機械設計中的動力學問題分析

許佳妮

[摘 要]現(xiàn)如今，隨著一些高新技術的不斷崛起，我國生產(chǎn)出了很多現(xiàn)代化的機械。跟傳統(tǒng)的機械不同的是，現(xiàn)代化機械具有更高速、更精密的特點。而且，現(xiàn)代化機械最主要的特征就是其機電子系統(tǒng)具有高度的統(tǒng)一性和協(xié)調性，對于現(xiàn)代化機械的分析、設計、安裝以及狀態(tài)的檢測和維護來說，都是需要現(xiàn)代力學技術作為基礎的。因此，在本文中，就針對于機械設計中所存在的動力學問題進行了相應的分析。

[關鍵詞]機械；動力學；技術

[中圖分類號]TH122 [文獻標識碼]A

對于現(xiàn)代化的機械來說，人們不僅要更加精巧地設計出機械結構、零件、以及各個方面的組合形式，還要充分、合理地將其他行業(yè)中的科研結果運用進來，設計出新型的機電系統(tǒng)，不僅能夠使機械設備達到高速、高精度、高自動化的狀態(tài)，還可以在最大的程度上降低在機械設備上投入的成本以及機械操作者的勞動程度，從而實現(xiàn)操作簡易化和人性化。這些功能的出現(xiàn)，都與人們在現(xiàn)代力學的分析、研究有很大的關系。

1 關于現(xiàn)代汽車設計中所存在的動力學問題

汽車，是我們在日常生活中能夠見到的一種極為典型的現(xiàn)代機械產(chǎn)品?，F(xiàn)代汽車是在傳統(tǒng)汽車的基礎上進行技術改造的，并且還在其中引入了現(xiàn)代電子技術、現(xiàn)代力學以及控制理論等技術，從而研制出了一種高新電子控制裝置技術。這種技術在現(xiàn)代汽車的運用中，不僅能夠使汽車擁有高速行駛的功能，還能夠在很大的程度上提高汽車的乘坐舒適性、安全性以及操作便利性等。而且，現(xiàn)代汽車的尾氣排放也會得到相應的控制，擁有更節(jié)能、排放性更低的特點?，F(xiàn)如今，人們將很多技術都與汽車融合在一起，包括才誕生不久的電子技術、材料技術以及一些生物技術等，都跟汽車有了聯(lián)系。甚至，還有人專門研制出了可以適用于任何汽車的新技術。因此，我們這才能夠看到一些電噴式發(fā)電機、電動助力轉向、安全氣囊，以及雷達測距裝置等新技術的出現(xiàn)。為了讓這些裝置和技術能夠得到充分的運用，人們就不得不弄清楚人機之間的關系問題，弄清楚人體的生理承受能力，弄清楚電噴式發(fā)動機在工作過程中的噴油參數(shù)以及發(fā)動機的排放物成分等。另外，還要研究出這些裝置技術的動力學特性以及控制規(guī)律，研究出電力汽車和無排放汽車的電機動力學特性和其他相關傳動裝置的動力學特性等。

2 關于小、微型機電系統(tǒng)中所存在的動力學問題

現(xiàn)如今，一些小、微型的機電系統(tǒng)已經(jīng)在人們的生活中開始了廣泛的運用。比方說，人們經(jīng)常使用的照相機、手表以及一些微型電器，甚至是在航天航空的領域中，都有用到一些直徑僅僅只為幾毫米的超聲電機。甚至，還有更小尺寸的微型機電系統(tǒng)也在運用當中。比方說，噴墨打印機中的微型泵。除此之外，還有一些借助于生物技術或者是化學工藝加工而成的更小尺寸的MEMS、NEMS系統(tǒng)也在逐漸地發(fā)展過程中。對于這些微型的機電系統(tǒng)來說，是與傳統(tǒng)的電機或者電泵完全不同的，不管是結構，還是工作原理，都截然不同。這些現(xiàn)代化的微型機電系統(tǒng)完全是利用動力學的原理和現(xiàn)代的控制技術來發(fā)揮作用的。

在這里，筆者就拿超聲電機來舉例：在通常情況下，超聲電機一般是利用壓電陶瓷等材料的壓電效應來進行工作的。這種壓電效應就是指通過使用20kHz以上的高頻電源，使得壓電材料產(chǎn)生微觀的機械振動，然后通過定子和轉子之間的摩擦作用，將定子的微觀振動轉換成轉子的宏觀直線運動。這種超聲電機的工作轉速和載荷都是通過控制技術和裝置來進行的。超聲電機的使用是屬于一種典型的機電耦合動力學問題，其理論核心就是建立起一種系統(tǒng)性的機電耦合動力學模型，其中包含了驅動電源的輸出特性、定子與轉子之間的摩擦副力學特性，以及定子和轉子之間的動力學特性等等。

3 關于大型的機電設備中所存在的動力學問題

關于動力學的問題，不僅僅只是存在于小型的機電設備中，在大型的機電設備中也有。對于一些大型的發(fā)電機、大型的航天航空運輸工具或者是大型的海洋運輸工具來說，都會受到不同形式的動載荷作用。在實際的設計和運用過程中，若是沒有對這些動載荷進行合理的考慮，不僅會在很大的程度上對這些設備的工作性質產(chǎn)生影響，航天航空設備還有可能會因為這種原因發(fā)生機毀人亡的重大事故。因此，從設計的時候開始，人們就會對設備結構的靜強度、動強度進行考慮。在實際情況中，不同的設備受到的載荷往往都是不同的，具有很強的隨機性和時變性，而導致這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因就是非線性隨機無線自由度的動力學問題。因此，對于大型機電設備的設計，要充分地考慮到設備的動平衡、減震降噪以及偏載處理與控制等等。另外，這些大型機電設備除了在正常的設計與工作的工程中需要有現(xiàn)代動力學理論的指導，在之后的維修和檢測過程中也會運用到現(xiàn)代動力學。比方說，在衛(wèi)星的發(fā)射升空過程中，就需要運用到動力學中的減振技術。而衛(wèi)星在地球表面執(zhí)行任務的時候，也需要不斷地調整運行軌道和姿態(tài)控制，這也需要動力學的支持。另外，高速飛行的航天運載工具與空間站在對接的過程中，也需要精確地考慮到定位，避免碰撞的情況發(fā)生。

4 結語

綜上分析可以知道，現(xiàn)代動力學在如今的機械設備中是運用得非常廣泛的。不管是小微型機電系統(tǒng)，還是大型的機電設備，都有運動到現(xiàn)代動力學。由此我們可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代動力學和控制技術對于很多現(xiàn)代化的機器的成功運行都有著很緊密的聯(lián)系，在以后的機器開發(fā)和設計中也將會扮演著極為重要的角色。

[參考文獻]

[1] 武時會.某特種機械剛柔耦合動力學仿真分析[J]現(xiàn)代機械，2017（04）.

[2] 張強.夾心式直線超聲電機機電及摩擦耦合建模與實驗研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2017.

[3] 靳宇.機械裝配結構組織性研究及其在概念設計中的應用[D].北京郵電大學，2012.