刘培超
山东天元压力容器有限公司 山东临沂 276000
摘要：机械零部件是机械设备的运行基础,其质量、性能等代表着机械设备的工作精度与生命周期。为此,应定期对机械零部件进行维修养护,通过参数基准检测零部件动态化运行模式,以提升零部件的可靠性。文章对机械零部件的可靠性进行论述,并对机械零部件的可靠性设计进行研究。
关键词：机械零部件；可靠性设计；分析
对于机械零部件的质量来说，它的可靠性是十分重要的，它可以保证机械的使用寿命以及质量，是我国机械加工时应该注意的一项。
1 机械零部件的可靠性概述
零部件在机械设备中起到负载、部件联动、动力传输的重要作用，在设备长时间工作状态下，零部件易发生是失效现象，令机械设备产生故障。当零部件发生损毁现象时，例如老化、堵塞、松脱等，将增加联动部件的运行压力，提升零部件故障检测的难度。此外，机械设备加工工艺、工作原理存在差异性，在零部件基准参数方面难以进行统一，只有少部分密封件、阀门、泵体等零部件实现通用化、标准化。为此，在对零部件的可靠性进行设计时，零部件的荷载分布能力、材料强度等则应作为主要突破点。
2 机械零部件的可靠性设计分析
2.1 可靠性优化设计
可靠性优化设计是以可靠性为前提而开展的更完善的设计工作，不仅可以满足产品在使用过程中的可靠性，还将产品的尺寸、成本、质量、体积与安全性能等得到进一步的改善提高，进而保障结构的预测工作和实际工作性能更契合，能够把可靠性分析理论和数学规划方法合理地融合到一起。在对各参数开始可靠性优化设计时，首先把机械零部件的可靠度当成优化的目标函数，把零部件的部分标准如成本、质量、体积、尺寸最大限度地缩小，再把强度、刚度、稳定性等设计标准作为约束基础设立可靠性优化设计数学模型，依据模型的规模、性能、复杂程度等确定适宜的优化方式，最后得出最优设计变量。
2.2 可靠性灵敏度设计
可靠性灵敏度设计指的是确定机械零部件中的各个参数的变化情况对机械零部件时效的影响程度。通过灵敏度设计，便于我们找到那些对可靠性设计敏感性较大的参数，后续对这些参数进一步分析并重新设计。一般来说，在机械零部件的可靠性灵敏度设计中，通过建立极限状态方程并求得每个设计参数的偏导数，获得计算灵敏度的公式，对各个参数的灵敏度进行确定。对于那些对灵敏度影响较大的参数，进行重新分析和设计，并将灵敏度值作为重新分析和设计的参考依据，减少工作量，提高工作效率。
2.3 可靠性试验
可靠性理论是建立在可靠性试验的基础之上进行的，目前的可靠性理论已经较为成熟，可以根据试验数据进行有效的分析并得出理想的结果，但是目前存在的问题是可靠性试验的发展并没有跟上脚步。可靠性试验是发现机械零部件缺陷的基础，若是可靠性试验的数据准确性难以把握，那么即使有完备的可靠性模型理论也难以得出正确的结果。在实验过程中，一方面要获取可靠性数据，另一方面要通过产品在试验中发生的各种故障，找出其原因并进行细致的分析和研究以提高产品的可靠性，但是实验过程中试验条件的改变、方案的改变等都对试验产生着影响。对此，需要制定严格有效的实验方案。
2.4 可靠性稳健设计
稳健设计理论是在优化设计理论的基础上形成和发展而来的，它与灵敏度设计理论共同指导机械产品设计，从而最大程度地提高产品性能。通过分析机械零部件的生产与使用过程可知，包括参数变化、结构老化等在内的应用条件都会对机械零部件的生产和使用造成影响，必须借助于这一理论来提高产品性能。分析机械零部件的零部件应用，保证不确定性因素部队产品质量产生严重影响。关于机械零部件设计可靠性的判断无法利用实验方式来实现的问题，可以通过判断应用工艺以及设计料等因素的可靠性来判断产品的可靠性。
2.5 传统设计方式跟可靠性设计相融合
可靠性设计理论不但缺少基础数据，而且对于简单的结构，其失效模式也有可能多到难以计数，因此在普通产品的设计中实施可靠性概率的设计还是很不容易的；普通的安全系数法虽然有着很多的不足，但是也有着简单易懂、直观、设计量不大的优良特征，而且在多种情况下可以保障机械零部件的可靠性，特别针对重要性差的情况及要素多而且复杂难研究的时候，有经验基础的安全系数法非常重要，所以决不能完全抛下安全系数设计法。现阶段利用概率设计法去改进普通的安全系数，将可靠性与安全系数挂钩，运用现有的各种设计方式对产品实施设计计算，而且将其跟运用可靠性概率设计方式和实物试验得到的结果比较分析，进而增长经验，并且采集到可靠性的相关数据。
3 机械零部件可靠性分析方法
3.1 响应面法
响应面法是利用近似函数与对数函数进行相互交替的方法，首先需要确定一个未知零部件，然后通过曲面方式将其表现出来，得到想要的结果。如果这个结果能够在功能函数中较好地计算，基本上就可以确定通过此方法分析出来的结果是没有问题的。在运用响应面法进行可靠性设计时，为了保证计算结果的准确性，可以减少函数的待定系数，以便更快地进行计算。另外，为了计算简便，可以选用一个比较合适的函数公式进行计算。
3.2 蒙卡洛法
蒙卡洛法利用计算机进行模拟实验，通过实验结果计算出可靠度的数值。其计算结果的准确度会随着实验次数的增加而不断提升，此方法较为精准和便捷。
3.3 一次二阶矩法
一次二阶矩法相对于前面两种方法简单并且实用。一次二阶矩法主要用到两个数据，一个是一节变量矩，另一个是二阶矩，通过这两个数据构建一次函数，得到相对准确的可靠性分析结果。除此之外，在使用一次二阶矩法的过程中，还需要另外两种方法的辅助。只有通过多种方法相互配合，才能够使分析结果更加精准，得到精准的正态分布形式，以便根据函数的类型或者是线性函数进行相关的计算工作。
3.4 模糊方法
机械零部件的失效没有明确的定义，相关标准比较模糊，界限划分不够明确，遇到这种情况时便可以利用模糊方法对其可靠性进行计算，将机械零部件不发生失效当作模糊时事件，结合相应的函数得出最终结果，进而对零部件的可靠性进行判断。
3.5 随机有限元法
随机有限元法经常用于非线性函数中，在实际应用中，先假设随机会在均值位置出现小幅度的变化，以泰勒级数思想为理论支持，将随机变量分为稳定部分以及变化部分，并对基于有限元位移所形成的函数进行转化，得出一组线性的递推方程，然后在利用相关数据以及数学知识对其进行计算，得出位移的统计特性，进而求出应力的统计特性，对机械零部件的可靠性进行判断。随机有限元法应用比较广泛，任何随机变量都可以引入相关理念，具有广阔的应用前景。
综上所述，可靠性是衡量机械零部件质量的一项重要标准，是保证零部件使用性能良好的首要条件，影响零部件可靠性的因素众多，需要从可靠性优化设计、灵敏度设计以及稳健设计等多个方面进行综合考虑，并对可靠性进行试验，采用概率方法、模糊方法以及随机有限元法对可靠性设计进行计算，能够保证可靠性设计的精准度，提供更加可靠的依据。
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