物理力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用探究

摘?要：物理力學(xué)是一門極其重要的學(xué)科，它廣泛的分布于我們生產(chǎn)與生活中的多個(gè)領(lǐng)域，產(chǎn)生著非常深遠(yuǎn)的作用。尤其對(duì)于機(jī)械領(lǐng)域來說，物理力學(xué)的作用更加的明顯?；诖艘?，本文以物理力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用為中心進(jìn)行深入的挖掘和探究，以期借鑒。

關(guān)鍵詞：物理力學(xué);機(jī)械;應(yīng)用

物理力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)新分支，它以物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律為依據(jù)，結(jié)合近代物理學(xué)、近代化學(xué)以及量子化學(xué)學(xué)科中的內(nèi)容，通過相關(guān)的研究和分析，得出介質(zhì)和材料在宏觀上的性質(zhì)以及宏觀現(xiàn)象的微觀解釋。因此物理力學(xué)的出現(xiàn)，完善了近代力學(xué)內(nèi)容，豐富了近代力學(xué)的內(nèi)涵，促進(jìn)了世界力學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也推進(jìn)了機(jī)械領(lǐng)域的再一次進(jìn)步。

一、 物理力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用

隨著時(shí)代的發(fā)展與進(jìn)步，物理力學(xué)已經(jīng)較為廣泛地應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域，并獲取了一定的實(shí)際效果。在現(xiàn)階段，物理力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一） 彈性力在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用

按照相應(yīng)的歸類方法進(jìn)行區(qū)別，彈性力學(xué)屬于固體力學(xué)中的一個(gè)重要組成部分，我們也可以稱其為“彈性理論”。彈性力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容是對(duì)彈性物體在不同狀況下（一般為外界溫度的變化或者人為的施加外力等情況）的位移程度、應(yīng)力變化等多個(gè)方面進(jìn)行分析，并以研究得出的結(jié)論作為依據(jù)，發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中可能存在的實(shí)際缺陷，例如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求的問題。

大部分機(jī)械在運(yùn)行的過程中都會(huì)經(jīng)歷以下三種狀況：第一，機(jī)械在運(yùn)行時(shí)的速率較快;第二，機(jī)械在運(yùn)行的過程中，機(jī)械會(huì)承受來自內(nèi)部構(gòu)件運(yùn)行時(shí)力的作用;第三;機(jī)械因?yàn)楦咝н\(yùn)行產(chǎn)生一些彈性形變的問題。上面所講的三種情況對(duì)于機(jī)械的正常運(yùn)行都有著非常重要的影響，所以為了避免機(jī)械在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，就需要使用彈性力的理論知識(shí)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的問題進(jìn)行詳細(xì)的分析，確保其正常運(yùn)行。一般來說，彈性力學(xué)理論主要應(yīng)用于齒輪機(jī)構(gòu)各個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì)工作、凸輪結(jié)構(gòu)與參數(shù)的設(shè)計(jì)工作以及軸承相關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)工作，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要把這幾點(diǎn)作為重點(diǎn)的研究?jī)?nèi)容。

在對(duì)齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要充分的利用漸開線對(duì)齒輪的外部曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣能夠在一定程度上保證齒輪曲線的規(guī)范度，但是這種設(shè)計(jì)方式也有一定的缺陷，所以這時(shí)相關(guān)的工作人員就需要結(jié)合實(shí)際情況運(yùn)用一定的彈性理論和知識(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行解決。具體來說，當(dāng)兩個(gè)齒輪在咬合時(shí)，如果在外部環(huán)境其余條件均相同的條件下，若想有效地降低兩個(gè)齒輪接觸位置的力的作用，相關(guān)的工作人員就需要適當(dāng)?shù)奶岣邇蓚€(gè)齒輪在接觸位置的綜合曲率半徑，但是我們都知道漸開線的曲率半徑是極其有限的，并不能通過人為干預(yù)進(jìn)行擴(kuò)大，所以單純地依靠漸開線是不能滿足設(shè)計(jì)中的需求，在這時(shí)相關(guān)的工作人員就需要借助彈性力的知識(shí)與理論對(duì)齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、形狀等問題進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)而使設(shè)計(jì)滿足使用的要求。另外為了保障機(jī)械軸承部位滿足工作的需求，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)就需要對(duì)軸承的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)算，進(jìn)而確定軸承的相關(guān)數(shù)值以及所選用的材質(zhì)。

