机械可靠性知识机械可靠性设计

机械产品在设计、制造和使用过程中存在大量的不确定性因素，例如工作环境、承受的载荷、材料性能、结构尺寸等。实践表明，这些不确定性因素往往都在一个较宽的范围内波动，呈现出随机变量的特点。由于这些因素的影响，即使设计中采用较大的安全系数，也不可能保证产品绝对安全或可靠。因此在进行产品设计时，应采用可靠性设计分析方法，充分考虑不确定因素的影响，使产品发生失效的可能性足够小。

机械可靠性设计技术就是概率统计与机械设计理论相结合的一套方法。一般来说，机械可靠性设计主要解决3类设计问题：

(1)失效概率预计

将载荷、材料性能、零部件尺寸都视为服从某种概率分布的随机变量，借助一定的模型和公式，计算给定条件下产品不发生失效或破坏的概率，与安全系数一起作为“设计校核”的依据。

(2)可靠寿命预计

受随机因素的影响，产品寿命的分散性很大，往往相差几倍甚至几十倍。利用机械可靠性设计理论，可在一定置信度下预计产品的寿命，将失效控制在可接受的范围内。

(3)可靠性优化设计

根据给定的可靠度要求直接确定或优化产品的设计参数，保证所设计产品达到规定的可靠性要求。

按照研究对象的不同，机械产品可靠性一般分为结构可靠性和机构可靠性。结构可靠性主要针对机械结构的强度以及载荷作用下的疲劳、磨损、断裂等失效问题；机构可靠性主要针对机构动作过程中发生的运动精度、功能不达标等问题。按产品层次的不同，可分为零部件可靠性（单故障模式为主）和机械系统可靠性（多故障模式为主）。

机械可靠性设计分析方法主要可分为定性方法和定量方法：

定性方法主要包括故障模式影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）、可靠性设计准则、规范等。

定量方法主要包括：

（1）结构可靠性设计分析方法。以应力—强度干涉模型和功能失效极限状态函数为基础，分析计算机械产品关键故障模式的失效概率；

（2）系统可靠性分析方法。以串并联模型为基础，考虑多个故障模式及其相关性，分析计算机械系统的失效概率。

（3）寿命分析方法。针对疲劳、磨损等耗损型或损伤累积型的失效，建立寿命模型预计寿命。

（4）可靠性优化设计方法。根据给定的可靠性要求，直接优化设计方案和设计参数，实现综合性能的最优。