杜佩明+何尚文

摘 要：隨著科學技術(shù)的發(fā)展，我們對產(chǎn)品的設(shè)計要求越來越高，不僅要具有良好的性能，還要有更高的可靠性水平，這就需要我們采用可靠性設(shè)計。所謂可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定時間和規(guī)定使用條件下，可以完成規(guī)定功能的能力或性質(zhì)。由于工程材料的離散性以及測量、加工、制造和安裝誤差等因素的影響，機械產(chǎn)品的系統(tǒng)參數(shù)具有不確定性，因此，我們對振動機械的可靠性設(shè)計必須進行優(yōu)化設(shè)計分析。文章結(jié)合當今可靠性工程學科，對振動機械的可靠性設(shè)計分析做出相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：振動機械；可靠性設(shè)計；設(shè)計分析

1 振動機械中的振動

振動機械是通過彈性介質(zhì)來傳送機械振動。機械振動是指物體或者質(zhì)點在其平衡位置附近所作的往復(fù)運動。機械振動有下面幾種分類：圓或橢圓振動，即振動體的振動軌跡在水平面上的投影是一條直線，而在垂直面上的投影為一圓或者橢圓。通常將一臺振動電機安裝在振動機械機體上，便可產(chǎn)生這種運動。直線振動：振動體的振動軌跡在水平面及垂直面上的投影都是直線；復(fù)合振動：振動體的振動是由兩組激振系統(tǒng)產(chǎn)生的；旋振動：振動體的振動軌跡在水平面上的投影是一圓或橢圓，而旋振動又可以分為：平旋型振動、渦旋型振動、復(fù)旋型振動三種形式。振動機械經(jīng)過了不斷地更新和發(fā)展，目前我國的振動機械新產(chǎn)品有以下技術(shù)特點：能夠預(yù)防長距離振動輸送機產(chǎn)生彈性彎曲，保持振動機械振動穩(wěn)定；可以消除構(gòu)件焊接內(nèi)應(yīng)力，有效防止螺釘和螺帽松動，也防止了塞孔堵塞，減小二次隔振傳給基礎(chǔ)振動等。

2 振動機械的可靠性設(shè)計

振動機械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計包括整機產(chǎn)品和零部件的設(shè)計。設(shè)計的方式有兩種，一種是根據(jù)零部件的可靠性預(yù)測結(jié)果，計算產(chǎn)品的可靠性指標，對一些關(guān)鍵性零部件進行可靠性試驗，對其進行評審、修改、直到滿足指標為止；另一種是對零部件進行可靠性分析，按照比例分配，盡量采用標準件或者質(zhì)量成熟穩(wěn)定的零件，按照類比的選擇設(shè)計。機械的可靠性設(shè)計在機械設(shè)計中具有重要作用，它對機械是否能夠穩(wěn)定的工作起決定性作用。由于機械產(chǎn)品可靠性涉及的領(lǐng)域太多、太廣，以及基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)獲取的困難性，機械的可靠性在實際操作中并不能廣泛應(yīng)用。所以，近年來國內(nèi)外對其投入了大量精力進行系統(tǒng)研究，并取得了一定的進展。例如，我們以傳統(tǒng)的選煤機械為基礎(chǔ)，結(jié)合生產(chǎn)實際，提出了如何提高振動零件可靠性的方法：通過把機械固有的頻率、激振力頻率、振動響應(yīng)按照實際處理為隨機變量，確定了振動機械零件的可靠度。此外，我們在進行研究的同時，對零件容易損壞關(guān)鍵部件進行可靠性分析計算，進而對整個系統(tǒng)進行分析計算。這些例子可作為以后的可靠性設(shè)計的參考。日益激烈的市場競爭，對振動機械產(chǎn)品和振動控制系統(tǒng)提出了更高的要求，要能夠不斷提高結(jié)構(gòu)的性能周期、降低原材料消耗和制造成本，進一步優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)，但為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，必須在對原材料進行篩選的時候，嚴格把控。盡管如此，振動機械產(chǎn)品經(jīng)常發(fā)生失效的情況。機械產(chǎn)品常見的失效形式有以下幾種：突然失效、漸變失效、早期失效、偶然失效、耗損失效。面對這些情況，我們必須對其進行可靠性維修，所謂可靠性維修是以可靠性理論為基礎(chǔ)，通過對影響可靠性的因素具體分析和試驗，應(yīng)用邏輯分析決斷法，科學制定維修內(nèi)容，優(yōu)選維修方式，合理確定使用期，來控制和維持機械設(shè)備使用的可靠性的一種方法。機械產(chǎn)品的可靠性和可維修性是一樣的，在產(chǎn)品進行可靠性設(shè)計的同時，也要進行維修性的設(shè)計，使得產(chǎn)品在使用中存在的問題容易發(fā)現(xiàn)，避免產(chǎn)生重大事故。另外，我們在對產(chǎn)品進行維修性的設(shè)計時，盡量要以最低的費用來保持和恢復(fù)設(shè)備的固有可靠性水平，盡量減少排除故障所用的維修時間。這便要求我們要在可靠的理論基礎(chǔ)上制定合理的維修規(guī)程，使用標準的維修工具及設(shè)備，提高維修人員的技術(shù)水平，使機械維修的工作面向科學化、現(xiàn)代化。