（二） 斷裂力學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

與彈性力學(xué)相同，斷裂力學(xué)也是固體力學(xué)的重要組成內(nèi)容之一。一般來說，斷裂力學(xué)在機(jī)械方面的主要研究方向?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的裂紋強(qiáng)度和機(jī)械結(jié)構(gòu)的裂紋壽命。這兩點(diǎn)幾乎涵蓋了大部分機(jī)械的斷裂問題，因此斷裂力學(xué)對(duì)于機(jī)械行業(yè)的進(jìn)一步建設(shè)與發(fā)展具有重要意義。最近幾年，我國(guó)的斷裂力學(xué)獲取了一定的突破和進(jìn)展，并被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域中，獲取了良好的使用效果。

機(jī)械設(shè)計(jì)中，裂紋力學(xué)主要分為兩類：一種是線彈性力學(xué)，這種力學(xué)一般被廣泛地應(yīng)用于裂紋情況較輕，裂紋范圍較小的情況;另一種是彈塑性的斷裂力學(xué)，這種力學(xué)與線彈性力學(xué)恰恰相反，它被廣泛地應(yīng)用于裂紋情況較重、裂紋范圍較大的情況。在機(jī)械設(shè)計(jì)工作中如果能夠合理地運(yùn)用斷裂力學(xué)對(duì)存在的問題進(jìn)行分析與處理，就能夠有效地避免機(jī)械在使用時(shí)突發(fā)斷裂的情況出現(xiàn)。

在應(yīng)用斷裂力學(xué)對(duì)機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)的工作人員要科學(xué)合理地使用設(shè)計(jì)參量與相應(yīng)的余度分布對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行前期的整體規(guī)劃，并分析在設(shè)計(jì)過程中可能面臨的問題，例如齒輪在運(yùn)行的過程中是否會(huì)因?yàn)槭芰Σ痪鶎?dǎo)致變形或者斷裂問題的出現(xiàn)。另外為了保證機(jī)械在使用過程中的安全性，相關(guān)的工作人員還可以使用應(yīng)力二階矩或者強(qiáng)度二階矩對(duì)機(jī)械設(shè)備的安全性能進(jìn)行全方位的檢驗(yàn)，并且這兩種方式能夠以一種非常直觀的方式展現(xiàn)出機(jī)械設(shè)備的安全度。另外在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中使用斷裂力學(xué)中的內(nèi)容，在一定程度上能夠優(yōu)化生產(chǎn)中所使用的相關(guān)制造工藝，節(jié)約機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)成本。

（三） 工程力學(xué)在機(jī)械領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用

現(xiàn)階段工程力學(xué)的基本體系已趨于完善，因此工程力學(xué)被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械領(lǐng)域，并在其中發(fā)揮著非常重要的作用。一般來說，如果機(jī)械出現(xiàn)比較嚴(yán)重的破損或破壞問題，在很多情況下都會(huì)以工程力學(xué)的相關(guān)定理、定義或者相關(guān)的實(shí)踐結(jié)論為依據(jù)對(duì)存在的問題進(jìn)行分析和判斷。另外工程力學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域也有著比較廣泛的應(yīng)用，例如在進(jìn)行螺紋連接與螺紋傳動(dòng)等相關(guān)工作時(shí)就需要重點(diǎn)對(duì)連接強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，并且還需要借助工程力學(xué)對(duì)螺旋副進(jìn)行受力分析，進(jìn)而保證構(gòu)件設(shè)計(jì)的合理性。

二、 結(jié)語(yǔ)

總而言之，若想促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，使得物理力學(xué)獲取進(jìn)一步的突破，相關(guān)的工作人員一定要深刻挖掘物理力學(xué)與機(jī)械設(shè)備之間的內(nèi)在聯(lián)系，不斷完善和優(yōu)化兩者之間的知識(shí)脈絡(luò)，促進(jìn)物理力學(xué)與機(jī)械行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

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作者簡(jiǎn)介：

劉一暢，山東省東營(yíng)市，東營(yíng)市第一中學(xué)。