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如何提高機械設備設計的可靠性和安全性
作者:白狐設計-小狐
日期:2020.06.10

如何提高機械設備使用的可靠性與安全性?這是機械設備設計中必須要考慮解決的問題。設計人員應在綜合各方面有關設備性能、可靠性、安全性等技術資料的基礎上,在機械設備產品設計階段做好提高可靠性、發現和預防各種危險因素的工作。

1、確定合理的安全系統。安全系數是指零件理念承載能力與實際負荷之比。為了使構件可靠地工作,理念計算強度應大于實際負荷,其余量就是由安全系數決定的。在確定安全系數時,既要考慮環境溫度、濕度振動、沖擊等條件和使用中超負荷、誤操作的后果,保證零部件在使用中不發生永久變形、疲勞損傷、蠕變等缺陷,還要考慮所付出的經濟代價是否合算。應該選擇用最低的費用就能保證設備性能的安全系數。

通過選擇合理的結構形式,可以少用材料而能大大提高零件的剛性;設計合理的機構可以使零部件的負荷分布合理,以達到變形小,磨損均勻,盡量減少零件變形、磨損對設備輸出參數的影響等,都可以增加零件所允許承受的負荷。需要注意的是,安全系數過高,不但用料多、設備重、成本增加,而且可能增加結構的復雜性。

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2、冗余設計(貯備設計)。冗余技術是設備所包含的為完成規定功能所必不可少的組成部分元件的成分(包括硬件或軟件)。當冗余為硬件時也稱貯備。在機械設備設計中,除必要的零、部件外,還可額外附加一套備用零件或備用機構,當設備個別零件、部件出現故障時,整個設備仍能正常工作。這種設計稱為冗余設計,所增加的元件,零部件稱為冗余元件。如雙排滾珠軸承中有一排損壞,別一排照常工作。機械多重保險裝置都是冗余設計。

3、耐環境設計。為預防設備、零部件在實際使用中可能遇到的各種環境如高、低溫、潮濕、磁場、真空、粉塵、雨淋、腐蝕等因素的影響,在產品設計上要采取對付環境作用的措施。在機械設備設計、制造階段,要進行以可靠性試驗為主的耐用性、壽命、高低溫、環境、振動、沖擊等試驗。在設備上裝設特別的調節器或緩沖器,可以用來預防設備在運輸、搬運、貯存和使用中遇到的高溫、振動、沖擊等外界作用的影響。

深圳充電樁設計.jpg

4、簡化結構和采用標準化零、部件。在滿足設備功能要求的前提下,提高設備可靠性的秘訣是盡可能使用結構簡單的零件,減少零件數量和種類,采用標準零件和標準電路,概括地說,就是簡單化和標準化。標準化零件,由于有豐富的批量生產和使用經驗,能充分消除缺陷和薄弱點。標準化零件的互換性好,在維修中可加速增加的診斷和修復,市場供應充足,可減少備件的貯備,價格便宜,還可減少加工工具及測試設備的品種和數量。

5、提高聯接部位和可動零部件和可靠度,配備必要的安全防護裝置。設備的聯接部位有螺栓、焊接部位、銷子、鍵、密封器等;可動零、部件有軸和軸承、嚙合的齒輪、皮帶和皮帶輪、聯軸節等。這些部件故障率高,易誘發事故,是機械設備設計中應充分注意的重點部位,應采取措施提高其可靠度。安全防護裝置可以防止誤操作、超載和外部環境突變,如停電而引起的故障和事故,或控制故障的事故的影響范圍。

6、充分考慮人的因素。機械是由人操作的,機械與人形成了人機系統。與機械出現故障一樣,人機操作不是絕對可靠的。人的可靠性一般要低于機械的可靠性。機械設備設計時應充分考慮人的特點和能影響他正確操作的因素。要根據人的正常工作能力如反應能力、接受信息和處理信息的能力、耐疲勞性、容許限度、人的局限性等,設計合理的作業環境和操作方法。

如機械設備的控制器和顯示器要集中,數量盡可能少。人的差錯率與操作的復雜程度和工作量成正比。應盡量發揮機械控制和傳感器對信號感覺靈敏、反應速度快,能夠準確重復完成大量規定動作等特點,減少操作者的功能強度。

激光打標機設計.jpg

為了保證必要的使用可靠度,設計人員必須使設計出來的設備容易操作,最大限度地減輕操作者的體力和腦力消耗以及精神緊張狀況,使操作者能以充沛的精力進行勞動,并容易維修,這是提高設備可靠性的重要條件。由于生理、心理、體力、疾病等因素,操作者出現誤操作是不可避免的。為了保證安全,應考慮到一旦操作失誤可能引起的后果,在機械設備設計中采取必要的預防措施。

提高機械設備設計的可靠性與安全性,需要綜合考慮各方面的影響因素,并根據設計的需求,采取合理的措施,處理好各種細節上的問題,使產品外觀與結構相協調,性能穩定,操作安全簡便,保證設備使用的安全可靠。

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