大型机械产品广泛应用于国民经济的各个部门,它们的可靠性、经济性和安全性是一个国家机械工业发展状况和水平的标志。目前,国内安全生产的形势依然严峻。由于大型设备发生故障,而导致重大经济损失,甚至造成人身伤亡的严重事故,不胜枚举。同时,制造业市场的竞争愈演愈烈,产品的设计、试验、生产及投入市场的周期是相关企业生存和发展的关键。如何迅速、快捷地设计出经济、可靠的机械类产品,始终是工程科技人员全力研究的重点内容。往复式压缩机具有压力范围广、热效率高、适应性强等特点,是化工合成和石油开采等领域必不可少的关键设备。由于其结构庞大、设计周期长、制造费用高昂等原因,导致目前产品在可靠性、经济性和灵活性等方面存在的问题日益突出。而且,此类机械产品大都是小批量,甚至单件生产,难以完成大样本的试验研究;同时,用户的需求多变,需要能够快速地响应市场。因此,对此类机械产品开展可靠性分析、敏捷化设计和虚拟可靠性试验研究的工作具有现实意义。本文以大型往复式压缩机产品为研究对象,将可靠性理论与计算机技术相融合,提出了机械数字化研究的理念,分别从分析、设计和仿真三个方面展开研究;同时,在分析研究的基础上,对压缩机的局部结构进行了改进,通过理论计算和ANSYS仿真分析两种手段,验证了改进后结构的合理性和有效性。论文具体的研究工作如下:(1)开发了往复式压缩机设计计算的程序平台。该平台基于VC++编程语言,结合Matlab软件,将原本复杂繁琐的热力学与动力学计算变得简单、易行,并且能够迅速、准确地获得各项设计数据和各种载荷曲线,为关键零部件的强度校核和设计系统、仿真系统的建立提供基础。(2)开发了关键件可靠性灵敏度分析的程序平台。以经典的强度校核理论为基础,考虑到各种设计参数(尺寸公差、材料属性和加工工艺等)的随机性,建立关键零部件可靠性灵敏度分析的数学模型;以VC++6.0为开发环境,实现分析过程的可视化和程序化。该平台能够以概率的形式定量给出压缩机关键件的可靠性评价指标,给出各种设计参数对可靠度的影响程度,为合理地选择和控制设计参数提供指导。(3)开发了往复式压缩机的参数化设计系统。该系统基于Pro/E软件和Pro/TOOLKIT二次开发工具包,全面接收设计计算平台和可靠性分析平台中确定的设计参数,快速构造和修改零件、产品模型,快速生成符合要求的零件和产品工程图。因此,能够极大地提高设计效率,避免人为设计过程中信息的遗漏。同时,本文将Pro/E中的LAYOUT(布局)功能与其二次开发技术相结合,成功解决了装配体模型的参数化设计问题,从真正意义上实现了机械产品设计的智能化和敏捷化。(4)开发了往复式压缩机的虚拟可靠性试验系统。利用设计好的三维零件和产品模型,基于VC++编程技术,采用ANSYS/LS-DYNA软件结合APDL二次开发语言,搭建虚拟试验的系统平台。考虑到制造、装配的误差和材料属性的随机性对机械系统寿命可靠性的影响,对压缩机的传动机构进行动态的虚拟仿真,获得关键零部件的虚拟试验数据;分析数据的分布类型,计算关键件的可靠度,从而考核整个传动系统的可靠性。此外,为解决多因素耦合作用结构的强度分析问题,对压缩机的活塞杆进行虚拟试验研究;基于响应面方法分析虚拟试验数据,建立极限状态方程,计算活塞杆的疲劳强度可靠度及各影响因素的灵敏度,为现实中的设计工作提供指导。(5)对往复式压缩机活塞杆的螺纹连接结构提出了改进措施。基于上述分析研究的结果,针对目前活塞杆疲劳断裂事故频发的事实,在螺纹连接理论分析的基础上,提出一种结构改进的方案。并且,经过理论计算和ANSYS仿真分析,证明改进后的结构方案能够大大提高活塞杆的疲劳寿命。