机械装备构件轻量化主要技术途径的探讨

摘要：轻量化是目前机械装备构件实现节能减排目的的主要措施之一，也是提高装备性能的最佳途径。时至今日，机械装备构件的轻量化和塑性成形制造已成为业内工作人员研究的焦点，是一个与制造科学和制造技术密切相关的课题。本文从机械装备轻量化概念入手，着重分析了其在拉伸、弯曲、扭转、疲劳状态下的受力问题，并研究和探索了其技术指标，为同行工作提供了一个新观点。

关键词：轻量化；机械装备构件；材料；强度

机械装备构件轻量化问题是当前制造领域研究最多的课题之一，是机械装备设计和制造追求的永恒主题。这一技术的研究对于汽车行业和设备加工行业的发展有着指导性作用，是一种节能、环保、减排为目的的制造技术。在目前的社会发展中，汽车行业主要是通过优化设计、技术引进等方法形成的一种构件制造新技术，是一种使用新型轻量化材料来达到轻量化处理的一种工作技术。此外，在目前的机械加工和制造中，这对于航空、航天和国防军事装备方面来说都是极为迫切的一个环节，也是实现机械装备节能减排发展的关键手段。

一、机械装备轻量化概述

机械装备构件轻量化是当前制造行业发展的主要方向之一，是实现装备节能、生态发展的有效措施，也是提高装备节能性能的主要途径。在目前的社会发展中，装备轻量化和塑性成形处理是一个极为关键的话题，其对于科学与技术的研究有着密切的关系。

1、机械装备构件轻量化分析

轻量化这一概念最先出现在汽车赛车运动中，这一概念的出现可谓是综合性的概念，其不仅表现在重量变轻方面，同时对于构件性能也提出了新要求。对于汽车行业而言，汽车构件质量变轻可以使得汽车操控性能变得更加灵活，对于发动机的动力也体现出更高的速度变化。由于车身本身轻，其加速度性能也变得更加好，刹车系统的性能也会得到一定的提升，提高车辆的安全系数。

2、机械装备构件轻量化原则

机械装备构件的轻量化基本原则主要可以包含机械装备性能的先进性、机械构件性能的稳定性、机械设备的使用性能的可靠以及安全等。在工作中是一个通过设计、选材、工艺以及技术进步为一体进行分析的，是通过机械装备构件轻量化来实现改进机械装备构件性能目的的工作体系。机械装备轻量化主要技术途径包含了机械装备构件的轻量化、机械装备构性能的轻量化以及材料的节能性等。

二、机械装备构件轻量化设计分析

随着社会生产技术的发展，节能环保要求已成为人们广泛关注的话题，轻量化也被广泛的应用在普通机械生产和制造领域。这一技术在提高设备性能、耐久性方面有着重要的意义，同时对于设备的节能更是发挥着不可替代的作用。为此，这一构件在设计的时候通常都是按照工作强度要求进行设计的，在不同的受力状态下，构件强度也会跟着发生变化。基于这种设计背景条件下，在工作中需要从以下环节入手进行分析：

1、拉伸受力状态下的机械装备轻量化设计

在设计工作中，当构件承受应力为拉伸应力的时候，其构件的强度设计可以根据公式：σ=Fb/So进行分析，在公式中，F为构件所承担的总体拉伸荷载，而S为承载的荷载面积。

2、在简单弯曲受力状态下的机械装备轻量化设计

在设计工作中，当机械装备构件受到简单的弯曲荷载的时候，其失效模式主要表现在抗弯强度时效方面，其构件的强度为设计判断标准和工作基础。在工作中，是一个可以根据公式：σbN≥n2σmaxKt2= 。在公式中，σbN为材料的抗弯强度，而σmax则代表着构件最大弯曲应力，M为构件所承受的弯矩，W2为构件承受截面的抗弯面系数，K2为弯曲条件下的集中应力系数，n2为完全全系系数。

值得进一步指出的是，虽然材料的抗弯强度蛳与材料的抗拉强度%有比例关系，但各种材料的比例系数不同。在构件承受简单的弯曲载荷的条件下，构件承受的最大应力在构件的表顽。构件表面的最大应力σmax与构件抗弯截面系数彬成反比，因此，要降低构件表面的最大应力，必须选用构件抗弯截面系数大的构件。这说明构件的工艺成形技术和表面改性技术也是构件的轻量化的重要技术途径之一。

3、在简单的扭转受力状态下，机械装备构件轻量化强度设计技术的探讨

以实心圆柱体为例，当机械装备构件承受简单扭矩时，其构件的强度设计判据为：σb≥n3σmaxKt3= 。式中，σb为材料的抗剪强度，Mn为圆柱体承受的扭矩，Wp为圆柱体抗扭截面系数，n3为扭转安全系数，K3为扭应力集中系数，n3Kt3为构件的几何参数，与材料无关。

三、机械装备构件轻量化的主要途径

在目前的社会发展中，机械装备构件轻量化的主要技术途径如下图

四、对机械装备构件轻量化分析

1、械装备构件轻量化材料性能指标体系的探讨

首先，机械装备构件轻量化要根据构件的受力状态、失效模式和抗力指标进行具体的分析，然后再考虑环境因素，如温度、气氛、时问对材料性能指标的影响，逐步形成机械装备构件轻量化材料性能的指标体系和相应的数据库。

2、械装备构件轻量化的成形工艺和表面改性技术的探讨

在材料密度基本不变的情况下，通过各种工艺技术和方在腐蚀条件下也将提出一套材料轻量化性能指标。由上述各种条件下的材料性能的比强度指标就组成了机械装备构件轻量化材料性能的指标体系和相应的数据库。其具体情况如下：

五、结论

（1）机械装备构件轻量化问题是一个十分重要的课题，对航空航天机械装备构件来说尤为重要。

（2）机械装备构件的轻量化要在保证机械装备构件功能的先进性、性能的稳定性、使用的可靠性和服役的安全性前提下进行。

（3）机械装备构件轻量化的主要途径是通过轻量化设计技术、构件材料轻质化指标体系、构件制备成形工艺和表面改性技术等三个方面来达到的。

参考文献

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