简介:关于机械设计方面的论文题目、论文提纲、机械设计论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
提出一种一次性机械的新概念,即在航天航空或其他一些特殊的领域经常使用的各种单次使用的短寿命的机械,可称其为一次性机械.相对于常规机械,一次性机械主要特点为,体积小、重量轻,使用过程中一般不会发生高周疲劳现象.这类机械目前没有一个成熟的可遵循的设计理论.因此,提出一次性机械新的设计理念,在设计过程中不考虑高周疲劳等因素,主要考虑静强度的要求,最大限度的减小机械结构的体积和重量.
张自强 王 丽 姜永全
前言
一般应用的机器、设备和机械构件,大多都是长期使用的,在这些机器和设备中的机械系统都长期使用.例如车床、汽车、起重机等,它们的设计寿命都很长,不妨称为“常规机械”.如前所述,相对于这些常规机械的另一类机械,它们的工作寿命很短,一般使用一次就不再使用.这样一类的单次使用机械是属于短寿命的,借用目前大量使用一次性产品的“一次性”概念,将这类机械称为“一次性机械”.一次性机械多用在军事武器、航空航天等领域.在这些领域为了保证有效载荷的要求,在满足传动要求的同时,往往对其传动机构还有体积、质量等方面的苛刻要求.本文针对航空航天客观需要的有限体积条件下的一次性机械的基本设计理念进行研究.
在机械领域中,出现了一些非常规的设计方法,所设计的产品多是一些军事用品,如一次性使用的攻击飞行器、一次性多用途炮射无人机等武器装备.它们不是按常规的机械设计方法,而是采用一种样机试验的方法,即设计－试验－改进设计－再试验的方法.这种设计方法需要目标不明确,盲目性大,且试验周期长.实际上对于这类一次性机械,目前还没有一个完整的、成熟的、可靠的设计理论和方法.一次性机械设计方法并不是对其他常规设计方法的否定,它们的区别是应用的场合和对象不同；而且在新方法中也借鉴甚至应用常规的机械设计理论和方法.一次性机械设计方法是对机械设计理论的完善和补充.本文提出一次性机械的概念,对比分析了一次性机械和常规机械在使用条件、失效方式、设计方法等方面的特点.提出一种基于静强度的新的设计理念和方法,并将其应用到某型箭用电动舵机减速装置的设计中.通过与常规机械设计理论的对比分析,该方法可以明显减小机械的体积和重量,减小齿轮的模数,降低加工成本.通过应力分析计算和与常规机械设计的齿轮对比分析,证明了新方法的有效性和优点.
一、一次性机械的特点和设计理念
与常规机械相比,一次性机械的主要特点如下.
（1）使用条件：通常常规机械需长期可靠的使用和循环使用,余量都留的较大,故体积、重量大,材料优良；而一次性机械使用时间短,是有限寿命里的特殊情况,只使用一次,只要保证在特定时间内完成功能即可,无须留太大的余量,因此体积小、重量轻.
（2）失效形式：常规机械多由于疲劳、磨损而失效,其中,常规机械的疲劳多为低应力高周疲劳.在实际设计中,一般认为导致高周疲劳的载荷状态为正常工况,因此,本文接下来所说的疲劳破坏指高周疲劳破坏.一次性机械主要考虑传递动力,不至于受力折断即可,因而设计时要保证动静强度和刚度.
（3）设计方法：常规机械设计理论已经很成熟,而一次性机械还没有一个成熟的可遵循的理论.一次性机械的使用寿命很短,不会发生疲劳、磨损、腐蚀等由于长时间工作而引起的失效.疲劳破坏是多次反复载荷作用下产生的破坏,它不是短期内发生的,当交变应力远小于静强度极限,甚至小于屈服强度时,疲劳破坏就可能发生.所以在常规机械的设计中,为了预防疲劳,许用应力的选取远小于静强度极限和屈服强度.一次性机械的工作寿命很短,在发生疲劳破坏之前就完成了工作,所以只要保证其在使用中不致受力破坏即可.静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏,当静应力小于屈服强度或强度极限时,静力破坏就不会发生.对于一次性机械,设计过程中不考虑疲劳等因素,可以去除这些余量,根据静强度要求进行设计,最大限度的减小机械结构的体积和重量.
二、箭用舵机性能测试
本文对箭用舵机减速器进行试验测试,主要测试所设计产品在最大载荷下的寿命,具体测试方法为：将箭用舵机系统安装在测试台上,并确定机械零位和电气零位后,通过直流电动机控制器控制直流电动机旋转,由于板弹簧提供的负载转矩与谐波减速器的转角有关,根据板弹簧的刚度,计算得到负载转矩达到80Nm时的旋转角约为60°,旋转角通过舵机系统的旋转电位计测试并反馈给控制端,当旋转角达到60°后,认为完成一次加载.然后将舵机系统回复到零位,反向再加载直至旋转角达到60°,完成第二次加载,以此类推,记录加载次数、单次旋转角度、减速器转速.当出现噪声超标、减速器卡死以及电动机烧坏时,需终止试验,此时认为舵机系统失效.由此可知,本试验采用的失效标准并不是专门针对谐波减速器的,在提到的失效形式中,一般只有刺耳噪声是由于柔轮齿磨损造成的.最终测试结果见下表.根据表中给出的试验结果可知,本文设计的谐波减速器完全满足设计要求.
机械设计基础:20120916《非诚勿扰》：高婷——机械设计
三、结论
（1）提出了一次性机械的概念,分析对比了一次性机械和常规机械在使用条件、失效方式、设计方法等方面的特点,从而明确了两者的不同点.
（2）提出了一次性机械的设计理念和方法,即采用静强度的方法,不考虑摩擦、磨损和疲劳等其他方面.
（3）结合箭用电动舵机减速装置的设计,采用新设计方法可明显减小机械的体积和重量.电动舵机减速装置的性能测试结果表明该型减速器符合设计要求,证明了新方法的可行性.
（作者单位：长春工业大学工程训练中心）
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