机械零部件可靠性分析及其优化设计

张 洁

（江西江铃集团特种专用车有限公司 江西 330000）

机械制造是一道烦琐、复杂的工艺，对技术有着极高的要求。特别是机械设计，如若方案不科学，势必会影响制造质量，缩短机械使用寿命，并最终降低企业损失。所以设计工作者必须遵循“标准化”原则，做好优化设计，以提升产品性能。

一、优化机械设计的意义

机械设计涉及诸多环节，其难点在于采取何种方法做好设计。但文章通过对实际情况分析发现：传统制造工艺已经无法满足机械的精准化发展，加之传统设计理念的偏差，影响着产品的性能，降低了机械产品的实用性[1]。因此，在机械设计与规划中，必须找到传统设计中的不足，积极改进、提出优化措施，以提升设计过程的科学性、精准性，保证各项设计符合标准要求，以有效提升机械制造的质量。

二、机械零部件可靠性设计研究

机械设计是一个不断探索、改进、创造的过程，其目标为按照分析不断的优化过程。在整个工程设计中存在的不确定性、不可靠性因素有很多。比如机械设计常用到结构参数数学模型开展计算，但在实际工作中材料性能、计算模型都会出现很大的误差，由于误差的存在以及不确定性，导致结构偏离了标准要求。在科技的发展下，学科融合不断增强，对于复杂技术问题、经济资源等方面的问题，采取模糊数学等非精准数学方法可以解决机械设计中的非确定性问题。早在1957年，美国国防部电子设备顾问发表了可靠性的报告，提出了可靠性的理论，自此可靠性开始应用于军事、航空航天等领域。机械可靠性是可靠性理论的一个重要组成部分，由于影响机械设备的因素众多，所以机械产品批次生产量很少。在我国，可靠性技术的引入比电子系统要晚，其主要是因为机械零部件通用性差，难以实现机械产品的可靠性试验。

三、机械零部件可靠性的设计方法

机械零部件可靠性设计是在传统设计上发展起来的，基于机械产品的不同功能和结构，决定了机械零部件可靠性设计必须因地制宜。第一，权衡设计。权衡设计是综合各项要素之后制定的最佳方案，考虑到机械零部件在寿命终结阶段会受到其他比如运输碰撞、保障不合理等外部因素的影响，通过分析这部分影响因素，可以在机械零部件生产原料上优化，以提升机械设备可靠性，保证机械设备的整体运作。首先，要优化零部件可靠性，选择标准件；其次在使用前对零部件开展验证，用成熟的经验开展验证。在机械零部件的工作中，会因受到外部因素的影响其性能不断退化，所以必须引入时间概念，采用随机过程对机械零部件的强度变化做精准的描绘。通过采用随机原理描绘零部件强度变化的动态，通过采用随机摄动法可以监测零部件动态的可靠性指标，最终完成计算。第二，简化设计。简化设计是在特定条件下的科学化、合理化设计，如若结果太过复杂则无法进一步优化其可靠性，所以避开故障是最佳的方式。简化并非依靠降低机械负荷达到目的，而是通过从整体把握和设计，通过重置机械结构与功能达到简化的目的。

四、机械零部件的可靠性分析

机械优化设计分析以零部件原有可靠性为基础，通过把握工作方式、现场环境等多方因素，优化零部件结构，以提升其性能，达到满足机械有效运转的目的[2]。

一旦环境发生变化，必须重设群离子初始值，因为受到材料强度会随着时间推移不断的下降，所以最近时间得到的最佳方案是下一段的最佳方案，通过在全局极值附近选择50%粒子以上作为初始值，剩下的自由产生。如若最佳尺寸稳定与部件服务初期，中后期零部件强度在时间的推移下不断的下降，则说明部件可靠性达到了要求，可以选择服役期间的要求设计模型。

在优化机械零部件可靠性的过程中，可以采用数学知识构建模型，了解零部件等强度性能，使其成为约束条件，在计算中可利用函数知识，最终得出的结果是设计机械可靠性的依据。

在整个机械零部件可靠性设计中，灵敏度设计是基础，是整个可靠性设计的关键部分，通过设定灵敏度找出引起零部件反应强烈的因素，在根据影响因素引起的工作效果开展评估，并以此为基础重设灵敏度参数。在这一过程中，机械零部件可靠性灵敏度设计必须以有关数据为基础，以完成机械灵敏度参数值的设计，进而通过优化灵敏度降低对机械零部件可靠性的影响。

实验分析是机械零部件可靠性优化的最终环节，在完成可靠性设计后，要通过实验开展验证，这样才能保证零部件的有效使用，才能避免各项问题的出现。在实验分析中，可以通过分析和研究零部件处于工作状态下的数据，通过数据找出问题，再进一步的改进和优化。实验分析得出的数据是验证机械是否合理的重要手段。如若实验分析中存在问题，则必须加强研究，根据研究结果提出可行的解决措施，避免类似问题的出现。一旦机械零部件设计方案出现改变，必须重新试验，为了提升试验效率，可以利用计算机开展虚拟模拟试验，进而的测试出零部件使用效果。

五、结束语

综上所述，因机械零部件自身材料、使用时间、外部因素影响等因素的制约，机械零部件的可靠性会随着时间推移不断降低，所以优化机械零部件的可靠性设计提升产品性能的关键，是提升机械设备有效运行的重要手段。文章结合自身工作实践，提出了机械零部件可靠性优化设计方案，希望文章的论述能够给有关工作者以参考。