典型一次性機(jī)械零件設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究.pdf

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

2、中用于一次性機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí),不可避免的出現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果冗余,造成整體設(shè)計(jì)指標(biāo)下降,有時(shí)甚至無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。雖然采用試驗(yàn)樣機(jī)法在一定程度上能夠完成一次性機(jī)械的研制,但是該方法的研制周期較長(zhǎng)、效率較低、成本過(guò)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(jī)械零件的設(shè)計(jì)理論和方法,以便為一次性機(jī)械設(shè)計(jì)理論體系的建立打下基礎(chǔ)。
　　在歸納總結(jié)常規(guī)機(jī)械零件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和方法的基礎(chǔ)上,本文將一次性機(jī)械中承受循環(huán)載荷次數(shù)少的機(jī)械零件定

3、義為一次性機(jī)械零件,明確了一次性機(jī)械零件不同于常規(guī)機(jī)械零件的基本特征,提出了在一次性機(jī)械零件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該遵循的基本原則,并通過(guò)與常規(guī)機(jī)械零件設(shè)計(jì)方法的對(duì)比計(jì)算,闡明了一次性機(jī)械零件概念提出的意義。
　　在提出了一次性機(jī)械零件概念的基礎(chǔ)上,本文研究了一次性機(jī)械零件與常規(guī)機(jī)械零件的區(qū)分界限。首先,基于疲勞理論,根據(jù)機(jī)械零件失效形式的不同,將一次性機(jī)械零件劃分為兩類(lèi)分別進(jìn)行研究。特別針對(duì)發(fā)生彈性失效的情況,以常用齒輪鋼40Cr為試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果,定義了產(chǎn)生0.2％的總塑性應(yīng)變時(shí)所對(duì)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(jī)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(jī)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(yàn)結(jié)果,確定了疲勞彈性失效壽命的概率分布類(lèi)型為三參數(shù)Weibull分布,并采用灰色估計(jì)

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

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(duì)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(jìn)行了齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)。為驗(yàn)證該疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)模型的準(zhǔn)確性,研制了小模數(shù)齒輪對(duì)稱疲勞試驗(yàn)機(jī)。以40Cr小模數(shù)齒輪為試驗(yàn)對(duì)象,驗(yàn)證了所建立的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)模型的有效性。
　　開(kāi)展了某型號(hào)箭用舵機(jī)減速器的研制工作,該減速器采用諧波傳