机械可靠性设计

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：

陈亚超 2013330300044

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、国内著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、防喷、防溅、水密等防水试验设备，可按IEC、ISO等国际标准和国家标准(GB)、行业标准、企业标准，以及客可按国家标准、行业标准和客户的要求对音视频产品、信息技术产品及其它电子产品进行高温可靠性试验。

国外有许多可靠性的认证机构如德国的TUV认证、美国的UL认证。TÜV 南德意志集团是国际化的认证机构，提供专业管理体系认证服务。TÜV南德掌握了专业的国际管理体系审核认证技能，对质量，环境，能源，安全，风险，健康，教育，商业连续性以及社会责任感等方面进行检测认证。涉及的领域包括汽车，铁路，航空，机械工程，信息技术，银行，金融和健康服务。UL是美国保险商实验室的简写（Underwrites Laboratories Inc.），它是世界上最大的从事安全试验和鉴定的民间机构之一。在100多年的发展过程中，其自身形成了一套严密的组织管理体制、标准开发和产品认证程序。是一个独立的、非盈利的、为公共安全做试验的专业机构。它采用科学的方法来研究确定各种材料、装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害；确定和编写、发行相应的标准和有助于减少及防止造成生命财产受到损失的资料。

二、什么是可靠性设计

按照国家有关标准，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[2]

。可靠性设计就是在设计过程中考虑产品将来会遇到的环境变量，在一定要求下

通过科学的设计方法保证产品可靠性的设计。随着科技的发展，可靠性设计越来越重要，可靠性设计会不仅直接关系到机械的可靠性，也在使用环境、制作工艺和制造过程中对机械产品的可靠性起到关键作用。机械可靠性包括机构可靠性和结构可靠性。机构可靠性主要是研究机构在运作过程中由于运动学问题而引起的故障；而结构可靠性则主要研

究结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效[2]

。机械可靠性

设计包括定性可靠性设计和定量可靠性设计。定性可靠性设计是在进行故障模式影响及危害性分析的基础上，针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品达到可靠的目的；定量可靠性设计是充分掌握所设计零件的强度分布和应力分布以及各种设计参数的随机性基础上，通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系设计出满足规定可

靠性要求的产品。

三、机械可靠性设计方法

机械可靠性的设计方法在机构可靠性设计和结构可靠性设计中被大量采用。通过查阅资料我了解到机械可靠性设计方法主要有：1、简化设计2、余度设计3、耐环境设

计、4、预防故障设计[3]

。简化设计：机械设计在满足预定功能的情况下，应力求简单，

零部件的数量应尽可能减少，越简单越可靠是可靠性设计的一个基本原则，更是提高可靠性减少故障的最有效方法。余度设计：就是对完成规定功能设置重复的结构、备件等，以保证局部发生失效时，系统仍能完成规定功能的设计。这种设计方法提高了机械系统的任务可靠度，但基本可靠性却相应降低了，因此考虑采用余度设计时务必要慎重。耐环境设计：是在设计时应考虑产品在整个寿命周期内可能遇到的各种环境影响，例如装配、振动影响、运输时的冲击、贮存时的温度、湿度、霉菌等影响，使用时的气候、沙尘振动等影响。预防故障设计：机械产品一般属于串联系统.要提高整体的可靠性，首先应从零部件的严格选择和控制做起。

其中余度设计在我的理解中就是提高了机器的容错率，在某个构件失效或者损坏时系统能够通过其他备件来接替这个失效的构件，使机器仍旧能够正常运行，这样就大大提高和稳定了机器的稳定性，保证了产品的可靠性，是可靠性设计方法中的一种重要设计方法。

四、机械零件可靠性设计原理与可靠度计算方法

在机械产品实际生产中，存在着许多不确定的因素，而机械零件可靠性的设计离

不开对不确定因素的分析[4]

。在过去，最常用的机械零件可靠性的设计方法便是概率论

的应用，其在可靠性评估方面有所成效，但随着时代的发展，现代科学技术的进步，概率论的应用已经无法满足新时代人们对机械零件可靠性设计的探索。其认为在机械零件可靠性的设计中，存在着重要的信息即模糊信息。因而，必须突破传统的机械零件可靠性的设计方法，创新可靠性的设计理论，以使其更符合现代化的要求。机械零件可靠性设计原理是基于强度分布干涉理论而形成的。机械零件的强度受到许多因素的影响，属于随即变量，而其应力也同样受到各方面因素的影响，亦属于随即变量。我们可将这两