机械传动系统保障性设计

机械传动系统保障性设计

姜建宇

（齐齐哈尔工程学院.机电工程系齐齐哈尔161000）

摘要：通过对保障性发展过程的研究,提出了影响机械传动系统保障性的主要因素,建立了机械传动系统保障性设计模型并给出了相应的分析方法。通过对齿轮传动系统的分析,提出了齿轮传动系统保障性定量、定性要求。结合齿轮传动系统设计过程,制订了相应的保障性设计流程及各设计阶段的保障性工作。

关键词:机械传动、保障性、设计模型

随着社会的进步和科学技术的不断发展,对产品提出了可靠性要求和维修性要求。好的维修性不仅能使产品快速恢复工作能力且对费用要求不高,维修的前提是故障定位,因此,测试性作为维修性辅助手段和产品性能监测的需要得到重视。继测试性之后,标准化、安全性等一系列与产品使用性能相关的设计特性不断受到重视。虽然涉及保障的考虑越来越多,但是,过去的产品总是在研制出来以后才开始考虑其保障性问题,造成产品难以保障或费用过高等问题。

事实上,产品早期的设计特性从根本上决定了它是否好保障,设计论证阶段决定了产品90%以上的寿命周期费用。因此,人们更多地希望在产品设计阶段就考虑其保障性问题。本文以机械传动系统为研究对象,提出在机械产品设计研制阶段就充分考虑其保障性问题,即在机械传动系统设计过程中,同时开展保障性设计工作,一方面完成系统规定的功能要求设计,另一方面考虑产品投入使用后的维修保障问题以及保障约束条件,通过把保障性设计过程合理地融入产品设计中,不断地影响产品设计方案,最终达到产品设计特性最有利于保障实现和费用降低的目的。

1、机械传动系统保障性要求

GJB451A《可靠性维修性保障性术语》中把保障性定义为:“系统的设计特性和计划的保障资源满足平时战备完好性及战时利用率要求的能力”。对于普通产品,保障性可定义为:“产品的设计特性和计划的保障资源满足平时可用性和任务成功性要求的能力”,它贯穿于产品的整个寿命周期。产品保障性的优劣是由与其平时可用性及任务成功性相关的一系列可量化或不可量化的参数所描述的,这些参数及其指标被称为保障性要求。在机械传动系统设计时需要根据其任务需求和保障约束条件等制定相应的保障性要求。

1.1定量要求。

保障性定量要求是根据一系列使用要求提出的,用可度量可验证的保障性参数及量值表示,并可根据合同和设计需要转换为承制方可控制的合同参数量值。一般来说,产品的保障性定量要求包括3个方面:针对系统级的战备完好性要求;针对产品的保障性设计特性要求;针对保障系统及资源的要求。

1.2定性要求。

机械传动系统保障性定性要求主要指与传动系统保障性有关的定性设计要求,一般包括对保障性设计特性、保障系统及资源和特殊使用条件下的非量化要求,如标准化和互换性等原则性要求;可靠性、维修性、测试性、安全性等方面的定性设计要求,以及便于任务中抢修、保障和使用等方面的使用保障设计及维修保障设计要求;对费用的要求、保障约束条件要求以及在核、生、化等特殊使用环境下的保障性要求。

2、保障性因素

在对机械传动系统进行保障性设计时,根据任务需求和保障特点导出其保障性定量要求和定性要求。所有的这些保障性要求可概括为以下几个方面的内容,可靠性、维修性、测试性、安全性、运输性、标准化及互用性、可达性和经济可承受性等方面的要素。

可靠性，控制和减少产品在整个寿命周期内出现故障的概率并预计故障出现的时机。维修性，提高利用规定资源、在规定时间内修复故障的概率。测试性，及时准确地确定产品的工作状态并隔离其内部故障。安全性，避免危害人员、动物、环境的设计,物质及使用程序。运输性，合理控制运输体积、质量、装卸方式,实现高效、安全和经济地运送所有产品。标准化及互用性，最高效地利用保障资源,降低保障费用,包括零配件、能源、通信接口等的标准化。可达性，所有保障约束条件的度量、保障方案中的任何一条必须具有良好的可达性,才能保证保障工作的顺利进行。经济可承受性，与寿命周期费用直接相关,是寿命周期费用对保障性影响的体现。其它，特殊用途、使用条件下的其它保障性因素。

3、机械传动系统保障性设计

保障性设计是与产品设计过程同步进行的,如何全面系统地考虑前面所确定的保障性设计要素,根据保障性设计特性要求,在传动系统设计阶段充分考虑保障性是需要重点解决的问题之一。

3.1保障性分析

保障性分析技术是保障性设计过程中进行分析、比较、评判所应用的技术方法。通过应用保障性分析中的FMECA、LORA、RCMA等分析技术,提出系统的保障性要求、参数及其量值,拟定相应的保障方案,通过反复的比较迭代,选择最优保障方案下的最优设计,从而在设计中充分考虑保障性问题。

3.2保障性设计模型及程序

为了使保障性设计系统全面和有章可循,建立了保障性设计模型及其工作程序。产品使用要求和产品固有特性分析。对系统的使用方案进行研究,分析其使用要求,同时分析该类产品的固有特性,如齿轮传动的噪声等。确定影响机械传动系统保障性的因素,包括保障性性能类要求和保障约束条件。进行保障性分析。利用故障模式、影响及危害性分析,维修级别分析,以可靠性为中心的维修性分析等分析技术,确定保障性定量、定性要求。通过比较分析方法,初步确定保障性目标参数及其量值。保障性按要素设计。按照前面制定的保障性定量、定性要求进行保障特性的设计,将保障性要求转化为设计技术规范和具体的设计要求,从而影响产品设计。确定备选保障方案和备选设计方案。应用功能要求分析和敏感度分析,对影响产品保障性、费用、性能的关键因素进行分析,发现设计缺陷,修改并拟定备选设计方案和相应的备选保障方案。使用要求分析产品特性分析障故确定保障性要素模式影、响和危害性分析以的可维靠性修为分中心确定保障析性定量、定性要求确定保障性目标、参数保障性按要素设计备选方案的评价和权衡分析确定备选保障方案确定设计备选方案确定保障方案和设计方案，保障性设计模型维修级别分析敏感度分析比较分析功能要求分析费用、效能分析。

备选方案的评价与权衡分析。利用费用-效能分析方法,评价、权衡备选设计方案,选择费用-效能最佳的设计途径,最后确定设计方案和保障方案。3齿轮传动系统保障性设计保障性工作贯穿于产品的整个寿命周期,下面以齿轮传动系统保障性设计为例,说明如何在产品的设计研制阶段考虑好其保障性问题。