三、机械设备结构可靠性设计要点

　　（一）确定零件合理的安全系数

　　安全系数是指零件在理论上计算的承载能力与实际所能承担的负荷之比值。确定安全系数时应考虑以下几个因素：

　　（1）环境条件的影响如温度、湿度、冲击、振动等；

　　（2）使用中发生超负荷或误操作时的后果；

　　（3）为提高安全系数所付出的经济代价是否合算等。

　　安全系数的提高应通过优化结构设计来达到，而不是简单地通过增加构件尺寸、增加重量或增加费用等方法来实现。

　　（二）贮备设计（冗余设计）

　　贮备设计是指将若干功能相同的零组部件作为备用机构，当其中某个零组部件出现故障时，备用机构马上启动工作，使机器仍能保持正常工作。例如，滚动轴承中的双排滚珠，当其中一排损坏时，另一排仍可以维持正常工作。

　　采用贮备设计的产品，一般是有剧毒的化工设备、故障率较高的设备、流水生产线上的关键设备或一旦出现事故损失较大的设备。

　　贮备设计的目的在于提高可靠性，如果盲目采用，或设计不当将会因增加体积、重量和费用而导致相反的效果。

　　（三）耐环境设计

　　在产品设计时要考虑环境条件的影响，应进行耐机械应力（振动、冲击等）设计和抗气候条件（高温、低温、潮湿、雨淋、日晒、风化、腐蚀等）设计。设计时就应预计产品实际使用的环境条件，并采取相应的耐环境措施。为此，在设计、试制阶段要进行实验室模拟或现场作预计环境条件下的可靠性试验，如耐久性试验、寿命试验、环境试验、可靠性测定和可靠性验证等试验。

　　（四）简单化和标准化设计

　　产品简单化和标准化是提高可靠性的关键，即产品在满足功能要求的前提下，其结构越简单越好，因为这时零件数少了，发生故障的机会就少了。

　　在简单化和标准化设计中应注意如下几点：

　　（1）应避免单纯追求高水平及复杂化，尽量选用标准件。

　　（2）要处理好极限设计，设计时应考虑并保证产品在各种恶劣条件下工作的可靠性，可以通过保险机构、连锁机构等安全装置或安全措施来解决。

　　（五）提高结合部的可靠性

　　机械产品都是由若干零部件组成，故零部件间的结合部位很多。结合部位的配合性质有相对静止的，也有相对运动的，还有要求密封的，所以相应的有各种连接方式，如有螺栓螺母连接、焊接连接、销子或键连接、齿轮齿条连接、滑板与导轨连接或主轴与轴承连接以及法兰、密封圈与转轴或箱体连接等。这些结合部位的故障率一般都比较高，所以极易诱发其他故障的发生。为此，在可靠性设计时应特别注意设法提高结合部位的可靠度，即保证结合部的连接强度、刚度及配合精度和密封要求等。

　　（六）结构安全设计

　　在结构设计时，要做到结构合理，从根本上消除危险与有害因素，使操作者彻底从危险部位或危险状态下解脱出来，是提高产品可靠性和安全性的根本出路。例如，铁路上两节车厢之间的联接器，传统的方法用的是连杆插销联接器，工人在脱开或连接两节车厢时，必须接近两节车厢之间进行拔出或插入销子的操作，这时工人就处于可能被两节车厢撞击或挤伤的危险部位中，随时都可能被撞伤。而现在使用的车辆自动联接器，不需工人到两节车厢之间直接操作，而是利用低速相碰触自动连接。因为根除了危险因素，当然也就不会发生被车厢撞伤的事故了。

　　（七）设置齐全的安全装置

　　作为可靠性较高的现代化机械设备，已具备也必须具备必要的安全装置，以便用来防止超载、超行程、超温、超压、误操作、误接触、外部环境突变（如停电、停气等）而引起的事故以及限制事故的扩大。一般都是通过在线监测仪器及时捕捉异常信号的变化，当超限时立即发出警报信号、故障显示或自动停机等。这是设计、制造部门应完成的任务，绝不应把危险与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交换信息的环节，如果人机界面设计不当，人与机器相接触造成能量逸出，将直接会导致事故发生。所以在人机界面设计时，即人机工程设计时，必须考虑人的生理、心理因素，考虑人机协调关系，如人的正常生理能力和允许限度。要求所设计的显示器，长时间观察或监听而不易疲劳；操纵机构应设计成在操作时需要用的操作力不大，有“手感”而不沉重；控制器和显示器应尽量少而集中，配置合理，避免操作失误；且设有连锁保护装置，做到即使误操作某一控制器也不会引起事故。

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