3 振動機械的設(shè)計分析

我們對一個振動機械產(chǎn)品進行設(shè)計時，首先對產(chǎn)品進行規(guī)劃，在方案設(shè)計階段，對產(chǎn)品進行產(chǎn)品定義、功能分析、對求解變量、初始變量、變量設(shè)計，以及工程經(jīng)濟方面進行評價。然后繪制草圖，確定比例，進而擬訂計劃，進行造型和零部件優(yōu)化，整理變量。隨后估計載荷，進行構(gòu)件試驗，部件仿真和計算數(shù)據(jù)，最后定性，執(zhí)行開發(fā)，進行弱點分析。產(chǎn)品設(shè)計好以后并不能立即投入使用，在使用之前還要多次進行反復(fù)試驗，確定固有的可靠性，以保證產(chǎn)品的制造是安全的。

振動機械的可靠性設(shè)計最初是可靠性設(shè)計量的分布參數(shù)，由于材質(zhì)，制造、安裝、維修工藝的離散性以及載荷和運行參數(shù)的隨機性，機械零件的激振力頻率、固有頻率、振動響應(yīng)、失穩(wěn)轉(zhuǎn)速、流體彈性激振的臨界流速、聲學駐波頻率等振動設(shè)計量是非定值，即隨機變量，所以設(shè)計起來極為復(fù)雜。但考慮到我們設(shè)計一個產(chǎn)品，都希望其壽命周期長，經(jīng)濟效益高。所以，我們便在原來的可靠性設(shè)計方法上進行了創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的振動體設(shè)計的基礎(chǔ)上引入概率論和數(shù)量統(tǒng)計為基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計方法，這樣便使所設(shè)計的零件具有可預(yù)測性，使產(chǎn)品的設(shè)計符合工程實際。在生產(chǎn)實踐中，許多振動零件的損壞與振動有關(guān)，我們在傳統(tǒng)的方法上進行振動設(shè)計，把零件的振動設(shè)計量取為定值，雖然在理論基礎(chǔ)上可以判斷設(shè)計是否安全，但是我們在實際操作中，無法預(yù)知結(jié)果。這也是振動問題的復(fù)雜之處，仍需要進一步地研究和探索。

4 結(jié)束語

科學技術(shù)的快速發(fā)展，對振動機械產(chǎn)品提出了更高的要求。所以我們要采用可靠性的設(shè)計，設(shè)計出貼近實際的方案，來降低原材料的消耗和制造成本，提高產(chǎn)品的設(shè)計技術(shù)。便其能夠在傳統(tǒng)的方法上進行創(chuàng)新，學習國外先進技術(shù)，取其精華，去其糟粕，從而研發(fā)出可靠性的振動機械設(shè)備，并結(jié)合當今可靠性工程學科研發(fā)，使振動機械技術(shù)在機械領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展有一個全面的、客觀的認識，成為一種以智力為依托的高新技術(shù)。

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作者簡介：杜佩明（1996，11-），男，河南省新鄉(xiāng)市，本科，鄭州大學力學與工程科學學院工程力學專業(yè)。