作者：admin 時間：2022-12-27
機械可靠性設計領域，為了保證結構的可靠性，在設計中引入一個大于1的系數，試圖來保障機械零件不發生故障，這種設計方法稱為裕度設計方法，通常也稱為系數法。
我們先來看一個簡單的例子，建筑用吊裝鋼絲繩的系數選取，在不同的場景下，它有不同的系數要求。
當利用吊鉤、卡環進行吊裝時，系數不應小于6；當用鋼絲繩直接捆綁重物，且鋼絲繩與重物棱角采取了妥善的保護措施時，應取6~8；當吊重、大或精密的重物時，除應采取妥善保護措施外，系數應取10。詳見《JGJ276-2012 建筑施工起重吊裝工程技術規范》第4.3章。
回到我們做的凈飲行業，涉水部件的爆破耐壓，其實體現的也是裕度設計。
例如標準QB/T 4144-2019 《家用和類似用途反滲透凈水機》中，對靜水壓力的耐受規定如下。
這個標準雖然體現了裕度，但其實標準的要求是很低的，企標則比這個嚴。最大工作壓力，我們很多時候宣稱進水壓力0.4MPa，實際很多用戶家的水壓會大于這個數（我今年做了用戶水壓這個數據的分布研究，感興趣可以發消息跟我討論）。但很多時候用戶沒有裝減壓閥，所以余量還是要大些，提高產品自身的強度，靠外部管控是很難的。
另外一點是，目前我們對涉水部件老化后的性能變化曲線認知不夠。雖然我們考慮最壞的可能，做壽終設計，但對它的隨時間變化特性沒有詳細的研究。若干年后還有多少余量，還能耐受多大的水壓沖擊，這是需要進一步去研究的。
總的來說，系數應綜合荷載、材料性能數據的可靠性、所計算方法的合理性、加工裝配精度以及所設計的零件的重要性、失效后果等等來確定。
詳細地理解下上面這段話。
對荷載的考慮：我們要知道荷載的狀態及數值的偏差，要有標準及范圍。（荷載和載荷，沒有本質區別，不同的習慣叫法，似乎機械設計領域還是叫載荷多一些。）比如我們做濾芯，水壓是載荷，得先搞清楚水壓的分布、變化情況。不同的濾芯固定方式，可能還帶來了重力等影響，這些都是要去考慮的。
材料性能數據的可靠性：除了材料的基本性能，我們還得考慮材料之間的反應、老化等等一系列因素。
計算方法的合理性：例如我們經常做仿真，去評估設計合不合理，余量夠不夠。這個時候，仿真選用的強度理論、模型的簡化、網格劃分有沒有問題等等，就要去評估。
加工裝配精度：這類問題經常會發生，尤其要注意偏差限情況下的配合，很可能會出問題。例如密封，一個走上偏差，一個走下偏差時，這個時候壓縮量還夠不夠。大部分公司的六西格瑪水平并不高，也就是3至4西格瑪水平。設計之初，應做公差分析，合理設定公差范圍，減少尺寸鏈。
零件的重要性：零件越重要，系數應越大。不然天天壞，誰也受不了。
失效后果：失效造成的后果越嚴重，系數應越大。
上面只是定性的分析，我們最后還是要有個數值。一種流行的系數法是部分系數法，它將各個對系數有影響的因素分別用一個分系數如：S1、S2、S3……標示，這些系數的乘積即即為系數:S=S1?S2?S3……。在實際應用中,取大取小帶有主觀性，即一般取大值或中間值，考慮的因素越多，系數值越大。
比如那個吊繩，假設綜合材料、結構等因素計算出的基礎系數S1取5，當用鋼絲繩直接捆綁重物，且鋼絲繩與重物棱角采取了妥善的保護措施時，系數S2取1.3；當吊重、大或精密的重物時，系數S3再取1.6，那乘起來就是5*1.3*1.6=10.4。同樣的一個吊繩，用在不同得場景，系數值不一樣。
具體選多少合適，有前人總結，可以查《機械設計手冊》做參考。
家電行業另外一個很常見的物料是玻璃面板，很多時候是通過膠粘接到塑料件上的。在受到應力時，很可能會脫落，這個時候膠的選型就要特別注意，建議先明確會遇到的環境應力，與供應商討論選取。
我以前就遇到到空調出風口的玻璃脫落，因為膠不能耐出風口的低溫，尤其是凝結了一些水珠后，就更容易脫落。
所以懸掛的玻璃面板的粘膠強度，就要有足夠的余量，以防脫落。
還有一些水箱提手、水壺的把手等等，都要去考慮這個裕度設計。因為這個是相關的，如果裕度不夠，很可能會導致脫落、斷裂，最后砸到、燙傷人。
在做試驗方面，就要考慮到真實的應用場景。例如水箱的提放試驗，主要考核的有三個位置，一個是提手，一個是與機器配合的水口，還有一個是水箱平時放置的支撐。如果我們沒有考慮清楚，設定的試驗不對，就很可能會把考核點遺漏。例如圖方便，用工裝去提放水桶，但是工裝做得不對，沒有考核到提手和水箱結合的那個位置點。
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