【機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)及探析10000字（論文）】

第頁共6頁機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)及分析目錄第一章引言 6第二章機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)概述 62.1機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)原理 62.2機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的原則 62.2.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)相結(jié)合 62.2.2可靠性設(shè)計(jì)與耐久性設(shè)計(jì)相結(jié)合 72.2.3定性設(shè)計(jì)和定量設(shè)計(jì)相結(jié)合 7第三章機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的難點(diǎn) 73.1機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)程序難以統(tǒng)一 73.2機(jī)械系統(tǒng)故障復(fù)雜多樣化 83.3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和耐久性并重 83.4機(jī)械系統(tǒng)可靠性難以預(yù)計(jì) 8第四章提高機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的對(duì)策 94.1提高機(jī)械系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化 94.2靈活增減系統(tǒng)元部件數(shù)量 94.3提高重點(diǎn)部位零部件的可靠性 94.4建立維修管理系統(tǒng) 10第五章結(jié)論 10參考文獻(xiàn) 11第一章引言機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)包括了機(jī)械一體化的系統(tǒng)和單個(gè)的設(shè)備、裝置、零件及零件的組成部分等[[]張永.淺談機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與發(fā)展[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2017(07)][]張永.淺談機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵與發(fā)展[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2017(07)第二章機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)概述2.1機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)原理機(jī)械系統(tǒng)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)，就是在分析可靠性的基礎(chǔ)上進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)包括整機(jī)產(chǎn)品和零部件的設(shè)計(jì)。機(jī)械可靠性指數(shù)可由包含應(yīng)力和強(qiáng)度分布參數(shù)的數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)，計(jì)算產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，例如結(jié)構(gòu)材料屬性，結(jié)構(gòu)的尺寸，承受載荷以及環(huán)境條件等的不確定情況。一般的機(jī)械系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種確定性的優(yōu)化過程，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件或者質(zhì)量成熟穩(wěn)定的零件，對(duì)零件容易損壞關(guān)鍵部件進(jìn)行可靠性分析計(jì)算，降低原材料消耗和制造成本，分析常見的失效形式，確定了機(jī)械零件的可靠度。機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)品在使用之前還要多次進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，引入概率論和數(shù)量統(tǒng)計(jì)為基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計(jì)方法，控制不確定因素對(duì)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的影響，反映出機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)中變量的概率分布情況。作為機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最初階段，基于可靠性的優(yōu)化設(shè)計(jì)是保證后續(xù)生產(chǎn)制造以及產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。