生产技术辅导：机械设备结构可靠性设计要点

三。机械设备结构可靠性设计要点
(1)确定零件的合理安全系数
安全系数是指零件的理论计算承载能力与其实际能承受的载荷之比。确定安全系数时应考虑以下因素:
(1)温度、湿度、冲击、振动等环境条件的影响。
(2)使用中过载或误操作的后果；
(3)提高安全系数的经济成本是否经济等。
安全系数的提高应该通过优化结构设计来实现，而不是简单的增加部件的尺寸、重量或成本。
(二)备用设计(冗余设计)
备用设计是指使用几个功能相同的零组元件作为备用机制。当其中一个零组元件出现故障时，备用机制会立即开始工作，使机器仍能正常工作。例如，当滚动轴承中的两排滚珠中的一排损坏时，另一排仍能正常工作。
有储备设计的产品一般为剧毒化工设备、故障率高的设备、流水线上的关键设备或一旦发生事故损失较大的设备。
储备设计的目的是提高可靠性。如果盲目采用或设计不当，会因增加体积、重量和成本而导致适得其反的效果。
(三)耐环境设计
在设计产品时，要考虑环境条件的影响。抗机械应力(振动、冲击等。)和耐候性(高温、低温、潮湿、雨淋、日晒、风化、腐蚀等。)应该是设计出来的。设计时应预测产品实际使用的环境条件，并采取相应的耐环境措施。因此，在设计和试制阶段，应进行预测环境条件下的实验室模拟或现场可靠性试验，如耐久性试验、寿命试验、环境试验、可靠性测量和可靠性验证等。
(四)简化和标准化设计
产品的简化和标准化是提高可靠性的关键，即在产品满足功能要求的前提下，结构越简单越好，因为这个时候，零件越少，出现故障的几率就越小。
在简化和标准化设计中应注意以下几点:
(1)应避免单纯追求高水平和复杂程度，尽可能选用标准件。
(2)妥善处理极端设计，在设计时要考虑和保证产品在各种恶劣条件下的可靠性，可以通过保险机构、连锁机构等安全装置或措施来解决。
(5)提高接头的可靠性
机械产品都是由几个零件组成的，所以零件之间有很多接头零件。接头的配合性质是相对静止，相对运动，要求密封，因此有各种相应的连接方式，如螺栓螺母连接、焊接连接、销或键连接、齿条齿轮连接、滑板与导轨连接或主轴与轴承连接、法兰与密封圈与转轴或箱体连接等。这些关节部位的故障率普遍较高，容易诱发其他故障。因此，在可靠性设计中，要特别注意尽量提高接头的可靠性，即保证接头的连接强度、刚度、配合精度和密封要求。
(六)结构安全设计
在进行结构设计时，使结构合理，从根本上消除危险有害因素，使操作者脱离危险的位置或状态，是提高产品可靠性和安全性的根本途径。比如铁路上两节车厢之间的车钩，传统的方法采用连杆螺栓车钩。当工人断开或连接两节车厢时，他们必须靠近两节车厢以拔出或插入销。此时工人处于可能被两节车厢撞击或碾压的危险境地，随时可能受伤。而现在使用的车辆自动车钩不需要工人在两节车厢之间直接操作，而是采用低速接触自动连接。因为危险因素根除了，当然不会发生被马车撞的事故。
(七)设置完备的安全装置
作为一种高可靠性的现代化机械设备，它具有且必须具有必要的安全装置，以防止因过载、超程、超温、超压、误操作、误接触、外界环境突变(如停电、停气等)而引起的事故。)并限制事故的扩大。一般采用在线监测仪表及时捕捉异常信号的变化，当异常信号超标时，立即发出报警信号、故障显示或自动停机。这是设计制造部门应该完成的任务，绝不能把危险、有害因素等事故隐患留给用户。
(八)人机界面设计
人机界面是人与机器进行信息交流的纽带。如果人机界面设计不当，人与机器的接触会造成能量逃逸，直接导致事故发生。所以在设计人机界面的时候，也就是设计人机工程的时候，一定要考虑人的生理和心理因素，以及人机的协调性，比如人的正常生理能力和允许的限度。要求设计的显示器长时间观察或监控不疲劳；操作机构应设计成有“手感”而无沉重感，操作力小；并且控制器和显示器尽量少而集中，配置合理，避免操作失误；并配有联锁保护装置，即使控制器误操作也不会造成事故。
[举例]下列不需要采用库存设计的产品是()。
A .有剧毒的化工设备
B、发生事故损失大的设备
C、故障率高的设备
D、流水线上的设备
[答案]D。