典型一次性機械零件設(shè)計及其應(yīng)用研究.pdf

1、一般常用的機械系統(tǒng)、設(shè)備或裝置都是長期運行、反復(fù)使用的,本文稱之為“常規(guī)機械”。而在某些特殊場合中,有一類機械只使用一次后就被放棄不用,這類機械被稱為“一次性機械”。一次性機械中的機械零件可以籠統(tǒng)地稱為“一次性機械零件”。一次性機械零件的設(shè)計理論和方法與常規(guī)機械零件設(shè)計方法應(yīng)當(dāng)有所不同,然而,由于目前并未對一次性機械零件與常規(guī)機械零件給予明確的區(qū)分,所以一次性機械零件的設(shè)計仍然沿用常規(guī)機械零件的設(shè)計思想和方法,這就導(dǎo)致將常規(guī)機械設(shè)計準則

2、中用于一次性機械零件設(shè)計時,不可避免的出現(xiàn)設(shè)計結(jié)果冗余,造成整體設(shè)計指標(biāo)下降,有時甚至無法滿足設(shè)計要求。雖然采用試驗樣機法在一定程度上能夠完成一次性機械的研制,但是該方法的研制周期較長、效率較低、成本過高,不能滿足日益增加的研制任務(wù)要求。因此,有必要深入研究一次性機械零件的設(shè)計理論和方法,以便為一次性機械設(shè)計理論體系的建立打下基礎(chǔ)。
　　在歸納總結(jié)常規(guī)機械零件設(shè)計準則和方法的基礎(chǔ)上,本文將一次性機械中承受循環(huán)載荷次數(shù)少的機械零件定

3、義為一次性機械零件,明確了一次性機械零件不同于常規(guī)機械零件的基本特征,提出了在一次性機械零件設(shè)計時應(yīng)該遵循的基本原則,并通過與常規(guī)機械零件設(shè)計方法的對比計算,闡明了一次性機械零件概念提出的意義。
　　在提出了一次性機械零件概念的基礎(chǔ)上,本文研究了一次性機械零件與常規(guī)機械零件的區(qū)分界限。首先,基于疲勞理論,根據(jù)機械零件失效形式的不同,將一次性機械零件劃分為兩類分別進行研究。特別針對發(fā)生彈性失效的情況,以常用齒輪鋼40Cr為試驗材料,

4、深入研究了40Cr在較高循環(huán)應(yīng)力水平下的低周疲勞失效和棘輪失效行為。根據(jù)實驗結(jié)果,定義了產(chǎn)生0.2％的總塑性應(yīng)變時所對應(yīng)的循環(huán)載荷作用次數(shù)為疲勞彈性失效壽命,并用疲勞彈性失效替代疲勞斷裂作為高應(yīng)力作用下的一次性機械零件疲勞失效的判斷依據(jù),修正了材料在高應(yīng)力作用下的疲勞失效壽命模型。為了滿足一次性機械零件的高可靠性要求,在40Cr的疲勞特性研究中,根據(jù)試驗結(jié)果,確定了疲勞彈性失效壽命的概率分布類型為三參數(shù)Weibull分布,并采用灰色估計

5、和最大相關(guān)系數(shù)優(yōu)化法進行了參數(shù)估計,在參數(shù)估計中依據(jù)最可靠原則來確定疲勞概型參數(shù),在提高材料許用應(yīng)力范圍的同時保證一次性機械零件高可靠性要求。
　　本文還以直齒漸開線圓柱齒輪零件為例研究了典型一次性機械零件的設(shè)計方法。在研究過程中,規(guī)劃了一次性齒輪零件的研究內(nèi)容,繼承和改進了常規(guī)齒輪零件設(shè)計準則和方法,使之適用于一次性齒輪零件的設(shè)計。建立了小模數(shù)直齒漸開線圓柱齒輪的低周疲勞強度設(shè)計模型。該模型由兩個子模型組成,首先建立了基于嚙合過

6、程的齒輪接觸有限元仿真模型,利用該模型研究了較高載荷下齒輪的齒間載荷分布特征,分析了主要安裝誤差對齒輪應(yīng)力狀態(tài)的影響,獲取齒根處應(yīng)力應(yīng)變信息。然后,基于FS模型和臨界平面理論,利用有限元模型得到的應(yīng)力應(yīng)變信息,進行了齒根彎曲強度設(shè)計。為驗證該疲勞強度設(shè)計模型的準確性,研制了小模數(shù)齒輪對稱疲勞試驗機。以40Cr小模數(shù)齒輪為試驗對象,驗證了所建立的疲勞強度設(shè)計模型的有效性。
　　開展了某型號箭用舵機減速器的研制工作,該減速器采用諧波傳