机械设备可靠性设计.doc

机械设备可靠性设计 一、可靠性技术和可靠性设计可靠性设计是设备安全设计的重要内容。任何设备都必须具备一定的工作性能，要求使用方便、容易维修、经久耐用。在设计时，应该综合考虑下列因素：1.经济性、设备用途和使用条件。2.设备设计的复杂性和成熟程度。3.设备制造时的复杂性和难度。4.设备结构上不出现故障，即“结构可靠性”高。5.精度满足使用要求，即“使用可靠性高”。6.在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力高，即设备的可靠性高。这个时期的使用寿命(无故障工作时间)，在可靠性工程中称为“保险期”，要求使用寿命长。7.设备有效性高，即故障率低。8.维修性高，出了故障能很快发现并容易排除故障。9.对设备安全性的要求。后6个因素都与设备的可靠性有关。二、可靠性设计的主要内容1.确定合理的安全系数安全系数是指零件理论承载能力与实际承受负荷之比。为了使构件可靠地工作，理论计算强度应大于实际负荷，其余量就是由安全系数决定的。在确定安全系数时，既要考虑环境温度、湿度、振动、冲击等条件和使用中超负荷、误操作的后果，保证零部件在使用中不发生永久变形、疲劳损伤、蠕变等缺陷，还要考虑所付出的经济代价是否合算。应该选择用最低的费用就能保证设备性能的安全系数。通过选择合理的结构形式，可以少用材料而能大大提高零件的刚性；设计合理的结构可以使零部件的负荷分布合理，以达到变形小，磨损均匀，尽量减少零件变形、磨损对设备输出参数的影响等，都可以增加零件所允许承受的负荷。安全系数过高，不但用料多、设备重、成本增加，而且可能增加结构的复杂性。2.冗余设计(贮备设计)冗余技术是设备所包含的为完成规定功能所必不可少的组成部分元件的成分(包括硬件或软件)。当冗余为硬件时也称贮备。在设计中，除必要的零、部件外，还可额外附加一套备用零件或备用机构，当设备个别零件、部件出现故障时，整个设备仍能正常工作。这种设计称为冗余设计，所增加的元件，零部件称为冗余元件。如双排滚珠轴承中有一排损坏，另一排照常工作。机械的多重保险装置都是冗余设计。3.耐环境设计为预防设备、零部件在实际使用中可能遇到的各种环境如高温、低温、潮湿、磁场、真空、粉尘、雨淋、腐蚀等因素的影响，在设计上要采取对付环境作用的措施。在设备设计、制造阶段，要进行以可靠性试验为主的耐久性、寿命、高低温、环境、振动、冲击等试验。在设备上装设特别的调节器或缓冲器，可以用来预防设备在运输、搬运、贮存和使用中遇到的高低温、振动、冲击等外界作用的影响。4.简化结构和采用标准化零、部件在满足设备功能要求的前提下，提高设备可靠性的秘诀是尽可能使用结构简单的零件，减少零件数量和种类，采用标准零件和标准电路。5.提高联接部位和可动零部件的可靠度设备的联接部位有螺栓、焊接部位、销子、键、密封器等；可动零部件有轴和轴承、啮合的齿轮、皮带和皮带轮、联轴节等。这些部位故障率高，易诱发事故，是设计中应充分注意的重点部位，应采取措施提高其可靠度。6.配备必要的安全防护装置安全防护装置可以防止误操作、超载和外部环境突变，如停电而引起的故障和事故，或控制故障和事故的影响范围。7.采用状态监测，故障诊断技术和自动控制技术状态监测和故障诊断技术的作用。为了使设备长期保持出厂时的精度和功能，现代设备应具有适应条件变化的功能，以及恢复丧失的工作性能和输出参数变化的功能，可以采用自动化技术自动补偿零部件的磨损量，使机械长期保持标准工作精度。8.充分考虑人的因素(1)设计时应充分考虑人的特点和能影响他正确操作的因素。要根据人的正常工作能力如反应能力、接受信息和处理信息的能力、耐疲劳性、容许限度、人的局限性等，设计合理的作业环境和操作方法。人对各种刺激的反应时间大体范围是：视觉信号50～225ms，听觉信号120～180ms，温度触觉信号150～240ms，疼痛信号400～1000ms。由此可见，人对听觉信号反应最快，设备采用听觉报警信号，可以使操作者尽早引起注意。(2)设备的显示器应使人容易看到，而且在长期观察和监听时不易疲劳。设备操纵动作应合乎人的习惯，如手柄向上扳就是操纵运动部件向上运动。操纵力要造当，用力过小易于意外启动或停机，用力过大，使操作者费力而容易受伤或疲劳。(3)控制器和显示器要集中，数量尽可能少。人的差错率与操作的复杂程度和工作量成正比。应尽量发挥机械控制器和传感器对信号感觉灵敏、反应速度快，能够准确重复完成大量规定动作等特点，减少操作者的劳动强度。(4)由于生理、心理、体力、疾病等因素，操作者出现误操作是不可避免的。为了保证安全，应考虑到一旦操作失误可能引起的后果，在设计中就应该采取必要的预防措施。