基于机械结构产品的可靠性设计分析

吴品弘

广东美的安川服务机器人有限公司

基于机械结构产品的可靠性设计分析

吴品弘

广东美的安川服务机器人有限公司

随着生产力水平的不断提高，机械工业也在不断发展，机械设备在各行各业中的运用更加广泛和频繁，其不仅减轻了劳动者的工作量，发展，我国的工业化水平将继续提升，为了满足工业化发展的需求，设计和生产操作简便、高效安全、经济环保的机械设备将是机械生产企业面临的重要问题。本文从机械制造工艺合理化的角度探讨了优化机械设计的方法，以期为机械生产企业的设计和制造更符合社会需求的产品提供一些借鉴和帮助。

机械结构产品；可靠性设计；合理化

机械的可靠性是通过设计、制造、检验等各个步骤共同决定的，每一环节的工作细节都会对机械的可靠性造成一定的影响，只有在确保各环节正常运作的前提下，才能保证制造出来的机械具有可靠性。可靠性设计是机械可靠性的前提、基础，所以机械的设计环节是保证机械可靠性的重要前提。可靠性设计过程中，除了采用传统技术，还用到了各种分析预测的手段，以保证可靠性设计的质量。随着现代科技水平的不断提高，可靠性设计也正在进军电子领域。

1 机械结构动态设计概述

机械产品结构的动态设计主要是通过对机械产品特性进行分析，对动力模型进行建构，并在机床设计中应用的流程。动态化机械结构产品设计，可对产品设计过程中存在较薄弱的项目进行查找，根据模型自身模拟状态进行改进。在动态设计过程中应选择性使用有效变量信息，对初始参数及修改后参数信息进行完善并投入使用，确保机械产品结构动态设计状态最佳化，对机械产品时间设计进行强化。为确保机械产品动态设计符合当下精细化产品设计要求，应确保设计模型稳定，对设计方法及产品设计进行规范。通过对机械结构动态设计进行分析，认为与传统静态设计相比其设计质量全面提升，并对结构的动态性能进行保证，在降低设计成本的基础上对设计效率进行提高。因此目前机械产品工业应用领域对机械产品动态结构设计应用进行广泛推广。

2 机械结构产品可靠性分析

在机械产品的生产制造过程中，质量提高、设计理论优化、技术改进、设计周期缩短等至关重要，以上内容与可靠性紧密相连。可靠性分析贯穿于机械产品设计全过程，这表明可靠性分析已经步入实用阶段。目前，机械零件结构设计的可靠性分析研究已经成为机械制造中的主要研究题目，大量理论文献有力地证实机械零件结构设计的可靠性分析理论趋于成熟，未来将朝着以下方向发展。

2.1 机械产品与电子产品相比非标准结构件较多

电子产品中大多元器件规格及型号均相同，属于标准构件，不同系统中可选用相同型号的元器件。但机械产品结构大多不具备通用性，不同产品元器件需专业设计并加重。因此机械产品可靠性预计工作的开展相对困难。通过对大量实验结果及相关经验进行总结，认为数据是计算出机械产品相关零部件故障率的有效途径，但因机械产品在不用应力环境下气自身磨损及损耗规律变化相对较大，因此很难定量对其损耗规律进行研究。

2.2 可靠性优化设计

可靠性优化设计也是建立在可靠性之上，这种设计模式不仅能够更好地满足产品投入使用过程中的可靠性，还能优化产品外观尺寸、加工成本以及安全性等参数，进而使产品预估效能更加接近实际效能。此种方法有效融合可靠性分析理论和规划方法，以可靠度为基础构建优化目标函数，调整机械零件的外形尺寸、成本等参数，实现最小化，然后以刚度、强度等设计要求充当约束条件，构建数学模式，参照数学模型合理选择具体的优化方法，最终求解最理想的设计变量。

2.3 加强绿色制造的工艺措施

在机械设计的过程中需要对设计理念进行创新，不断改进设计的方案，将绿色环保观念贯彻进去，不断完善和更新传统的设计理念，将新型的设计要求与机械设计结合起来。与此同时，在注重环境保护的同时更加不能放松对经济效益的要求，做到环境保护和经济发展同时并举，在环境保护的基础之上，促进经济效益的最大化。目前，产品的绿色开发是对产品提出的新要求，只有不断对环境污染和生态破坏问题进行治理，才能够避免对周围环境的破坏。对于设计材料的使用对于合理控制环境污染也具有一定的意义。系统化的绿色机械设计理念对于原材料提出了更高的要求，以期在原料选择的源头上将环境污染控制在最小的范围之内。

3 机械结构产品的可靠性设计

实施机械结构产品设计时主要原则为遵循简化设计、成熟设计，尽可能降低对使用人员技能的要求，在进行系统设计时需对产品各组件及相关技术成熟性、继承性进行考虑，在高可靠性设计的基础上对产品提出免维护要求。机械结构产品设计时需对新技术应用的占比进行考虑，并保证新技术具有较好研究基础。确保设计简化，要求结构简单，减少对零部件、元器件数量以及品种的要求，最大限度降低独立组成部分复杂程度及数量，并满足产品通用化、标准化要求。在开展结构设计时要求在规定结构装配的基础上对装配精度进行满足，要求连接具有可靠性并便于拆卸，在使用、检测及后期维护方面均方便。避免在使用过程中因温差变化或其他因素产生故障，确保紧固件具备放松动措施等。机械结构设计中应针对强度设计进行优化，对应力与强度最佳匹配状态进行查找，要求产品可承受动载并对其应力响应及动强度进行分析、校对。可靠性设计时应对系统安装的可靠性进行分析，避免因安装设计不合理造成安装差错或定位困难等问题，并要求产品设计包含抗温度、抗震动等相关环境适应性设计。

目前，我国的可靠性设计技术已经越来越受到各行各业的广泛关注，机械可靠性设计技术也在不断更新换代。从整体来看，目前我国机械可靠性研究还不成熟，投入实际应用的作用不大，与外国发达国家差异明显。另一方面，可靠性能使机械产品的性能与预测更接近，提高安全性与经济性，希望通过作者在文中的讨论，读者们能对目前我国机械可靠性的不足与优点有所认识，也期待我国机械可靠性技术能有更大的发展。

[1] 卓红艳，刘志强，金晓等. 基于机械结构产品的可靠性设计分析[J].工业控制计算机，2013，26(3)：124-125.

[2] 张炜，马永青，陈绍志. 基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].时代农机，2015(5).