武汉船舶设计研究院 湖北武汉 430064
摘要：在现代工业生产过程中，机械设备的应用更加广泛，机械零件是机械设备中的重要组成，直接影响机械设备的质量和性能。随着机械设备精细化水平的提升，对机械零件的可靠性要求越来越高，需要加强零部件可靠性分析和优化设计，保障机械零部件的可靠性，推动我国机械制造业的发展。
关键词：机械零部件；可靠性分析；优化设计
引言
机械零部件可靠性设计是现代机械零部件生产的主要依据，机械类产品内部的重要零部件都是建立在零件可靠性上进行生产的。因此，我国相关部门对机械零件结构可靠性设计非常重视。机械零件结构可靠性设计能力的提升，加速了我国工业水平的发展速度。
1机械零部件可靠性概述
可靠性设计是以形成产品可靠性为目标的设计技术，将外荷载、零部件尺寸等设计参数视为随机性变量，应用数理统计，力学理论，得出避免零部件出现破坏的共识，形成符合实际的零部件设计。控制失效的发生率在可接受范围。改良设计作用体现在分析计算数据，使设计者对零部件有清晰的了解。机械发展的可靠性是其重要基础，机械产品可靠性不强，则产品质量出现很大的问题，机械产品失效主要原因是耗损型失效，如设备出现老化现象，及强度退化等为损耗型失效。机械产品销量随着时间不断变化，但变化非恒定值，符合特征分布的形式有多种，如对数正态分布等。机械产品每个零部件有很多重要的设想模式，机械产品由零部件组成，零部件大多为非标准零件，导致失效统计值分散。可靠性分析需要对失效模式相关性进行考虑。
2机械零部件设计的原则
2.1生产类型相协调原则
不同类型的零件在进行生产时也有不同的生产类型要求，因此在进行零件表面加工时，数控机床的操作人员要严格遵循生产类型相协调的原则，对于有差异性需要的零件采取不同的加工方式进行。例如，一些具有大批量生产要求的零件，工作人员在确保加工质量的同时还要尽可能地选择生产效率高的加工设备；而对于一些生产量较小，但是对于加工精度要求较高的零件生产任务，工作人员则应该选取常规的加工方式并尽量地提高加工精度，这样无论面对哪种生产类型的零件时都能够使其达到企业要求的标准。
2.2功能性原则
在一套机械设备及系统当中，任何一个零件都不是多余的，都在机械运行及相关生产活动中发挥相应的作用。而机械零件设计是机械系统设计中不可或缺的一部分，机械设计的基本原则就是要确保零件能够实现单一或多样化的功能。例如，三轴增稳云台是当今精细化机械系统中出现的新型功能性装置，该装置的核心功能是在系统运动过程中让其保持相对静止的状态。在这类装置的设计中，每一个零部件的设计都需要为核心系统的稳定而考虑，确保其能与其他零部件配合，使装置能够发挥核心功能。
2.3经济适用性原则
在进行零件机械加工时，由于需要对加工设备、加工工艺以及加工的时间进行科学的统筹和合理的调配，所以在此过程中操作人员要尽量遵循经济适用性的原则。首先，工作人员要保障加工的精度和质量达到工件设计的标准，在此基础上要对加工工艺和设备的使用进行合理的选择分析，保障加工过程的适用性。其次，加工精确度的选择关乎到零件加工的质量和效果，因此操作人员要对零件的实际表面加工可承受范围进行科学的评估，这样才能够确保表面加工的精确度和具体要求与表面的粗糙程度相协调，加工效果才更明显。
3机械零部件可靠性优化设计
3.1设计前准备
在当代零件设计领域中，需要针对机械零件的结构、尺寸、材料等进行全方位的考虑，并同步考虑零件具体应用系统的要求。
相对于传统的机械零件设计工作，现代精细化零部件设计除了要考虑前文提到的相关要素以外，还要对机械应力、强度、温度、电磁干扰等因素进行全面考虑，确保零件的各部分参数符合实际应用要求。设计期间应当主张结合实际需求，最大限度降低生产加工失效的可能性，提高零件的可靠性。设计人员需要秉承可靠性设计的基本原则，执行符合基本要求的设计方案。
3.2产品设计
首先了解并掌握机械生产的整个过程，同时每个部件要可靠，然后分析并完成整个机械工程产品的可靠性．并根据推测的结果设计指标。要绘制指标，必须将机器制造的产品的整体性能分配给每个组件。以满足各个组件之间可靠性指标的要求。通常可靠性分配有不同的评估方法，例如等同分配法、按比例分配法等。设计单个组件的过程需要进行严格的比较和审查，以确保该组件符合该国的标准规格，确保工程的整体可靠性。可靠性实验也是非常必要的，尤其是必须检查关键零件和组件的可靠性。可以调整问题．直到满足可靠性能的最佳设计要求为止。
3.3综合选取机械零件工艺性设计方式
在零件生产加工中经验法应用较多，主要是通过对各类加工方式进行对比，确定最终的机械设计方法。此类设计方法因应对技术人员零件设计实践经验要求较高，但是此类方式科学性有待提升。机械零件组成结构复杂性较高，部分零件体积较大，针对此类零件可以选取模型法，在模型法应用中要基于实验方式开展，对机械化生产现状进行分析，在真实生产过程中确定相应模型，避免对零件结构应用性能产生影响。零件结构设计中涉及到金属学、材料力学、机械原理相关理论，理论设计法应用中，要判定零件基本荷载现状，对零件尺寸进行判定。比如要分析直杆拉升过程中下剖面受力现状，计算出直杆零件各项参数。
3.4灵敏度设计分析
在进行机械可靠性设计时，其中比较重要的是灵敏度设计。该设计是在可靠性设计基础之上，依据灵敏度参数，计算出对机械产品失效影响的不同数值，找出对机械零件可靠性设计中敏感性影响比较大的变量，根据这些变量造成的工作效果进行新一轮的评估，根据评估结果对相应灵敏度的参数进行调整，以防机械产品在使用过程中因为一些外在因素变差而失去灵敏性。在灵敏度进行设计的过程中，可以根据灵敏度的计算公式进行计算，以此确定设计参数的灵敏度，根据这些数值进行产品设计，可以提高机械产品的灵敏度，从而减少灵敏度对产品可靠性的影响，使机械零件结构的可靠性得到充分保证。
3.5提升制造加工的精度
为了保证机械设计过程的科学性，必须高度重视机械零部件、最终成品的制造精度的提升。加工制造精度指的是零部件成型之后，所处的位置、大小尺寸、外形形状等相关参数和零部件标准中对应的参数的吻合程度。因为机械加工制造领域中，某些加工技术并未成熟，加工制造出来的标准化零部件依旧会出现误差的情况，然而加工制造精度的提升就是对于相应的误差实施的定向把控。首先，设计人员需要根据制约相关产品制造精度的要素和普遍的误差，认真研究加工制造误差的发生原因、出现规律，进而使用相应的解决方案，最大限度地规避误差的出现。其次，要依据测量设备的选取、机械加工成品的构造、加工设备的创新改良等层面，把控机械加工产品的制造精度，使得制造过程满足相应的行业标准。
结语
机械可靠性设计是提高产品质和性能的一种手段。为了保证机器的功能，在设计零件和组件时必须确定其可靠性和质量标准。积极利用现代先进设计软件，提高机械零件的设计质量。加强对机械零件加工的全过程监测和质量控制，才能全面提高机械零件设计水平和加工质量。
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