2.2機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的原則2.2.1傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)相結(jié)合在對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)時(shí)不可完全摒棄傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。目前為實(shí)際的操作方式是從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法過渡到有計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，將機(jī)械零部件可靠性的設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)械的零部件材料、結(jié)構(gòu)、尺寸等加以確定，然后依據(jù)與之相應(yīng)的模型對(duì)其可靠性進(jìn)行定量計(jì)算，機(jī)械零部件靠性設(shè)計(jì)的發(fā)展應(yīng)該盡量同計(jì)算機(jī)結(jié)合起來,其可定量的分析和設(shè)計(jì)產(chǎn)品的失效概率和可靠度，更加具有直觀性和確定性。倘若還不能滿足預(yù)計(jì)的可靠性需求，則可修改機(jī)械的結(jié)構(gòu)、尺寸甚至是更換材料，最后再對(duì)其進(jìn)行可靠性的校核，直到能夠滿足需求。2.2.2可靠性設(shè)計(jì)與耐久性設(shè)計(jì)相結(jié)合機(jī)械系統(tǒng)多數(shù)利用的預(yù)防性維修為主的制度，系統(tǒng)和零部件的耐久性必須與預(yù)防性維修的制度相一致[[]唐振宇，盧英全.機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和遞進(jìn)[J].科技傳播.2017(15)][]唐振宇，盧英全.機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵和遞進(jìn)[J].科技傳播.2017(15)2.2.3定性設(shè)計(jì)和定量設(shè)計(jì)相結(jié)合由于機(jī)械系統(tǒng)定量設(shè)計(jì)無法完全解決機(jī)械系統(tǒng)可靠性的問題，故對(duì)難以定量計(jì)算的機(jī)械零部件設(shè)計(jì)。如將反映設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣定性、定量的分析，比較各設(shè)計(jì)方案達(dá)到目標(biāo)的程度，供設(shè)計(jì)者參考，便可以解決了機(jī)械零件相關(guān)系數(shù)的定量計(jì)算難題。所以機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)工作中，我們無法定量地衡量產(chǎn)品的數(shù)量與規(guī)模，就必須將定性設(shè)計(jì)和定量設(shè)計(jì)結(jié)合起來。第三章機(jī)械可靠性工程研究體系3.1機(jī)械可靠性工程研究的學(xué)科體系機(jī)械可靠性工程是可靠性工程在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用，是可靠性理論與機(jī)械工程相關(guān)理論的交叉邊緣性學(xué)科。從研究內(nèi)容及其發(fā)展歷程上來看，機(jī)械可靠性工程與工程力學(xué)的研究緊密相連，其學(xué)科體系的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖１所示。圖１:機(jī)械可靠性工程學(xué)科體系3.2結(jié)構(gòu)可靠性與機(jī)構(gòu)可靠性如圖１所示，機(jī)械可靠性工程研究的領(lǐng)域大致可以歸結(jié)為２部分，即結(jié)構(gòu)可靠性和機(jī)構(gòu)可靠性。結(jié)構(gòu)可靠性主要研究受結(jié)構(gòu)因素影響的機(jī)械強(qiáng)度、剛度與其承受載荷之間的關(guān)系以及由此產(chǎn)生疲勞、斷裂、過度變形等失效行為的可靠性規(guī)律。結(jié)構(gòu)可靠性問題是機(jī)械可靠性工程研究的基礎(chǔ)領(lǐng)域，研究起步較早。２０世紀(jì)４０年代末期提出的“結(jié)構(gòu)安全度”及“應(yīng)力－強(qiáng)度干涉模型”為結(jié)構(gòu)可靠性的研究奠定了理論基礎(chǔ)。由于主要涉及工程力學(xué)的靜力學(xué)理論，所以結(jié)構(gòu)可靠性問題又可以稱為靜力學(xué)可靠性問題。機(jī)構(gòu)可靠性主要研究機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)副系統(tǒng)在構(gòu)件幾何尺寸誤差、摩擦磨損、彈性變形等因素影響下，造成產(chǎn)品預(yù)定功能失效或故障的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及彈塑性等方面問題的可靠性。機(jī)構(gòu)可靠性是可靠性工程研究中相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)。與結(jié)構(gòu)可靠性研究相比，機(jī)構(gòu)可靠性的研究起步比較晚，是可靠性技術(shù)在機(jī)械工程中應(yīng)用的新方向。２０世紀(jì)７０年代末，前蘇聯(lián)學(xué)者關(guān)于機(jī)構(gòu)磨損可靠性和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠性專著的出版為機(jī)構(gòu)可靠性研究奠定了重要基礎(chǔ)，直到２０世紀(jì)８０年代機(jī)構(gòu)可靠性才開始形成系統(tǒng)的、專門的研究方向［３］。