任瀚-----可靠性设计论文.docx

国内外机械可靠性研究领域的现状和趋势任瀚（中国地质大学（武汉）机械与电子信息学院，武汉）摘要：本文通过对机械可靠性预测和机械可靠性设计两方面，对国内外机械可靠性的发展、现状和趋势进行了概述。关键词：机械可靠性预测设计优化1.引言机械可靠性是指机械产品在规定的时间内及工作条件下，完成它被要求的功能用途的能力，与其他可靠性一样，机械可靠性由可靠性设计、可靠性预测、可靠性实验、可靠性应用及可靠性维修等组成。机械可靠性的特点是不存在一个综合性指标在来判定。由于设备在设计方案和机械工作的环境中涉及的因素很多，无法使用传统的安全系数作为评价指标。下面在机械可靠性预测和机械可靠性设计方面对机械可靠性发展的现状和趋势进行综述。2.机械可靠性的现状一、机械可靠性预测的现状：可靠性预测，即是指一种预报方法，它根据已掌握的有关可靠性理论与数据来预报零件、部件、系统的可靠性，它为设计制造和使用提供了方便的数据。【1】可靠性的预测主要有零件的预测和整个系统的预测两个方面，目前的机械零件可靠性预测主要集中在齿轮、轴承、弹簧以及链接器件的预测伤，在进行预测时，必须研究零件在规定工作条件下的主要的失效形式，然后在该失效形式下的研究失效的随机规律，才能做出有效的零件可靠性预测。而研究失效形式的方式目前有两种方法，其一，采取模拟现实的实验方法，通过对零件在实验中的表现规律，从而预测出零件在实际工作中的失效可能性，但这种方法应为实验与实际存在状态的偏差，所以可靠度还不是很准确。还有一种方式是通过现场大量调查来得到数据，然后运用统计学的方法进行计算预测，进而再对同类零件进行可靠性预测，这类方法虽得到的预测可能性较准确，但需要前人做大量的调查工作，在新出的零件或比较小众的零件方面不能很好的进行可靠性预测。而在系统可靠性的预测中，虽然对零件进行了可靠性预测，但整体的可靠性并不等于所以零件可靠性简单的综合，所以对系统的可靠度计算，需要对在零件可靠度和系统中各零件之间的工作关系进行整合。机械可靠性预测的主要方法：目前使用得最多的便是数学模型法，它是根据系统的构造建立相应的数学公式，从而计算出相应可靠度。一般先将整个系统解剖成不可划分的小系统，先用简洁的数学预测小系统的可靠度，然后在逐级而上，最后预测出整个系统的可靠性。除了数学模型法外，还有布尔真值表法、上下极限法等预测方法，它们是对无法用数学公式建模的系统进行可靠性预测。布尔真值表的方法是运用对所有种状态进行逐一的分析，找个系统的工作状态是所以可能之中的哪几种并计算的概率，最后把所有正常工作状态的概率相加，所得的便是系统的可靠度。而上下限法是在系统特别复杂、无法建立数学模型的情况下时使用，它是通过预测整个系统的可靠度的上、下限从而预测出系统可靠度。二、机械可靠性设计的现状：机械可靠性的设计是指机械可靠性设计通过相关的物理运算，分析出机械产品在规定的条件下和规定的时间内无故障运行的时间和频率，准确的计算出维修机械产品具体时间。【2】机械可靠性设计是一门边缘性学科，涉及的科目比较多，运用的知识非常广，但由于发展起步得比较晚，现在还没有形成专门的科目体系。有记录的最开始的可靠性设计是载二次世界大战期间，德国科学家在对V2导弹研制过程使用了概率性的可靠性设计。随着战争结束经济的发展，一些工业发达的国家对可靠性开始了有组织的研究工作，可靠性技术在这段时期进一步完善，理论研究不断深入，为可靠性设计技术的进一步国际化奠定了基础。到了现在人们逐渐发现可靠性设计对于传统设计的优势越来越明显，受到世界各国人民的高度关注和发扬光大，机械可靠性设计进入了现在国际化的时代。可靠性设计的方法现在主要分为定性和定量两种，定性设计方法是把成功的设计经验或失败的经验教训，有目标性地应用到机械设计中，避免故障或设计缺陷。可靠性的定性设计方法，在分析故障及其影响的基础上，不断改进设计、消除故障并提出质量控制、使用限制及防救措施的方案，来保证对机械可靠性的定性要求。定量设计方法是概率设计法以应力强度干涉模型和功能失效极限的状态函数理论为基础，将应力、强度视为随机变量，利用概率方法计算出给定设计条件下产品的失效概率或可靠度，以符合给定的可靠性要求。现在广为认知的可靠性设计方法具体有应力强度干涉模型法、中心点一次二阶矩法、当量正态法、统计模拟实验法、Fuzzy法等，在此就不再做详细介绍。3.机械可靠性的发展趋势随着机械可靠性发展国际化，更多的人认识到了机械可靠性设计带来的优势与优点，生产中对机械可靠性的依靠也越来越大，现有的设计与预测方法早已满足不了日益壮大的需求，许多新方法、新技术如雨后春笋般频频出现：一、在大型机械设备的机械可靠性设计中通过无失效模型对可靠性进行预测：针对大型机械在已有数据为无失效数据，寿命服从三参数Weibull分布的情况下，提出了一种全新的可