機械零件結構設計的可靠性分析
科技專論
作者：尚進軍
【摘要】可靠性設計也被稱為機械概率設計，被廣泛地應用在機械零件結構設計過程中，它建立在傳統的機械設計分析的基礎上。機械零件結構因自身的獨特性，無法象常規電器元件借助實驗獲取相應可靠性數據。因此，為更好地滿足機械零件結構設計的實用需求和規範性要求，應對其進行可靠性分析。本文先對可靠性進行概述，然後介紹了可靠性分析中的理論依據，最後探討了機械零件結構設計的可靠性分析中的相關問題，希望能為機械零件結構設計提供一定的參考。
【關鍵詞】機械零件；結構設計；可靠性；分析
很久以來，人們便利用可靠性分析評判產品質量，在初始評判階段，單純地依賴人們的工作經驗來評判產品是否可靠，此時並沒有規範化的衡量指標。可靠性分析從以概率論為基礎的隨機可靠性過渡到以模糊理論為基礎的模糊可靠性，又過渡到非概率可靠性，直到今天的混合可靠性，現階段的可靠性主要包含結構係統、模糊以及非概率這三種理論，這表明可靠性發生了一定的轉變，並取得了進步，對於結構繁瑣的複雜參數而言，由最初的概率以及非概率可靠性分析到現在的可靠性靈敏度分析，將可靠性分析理論變得日益成熟，並被廣泛地應用到不同領域中。目前，可靠性已經成為影響產品效能的主要因素之一，它與國民經濟發展和國防科技緊密相連，具有寬泛的研究範圍和廣闊的應用前景。
一、可靠性概述
機械零件結構設計的可靠性建立在傳統設計之上，將與待設計對象相關的參數等要素進行一定的處理，使之轉變成隨機變量，參照設計原則構建概率數學模式，依據概率論、統計學理論和強度理論，計算出機械零件出現破壞的概率公式，然後參照公式明確該可靠性條件下的零件外觀尺寸、使用壽命，在滿足基本的運行使用要求的同時，還能獲得最理想的設計參數，這有效填補了常規設計中的缺陷，並使得設計方案更加真實、可行。現階段，可靠性設計被大範圍地應用在飛機、汽車等關鍵產品以及機械零件結構設計中，它具有以下特點：
1.人為應力以及強度均屬於隨機變量，在設計的過程依據不同標準的設計要求，合理選擇相應的特征函數，除了要考慮均值，還應考慮離散性，通過概率統計方法計算；
2.人為設計的機械產品不可避免地存在失效概率，在實際設計過程中應依據實際需求提前監控失效概率可靠性，全麵考慮所有參數的隨機性和分布規律，進而準確映射機械零件的實際工作狀態；
3.可靠性設計分析與普通的安全係數法相比，更加合理，通過這種設計方法可獲得最理想的設計，而安全係數法較為保守。由此可知，機械零件結構設計的可靠性分析可獲得較為理想的結構，並節省材料成本、縮減加工製作時間，為機械加工製造創造更多的經濟效益。
二、可靠性分析理論
在機械零件結構設計過程中，零件材料的極限應力屬於隨機變量，且該隨機變量服從概率密度函數，而工作在機械零件危險截麵的工作應力也屬於隨機變量，這兩個隨機變量有各自服從的概率密度函數，然後再借助強度應力理論推算相應的可靠性或者設計出該可靠性條件下的零件外形尺寸。可靠性分析中以概率論、統計學等理論知識為基礎，主觀人為因素作用較小，全麵綜合了外部環境變化，與實際生產更加接近，具有廣闊的應用前景。