3．３可靠性分析與可靠性設(shè)計(jì)如圖２所示，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)參數(shù)對(duì)其可靠性相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估及分析計(jì)算的問題可以稱之為可靠性工程第Ⅰ類問題，此即為可靠性分析問題。而可靠性工程的第Ⅱ類問題是根據(jù)產(chǎn)品的可靠性相關(guān)指標(biāo)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品零部件及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，從而獲得兼顧可靠性要求的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)果，此即為可靠性設(shè)計(jì)問題。可靠性分析與可靠性設(shè)計(jì)都是機(jī)械可靠性工程研究的主要問題，是可靠性理論與機(jī)械工程相結(jié)合進(jìn)行研究的著眼點(diǎn)，其任務(wù)就是利用可靠性數(shù)學(xué)及其它相關(guān)理論、方法建立起機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)參數(shù)與可靠性指標(biāo)之間的定量映射關(guān)系，從而為產(chǎn)品可靠性質(zhì)量的提高提供理論依據(jù)及現(xiàn)實(shí)途徑。可靠性指標(biāo)第Ⅰ類問題第Ⅱ類問題結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)參數(shù)圖２機(jī)械可靠性工程的兩類問題Ｆｉｇ．２Ｔｗｏｍａｉｎｓｔｕｄｙｆｉｅｌｄｓｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ３3.4可靠度計(jì)算方法嚴(yán)格來講，可靠度計(jì)算方法屬于可靠性數(shù)學(xué)理論的范疇，但是鑒于其在可靠性工程中的重要的理論基礎(chǔ)地位，在此特別予以強(qiáng)調(diào)?？煽啃怨こ剃P(guān)注于產(chǎn)品具體的可靠度及失效概率值。多年來關(guān)于可靠度的定量分析計(jì)算已經(jīng)形成了一些比較成熟的方法，但是在當(dāng)前工程實(shí)際對(duì)計(jì)算精度及效率要求日益提高的情況下，對(duì)可靠度計(jì)算方法的創(chuàng)新研究也顯得日益重要?；趥鹘y(tǒng)的應(yīng)力－強(qiáng)度干涉模型的可靠度計(jì)算方法主要有概率解析法和近似概率法。概率解析法是基于數(shù)學(xué)概率計(jì)算理論的精確概率分析方法，而由于實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)和隨機(jī)變量概率分布情況的復(fù)雜性，使完全精確的概率解析計(jì)算難以實(shí)現(xiàn)。近似概率法包括基于極限狀態(tài)函數(shù)近似泰勒展開的一次二階矩法、高次高階矩法。其中高次高階矩法雖然提高了狀態(tài)函數(shù)泰勒展開的精度，但由于解析計(jì)算過程過于繁瑣導(dǎo)致新的計(jì)算誤差，故計(jì)算精度受到限制，應(yīng)用較少。目前工程實(shí)際中應(yīng)用較多的是基于極限狀態(tài)函數(shù)線性泰勒展開的一次二階矩法，包括矩分析法、變異系數(shù)法及ＪＣ法，其中ＪＣ法適用于基本隨機(jī)變量為任意分布的可靠度求解，并且運(yùn)算簡捷、計(jì)算精度較高，是廣泛應(yīng)用的一種可靠度計(jì)算方法?；诖髷?shù)定律的蒙特卡羅隨機(jī)抽樣模擬法（ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法）也是可靠度計(jì)算的重要發(fā)展方向，尤其是２０世紀(jì)９０年代以后，結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸發(fā)展出了具有不同特點(diǎn)的多種抽樣模擬方法，包括：重要抽樣法［４］、子集模擬法［５］、方向抽樣法［６］、響應(yīng)面法［７］。目前限制該類方法發(fā)展的主要瓶頸是計(jì)算成本和計(jì)算效率問題。另外，將有限元法與概率分析理論相結(jié)合應(yīng)用于可靠性分析的概率有限元法，對(duì)極限狀態(tài)函數(shù)難以用顯函式表達(dá)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可靠性分析提供了有效途徑。目前，隨著機(jī)械系統(tǒng)日益復(fù)雜化，系統(tǒng)可靠性成為機(jī)械可靠性研究發(fā)展的重要方向。但是目前針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析的方法還很不完善，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)評(píng)價(jià)依然比較困難。一般簡單的系統(tǒng)可靠性分析主要應(yīng)用傳統(tǒng)的可靠性框圖模型（串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)、表決系統(tǒng)等），復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析主要應(yīng)用方法及研究方向包括故障樹分析法（ＦＴＡ）、故障模式影響及危害度分析法（ＦＭＥ－ＣＡ）、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析法等。