安全工程師輔導資料：機械可靠性設計(3)

　　三、機械設備結構可靠性設計要點 $lesson$

　　(一)、確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際所能承擔的負荷之比值。確定安全系數時應考慮以下幾個因素：

　　(1)、環(huán)境條件的影響如溫度、濕度、沖擊、振動等;

　　(2)、使用中發(fā)生超負荷或誤操作時的后果;

　　(3)、為提高安全系數所付出的經濟代價是否合算等。

　　安全系數的提高應通過優(yōu)化結構設計來達到，而不是簡單地通過增加構件尺寸、增加重量或增加費用等方法來實現。

　　(二)、貯備設計(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，當其中某個零組部件出現故障時，備用機構馬上啟動工作，使機器仍能保持正常工作。例如，滾動軸承中的雙排滾珠，當其中一排損壞時，另一排仍可以維持正常工作。

　　采用貯備設計的產品，一般是有劇毒的化工設備、故障率較高的設備、流水生產線上的關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，或設計不當將會因增加體積、重量和費用而導致相反的效果。

　　(三)、耐環(huán)境設計

　　在產品設計時要考慮環(huán)境條件的影響，應進行耐機械應力(振動、沖擊等)、設計和抗氣候條件(高溫、低溫、潮濕、雨淋、日曬、風化、腐蝕等)、設計。設計時就應預計產品實際使用的環(huán)境條件，并采取相應的耐環(huán)境措施。為此，在設計、試制階段要進行實驗室模擬或現場作預計環(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。

　　(四)、簡單化和標準化設計

　　產品簡單化和標準化是提高可靠性的關鍵，即產品在滿足功能要求的前提下，其結構越簡單越好，因為這時零件數少了，發(fā)生故障的機會就少了。

　　在簡單化和標準化設計中應注意如下幾點：

　　(1)、應避免單純追求高水平及復雜化，盡量選用標準件。

　　(2)、要處理好極限設計，設計時應考慮并保證產品在各種惡劣條件下工作的可靠性，可以通過保險機構、連鎖機構等安全裝置或安全措施來解決。

　　(五)、提高結合部的可靠性

　　機械產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有相對靜止的，也有相對運動的，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。

　　(六)、結構安全設計

　　在結構設計時，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，是提高產品可靠性和安全性的根本出路。例如，鐵路上兩節(jié)車廂之間的聯接器，傳統(tǒng)的方法用的是連桿插銷聯接器，工人在脫開或連接兩節(jié)車廂時，必須接近兩節(jié)車廂之間進行拔出或插入銷子的操作，這時工人就處于可能被兩節(jié)車廂撞擊或擠傷的危險部位中，隨時都可能被撞傷。而現在使用的車輛自動聯接器，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連接。因為根除了危險因素，當然也就不會發(fā)生被車廂撞傷的事故了。

　　(七)、設置齊全的安全裝置

　　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。一般都是通過在線監(jiān)測儀器及時捕捉異常信號的變化，當超限時立即發(fā)出警報信號、故障顯示或自動停機等。這是設計、制造部門應完成的任務，絕不應把危險與有害因素等事故隱患留給用戶。

　　(八)、人機界面設計

　　人機界面是人與機器交換信息的環(huán)節(jié)，如果人機界面設計不當，人與機器相接觸造成能量逸出，將直接會導致事故發(fā)生。所以在人機界面設計時，即人機工程設計時，必須考慮人的生理、心理因素，考慮人機協(xié)調關系，如人的正常生理能力和允許限度。要求所設計的顯示器，長時間觀察或監(jiān)聽而不易疲勞;操縱機構應設計成在操作時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引起事故。

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