物理力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用

裘翔雄

【摘要】：物理學(xué)是一門范圍很廣泛的學(xué)科，包括聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)等等。物理學(xué)也是與人們現(xiàn)實(shí)生活密不可分的。其中力學(xué)是一門很重要的學(xué)科，它廣泛的應(yīng)用于生活中的各個領(lǐng)域。對于機(jī)械領(lǐng)域，力學(xué)更是重中之重的理論基礎(chǔ)。下文就是本人對于力學(xué)在機(jī)械方面應(yīng)用的研究分析。

【關(guān)鍵詞】：物理力學(xué) 機(jī)械方面 應(yīng)用

一、力學(xué)的概念

力學(xué)是一門獨(dú)立的基礎(chǔ)學(xué)科，是有關(guān)力、運(yùn)動和介質(zhì)（固體、液體、氣體和等離子體），宏、細(xì)、微觀力學(xué)性質(zhì)的學(xué)科，研究以機(jī)械運(yùn)動為主，及其同物理、化學(xué)、生物運(yùn)動耦合的現(xiàn)象。力學(xué)包括彈性力學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、靜力學(xué)、斷裂力學(xué)、工程力學(xué)、量子力學(xué)等，范圍較廣泛。

二、物理力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用

（一）彈性力在機(jī)械方面的應(yīng)用

彈性力是指彈性物體因外力產(chǎn)生形變后的恢復(fù)力，簡稱彈力。彈力屬于固體力學(xué)中的重要組成部分，也稱之為“彈性理論”。通過彈性力的研究分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)過程中會存在一些問題。在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中可能會出現(xiàn)很多狀況，例如，機(jī)械在運(yùn)行的過程中，內(nèi)部的構(gòu)件會給機(jī)械帶來力的作用；由于機(jī)械的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，會導(dǎo)致機(jī)械發(fā)生彈性形變問題【1】。這些狀況對于機(jī)械的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著至關(guān)重要的作用，因此為了避免機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中發(fā)生問題，就必須掌握一定的關(guān)于彈性力的知識，通過彈性力的理論知識改善機(jī)械設(shè)計(jì)的不足。

齒輪的設(shè)計(jì)就用到了很多有關(guān)彈力學(xué)的知識，為了保證齒輪曲線的規(guī)范，就應(yīng)該充分的利用漸開線對齒輪的外部曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是這樣的設(shè)計(jì)也有一定的缺點(diǎn)，當(dāng)兩個齒輪在咬合轉(zhuǎn)動時，根據(jù)彈力的知識不難知道，在其他條件相同的情況下，應(yīng)該通過增強(qiáng)兩個齒輪廓在接觸點(diǎn)的綜合曲率半徑，才能減少兩個齒輪廓在接觸點(diǎn)的最大接觸力；對于利用漸開線設(shè)計(jì)的齒輪來說，要增強(qiáng)兩個齒輪廓在接觸點(diǎn)的最大接觸力，就要增加齒輪的尺寸，但是兩個齒輪之間的接觸點(diǎn)處的綜合曲率半徑是有增大限度的，因此不能很好的滿足需要【2】。當(dāng)然，不只是齒輪的設(shè)計(jì)需要重視，軸承的設(shè)計(jì)與材質(zhì)也應(yīng)該加以計(jì)算研究后使用。

（二）斷裂力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用

斷裂力學(xué)是研究材料和工程結(jié)構(gòu)中裂紋擴(kuò)展規(guī)律的一門學(xué)科，裂紋是指宏觀的、肉眼可見的裂紋，斷裂力是固體力學(xué)的一部分。主要包括，線彈性斷裂力學(xué)、彈塑性斷裂力學(xué)和斷裂動力學(xué)等等【3】。線彈性斷裂力學(xué)是一種被用于裂紋較為輕緩的情況，應(yīng)用的范圍較窄，具有一定的局限性。彈塑性斷裂力學(xué)是一種被用于裂紋較為嚴(yán)重的情況。這就要求機(jī)械設(shè)計(jì)人員掌握一定的知識，根據(jù)情況利用不同的方法、原理設(shè)計(jì)機(jī)械。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，斷裂力的研究獲得了很多突破和進(jìn)展，方便了機(jī)械工程的繼續(xù)發(fā)展。