3.5疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命可靠性隨著可靠性技術(shù)研究的深入，單純的靜強(qiáng)度可靠性已經(jīng)不能滿足工程實(shí)踐的需要。考慮產(chǎn)品的循環(huán)交變應(yīng)力工況及零部件疲勞壽命、持久極限特性的疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命可靠性問題更符合工程實(shí)際要求［１０］，成為強(qiáng)度可靠性研究的重要發(fā)展方向。目前，在材料疲勞強(qiáng)度及疲勞壽命理論發(fā)展的基礎(chǔ)上，將可靠性分析技術(shù)及理論與之有機(jī)結(jié)合，建立系統(tǒng)的無限壽命疲勞可靠性及有限壽命疲勞可靠性數(shù)學(xué)模型，并尋求精確高效的分析計(jì)算方法是這方面研究的迫切需要和重要方向。3.6系統(tǒng)可靠性研究近年來，隨著機(jī)械系統(tǒng)日益復(fù)雜化，系統(tǒng)可靠性研究日益受到重視。但就目前水平而言，對(duì)系統(tǒng)可靠性的研究還很不充分，尤其是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性研究是最近十幾年才發(fā)展起來的，相關(guān)的數(shù)學(xué)建模理論及分析計(jì)算方法都處于基礎(chǔ)研究階段，有待進(jìn)一步發(fā)展。傳統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性理論將系統(tǒng)中各組成單元的故障失效視為相互獨(dú)立，進(jìn)而基于串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等各種理想模型進(jìn)行系統(tǒng)可靠性分析。但是事實(shí)上在一般現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，各組成單元及元器件的故障失效都是相互影響、相互關(guān)聯(lián)的，只有考慮系統(tǒng)各組成單元及元器件的故障關(guān)聯(lián)性，建立關(guān)聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型，才能更加準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)可靠性的真實(shí)情況。所以關(guān)聯(lián)系統(tǒng)可靠性問題便成為目前系統(tǒng)可靠性研究的主要方向之一。另外，考慮系統(tǒng)元件對(duì)應(yīng)不同故障模式、不同失效程度的多狀態(tài)模式以及由于系統(tǒng)元件失效或性能衰退導(dǎo)致系統(tǒng)整體的性能下降且呈現(xiàn)出多個(gè)性能水平和多種失效模式，建立多狀態(tài)系統(tǒng)可靠性理論，是研究復(fù)雜系統(tǒng)可靠性的現(xiàn)實(shí)要求［１１］。當(dāng)前多狀態(tài)系統(tǒng)可靠性研究的主要困難在于多狀態(tài)系統(tǒng)的可靠性建模及狀態(tài)數(shù)目爆炸問題，簡化多狀態(tài)系統(tǒng)可靠性模型、減輕計(jì)算負(fù)擔(dān)是研究的重點(diǎn)。3.7模糊可靠性理論２０世紀(jì)８０年代，最早有人提出了用模糊數(shù)學(xué)方法處理可靠性設(shè)計(jì)中存在的模糊性問題，國內(nèi)外研究人士就此進(jìn)行了許多有益的探索研究［１２］。但是，由于研究起步晚、時(shí)間短，目前尚未形成完整的理論，初步的研究成果主要包括：建立模糊可靠性理論的必要性；擴(kuò)展常規(guī)可靠性指標(biāo)獲得模糊可靠度、模糊失效概率、模糊故障率等指標(biāo)；建立模糊可靠性指標(biāo)的計(jì)算公式；對(duì)簡單系統(tǒng)的模糊可靠性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。為了處理實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)中大量存在的模糊問題，對(duì)工程實(shí)踐起到實(shí)際的指導(dǎo)意義，應(yīng)該充分重視模糊可靠性理論的研究和發(fā)展。3.8可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)將傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與可靠性設(shè)計(jì)理論相結(jié)合，考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)的概率分布特性及產(chǎn)品可靠性指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的約束指導(dǎo)作用，將可靠性指標(biāo)集成到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)或約束條件中，運(yùn)用最優(yōu)化方法得到概率意義上的產(chǎn)品最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，這就是可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)問題主要可分為３類：一是將可靠性指標(biāo)作為約束條件；二是將可靠性指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)；三是對(duì)系統(tǒng)可靠度進(jìn)行最優(yōu)化分配。