英语原文共 3 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

机械可靠性设计方法的研究和其应用程序

摘要

基于可靠性试验和失效数据的统计分析，机械可靠性设计的基本任务是提出数学力学模型和工程实践的方法。通过这种方法可在设计阶段预测机械产品在工况条件下的工作状态和使用寿命。整合现代数学与力学理论阐述了机械可靠性设计的发展与内涵。并明确和系统的解释了如基于可靠性的机械设计、 动态可靠性设计、 基于可靠性的优化设计、 基于可靠性灵敏度设计、基于可靠性的鲁棒设计等一系列的理论和方法。本文基于机械特征的可靠性设计以及研究矿井提升机的可靠性设计，以矿井提升机主轴轴承为例，论述了可靠性设计在矿井提升机设计的应用。

1. 介绍

科学和技术的日益发展使得产品需要具备更高的要求，不仅要有更好的性能，而且要求更高的可靠性。根据传统的基础设计，可靠性设计在处理材料的性能、零件尺寸、载荷、强度等参数时，把它们看作是遵循一定统计规律的随机变量。此外，将根据此设计规则形成数学概率模型及其分布状态。根据概率与统计理论和强度理论，在给定条件下的零件损伤概率是可获得的，从而在给定的可靠性下的零件维度和状态亦可计算得出，这既满足运行的要求，也有助于形成最优的设计参数，甚至根据可靠性设计理论可总结出零件和系统的可靠性。因此，上面提到的设计弥补了常规设计的缺点，降低了设计程序与生产实践之间的距离。

2、机械产品的可靠性优化设计的发展现状

基于可靠性的优化设计已经成为优化设计的一个重要的分支。应用于机械零件，齿轮减速机。中国目前已在齿轮传动和行星齿轮传动等领域的可靠性优化设计有所作为。在我国20世纪60年代，已有相关专家提出针对通信问题、雷达等机器的可靠性研究。到20世纪70年代晚期，随着经济的快速发展和改革开放的共同作用，推进了具有关键用途的零部件和民用物品的可靠性系统的发展。进过多年的努力，军事零部件的可靠性有了两个方面的重要突破。在20世纪80年代，一个由多名钻研可靠性工程的研究人员和技术骨干组成的组织在中国成立，这意味着开始进一步执行国家部委发布的的可靠性工程。1990年，中国不管是民用还是军用的产品都有了一个质的飞跃，很多民间的电器产品在产品质量的可靠性上都达到了一个新的高度。

在过去的30年里，优化设计方法使得机械产品快速的发展，特别是在工程实践中的机械产品、技术和实用性的可靠性设计的发展。人们认为机械产品的可靠性优化设计是更加合理可靠的基础，因为传统上把机械产品比作是一个整体，而在未来的工作中产品的性能是具有随机性的。这就是说，在一些模拟的参数中机械产品是一个随机的变量，结构的优化设计要基于可靠性，而可靠性要求以机械产品的一体化为约束条件来进行优化设计，或者用我们的目标函数进行优化设计，即，根据某些可靠性的指标权重可减少机械产品的成本，或者是调整机械产品的某些参数或某些条件，从而最大限度的减少重量和成本，提高机械产品零件的可靠性。机械产品的主要要求是安全、可靠、经济的的合理性。因此，经过优化设计的机械产品，可以显著的提高设计的质量和经济效益。实证研究和探索机械产品的可靠性设计已成为当前国内外一个重要的课题。然而，由于机械产品的可靠性分析是大量失效形式和的其他相关问题的失效模式，这也使得可靠性变得更困难，越来越复杂。因此，机械产品的可靠性设计变得更加的困难。此外，还讨论了将最优算法用于优化设计。所以，目前机械产品的可靠性优化设计水平仍处于在发展的早期阶段。

3、高可靠性机械产品的优势

3.1提高产品的使用率

提高机械产品的可靠性，可以减少停机时间和维修人员人数，提高产品利用率。现代机械产品的工作环境变得越来越严重，又有从陆地、海洋和恶劣工作环境的空间挑战，这就要求一个具备高可靠性、高安全性的系统，系统的集成度和在没有压迫下的持续性都要有较好可靠性。

3.2防止事故和故障的发生

提高机械产品的可靠性，它可以防止事故和故障，尤其是为了避免灾难性事。1986年挑战者号航天飞船由于美国制造的机身密封失效，在起飞后76秒飞船爆炸，直接造成了一亿两千万美元的经济损失。而现代的高科技产品，要求的是其严格的功能可靠性。

