典型一次性機械零件設計與應用分析

王宏亮

（四川省蠶絲學校，南充637000）

我國一次性機械零件的設計仍處于起步階段。通常情況下，為確保機械設備使用壽命得到有效延長，在設備中所使用的機械零件都必須慎重考慮其使用期限，而對比常規的機械零件來說，典型一次性機械零件由于使用壽命較短，且擁有無法重復使用的特點，常被運用于軍事設備的制作中，其中包括航空武器與常規軍事武器等。使用典型一次性機械零件，能夠有效滿足傳動與荷載的要求，但同時也對傳動設備的大小與質量提出了嚴格要求。

1 典型一次性機械零件的設計理念

典型一次性機械屬于整體概念，因此，一次性機械零件也可稱為局部概念。對比常規的機械零件設計，典型一次性機械零件的設計理念具備以下特點。

1.1 關于一次性機械零件的使用條件

一般情況下，對常規機械零件的設計必須優先考慮其是否具備良好的使用壽命，同時在設計過程中還要確保其擁有較大余量，因此，大多數常規機械零件都具有體積大、質量大的特點，以此實現在后期的長期穩定使用。反之，典型一次性機械零件往往使用壽命較短，且無法重復使用，因此，對該類零件的設計只需在確保其特定性能的基礎上完成即可，同時典型一次性機械零件對余量的要求較小，具有質量小、體積小的特點。

1.2 一次性機械零件能夠有效避免零件失效

常規的機械零件發生失效，大多數情況下是由于長期使用，導致零件發生磨損形成疲勞狀態所造成。所謂疲勞狀態就是指高周疲勞破壞，該現象會導致機械零件自身效用無法得到充分發揮。相較于常規機械零件，由于典型一次性機械零件僅能夠使用一次的特點，所以，只需防止因外力影響而造成零件破壞的情況，就能夠有效避免機械零件發生失效。對此，在設計一次性機械零件的過程中，應著重考慮其剛度。

1.3 關于一次性機械零件的設計理念

在設計典型一次性機械零件的過程中，應明確該類機械零件只能使用一次的設計理念，在機械零件進入疲勞狀態前就已經完成使用，因此，只要全面避免零件在使用過程中發生磨損和外力影響，就能保證其順利發揮自身效用。在機械零件使用過程中，極有可能因為載荷過大而發生靜力破壞，只有確保靜力低于載荷的強度極限，才能有效避免靜力破壞現象的發生。由此可見，在設計一次性機械零件的過程中，還應加強對其靜強度的提升[1]。

2 典型一次性機械零件的設計內容

2.1 零件的靜強度

在設計典型一次性機械零件靜強度時，主要是將材料的靜載特性作為基礎，將不同種類的金屬材料用作試驗對象，對其材料應力進行試驗對比，以此獲取材料的靜拉強度數據，從而保證典型一次性機械零件具有良好的靜強度。

2.2 典型一次性機械零件的設計特點

在常規的機械零件設計中，對其疲勞強度的設計是以承受循環荷載材料的疲勞特性為前提下展開的。由于常規機械零件的疲勞強度與其自身使用壽命有著緊密聯系，因此，合理設計疲勞強度，使其得到有效提高也是保證零件使用壽命的關鍵。但由于典型一次性機械零件與常規機械零件的使用特點不大相同，所以對其疲勞強度的設計也具有一定差異，其設計的主要特點包括以下兩方面：第一，在設計其靜強度時，應遵循一次性機械零件靜強度設計準則所提的要求對其進行設計；第二，在設計疲勞強度時，應遵循與一次性機械零件相匹配的設計原則展開設計，針對其中可能存在的特殊情況，需制定特殊的設計計劃。

3 分析一次性機械零件的設計關鍵與具體應用

3.1 設計重點

我國航天軍事所用的舵機減速器屬于一次性機械的一種，其齒輪部分便是典型一次性機械零件。由于舵機齒輪的使用時間極短，通常在幾十秒到幾十分鐘，當導彈發射并命中后，齒輪便發生自毀，同時減速器自動停止運行。因此，舵機減速器中的齒輪并不需要長期穩定運行的常規機械零件，若使用該類零件，甚至可能造成大量的冗余現象，這種情況會嚴重影響導彈荷載的正常指標。由此，典型一次性機械零件被廣泛應用于航天軍事設備制造中。典型一次性機械零件的外形與常規機械零件并無明顯差異，且二者的制作工藝也大體一致，但二者在承受荷載強度以及失效形式等方面具有一定的差異性。

3.2 實踐應用

我國航天軍事中所使用的箭用舵機主要是實現對火箭航向的有效控制，在導彈發射完畢后便自毀。針對火箭空間結構具有局限性的特點，要想確保其能夠順利發射，就應合理設計舵機的體積大小，近年來，體積較小且擁有高速直流伺服電動機被廣泛應用于舵機設計。對舵機的減速裝置進行合理設計，是保證火箭能夠順利發射的關鍵環節之一，由于常規機械零件具有體積大、質量大的特點，無法滿足火箭空間結構在體積方面的要求，因此，在設計舵機減速裝置時，使用一次性機械設備具有十分重要的效果。在使用過程中，應注意以下幾個方面。

圖1 單對齒嚙合區荷載作用

（1）在設計箭用舵機的過程中，應在緊湊傳動結構與總體結構的同時，保證結構具有高效的承載能力與傳動效率。對此，可通過裝置諧波齒輪與錐齒輪副有效提高結構傳動效率和承載能力；（2）對于大錐齒輪應選擇齒數66，45#鋼的材料，并對其實施正火處理；對于小錐齒輪應選擇齒22，45#鋼的材料，并對其實施調質處理。要想避免齒輪由于受到外力影響而發生失效的情況，就必須對其齒根的疲勞強度以及齒面的接觸疲勞強度進行測試研究，以此確保齒輪具有良好的靜強度。具體如圖1所示。

4 結語

綜上所述，針對一次性機械零件的特點，應著重加強對其靜強度以及剛度的合理設計，并結合實際情況所需，將其合理應用到對應設備中，使其自身作用得到充分發揮，從而為我國機械產業的可持續發展墊底堅實基礎。