可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模式更為合理，有利于提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量、保證設(shè)計(jì)安全可靠并且提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效益，在倡導(dǎo)提高產(chǎn)品安全可靠性及降低資源消耗的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展背景下，可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)將成為機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的基本要求和必然趨勢(shì)，相關(guān)的理論研究發(fā)展便顯得尤為重要。3.9可靠性試驗(yàn)及數(shù)據(jù)積累產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)及失效數(shù)據(jù)的積累是深入研究機(jī)械可靠性的重要條件。但是由于機(jī)械產(chǎn)品壽命試驗(yàn)及失效破壞試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)成本高、時(shí)間周期長，并且現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可靠性及失效數(shù)據(jù)的采集和積累難以實(shí)現(xiàn)，所以產(chǎn)品壽命及失效數(shù)據(jù)缺乏往往成為制約機(jī)械可靠性研究的瓶頸，是中國機(jī)械可靠性研究面臨的普遍問題。廣大機(jī)械可靠性研究工作者應(yīng)該樹立可靠性數(shù)據(jù)積累的長期意識(shí)，通過科學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集和長期積累，促進(jìn)機(jī)械可靠性研究水平的切實(shí)提高。第四章機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)的難點(diǎn)4.1機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)程序難以統(tǒng)一如設(shè)計(jì)不當(dāng)，則不論制造加工工藝多么精良先進(jìn)，產(chǎn)品都是不可靠的。由于機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)品眾多，導(dǎo)致機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)模式多樣，原因就是機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)研究的范圍較廣、基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)較少、可靠性涉及的方面、種類較多等。由于機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求的變化，設(shè)計(jì)程序不會(huì)一成不變。這就要求設(shè)計(jì)人員在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)程序統(tǒng)一。目前可以看到，有些機(jī)械系統(tǒng)功能相同但性能不同、規(guī)格不同的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)程序也存在差別。比如外觀尺寸設(shè)計(jì)，配色選擇。機(jī)械產(chǎn)品由于通用性差，其產(chǎn)品的構(gòu)成完全由功能決定，且動(dòng)作構(gòu)成的大部分零部件為非標(biāo)準(zhǔn)件。當(dāng)沒有獨(dú)立的設(shè)計(jì)組時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)品線上的設(shè)計(jì)師均各自為政，造成機(jī)械產(chǎn)品組合時(shí)產(chǎn)生混亂。4.2機(jī)械系統(tǒng)故障復(fù)雜多樣化機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，各子系統(tǒng)的零件構(gòu)成和數(shù)量各不相同，故其復(fù)雜程度對(duì)整機(jī)的影響也不同。機(jī)械系統(tǒng)故障具有耗損性，可能引起機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)品的失調(diào)、泄漏、老化、損壞和堵塞等，故障出現(xiàn)率也會(huì)隨著機(jī)械工作的時(shí)間而發(fā)生變化，目前使用的設(shè)計(jì)分析方法是以電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)分部指數(shù)為基礎(chǔ)的，相關(guān)性和隨機(jī)性特征日益明顯，這些都使得對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)方面存在很大難度。機(jī)械系統(tǒng)故障發(fā)生的形式和出現(xiàn)故障的部位等都給機(jī)械系統(tǒng)故障的設(shè)計(jì)和分析帶來困難，增加了機(jī)械系統(tǒng)故障分析的復(fù)雜性和難度[[]劉曉潔，陳自兵.機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)的研究與展望[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng).2016(02)][]劉曉潔，陳自兵.