安全工程師輔導(dǎo)資料：機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)(3)

　　三、機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)要點(diǎn) $lesson$

　　(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(jì)算的承載能力與實(shí)際所能承擔(dān)的負(fù)荷之比值。確定安全系數(shù)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：

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

　　(2)、使用中發(fā)生超負(fù)荷或誤操作時(shí)的后果;

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

　　安全系數(shù)的提高應(yīng)通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來達(dá)到，而不是簡(jiǎn)單地通過增加構(gòu)件尺寸、增加重量或增加費(fèi)用等方法來實(shí)現(xiàn)。

　　(二)、貯備設(shè)計(jì)(冗余設(shè)計(jì))、

　　貯備設(shè)計(jì)是指將若干功能相同的零組部件作為備用機(jī)構(gòu)，當(dāng)其中某個(gè)零組部件出現(xiàn)故障時(shí)，備用機(jī)構(gòu)馬上啟動(dòng)工作，使機(jī)器仍能保持正常工作。例如，滾動(dòng)軸承中的雙排滾珠，當(dāng)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(shè)計(jì)的產(chǎn)品，一般是有劇毒的化工設(shè)備、故障率較高的設(shè)備、流水生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備或一旦出現(xiàn)事故損失較大的設(shè)備。

　　貯備設(shè)計(jì)的目的在于提高可靠性，如果盲目采用，或設(shè)計(jì)不當(dāng)將會(huì)因增加體積、重量和費(fèi)用而導(dǎo)致相反的效果。

　　(三)、耐環(huán)境設(shè)計(jì)

　　在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)要考慮環(huán)境條件的影響，應(yīng)進(jìn)行耐機(jī)械應(yīng)力(振動(dòng)、沖擊等)、設(shè)計(jì)和抗氣候條件(高溫、低溫、潮濕、雨淋、日曬、風(fēng)化、腐蝕等)、設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)預(yù)計(jì)產(chǎn)品實(shí)際使用的環(huán)境條件，并采取相應(yīng)的耐環(huán)境措施。為此，在設(shè)計(jì)、試制階段要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬或現(xiàn)場(chǎng)作預(yù)計(jì)環(huán)境條件下的可靠性試驗(yàn)，如耐久性試驗(yàn)、壽命試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、可靠性測(cè)定和可靠性驗(yàn)證等試驗(yàn)。

　　(四)、簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

　　產(chǎn)品簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化是提高可靠性的關(guān)鍵，即產(chǎn)品在滿足功能要求的前提下，其結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單越好，因?yàn)檫@時(shí)零件數(shù)少了，發(fā)生故障的機(jī)會(huì)就少了。

　　在簡(jiǎn)單化和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)中應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

　　(1)、應(yīng)避免單純追求高水平及復(fù)雜化，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)件。

　　(2)、要處理好極限設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(xiǎn)機(jī)構(gòu)、連鎖機(jī)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(jī)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(duì)靜止的，也有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的，還有要求密封的，所以相應(yīng)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(dǎo)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意設(shè)法提高結(jié)合部位的可靠度，即保證結(jié)合部的連接強(qiáng)度、剛度及配合精度和密封要求等。

　　(六)、結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)

　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要做到結(jié)構(gòu)合理，從根本上消除危險(xiǎn)與有害因素，使操作者徹底從危險(xiǎn)部位或危險(xiǎn)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(shí)，必須接近兩節(jié)車廂之間進(jìn)行拔出或插入銷子的操作，這時(shí)工人就處于可能被兩節(jié)車廂撞擊或擠傷的危險(xiǎn)部位中，隨時(shí)都可能被撞傷。而現(xiàn)在使用的車輛自動(dòng)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(dòng)連接。因?yàn)楦宋ｋU(xiǎn)因素，當(dāng)然也就不會(huì)發(fā)生被車廂撞傷的事故了。

　　(七)、設(shè)置齊全的安全裝置

　　作為可靠性較高的現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)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(kuò)大。一般都是通過在線監(jiān)測(cè)儀器及時(shí)捕捉異常信號(hào)的變化，當(dāng)超限時(shí)立即發(fā)出警報(bào)信號(hào)、故障顯示或自動(dòng)停機(jī)等。這是設(shè)計(jì)、制造部門應(yīng)完成的任務(wù)，絕不應(yīng)把危險(xiǎn)與有害因素等事故隱患留給用戶。

　　(八)、人機(jī)界面設(shè)計(jì)

　　人機(jī)界面是人與機(jī)器交換信息的環(huán)節(jié)，如果人機(jī)界面設(shè)計(jì)不當(dāng)，人與機(jī)器相接觸造成能量逸出，將直接會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生。所以在人機(jī)界面設(shè)計(jì)時(shí)，即人機(jī)工程設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮人的生理、心理因素，考慮人機(jī)協(xié)調(diào)關(guān)系，如人的正常生理能力和允許限度。要求所設(shè)計(jì)的顯示器，長(zhǎng)時(shí)間觀察或監(jiān)聽而不易疲勞;操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)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(yīng)盡量少而集中，配置合理，避免操作失誤;且設(shè)有連鎖保護(hù)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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