浅谈一次性机械零件设计及其应用研究.docx

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1、浅谈一次性机械零件设计及其应用研究 摘 要：由于目前并未对一次性机械零件与常规机械零件赐予明确的区分，所以一次性机械零件的设计仍旧沿用常规机械零件的设计思想和方法，这就导致将常规机械设计准则中用于一次性机械零件设计时，不行避开的出现设计结果冗余，造成整体设计指标下降，有时甚至无法满意设计要求。虽然采纳试验样机法在肯定程度上能够完成一次性机械的研制，但是该方法的研制周期较长、效率较低、成本过高，不能满意日益增加的研制任务要求。 关键词：金属疲惫；一次性机械零件 一次性机械的概念虽然较新，却已经得到广泛应用。一次性机械常见于航天领域，例如一次性运载火箭、一次性攻击飞行器、一次性多用途炮射无人机等，

2、依据一次性机械的字面含义，可以将鱼雷、导弹、火箭等工作寿命很短的机械归入一次性机械的范畴。假如根据常规机械设计理论和方法设计开发出的一次性机械与一般的常规机械没有什么不同之处，也就没有必要提出一次性机械的概念。 一、一次性机械的概念 哈尔滨工业高校的王广林教授最早提出了一次性机械的概念，将一种运用一次就不再重复运用的机械、设备归纳出来，确定其名称为“一次性机械”，并将一次性机械中的全部零件都笼统的定义为“一次性机械零件”，薛红彦针对几种典型的一次性机械零件设计方法进行了的探讨。 二、一次性机械零件的设计方法探讨 在判定某机械零件属于一次性机械零件后，就涉及到零件的详细设计方法。以箭用舵机系统为

3、例，其减速装置一般采纳谐波传动形式，其中的关键零件柔轮的设计理论区分于齿零件的设计而自成体系。但是，齿轮零件作为机械传动领域最为重要的零部件，其疲惫强设计探讨始终是极受关注的热点内容。 传统的解析计算方法主要基于材料力学或弹性力学理论，通过将轮齿简化求解，然后辅以通过大量试验获得的各类修正系数求解应力状态，解析法计算简便，便于快速求解。这种方法可以用于一次性齿轮零件设计，但可以预见的是，由于各种修正系数的选取过于依靠人为因素，而且大多数状况下会导致设计结果偏于平安。相比于解析方法，随着计算机技术的发展，有限元方法等数值计算方法渐渐成为主导的设计方法。数值法主要是指有限差分法、边界元法以及有限元

4、法等离散方法。 三、一次性机械零件的概念 一次性机械是指一类单次不重复运用，并且以自毁或主动放弃为主要失效形式的机械或设备。在此基础上，本文将一次性机械中承受少循环载荷作用次数的机械零件称为“一次性机械零件”。依据该定义，一次性机械中的其他根据常规机械设计方法进行设计的机械零件仍旧属于常规机械零件。依据一次性机械零件的应用场合和运用要求可知，一次性机械零件具备以下两个特点：运用寿命短运用寿命是一次性机械零件与常规机械零件最显著的区分。体积和重量要求较常规机械零件严格为了保证有效载荷指标，一次性机械零件的体积和重量要求更为苛刻。这一要求干脆造成一次性机械零件承受的应力水平明显高于常规机械零件。依

5、据疲惫理论，在其它设计指标恒定时，一次性机械零件的寿命将明显小于常规机械零件，这与一次性机械零件的运用寿命极短的特点是一样的。 四、一次性机械零件设计遵循的基本原则 一次性机械零件的典型应用是航天领域中一次性运用的装备。一次性机械零件的设计目标与常规机械零件不尽一样，它不须要长期平安稳定运行，只需能够保证极短时间的正常运用，在完成预定任务后或爆炸、或自毁、或弃之不用。一次性机械零件运用的场合通常对有效载荷指标极为敏感，为了提高有效载荷，在动力或有效推力肯定的前提下必需降低其它功能性零部件在总重量中的比重。这些功能性零部件假如根据常规机械零件设计方法进行设计，会得到保守的设计结果，进而造成有效载

6、荷指标下降，甚至无法实现设计目标。因此，常规机械设计零件理念并不适合于一次性机械零件，一次性机械零件的设计要求与其相适应的一次性机械零件设计方法。 机械零件设计准则的建立依靠于两方面因素：材料强度特性和机械零件几何强度特性。一次性机械零件的设计也须要考虑这两个方面问题。材料强度特性是指材料本身的力学特性，详细到机械设计领域，考虑到金属材料应用的广泛性，一般指金属材料的机械特性，与之相应的机械零件的设计准则是强度设计准则，包括针对断裂和屈服的静强度设计准则，针对循环载荷的疲惫强度设计准则，对于其它特别工况，还有抗冲击、抗磨损、抗腐蚀等设计准则；几何强度特性须要综合考虑零件的几何形态及约束条件等，

7、与之相对应的机械设计准则是刚度设计准则，主要针对过大变形、失稳以及由于弹性变形造成误差过大等失效形式。 综上所述，可以得出一次性机械零件设计所应遵循的原则：在进行静强度设计时应当继承常规机械零件的静强度设计准则，在进行疲惫强度设计时则采纳适应一次性机械零件运用要求的疲惫强度设计准则，对于有特别运用要求的一次性机械零件，则须要辅以相应的特别设计准则进行设计。探讨并建立适用于一次性机械零件的疲惫强度设计方法是一次性机械零件设计方法探讨的重要内容。 五、结语 一次性机械零件在航空航天领域有着广泛的应用，这类机械零件受到苛刻的尺寸重量限制，亟需突破传统的基于常规机械零件运用要求而形成的设计方法和理念。

8、为了合理高效、平安牢靠的完成一次性机械零件的设计工作，文章对一次性机械零件的概念和设计方法进行了深化探讨，并将探讨成果用于实践，达到了探讨目的。 参考文献 1 刘瑞堂.机械零件失效分析EB/OL. 2 龙乐豪，王小军，简单.我国一次性运载火箭的发展展望J.中国科学E辑：技术科学，2022，39. 3 沈剑洛马公司一次性运用的攻击飞行器J.飞航导弹，2022. 4 丛敏.一次性多用途炮射无人机J.飞航导弹，2002. 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页