機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)的研究與展望[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng).2016(02)4.3機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和耐久性并重機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既存在可靠性問題，即機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)間間隔，又存在耐久性的問題，即機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命問題。在使用過程中，機(jī)械系統(tǒng)往往會(huì)出現(xiàn)未到使用壽命時(shí)發(fā)生不能正常工作的現(xiàn)象，造成經(jīng)濟(jì)損失甚至重大安全事故?？煽啃栽O(shè)計(jì)主要解決產(chǎn)品的偶然性故障問題，耐久性設(shè)計(jì)主要解決機(jī)械系統(tǒng)的漸變耗損故障。機(jī)械系統(tǒng)故障的發(fā)生通常與很多因素有關(guān)，而且不同故障模式的原因也各不相同。目前，機(jī)械系統(tǒng)多數(shù)利用的預(yù)防性維修為主的制度，系統(tǒng)和零部件的耐久性必須與預(yù)防性維修的制度相一致，因此，機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須將產(chǎn)品的可靠性與耐久性相結(jié)合。4.4機(jī)械系統(tǒng)可靠性難以預(yù)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)越來越復(fù)雜，對(duì)于其可靠性的要求也逐步提高。機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)分析方法，大多數(shù)都不適用于機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)與分析。功能使用過程中的便捷性、易用性、直觀性是設(shè)計(jì)師必須考慮的，設(shè)計(jì)一個(gè)零件使其規(guī)格形狀完全符合規(guī)定要求，達(dá)到技術(shù)預(yù)計(jì)效果是比較困難的?，F(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)品失效機(jī)理多樣復(fù)雜，難以收集準(zhǔn)確完整的數(shù)據(jù)，再加上，設(shè)計(jì)人員難以建立機(jī)械系統(tǒng)可靠性模型，使得有賴于系統(tǒng)可靠性的模型預(yù)計(jì)方法難以運(yùn)用，導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)存在困難。為了保證機(jī)械系統(tǒng)的可靠性要求，必將對(duì)機(jī)械零部件的可靠性提出過于苛刻甚至難以實(shí)現(xiàn)的要求。這些導(dǎo)致了特殊元件不能產(chǎn)業(yè)化批量化生產(chǎn)，嚴(yán)重阻礙機(jī)械工業(yè)事業(yè)的發(fā)展。第五章提高機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的對(duì)策5.1提高機(jī)械系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際零部件的負(fù)荷、尺寸和機(jī)構(gòu)，提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析，提高標(biāo)準(zhǔn)零部件的結(jié)構(gòu)工藝和可靠性，以期為可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)的最后產(chǎn)品的綠色化提供檢驗(yàn)及保障。在為開發(fā)具有多種功能的不同產(chǎn)品，不必對(duì)每種產(chǎn)品施以單獨(dú)設(shè)計(jì)，而是精心設(shè)計(jì)出多種模塊，也避免了前面所述及的系統(tǒng)組成單元數(shù)量眾多帶來的麻煩。機(jī)械產(chǎn)品的可靠性和機(jī)械系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化是一樣的，在產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的同時(shí)，考慮未來機(jī)械系統(tǒng)的通用性，它對(duì)機(jī)械是否能夠穩(wěn)定的工作起決定性作用。有了統(tǒng)一的機(jī)械系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)械模塊就有了統(tǒng)一的接口，機(jī)械的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化就更容易得以實(shí)現(xiàn)。5.2靈活增減系統(tǒng)元部件數(shù)量零件是機(jī)械系統(tǒng)最基本的組成單元，可以根據(jù)系統(tǒng)組織關(guān)系，靈活增減系統(tǒng)元部件，來提高機(jī)械系統(tǒng)可靠性[[]鄧宇.關(guān)于機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵分析[J].電子世界.2014(16)][]鄧宇.關(guān)于機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的內(nèi)涵分析[J].電子世界.2014(16)5.3提高重點(diǎn)部位零部件的可靠性零件的無故障性與其耐久性統(tǒng)一于零件壽命，是一致的。