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机械设计的可靠性研究

时间:2017-12-05 研究生论文 我要投稿

  摘 要:机械产品的可靠性优化设计主要是为了产品使用具有可靠的功能,其发展非常迅速,而且使用得十分广泛。本文即对机械设计的可靠性做了相关研究。

  关键词:机械设计 灵敏度 方案期 可靠性

  一、机械设计可靠性概述

  机械设计的可靠性建立在传统设计之上,将与待设计对象相关的参数等要素进行一定的处理,使之转变成随机变量,参照设计原则构建概率数学模式,依据概率论、统计学理论和强度理论,计算出机械零件出现破坏的概率公式。然后参照公式明确该可靠性条件下的零件外观尺寸、使用寿命,在满足基本的运行使用要求的同时,获得理想的设计参数。这有效填补了常规设计中的缺陷,设计方案也更加真实。现阶段,可靠性设计被大范围地应用在飞机、汽车等关键产品以及机械零件结构设计中,它具有以下特点。

  第一,人为应力以及强度均属于随机变量。在设计的过程依据不同标准的设计要求,合理选择相应的特征函数,除了要考虑均值,还应考虑离散性,通过概率统计方法计算。

  第二,人为设计的机械产品不可避免地存在失效概率。在实际设计过程中应依据实际需求提前监控失效概率可靠性,全面考虑所有参数的随机性和分布规律,进而准确映射机械零件的实际工作状态。

  第三,可靠性设计分析与普通的安全系数法相比,更加合理。通过这种设计方法可获得最理想的设计,而安全系数法较为保守。由此可知,机械零件结构设计的可靠性分析可获得较为理想的结构,并节省材料成本、缩减加工制作时间,为机械加工制造创造更多的经济效益。

  二、机械工程产品的可靠性优化设计现状分析

  2.1 可靠性优化设计的基本理论

  20世纪60年代,机械优化设计获得了最广阔的发展。在这一时期,计算机技术和数学规划有机地结合起来,推动了机械优化设计向更高的层次发展。优化设计的方法被广泛应用于工程设计领域,并伴随着计算机技术的飞速发展和数学规划理念的不断成熟,发挥着越来越重要的作用,取得了令人瞩目的成果。具体来讲,所谓可靠性优化设计主要包含三个方面,即产品的质量、成本和可靠度。

  可靠性优化设计从系统的、整体的角度对产品的可靠度进行分析,并对其性能进行约束与优化,在确保产品性能和质量的前提下,将产品的合理性和安全性有机结合,从而使得产品的可靠度实现最大化。通过可靠性优化设计,在满足产品可靠性的同时,还使得能源以及资源获得充分的利用,避免了能源和资源的不合理使用及浪费现象。采用可靠性优化设计所生产出来的产品,具有体积小、质量轻的特点,并使用节能材料,顺应当前可持续发展和;せ肪车那魇。对机械产品进行优化设计的根本宗旨,即为了满足安全的需要或者为了实现特定的预期点,通过最优化的方式,对产品进行处理。在进行优化设计时,需要考虑多种因素给产品性能带来的影响,其中需要注意的两点即结构参数以及各种载荷的随机性。

  2.2 近年来可靠性优化设计发展

  近年来,高新科技不断融入机械设计领域,许多现代化的设计方法和设计理念应运而生,可靠性设计和优化设计也获得了飞速的发展。然而从设计的角度来看,可靠性设计和优化设计是设计的两个不同方面,而对于机械产品的设计来说,如果单纯地考虑其中的一方面是无法达到设计要求的。这就需要在实际的设计工作中,将两者相结合,从而发挥其潜在的巨大作用?煽啃陨杓撇煌谟呕杓,可靠性设计是以产品的可靠性为设计宗旨的,因此设计的结果并非其工作性能或参数的最佳点。此外,优化设计有别于可靠性设计,优化设计并不考虑产品的可靠性,因此有可能导致事故,造成经济损失。另外,单纯的优化设计也无法保证产品在特定的时间和条件下达到预期的功能或目的。

  机械产品的结构通常都比较复杂,所涉及到的设计参数也非常多,而单纯的可靠性设计并不十分适用于多个设计参数的系统设计。因此,在进行可靠性优化设计时,要分清设计的重点以及明确设计的步骤,在保证机械产品可靠性的前提下,实现产品工作性能和设计参数的最优化。只有这样,才能设计出既满足可靠性又符合最优化性能的机械产品,实现产品性能与成本的统一。

  三、机械设计不同时期的可靠行设计

  3.1 计划期的可靠性设计

  计划期的工作依据是新型科研成果发布、市场需要程度与客户订货实际情况。设计工作人员要利用准确翔实的市场情报与技术指标,制定出可行性技术方案,对多种方案进行利弊比较,综合考虑到可靠性、适用性与经济性指标,完成合理的设计任务目标制定工作。

  在这一时期,可靠性工作实际上就是产品可靠性展望。

  此工作目的有两个,一是找出产品可能存在的薄弱环节,给接下来的技术设计时期提出纠正指导。二是寻找到值得改进的方向,使产品再度开发成为可能?煽啃哉雇粝胪瓿芍副甑姆峙淙范,需要根据产品自身的功能及客户的实际要求,完成相对应的指标数据值建立,比如说寿命、可靠程度、失效率等等。再按照特定的方法原则,逐步分配可靠指标。

  3.2 方案期的可靠性设计

  在这一时期,需要正确处理创新同借鉴的关系。第一要分析机械的功能,第二是由设计人员提出各种可行性方案,第三是把不同的方案进行技术分解,寻找到最佳的组合形式。在方案设计期,是对机械整体进行初始设计,在此阶段,机械设计工作人员一定要对准备解决的方案进行正确评价?煽啃云兰奂翱煽啃陨杓浦傅氖峭惶逑的,根据工作原理图、拟定方案,进行抽象简化而得出来的设计体系。如果从可靠性指标来看,越复杂的机械系统,其可靠程度就会越低。若想保证系统可靠,就一定要增加并联系统,而这样做,当然会使产品成本上升。所以在这一阶段,可靠性方法的确定需要拟定系统初步的验算分析,继而确定系统整体事件,及整体同部分之间的关联。

  3.3 技术期的可靠性设计

  机械设计的技术期发展目标是形成总装配图以及各个部件的装配图,用草图的设计来确定各个零件的基本尺寸与外形,还包括每一部件间的相连方式,部件外形与尺寸等等。最后,需要确定零件的总装配图、分部件装配图、工作流程图。这一时期首先需要对机械设备进行动力与运动设计,在此基础上完成零部件的设计,并对重点部位及零部件进行工作性能校验,接下来设计分部装配草图以及总装配草图。所有草图完成之后,需要进行精确性核验。

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