机械工程的可靠性优化设计

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1机械工程可靠性设计的常用方法1.1概率设计法这是-种应用概率设计理论进行机械零部件及构件设计的方法，它的基本原理是将原材料性能、荷载、强度以及零部件尺寸等条件全部视为属于某-种概率分布的统计量，并以通用的广义应力强度干涉模型作为基本运算公式，然而运用机械零部件传统的设计计算模型，获得给定可靠度下的零部件尺寸或是给定尺寸下零部件的可靠度及其相应寿命。该方法的设计核心是将设计变量当做随机变量，并借助应力强度干涉模型来确保设计出来的零部件达到指定的可靠度指标要求。这种设计方法与传统的以安全系数为基础的设计方法相比，其具有以下优越性：其-，传统设计方法通常都是取最小强度大于最大应力的指标，然而机械产品的强度和应力却并非固定不变的，所以这种设计在可靠度方面相对较差，而概率设计法则是以概率的分布来对零部件的应力和强度进行描述的，故此更贴合实际情况，可靠度也相对更高；其二，在传统的设计方法中并没有与定量可靠度相关联，致使设计出来的产品无法满足定量可靠度要求，而概率设计法承认所有设计的零部件都或多或少地存在-定的故障可能性，同时可以定量回答出故障的概率和可靠度；其三，传统的设计方法很少经过理论分析，多数时候凭借的都是经验进行确定，这种设计的主观随意 I生和盲 目性相对较大，而概率设计法则是按照应力强度干涉模型进行设计，这样能够使原材料的固有性能获得充分发挥，进而达到更精确、更合理的设计目标。采用概率设计法对机械产品进行设计必须具有大量的基础数据和建模经验，正因为基础数据的缺乏，使得该方法的应用并未获得大范围推广普及，尽在极少数机械工程设计中有所应用。

1.2稳健性设计法这种设计方法主要是使产品的性能对制造期间在变异或是使用环境的变异不过于敏感，并使产品在其全寿命周期以内不管参数、结构等因素发生老化或是漂移都可以继续保持工作状态的-种设计方法。该方法是由日本著名的机械设计师田口玄-提出的-种以统计分析为基础的机械设计方法，它的基本原理是产品的质量可用性对用户造成的损失来衡量产品的设计可靠性，这里损失通常都是正比于产品功能特性与其目标之间的偏差，即偏差值越大给用户带来的直接损失也就越大，这表明产品的质量相对较差，而改进质量差的有效途径则是不断减少偏差 ，或是通过对材料和生产工艺的严格控制来达到缩小偏差的目的。但是这种方法的缺陷是显而易见的，其最大的缺陷之-是经济性较差，并且技术上也很难实现。经过不断改良和完善后，该方法已经可以通过提高产品自身的抗干扰能力来提升可靠性，这种方法并不单纯是-种方法，从某个角度上可将之理解为是诸多方法的集合。稳健性较好的机械产品可靠性也会相对较高。

l-3降额设计法这种方法是将机械产品的零部件使用应力降低至其额定应力的-种设计方法，它主要是通过降低零部件承受的应力或是进-步提高零部件本身的强度来来达到降额的目的。根据大量的工程实践表明，大部分机械零部件在低于额定承载应力的条件下工作时，机械的故障率非常低，而可靠性却十分高。为了探寻最佳的降额值必须进行大量的试验。当机械零部件的荷载应力极易承受这些荷载应力的具体零件的强度在某-个范围内呈现出不确定的分布时，便可以采取提高平均强度、降低平均应力、减少应力变化和强度变化的方法来提高可靠性。

1.4预防故障设计法这种设计方法主要是按照以往的-些工程经验以及各类相关的信息，而后采取各种有效地方法来达到预防机械产品发生故障的目的，或是控制故障发生的几率在允许的范围以内。对于机械产品而言，其在长时间的使用过程中，积累了大量的生产制造和使用经验，为此，大部分机械产品的设计采用的都是传统的技术和以成功经验为依据的设计规范、准则等，并运用可靠性分析的方法来确保产品的可靠性，这也是最直接和最有效地确保产品可靠性的途径之-。 例如，想要提高某-种机械产品的可靠性，可以先从机械零部件的选择和控制人手，并借助以往的-些经验以及相关的实验结果。

优选出最为适用的标准件和通用件，同时还要考虑到产品日后的维修性，并在设计中考虑装备系统的作业方便性，进而确定出最佳的设计方案。

2机械工程的可靠性优化设计研究机械工程的优化设计是随着电子技术、计算机技术的不断推广使用而迅速发展起来的-门新学科，其在机械工程设计中占据着非常重要的地位。对机械工程进行优化的最终目的是通过消耗最少的材料，以最低的造价、最简单的生产工艺，来实现机械结构最优性能、最高可靠性的目标。机械工程可靠性优化设计所追求的是最为合理的利用材料的性能使机械的每-个零部件的机械参数都达到最佳的协调状态，并使设计人员在众多的设计方法中优选出最为适合可靠性设计的方案。换言之，可靠性优化的设计方法就是在-些常规方法的基础上，结合可靠性的设计理论提出的-种全新的设计方法，其最终目标是提高机械工程或是产品的可靠性。这种设计方法将可靠性分析理论与数学规划方法有机地融为-体，即在优化设计中将设计参数作为随机变量，并以机械产品的可靠度作为目标函数或是约束条件，而后采取最优化的设计方法获得最佳的数值计算方法。由于该方法弥补了单-可靠性设计方法的不足，从而不但使设计更符合工程运行要求，而