三、機械設備結構可靠性設計要點(diǎn)

　?。ㄒ唬┐_定零件合理的安全系數

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

　?。?）環(huán)境條件的影響如溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)等；

　?。?）使用中發(fā)生超負荷或誤操作時(shí)的后果；

　?。?）為提高安全系數所付出的經(jīng)濟代價(jià)是否合算等。

　　安全系數的提高應通過(guò)優(yōu)化結構設計來(lái)達到，而不是簡(jiǎn)單地通過(guò)增加構件尺寸、增加重量或增加費用等方法來(lái)實(shí)現。

　?。ǘ┵A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，當其中某個(gè)零組部件出現故障時(shí)，備用機構馬上啟動(dòng)工作，使機器仍能保持正常工作。例如，滾動(dòng)軸承中的雙排滾珠，當其中一排損壞時(shí)，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(xiàn)上的關(guān)鍵設備或一旦出現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(huì )因增加體積、重量和費用而導致相反的效果。

　?。ㄈ┠铜h(huán)境設計

　　在產(chǎn)品設計時(shí)要考慮環(huán)境條件的影響，應進(jìn)行耐機械應力（振動(dòng)、沖擊等）設計和抗氣候條件（高溫、低溫、潮濕、雨淋、日曬、風(fēng)化、腐蝕等）設計。設計時(shí)就應預計產(chǎn)品實(shí)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(jìn)行實(shí)驗室模擬或現場(chǎng)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。

　?。ㄋ模┖?jiǎn)單化和標準化設計

　　產(chǎn)品簡(jiǎn)單化和標準化是提高可靠性的關(guān)鍵，即產(chǎn)品在滿(mǎn)足功能要求的前提下，其結構越簡(jiǎn)單越好，因為這時(shí)零件數少了，發(fā)生故障的機會(huì )就少了。

　　在簡(jiǎn)單化和標準化設計中應注意如下幾點(diǎn)：

　?。?）應避免單純追求高水平及復雜化，盡量選用標準件。

　?。?）要處理好極限設計，設計時(shí)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(guò)保險機構、連鎖機構等安全裝置或安全措施來(lái)解決。

　?。ㄎ澹┨岣呓Y合部的可靠性

　　機械產(chǎn)品都是由若干零部件組成，故零部件間的結合部位很多。結合部位的配合性質(zhì)有相對靜止的，也有相對運動(dòng)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(xiāo)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、密封圈與轉軸或箱體連接等。這些結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(shí)應特別注意設法提高結合部位的可靠度，即保證結合部的連接強度、剛度及配合精度和密封要求等。

　?。┙Y構安全設計

　　在結構設計時(shí)，要做到結構合理，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(lái)，是提高產(chǎn)品可靠性和安全性的根本出路。例如，鐵路上兩節車(chē)廂之間的聯(lián)接器，傳統的方法用的是連桿插銷(xiāo)聯(lián)接器，工人在脫開(kāi)或連接兩節車(chē)廂時(shí)，必須接近兩節車(chē)廂之間進(jìn)行拔出或插入銷(xiāo)子的操作，這時(shí)工人就處于可能被兩節車(chē)廂撞擊或擠傷的危險部位中，隨時(shí)都可能被撞傷。而現在使用的車(chē)輛自動(dòng)聯(lián)接器，不需工人到兩節車(chē)廂之間直接操作，而是利用低速相碰觸自動(dòng)連接。因為根除了危險因素，當然也就不會(huì )發(fā)生被車(chē)廂撞傷的事故了。

　?。ㄆ撸┰O置齊全的安全裝置

　　作為可靠性較高的現代化機械設備，已具備也必須具備必要的安全裝置，以便用來(lái)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(guò)在線(xiàn)監測儀器及時(shí)捕捉異常信號的變化，當超限時(shí)立即發(fā)出警報信號、故障顯示或自動(dòng)停機等。這是設計、制造部門(mén)應完成的任務(wù)，絕不應把危險與有害因素等事故隱患留給用戶(hù)。

　?。ò耍┤藱C界面設計

　　人機界面是人與機器交換信息的環(huán)節，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(huì )導致事故發(fā)生。所以在人機界面設計時(shí)，即人機工程設計時(shí)，必須考慮人的生理、心理因素，考慮人機協(xié)調關(guān)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(cháng)時(shí)間觀(guān)察或監聽(tīng)而不易疲勞；操縱機構應設計成在操作時(shí)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(huì )引起事故。

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