要把產(chǎn)品系統(tǒng)頂層的功能邏輯抽象成為模塊，以最少的產(chǎn)品變型滿足最大范圍的目標(biāo)市場(chǎng)需求。減少裝配方向并使裝配操作在易于觀察的部位進(jìn)行，通過定位關(guān)系描述零部件之間的空間位置關(guān)系和配合關(guān)系，防止某些部位結(jié)合處設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，因在機(jī)械運(yùn)作過程而造成的故障變形。將機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)產(chǎn)品在正常工況下的運(yùn)行能力、使用壽命等進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障分析主要是為了找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，然后加以改善以達(dá)到提高可靠性的目的，在機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)中，并不是需要考慮所有的零部件，而只需要考慮重要的零部件，保證系統(tǒng)的可靠性。依據(jù)零件合并原則對(duì)功能相似或結(jié)構(gòu)上能夠組合在一起的零部件進(jìn)行合并，這樣就可減少零部件可靠性設(shè)計(jì)的工作量，盡可能簡化產(chǎn)品功能，采用簡單的結(jié)構(gòu)和外形。5.4建立維修管理系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)種類繁多，其重要程度也各不相同，因此不同的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)根據(jù)可靠性分析的結(jié)果采取不同的檢修策略。在改進(jìn)現(xiàn)行的檢修方式，選擇合理的檢修策略時(shí)，不必受某特定的維修體系的約束，應(yīng)分析各種維修方式的具體內(nèi)容，結(jié)合自身的機(jī)械系統(tǒng)特點(diǎn)和需要，將各種檢修方式進(jìn)行優(yōu)化組合。維修廠應(yīng)抓緊配備必要的監(jiān)測(cè)技術(shù)設(shè)備，及時(shí)開展設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作，積累原始數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)。需要建立數(shù)據(jù)庫，依賴計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助分析診斷，同時(shí)對(duì)維修過程進(jìn)行鎮(zhèn)密、規(guī)范的管理。主要是對(duì)機(jī)械系統(tǒng)檢修文件的管理和控制，以及對(duì)檢修過程形成質(zhì)量的活動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)理。在機(jī)械系統(tǒng)檢修中實(shí)行檢修質(zhì)量監(jiān)理，是保證檢修質(zhì)量的一項(xiàng)重要措施，必須在持續(xù)改進(jìn)中長期堅(jiān)持下去。保證機(jī)械系統(tǒng)安全可靠經(jīng)濟(jì)地長周期運(yùn)行。第六章卡軌車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)案例6.1設(shè)計(jì)案例目前國內(nèi)礦用卡軌車制動(dòng)系統(tǒng)有多種形式，其中使用電子元件的制動(dòng)系統(tǒng)，存在安裝、調(diào)試、維護(hù)復(fù)雜，抗塵、抗腐蝕性能差、可靠性低等問題;使用液壓元件的制動(dòng)系統(tǒng)，存在反應(yīng)慢、成本高、易泄漏、制動(dòng)性能差等問題;機(jī)械式的制動(dòng)系統(tǒng):如木質(zhì)楔形緩沖系統(tǒng)，該系統(tǒng)制動(dòng)力不穩(wěn)定，并且木質(zhì)楔形塊容易受水侵蝕，出現(xiàn)開裂變形等問題;再如插爪式的制動(dòng)系統(tǒng)，存在制動(dòng)不穩(wěn)定、易翻車掉道等問題。6.2卡軌車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)卡軌車是礦井運(yùn)輸中廣泛應(yīng)用的輔助運(yùn)輸設(shè)備，其牽引方式有鋼絲繩牽引和機(jī)車牽引兩種。目前，鋼絲繩牽引方式在各礦的應(yīng)用比較廣泛，但是，在使用過程中，鋼絲繩的銹蝕、斷絲、磨損和卡軌車頻繁的上下坡，使車輛發(fā)生斷繩的可能性增加。為了防比運(yùn)輸環(huán)節(jié)安全事故的發(fā)生，減少井下人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，卡軌車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)必不可少，可靠性設(shè)計(jì)需考慮以下兒個(gè)方面:了.了合理利用現(xiàn)有研究成果，采用成熟的結(jié)構(gòu)。目前，國外關(guān)于礦井輔助運(yùn)輸軌道制動(dòng)裝置改進(jìn)創(chuàng)新的方法，主要有德國的貝考里特型、沙爾夫型、科拉姆型制動(dòng)裝置，英國的板式壓軌、三面抱軌制動(dòng)裝置’。我國主要有槽鋼軌道上卡軌車的兩面制動(dòng)和普通軌道上卡軌車的三面制動(dòng)。在制動(dòng)裝置的選擇上，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分了解已有研究成果，通過分析比對(duì)找出適用于卡軌車制動(dòng)裝置的合理結(jié)構(gòu)，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出安全可靠的制動(dòng)裝置。