3.3获得显著的经济利益和技术的进步

机械的可靠性和优化设计是基于概率理论和优化设计方法的，应用于参与机制设计、强度设计、材料选择和工况失效的分析，通过设计变量和参数来提供明确的技术支持。 经济与可靠性也存在着相互影响的关系。目标函数的优化模型和概率特征以及非线性、非凸非线性特征需要满足各种随机约束，机械产品的设计方法。根据工作情况产品不仅可以确保工作的可靠性，又能够使产品的安全、功能、重量、体积、成本和其他的参数进行优化。故经济和技术都得到明显的提高。

4.机械产品的可靠性优化设计

综上所述提出可靠性优化设计的问题。主要考虑以下几个问题：

1. 通过优化设计，可以根据不同的设计要求，选择不同的特征函数作为目标函数；
2. 设计变量。结构的整体及其部分的大小和力学性能等是最常见的机械部件的设计变量，需要经过优化和最后独立参数优化设计过程，在确定具有随机性分布的设计参数时应视其为反映实际情况的实际条件；
3. 约束条件。约束条件可以限制结构参数，但对于部分功能，需要根据具体的情况来确定常规的最优设计。

会议上提出降低可靠性的要求，或者在降低总成本的基础上使产品的价值、质量和其他的指标达到最大的可靠性。因此，机械刹那品的可靠性设计可以分为两种类型的可靠性优化设计的数学模型：

►作为目标函数的可靠性

►作为约束条件的可靠性

1. 机械零件的设计特征

5.1应力、强度呈随机变量

因为零部件的应力和材料的强度是非确定值而是随机离散化的变量，分布函数就要运用到数学来求解。这是因为载荷、强度和尺寸与操作统计得当与否相关。因此，需要概率和统计理论来分析和解决问题。

5.2产品的失效概率和可靠性的定量描述

众所周知，设计的产品有一定的失效概率，不能达到设计所允许的误差之内。然而，可靠性设计可以提供产品的失效概率值和可靠性的定量值。

5.3可选择的各项可靠性指标

传统的设计只有一个评价可靠性的指标，即安全系数。相比之下，可靠性设计根据不同产品在不同的工作条件下提供了各种有价值的指标，如产品的失效率、可靠性、平均使用寿命、发生首次故障所行驶的行程（车辆）、可维护性和使用性能等

5.4考虑环境的影响

由于应力受温度、震动、水分、灰尘和侵蚀程度等周围环境的巨大影响，产品的可靠性也因此受到很大的影响。所以将环境的影响考虑到零件的实际运作当中能提高可靠性。

1. 机械产品的可靠性设计原则

与电气产品相比，机械产品有自己的设计特点和分析方法。综上所述，机械产品的可靠性设计应坚持的原则如下所示：

6.1可靠性设计和传统设计相结合

传统机械设计使用的安全系数方法具有至关、简单、易掌握和工作量较小的特点，可以解决大多数情况下的机械零件的可靠性。但目前在特殊情况下的机械产品很难用传统的机械设计进行可靠性设计。为此，运用概率设计对传统的设计进行合理和必要的改进与完善。此外，可以逐步执行针对关键部件的可靠性概率设计。

6.2质量和数量的一体化设计

数量设计指的是数量分析和可靠性的计算，但它不能解决所有问题的可靠性。在有些时候，它不适合甚至根本无法用来阐述定量的可靠性。因此，可靠性要求质量和数量的一体化。至于有质量要求且很难用数量来计算的部分，对它进行更加合理、有效的质量设计。实践证明质量设计在保证和提高机械产品的可靠性上有重要的作用。因此，在可靠性设计过程中应该讲质量和数量综合设计。

6.3机械可靠性和耐用性的并联

从广义上说，机械产品的可靠性包括可靠性和耐用性。因此，机械可靠性设计应包括上述的两个因素。具体来说，可靠性是特定于偶然的事故，耐用性是具体到过程存在的缺点。故而两只的故障机理是不同的。

6.4系统和部件可靠性的并联

考虑到机械零部件的标准化和普遍性程度比较低，又有复杂的功能状态和结构，设计者必须对系统和部件作出全面完善的设计。零件强度是系统可靠阿星的基本保证，而零件是整个系统的最基本单元。在这种情况下，零件的设计应该添加到传统的可靠性设计中，系统的可靠性设计目的是要实现协调和优化系统的技术性能、质量指数、制造成本和使用寿命，使系统能满足既定的可靠性指标和实现预定的功能。

1. 矿井提升机可靠性设计的应用

矿井提升机的可靠性设计关键点是如何改变目前的设备和有关参数（例如零件的尺寸、强度、加载等），加入通过实验数据统计和最后总结得出其的分布情况。并且，也可计算可靠性、维度和工作状况。