在機(jī)械的高速運(yùn)行的過程中，難免會由于受力不均等原因，造成機(jī)械的內(nèi)部零件出現(xiàn)變形或者斷裂的情況。這就要求設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，合理的利用斷裂力學(xué)的理論原理對機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證機(jī)械的質(zhì)量以及安全性。同時，利用斷裂力學(xué)還能在一定程度上優(yōu)化生產(chǎn)過程中運(yùn)用的制造工藝，節(jié)約機(jī)械制造企業(yè)的生產(chǎn)成本。斷裂力學(xué)對于焊接、工藝等方面也有著很重要的推進(jìn)作用，還能提高工作效率，減少工人們的工作量。

（三）工程力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用

工程力學(xué)涉及眾多的力學(xué)學(xué)科分支與廣泛的工程技術(shù)領(lǐng)域，是一門理論性較強(qiáng)、與工程技術(shù)聯(lián)系極為密切的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，工程力學(xué)的定理、定律和結(jié)論廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的工程技術(shù)中，是解決工程實(shí)際問題的重要基礎(chǔ)。主要的研究領(lǐng)域包括實(shí)驗(yàn)力學(xué)、結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)、結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)分析等等。由于現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，工程力學(xué)發(fā)展的也較為成熟，使工程力學(xué)得到了發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

在不斷的運(yùn)行中，難免會有機(jī)械設(shè)備損壞的現(xiàn)象發(fā)生，一般這種情況下，通過利用工程力學(xué)的各種原理，或是相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論就能解決。像在汽車機(jī)械維修的過程中，首先就要判斷出汽車半軸套管斷裂的具體原因與修復(fù)的方法，這就要求維修人員熟練的掌握力學(xué)的各種知識，當(dāng)然也包括工程力學(xué)的知識原理。工程力學(xué)不僅僅在機(jī)械的維修中起著至關(guān)重要的作用，在機(jī)械設(shè)計(jì)中也有著很大的作用，為了保證構(gòu)件的的合理性，在進(jìn)行螺紋連接與螺紋傳動等相關(guān)工作時就需要計(jì)算連接強(qiáng)度，還應(yīng)該借助工程力學(xué)對螺旋副進(jìn)行受力分析。

（四）靜力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用

靜力學(xué)是研究質(zhì)點(diǎn)系受力作用時的平衡規(guī)律的學(xué)科，它是理論力學(xué)的一個分支。靜力學(xué)主要有五大公理，分別是：力的平行四邊形法則、二力平衡公理、加減平衡力系公理、牛頓第三定律和剛化公理。主要的基本物理量有兩個，分別是力和力偶。力偶是指大小相等方向相反且作用線不在一條直線上的兩個力。靜力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用也較為廣泛。例如，平衡吊，平衡吊原理的特點(diǎn)就是，處處平衡。平衡吊是一種小型的起重機(jī)在工廠里常常用于機(jī)床邊上起吊上百牛以上的加工零件，使用起來很方便。此外，臺燈、制圖尺就是模仿的平衡吊的原理。除了平衡吊還有采用棘輪與手板動棘輪組合的拉近工具、磅秤等等都是關(guān)于靜力學(xué)的應(yīng)用。

總結(jié)：根據(jù)以上的研究分析，不難看出，物理力學(xué)與生活是息息相關(guān)的，物理力學(xué)是一門非常實(shí)用性的學(xué)科。因此，為了使機(jī)械行業(yè)更快速的發(fā)展，應(yīng)該重視起對于物理力學(xué)甚至是物理學(xué)的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)專業(yè)型的人才，不斷探索物理力學(xué)與機(jī)械方面的聯(lián)系，利用現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)完善現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)，促進(jìn)機(jī)械行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張巍.物理力學(xué)在機(jī)械方面的應(yīng)用[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2016（26）：168.

【2】胡安華.高速鐵路紅層泥巖路基基床填料物理力學(xué)特性試驗(yàn)研究[D].西南交通大學(xué)，2008（05）：123-124.

【3】朱金鳴，獨(dú)云嵩.機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)的發(fā)展[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（11）：25-27.