6.3結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化設(shè)計(jì)，在很大程度上可以控制產(chǎn)品的成本，提高工作效率。比如本設(shè)計(jì)除了使用彈簧、軸承、螺栓螺母、傳動(dòng)件、密封件等大量的標(biāo)準(zhǔn)零件以外，盡可能使各種部件通用化，例如帶式緩沖裝置的設(shè)計(jì)，不僅可用于卡軌車的緩沖，還可用于其他斜井人車的緩沖，該裝置通過吸收車輛制動(dòng)時(shí)的動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)制動(dòng)，并且可重復(fù)使用。通過機(jī)械零部件的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的設(shè)計(jì)，可使卡軌車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性得以提高了載荷和應(yīng)力的準(zhǔn)確性描述，在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，除了運(yùn)用抽象數(shù)學(xué)力學(xué)模型，數(shù)學(xué)力學(xué)公式外，還應(yīng)大量運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行受力分析，確定結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量參數(shù)。例如緩沖裝置的鋼帶、動(dòng)軸、定軸等所受的應(yīng)力和強(qiáng)度會(huì)隨著載荷、結(jié)構(gòu)尺寸及工況等的變動(dòng)而變動(dòng)，運(yùn)用分布函數(shù)來描述此類特征。即:應(yīng)力s=f（s1，s2，…，sm），強(qiáng)度r=f（r1，r2，…，rm），其中，ri是影響強(qiáng)度的隨機(jī)變量，si是影響應(yīng)力的隨機(jī)變量。這種方法可提高緩沖裝置載荷和應(yīng)力描述的準(zhǔn)確性，從而提高卡軌車制動(dòng)系統(tǒng)載荷和應(yīng)力的準(zhǔn)確性。6.4采用合理的組合方式機(jī)械系統(tǒng)的可靠度由兩個(gè)因素決定：機(jī)械零部件本身的可靠度和機(jī)械零部件組合系統(tǒng)的組合方式［2］。組合方式不同，系統(tǒng)的可靠性模型就不同，同時(shí)可靠度就不同。例如工作制動(dòng)、安全制動(dòng)和緊急制動(dòng)三套制動(dòng)系統(tǒng)組成的卡軌車制動(dòng)體系，若建成串聯(lián)模型，則可靠度R=ni=1儀Ri=R1R2R3；若建成并聯(lián)模型，則可靠度R=1-ni=1儀（1-Ri）=1-（1-R1）（1-R2）（1-R3）；若將這三個(gè)單元混聯(lián)，組成混聯(lián)模型，則R=［1-（1-R2）（1-R3）］或R=R2［1-（1-R1）（1-R3）］或R=R3［1-（1-R1）（1-R2）］。其中，R1、R2、R3分別為工作制動(dòng)、安全制動(dòng)、緊急制動(dòng)的可靠度。由此可知，系統(tǒng)的組合方式不同，可靠性模型的建立則不同，直接影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。6.5系統(tǒng)的可靠性分配通過卡軌車制動(dòng)系統(tǒng)組合方式的分析，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，在條件允許的情況下，應(yīng)采用并聯(lián)模型的組合方式。然而，一般機(jī)械設(shè)備的組合形式為串聯(lián)系統(tǒng)，串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度R=ni=1儀Ri=R1R2R3。所以可靠性指標(biāo)分配時(shí)，應(yīng)根據(jù)零部件的重要程度，視具體情況合理分配，必須保證每個(gè)環(huán)節(jié)的可靠度，才能保證系統(tǒng)的可靠性，一旦出現(xiàn)某個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性明顯降低，因此，在進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)保證每個(gè)元件可靠度的相對(duì)統(tǒng)一。6.6整機(jī)及其零部件關(guān)系的統(tǒng)一為了使零部件可靠性更好地滿足整機(jī)的性能要求，除了對(duì)單個(gè)零部件的可靠度、使用壽命進(jìn)行計(jì)算外，還需對(duì)整個(gè)卡軌車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性、使用壽命的分析?？尚迯?fù)的零部件、不可修復(fù)的零部件、整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)以及整機(jī)的可靠性、使用壽命要保持一定程度上的統(tǒng)一，最大限度地提高整機(jī)的可靠性。6.7合理選材礦井環(huán)境惡劣，存有瓦斯，一旦存在火花可能引起爆炸，應(yīng)杜絕火花的產(chǎn)生，因此在卡軌車制動(dòng)系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，盡量避免摩擦制動(dòng)，如若必須采用摩擦制動(dòng)方式，則需運(yùn)用新型剎車材料，杜絕摩擦火花的產(chǎn)生；應(yīng)考慮溫度、濕度、CO濃度