提升机的减速器和主轴结构都配备有滚动轴承，轴承的寿命对提升机的运行可靠性具有重要的影响。现在，滚动轴承在使用寿命周期可以达到甚至超过材料本身的的疲劳极限（约）。为了整个结构的合理化采取有限寿命的设计是很常见的，而且减少了其尺寸和重量，最后能够使材料达到最好的状态并提高零件的承载能力。在寿命周期为和可靠性为90%（即在相等的额定负载C作用下，滚动轴承可以运行寿命，同时90%的轴承不遭受疲劳点蚀的故障）的条件下来完成设计和选择承载能力。

根据前面的分析，滚动轴承在主轴上的可靠性是可行的。

滚动轴承受的应力是可变的，在运行过程中轴承失效的原因在于应力的变化规律。由于应力的长期影响，表面的金属从滚动体和内外滚道滑落，形成了疲劳点蚀，甚至会导致疲劳损坏。事实证明了因局部点蚀疲劳致使失效的零件和设备的寿命符合威布尔分布定律。滚动轴承也同样满足。失效的概率可以表示为：

(1)

上述中，N表示特征寿命；表示工作周期，以为单位；m表示参数。

可靠性可表述为：

(2)

两边取对数：

(3)

根据前面的分析，滚动轴承的额定寿命是，即失效的概率是10%，可靠性为90%。因此额定寿命是：

(4)

上述中，为当可靠性是90%是周期。

由（3）（4）可得结果：

（5）

大量的统计数据表明：球轴承 m=；滚子轴承 m=；圆锥滚子轴承 m=

例如，型号JKD2.8times;6的矿井提升机，其中可靠性为90%的主要轴承的寿命是1,000,000rpm。而可靠性为93%的轴承的寿命为：

8、结论

通过对机械可靠性设计并结合矿井提升机结构的研究，提出了在矿井提升机的可靠性设计中应用的关键的步骤如下：第一是要确定有关参数的的统计，然后，建立故障数学模型，最后进行可靠性设计的操作。此外，矿井提升机的滚动轴承被认为这一项研究的对象，与此同时，统计得出的轴承疲劳寿命符合威布尔分布规则也被认可。基于可靠度为90%的滚动轴承的额定寿命是（即周期）的结果，轴承的寿命（周期）可根据给定的可靠度来计算得出。总而言之，机械可靠性理论知识应用于矿井提升机的设计对提高提升机的可靠性是非常有意义的。

文献

[1]张小琴、钼蔡嵩 可靠性设计分析的机械部件 [J] 茂名学报，2008(1): 91-93

[2]刘威信 可靠性设计的机器[M] 北京清华大学出版社 1996

[3]孙伟、高连华、姚新民等 机械产品的可靠性设计方法的研究[J] 机械工业彼岸准话与质量 2007（8）14-17

[4]向一舟、陈戈、丁力宇 可靠性设计与试验机产品[J] 西南师范大学学报 2008（1）330-333

[5]葛世荣 矿井提升机的可靠性技术[M] 中国矿业大学amp;技术新闻

重型机械生产计划与控制的生产路径创新理念

本文介绍了一种新的理念进行规划和控制复杂的重型机械生产，基于的原则是“生产之路”一生产路径规划与控制的概念。这一概念通过复杂和变异物质流和不平衡的产能利用率反映了传统观念和体制的生产计划，并且在重型机械行业下的有限适用性是由特定的产品结构和数量可重复的。生产路径表示由时间或一个空间预留的生产能力和被确定为实现产品的生产重复性水平。原则是使复杂的生产以“快”和“慢”的生产类型进行分类。快速生产路径是专为特定无论是大规模还是批量生产型产品的加工。慢生产路径，专用于生产几个系列或单件的预留资源。在整个生产过程中，这里所提出的概念显著减少重型机械生产计划和控制的困难，它减少在库存过程的工作和提高了材料流动的连续性，生产资源的平衡和使用。生产路径概念的好处将会在锻件加工过程中得到验证。

关键词：生产计划和控制、生产路径、重型机械、验证、锻件

介绍

生产计划与控制是一个复杂的过程，这就要求企业制定一个动态的生产计划，并迅速地调整制造工艺[1，2]。生产计划与控制，确保生产系统满足个人客户的订单，同时符合规范，在预算范围内保持并按时交付[3]。

规划和重型机械生产的控制有以下特性：

--结构的有限可重复性和个别产品的体积在规划期内的要求

--可变的工艺过程和生产方法、可变数目和运算顺序在各个地点的执行

--材料的回流使产品多次通过选定的工位

--不同产品在专用工位上的加工时间（相互偏差巨大到从分钟到小时）

--在加工产品类型上由于高度依赖设备性能引起浮动瓶颈（浮动瓶颈在加工过程中根据加工分类变换其位置）

在这些条件下，传统观念

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

---

资料编号：[146106]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word