和发展，分析中心在电子材料、元器件、封装、组装和电子辅料的质量与可靠性方面，具有完善的检测、分析和试验能力；开展有毒有害物质（RoHS）、环境评估与监测、ODS替代技术检测等方面的技术服务，是目前国内最先进、综合技术能力最强的电子制造技术支持实验室和环保检测实验室。 摩尔实验室中的可靠性实验室主要实验为：气候环境实验、机械环境实验、高温可靠性实验。环境试验室拥有一批国际、国内着名的专业环境试验设备制造商生产的气候环境试验设备；设备技术先进、性能稳定、功能齐全，可编程控制，自动绘制试验曲线；可按IEC、ISO等国际标准和国家标准(GB)、行业标准、企业标准，以及客户的要求进行高温、低温、恒温恒湿、交变湿热、温度变化、温度/湿度组合循环、低气压等气候环境试验。环境试验室还拥有面积40余平方米的具有国内领先水平的大型淋雨试验室，配备了可编程控制、不锈钢材料的垂直淋雨、摆管淋雨、花洒淋雨、防
机械零件结构设计的可靠性分析
Engineering Design | 工程设计 | ·207 · （力神动力电池系统有限公司，天津 300384） 摘 要：机械零件结构设计的可靠性设计就是可靠性分析，是对机械零部件进行概率设计，其对传统的机械设计进行了改进。机械零件结构和常规电器元件有所不同，因其自身独有的特性，无法借助实验取得可参考数据，所以只有对机械零件结构进行可靠性分析，才能保证机械零件结构设计的实用性和规范性。文章对机械零件结构设计特点、设计分析进行了着重说明，为以后机械零件的可靠性设计提供参考。关键词：机械零件；结构设计；可靠性中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）09-0207-02 作者简介：张如星(1989—)，男，硕士，研究方向：结构设计和焊接技术。 机械零部件可靠性设计是现代机械零部件生产的主要依据，飞机、汽车和船舶等重工业产品和机械类产品内部的重要零部件都是建立在零件可靠性上进行生产的。另外，我国的核电仪控自动化系统中也离不开零部件的结构设计。因此，我国相关部门对机械零件结构可靠性设计非常重视。机械零件结构可靠性设计能力的提升，加速了我国工业水平的发展速度。 1 机械可靠性及其工作的特点 1.1 机械可靠性的特点 当机械处于正常运行时，必须确保其稳定可靠，如果在使用的过程中出现问题，会造成不必要的损失，所以机械的可靠性尤为重要。在机械产品运行的过程中，不可避免地会发生摩擦、损耗等情况，导致机械零件破损，以至于不能满足正常使用要求，进而影响工作效率以及质量。机械是由众多零件组合而成的，在众多的零件当中，非标准零部件所占比例尤为显著，并且这些零部件的失效统计值非常分散，不易统计。正是因为这个原因，在平时的工作中很难对机械产品的失效数据准确收集、统计。所以在进行机械的可靠性分析时，并不能对实际情况进行分析，只能针对机械的失效模式进行分析，从而近似得到想要的结果。1.2 机械可靠性工作的特点 要想对机械的可靠性进行分析，要对机械中各部分零件进行可靠性分析，通过失效模式分析以及工作经验，得到相对比较准确的结论，并提供给进行产品研发的有关部门。进行机械产品的可靠性分析时，为了避免在分析的过程中出现失效现象，首先要做失效模式分析；其次要对机械产品的重要零件和关键零件进行可靠性的设计工作；最后要制定该产品的产品操作要点，并对产品的维修进行说明。 2 机械可靠性设计方法 2.1 优化设计分析 优化设计分析是在确保零部件的可靠性保持不变的情况下，根据其现在的工作方法、工作环境等多方需求对机械的零部件结构进行调整和优化，以便零部件能够更加高质量、高效率地完成工作。在对机械可靠性进行优化的过程中，应对机械零件的强度、刚度等性能进行 了解，然后运用数学知识构建数学模型，并且进行计算。2.2 灵敏度设计分析 在进行机械可靠性设计时，其中比较重要的是灵敏度设计。该设计是在可靠性设计基础之上，依据灵敏度参数，计算出对机械产品失效影响的不同数值，找出对机械零件可靠性设计中敏感性影响比较大的变量，根据这些变量造成的工作效果进行新一轮的评估，根据评估结果对相应灵敏度的参数进行调整，以防机械产品在使用过程中因为一些外在因素变差而失去灵敏性。在灵敏度进行设计的过程中，可以根据灵敏度的计算公式进行计算，以此确定设计参数的灵敏度，根据这些数值进行产品设计，可以提高机械产品的灵敏度，从而减少灵敏度对产品可靠性的影响，使机械零件结构的可靠性得到充分保证。 2.3 稳健性设计分析 对机械零部件进行可靠性设计，在最大程度上减少机械外部环境或意外情况的发生而使机械零部件的可靠性发生变化。在机械设计的过程中，一定做好优化工作，如此机械在使用时即使机械零件发生了意外情况，也影响不到机械的正常运转。就机械本身而言，在进行设计和投入使用后，一些外在的原因发生会导致机械无法正常工作。如果对机械进行稳健性设计，就可以抵消这些外在原因对其产生的影响，使机械始终处在相对稳定工作状态，不会因外界因素影响工作，确保机械性能得到最大发挥。 2.4 实验分析 当对机械零部件进行可靠性设计后，要对它的可靠性进行试验，保证其在以后使用过程中不会出现各种各样的问题。在进行试验的过程中，要采集各种零部件在不同工作状态下的运行数据，通过对这些数据的分析，找出产品设计、原材料和加工工艺中的不足之处，进行进一步的调整，使产品进一步完善，从而提高产品成功率，还可以减少维修养护的成本。为了使机械产品的使用寿命更长，必须提高机械每个零件的产品质量。如果试验过程中出现故障，要对出现的故障进行认真的分析和研究，针对故障发生的根源，制定有效的处理方案，同时尽可能地在实际应用过程中规避同样的问题。如果可靠性设计出现更改，就意味着实验工作又要重新开始，不仅会浪费一定的资源，还会浪费较多时间。因此合理进行模拟实验能够提高可靠性设计的效率，使资源得到合理的利用。 （下转第209页）