物理力學(xué)在機械方面的應(yīng)用

裘翔雄 湖州市師范學(xué)院 浙江省湖州市 313000

一、力學(xué)的概念

力學(xué)是一門獨立的基礎(chǔ)學(xué)科，是有關(guān)力、運動和介質(zhì)(固體、液體、氣體和等離子體)，宏、細、微觀力學(xué)性質(zhì)的學(xué)科，研究以機械運動為主，及其同物理、化學(xué)、生物運動耦合的現(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)在機械方面的應(yīng)用

（一）彈性力在機械方面的應(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)機械設(shè)計過程中會存在一些問題。在機械運轉(zhuǎn)的過程中可能會出現(xiàn)很多狀況，例如，機械在運行的過程中，內(nèi)部的構(gòu)件會給機械帶來力的作用；由于機械的高速運轉(zhuǎn)，會導(dǎo)致機械發(fā)生彈性形變問題【1】。這些狀況對于機械的正常運轉(zhuǎn)起著至關(guān)重要的作用，因此為了避免機械在運轉(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械設(shè)計的不足。

齒輪的設(shè)計就用到了很多有關(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行設(shè)計。但是這樣的設(shè)計也有一定的缺點，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)該通過增強兩個齒輪廓在接觸點的綜合曲率半徑，才能減少兩個齒輪廓在接觸點的最大接觸力；對于利用漸開線設(shè)計的齒輪來說，要增強兩個齒輪廓在接觸點的最大接觸力，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)計需要重視，軸承的設(shè)計與材質(zhì)也應(yīng)該加以計算研究后使用。

（二）斷裂力學(xué)在機械方面的應(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重的情況。這就要求機械設(shè)計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)計機械。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，斷裂力的研究獲得了很多突破和進展，方便了機械工程的繼續(xù)發(fā)展。

在機械的高速運行的過程中，難免會由于受力不均等原因，造成機械的內(nèi)部零件出現(xiàn)變形或者斷裂的情況。這就要求設(shè)計者在進行設(shè)計時，合理的利用斷裂力學(xué)的理論原理對機械進行設(shè)計，保證機械的質(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)過程中運用的制造工藝，節(jié)約機械制造企業(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、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，是解決工程實際問題的重要基礎(chǔ)。主要的研究領(lǐng)域包括實驗力學(xué)、結(jié)構(gòu)檢驗、結(jié)構(gòu)實驗分析等等。由于現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的進步以及電子計算機的應(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。

在不斷的運行中，難免會有機械設(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)的實驗結(jié)論就能解決。像在汽車機械維修的過程中，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)不僅僅在機械的維修中起著至關(guān)重要的作用，在機械設(shè)計中也有著很大的作用，為了保證構(gòu)件的的合理性，在進行螺紋連接與螺紋傳動等相關(guān)工作時就需要計算連接強度，還應(yīng)該借助工程力學(xué)對螺旋副進行受力分析。

（四）靜力學(xué)在機械方面的應(yīng)用

靜力學(xué)是研究質(zhì)點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，平衡吊原理的特點就是，處處平衡。平衡吊是一種小型的起重機在工廠里常常用于機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)是一門非常實用性的學(xué)科。因此，為了使機械行業(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)與機械方面的聯(lián)系，利用現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)完善現(xiàn)代機械行業(yè)，促進機械行業(yè)進一步發(fā)展。