三、機械設備結(jié)構(gòu)可靠性設計要點 $lesson$

　　(一)、確定零件合理的安全系數(shù)

　　安全系數(shù)是指零件在理論上計算的承載能力與實際所能承擔的負荷之比值。確定安全系數(shù)時應考慮以下幾個因素：

　　(1)、環(huán)境條件的影響如溫度、濕度、沖擊、振動等;

　　(2)、使用中發(fā)生超負荷或誤操作時的后果;

　　(3)、為提高安全系數(shù)所付出的經(jīng)濟代價是否合算等。

　　安全系數(shù)的提高應通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計來達到，而不是簡單地通過增加構(gòu)件尺寸、增加重量或增加費用等方法來實現(xiàn)。

　　(二)、貯備設計(冗余設計)、

　　貯備設計是指將若干功能相同的零組部件作為備用機構(gòu)，當其中某個零組部件出現(xiàn)故障時，備用機構(gòu)馬上啟動工作，使機器仍能保持正常工作。例如，滾動軸承中的雙排滾珠，當其中一排損壞時，另一排仍可以維持正常工作。

　　采用貯備設計的產(chǎn)品，一般是有劇毒的化工設備、故障率較高的設備、流水生產(chǎn)線上的關鍵設備或一旦出現(xiàn)事故損失較大的設備。

　　貯備設計的目的在于提高可靠性，如果盲目采用，或設計不當將會因增加體積、重量和費用而導致相反的效果。

　　(三)、耐環(huán)境設計

　　在產(chǎn)品設計時要考慮環(huán)境條件的影響，應進行耐機械應力(振動、沖擊等)、設計和抗氣候條件(高溫、低溫、潮濕、雨淋、日曬、風化、腐蝕等)、設計。設計時就應預計產(chǎn)品實際使用的環(huán)境條件，并采取相應的耐環(huán)境措施。為此，在設計、試制階段要進行實驗室模擬或現(xiàn)場作預計環(huán)境條件下的可靠性試驗，如耐久性試驗、壽命試驗、環(huán)境試驗、可靠性測定和可靠性驗證等試驗。

　　(四)、簡單化和標準化設計

　　產(chǎn)品簡單化和標準化是提高可靠性的關鍵，即產(chǎn)品在滿足功能要求的前提下，其結(jié)構(gòu)越簡單越好，因為這時零件數(shù)少了，發(fā)生故障的機會就少了。

　　在簡單化和標準化設計中應注意如下幾點：

　　(1)、應避免單純追求高水平及復雜化，盡量選用標準件。

　　(2)、要處理好極限設計，設計時應考慮并保證產(chǎn)品在各種惡劣條件下工作的可靠性，可以通過保險機構(gòu)、連鎖機構(gòu)等安全裝置或安全措施來解決。

　　(五)、提高結(jié)合部的可靠性

　　機械產(chǎn)品都是由若干零部件組成，故零部件間的結(jié)合部位很多。結(jié)合部位的配合性質(zhì)有相對靜止的，也有相對運動的，還有要求密封的，所以相應的有各種連接方式，如有螺栓螺母連接、焊接連接、銷子或鍵連接、齒輪齒條連接、滑板與導軌連接或主軸與軸承連接以及法蘭、密封圈與轉(zhuǎn)軸或箱體連接等。這些結(jié)合部位的故障率一般都比較高，所以極易誘發(fā)其他故障的發(fā)生。為此，在可靠性設計時應特別注意設法提高結(jié)合部位的可靠度，即保證結(jié)合部的連接強度、剛度及配合精度和密封要求等。

　　(六)、結(jié)構(gòu)安全設計

　　在結(jié)構(gòu)設計時，要做到結(jié)構(gòu)合理，從根本上消除危險與有害因素，使操作者徹底從危險部位或危險狀態(tài)下解脫出來，是提高產(chǎn)品可靠性和安全性的根本出路。例如，鐵路上兩節(jié)車廂之間的聯(lián)接器，傳統(tǒng)的方法用的是連桿插銷聯(lián)接器，工人在脫開或連接兩節(jié)車廂時，必須接近兩節(jié)車廂之間進行拔出或插入銷子的操作，這時工人就處于可能被兩節(jié)車廂撞擊或擠傷的危險部位中，隨時都可能被撞傷。而現(xiàn)在使用的車輛自動聯(lián)接器，不需工人到兩節(jié)車廂之間直接操作，而是利用低速相碰觸自動連接。因為根除了危險因素，當然也就不會發(fā)生被車廂撞傷的事故了。

　　(七)、設置齊全的安全裝置

　　作為可靠性較高的現(xiàn)代化機械設備，已具備也必須具備必要的安全裝置，以便用來防止超載、超行程、超溫、超壓、誤操作、誤接觸、外部環(huán)境突變(如停電、停氣等)、而引起的事故以及限制事故的擴大。一般都是通過在線監(jiān)測儀器及時捕捉異常信號的變化，當超限時立即發(fā)出警報信號、故障顯示或自動停機等。這是設計、制造部門應完成的任務，絕不應把危險與有害因素等事故隱患留給用戶。

　　(八)、人機界面設計

　　人機界面是人與機器交換信息的環(huán)節(jié)，如果人機界面設計不當，人與機器相接觸造成能量逸出，將直接會導致事故發(fā)生。所以在人機界面設計時，即人機工程設計時，必須考慮人的生理、心理因素，考慮人機協(xié)調(diào)關系，如人的正常生理能力和允許限度。要求所設計的顯示器，長時間觀察或監(jiān)聽而不易疲勞;操縱機構(gòu)應設計成在操作時需要用的操作力不大，有“手感”而不沉重;控制器和顯示器應盡量少而集中，配置合理，避免操作失誤;且設有連鎖保護裝置，做到即使誤操作某一控制器也不會引起事故。

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