典型一次性机械零件设计与应用分析

王宏亮

（四川省蚕丝学校，南充637000）

我国一次性机械零件的设计仍处于起步阶段。通常情况下，为确保机械设备使用寿命得到有效延长，在设备中所使用的机械零件都必须慎重考虑其使用期限，而对比常规的机械零件来说，典型一次性机械零件由于使用寿命较短，且拥有无法重复使用的特点，常被运用于军事设备的制作中，其中包括航空武器与常规军事武器等。使用典型一次性机械零件，能够有效满足传动与荷载的要求，但同时也对传动设备的大小与质量提出了严格要求。

1 典型一次性机械零件的设计理念

典型一次性机械属于整体概念，因此，一次性机械零件也可称为局部概念。对比常规的机械零件设计，典型一次性机械零件的设计理念具备以下特点。

1.1 关于一次性机械零件的使用条件

一般情况下，对常规机械零件的设计必须优先考虑其是否具备良好的使用寿命，同时在设计过程中还要确保其拥有较大余量，因此，大多数常规机械零件都具有体积大、质量大的特点，以此实现在后期的长期稳定使用。反之，典型一次性机械零件往往使用寿命较短，且无法重复使用，因此，对该类零件的设计只需在确保其特定性能的基础上完成即可，同时典型一次性机械零件对余量的要求较小，具有质量小、体积小的特点。

1.2 一次性机械零件能够有效避免零件失效

常规的机械零件发生失效，大多数情况下是由于长期使用，导致零件发生磨损形成疲劳状态所造成。所谓疲劳状态就是指高周疲劳破坏，该现象会导致机械零件自身效用无法得到充分发挥。相较于常规机械零件，由于典型一次性机械零件仅能够使用一次的特点，所以，只需防止因外力影响而造成零件破坏的情况，就能够有效避免机械零件发生失效。对此，在设计一次性机械零件的过程中，应着重考虑其刚度。

1.3 关于一次性机械零件的设计理念

在设计典型一次性机械零件的过程中，应明确该类机械零件只能使用一次的设计理念，在机械零件进入疲劳状态前就已经完成使用，因此，只要全面避免零件在使用过程中发生磨损和外力影响，就能保证其顺利发挥自身效用。在机械零件使用过程中，极有可能因为载荷过大而发生静力破坏，只有确保静力低于载荷的强度极限，才能有效避免静力破坏现象的发生。由此可见，在设计一次性机械零件的过程中，还应加强对其静强度的提升[1]。

2 典型一次性机械零件的设计内容

2.1 零件的静强度

在设计典型一次性机械零件静强度时，主要是将材料的静载特性作为基础，将不同种类的金属材料用作试验对象，对其材料应力进行试验对比，以此获取材料的静拉强度数据，从而保证典型一次性机械零件具有良好的静强度。

2.2 典型一次性机械零件的设计特点

在常规的机械零件设计中，对其疲劳强度的设计是以承受循环荷载材料的疲劳特性为前提下展开的。由于常规机械零件的疲劳强度与其自身使用寿命有着紧密联系，因此，合理设计疲劳强度，使其得到有效提高也是保证零件使用寿命的关键。但由于典型一次性机械零件与常规机械零件的使用特点不大相同，所以对其疲劳强度的设计也具有一定差异，其设计的主要特点包括以下两方面：第一，在设计其静强度时，应遵循一次性机械零件静强度设计准则所提的要求对其进行设计；第二，在设计疲劳强度时，应遵循与一次性机械零件相匹配的设计原则展开设计，针对其中可能存在的特殊情况，需制定特殊的设计计划。

3 分析一次性机械零件的设计关键与具体应用

3.1 设计重点

我国航天军事所用的舵机减速器属于一次性机械的一种，其齿轮部分便是典型一次性机械零件。由于舵机齿轮的使用时间极短，通常在几十秒到几十分钟，当导弹发射并命中后，齿轮便发生自毁，同时减速器自动停止运行。因此，舵机减速器中的齿轮并不需要长期稳定运行的常规机械零件，若使用该类零件，甚至可能造成大量的冗余现象，这种情况会严重影响导弹荷载的正常指标。由此，典型一次性机械零件被广泛应用于航天军事设备制造中。典型一次性机械零件的外形与常规机械零件并无明显差异，且二者的制作工艺也大体一致，但二者在承受荷载强度以及失效形式等方面具有一定的差异性。

3.2 实践应用

我国航天军事中所使用的箭用舵机主要是实现对火箭航向的有效控制，在导弹发射完毕后便自毁。针对火箭空间结构具有局限性的特点，要想确保其能够顺利发射，就应合理设计舵机的体积大小，近年来，体积较小且拥有高速直流伺服电动机被广泛应用于舵机设计。对舵机的减速装置进行合理设计，是保证火箭能够顺利发射的关键环节之一，由于常规机械零件具有体积大、质量大的特点，无法满足火箭空间结构在体积方面的要求，因此，在设计舵机减速装置时，使用一次性机械设备具有十分重要的效果。在使用过程中，应注意以下几个方面。

图1 单对齿啮合区荷载作用

（1）在设计箭用舵机的过程中，应在紧凑传动结构与总体结构的同时，保证结构具有高效的承载能力与传动效率。对此，可通过装置谐波齿轮与锥齿轮副有效提高结构传动效率和承载能力；（2）对于大锥齿轮应选择齿数66，45#钢的材料，并对其实施正火处理；对于小锥齿轮应选择齿22，45#钢的材料，并对其实施调质处理。要想避免齿轮由于受到外力影响而发生失效的情况，就必须对其齿根的疲劳强度以及齿面的接触疲劳强度进行测试研究，以此确保齿轮具有良好的静强度。具体如图1所示。

4 结语

综上所述，针对一次性机械零件的特点，应着重加强对其静强度以及刚度的合理设计，并结合实际情况所需，将其合理应用到对应设备中，使其自身作用得到充分发挥，从而为我国机械产业的可持续发展垫底坚实基础。