摘 要：由于目前并未对一次性机械零件与常规机械零件给予明确的区分，所以一次性机械零件的设计仍然沿用常规机械零件的设计思想和方法，这就导致将常规机械设计准则中用于一次性机械零件设计时，不可避免的出现设计结果冗余，造成整体设计指标下降，有时甚至无法满足设计要求。虽然采用试验样机法在一定程度上能够完成一次性机械的研制，但是该方法的研制周期较长、效率较低、成本过高，不能满足日益增加的研制任务要求。
关键词：金属疲劳；一次性机械零件
一次性机械的概念虽然较新，却已经得到广泛应用。一次性机械常见于航天领域，例如一次性运载火箭、一次性攻击飞行器、一次性多用途炮射无人机等，根据一次性机械的字面含义，可以将鱼雷、导弹、火箭等工作寿命很短的机械归入一次性机械的范畴。如果按照常规机械设计理论和方法设计开发出的一次性机械与普通的常规机械没有什么不同之处，也就没有必要提出一次性机械的概念。
一、一次性机械的概念
哈尔滨工业大学的王广林教授最早提出了一次性机械的概念，将一种使用一次就不再重复使用的机械、设备归纳出来，确定其名称为“一次性机械”，并将一次性机械中的所有零件都笼统的定义为“一次性机械零件”，薛红彦针对几种典型的一次性机械零件设计方法进行了的研究。
二、一次性机械零件的设计方法研究
在判定某机械零件属于一次性机械零件后，就涉及到零件的具体设计方法。以箭用舵机系统为例，其减速装置一般采用谐波传动形式，其中的关键零件柔轮的设计理论区别于齿零件的设计而自成体系。但是，齿轮零件作为机械传动领域最为重要的零部件，其疲劳强设计研究一直是极受关注的热点内容。
传统的解析计算方法主要基于材料力学或弹性力学理论，通过将轮齿简化求解，然后辅以通过大量实验获取的各类修正系数求解应力状态，解析法计算简便，便于快速求解。这种方法可以用于一次性齿轮零件设计，但可以预见的是，由于各种修正系数的选取过于依赖人为因素，而且大多数情况下会导致设计结果偏于安全。相比于解析方法，随着计算机技术的发展，有限元方法等数值计算方法逐渐成为主导的设计方法。数值法主要是指有限差分法、边界元法以及有限元法等离散方法。
三、一次性机械零件的概念
一次性机械是指一类单次不重复使用，并且以自毁或主动放弃为主要失效形式的机械或设备。在此基础上，本文将一次性机械中承受少循环载荷作用次数的机械零件称为“一次性机械零件”。根据该定义，一次性机械中的其他按照常规机械设计方法进行设计的机械零件仍然属于常规机械零件。根据一次性机械零件的应用场合和使用要求可知，一次性机械零件具备以下两个特点：（1）使用寿命短使用寿命是一次性机械零件与常规机械零件最显著的区别。（2）体积和重量要求较常规机械零件严格为了保证有效载荷指标，一次性机械零件的体积和重量要求更为苛刻。这一要求直接造成一次性机械零件承受的应力水平明显高于常规机械零件。根据疲劳理论，在其它设计指标恒定时，一次性机械零件的寿命将明显小于常规机械零件，这与一次性机械零件的使用寿命极短的特点是一致的。
四、一次性机械零件设计遵循的基本原则
一次性机械零件的典型应用是航天领域中一次性使用的装备。一次性机械零件的设计目标与常规机械零件不尽一致，它不需要长期安全稳定运行，只需能够保证极短时间的正常使用，在完成预定任务后或爆炸、或自毁、或弃之不用。一次性机械零件使用的场合通常对有效载荷指标极为敏感，为了提高有效载荷，在动力或有效推力一定的前提下必须降低其它功能性零部件在总重量中的比重。这些功能性零部件如果按照常规机械零件设计方法进行设计，会得到保守的设计结果，进而造成有效载荷指标下降，甚至无法实现设计目标。因此，常规机械设计零件理念并不适合于一次性机械零件，一次性机械零件的设计要求与其相适应的一次性机械零件设计方法。
机械零件设计准则的建立依赖于两方面因素：材料强度特性和机械零件几何强度特性。一次性机械零件的设计也需要考虑这两个方面问题。材料强度特性是指材料本身的力学特性，具体到机械设计领域，考虑到金属材料应用的广泛性，一般指金属材料的机械特性，与之相应的机械零件的设计准则是强度设计准则，包括针对断裂和屈服的静强度设计准则，针对循环载荷的疲劳强度设计准则，对于其它特殊工况，还有抗冲击、抗磨损、抗腐蚀等设计准则；几何强度特性需要综合考虑零件的几何形状及约束条件等，与之相对应的机械设计准则是刚度设计准则，主要针对过大变形、失稳以及由于弹性变形造成误差过大等失效形式。
综上所述，可以得出一次性机械零件设计所应遵循的原则：在进行静强度设计时应该继承常规机械零件的静强度设计准则，在进行疲劳强度设计时则采用适应一次性机械零件使用要求的疲劳强度设计准则，对于有特殊使用要求的一次性机械零件，则需要辅以相应的特殊设计准则进行设计。研究并建立适用于一次性机械零件的疲劳强度设计方法是一次性机械零件设计方法研究的重要内容。
五、结语
一次性机械零件在航空航天领域有着广泛的应用，这类机械零件受到苛刻的尺寸重量限制，亟需突破传统的基于常规机械零件使用要求而形成的设计方法和理念。为了合理高效、安全可靠的完成一次性机械零件的设计工作，文章对一次性机械零件的概念和设计方法进行了深入研究，并将研究成果用于实践，达到了研究目的。
参考文献
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