運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉蕾

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的提升，機(jī)械制造行業(yè)正處于快速發(fā)展階段。當(dāng)前機(jī)械制造業(yè)，是我國工業(yè)領(lǐng)域以及制造業(yè)發(fā)展的基石。為應(yīng)對社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的改變，機(jī)械領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)或單位應(yīng)該重視機(jī)械制造技術(shù)的創(chuàng)新以及升級。結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)力學(xué)原理，提升機(jī)械產(chǎn)品的科技感。本文主要介紹運(yùn)動(dòng)力學(xué)相關(guān)原理在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以期為相關(guān)工作人員提供有價(jià)值的參考內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)力學(xué);機(jī)械結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì);應(yīng)用

0? 引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變對我國各行業(yè)產(chǎn)生強(qiáng)有力的沖擊，所以面對經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的影響，我國機(jī)械產(chǎn)業(yè)以及制造業(yè)需要進(jìn)行及時(shí)的轉(zhuǎn)型。利用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)提升企業(yè)創(chuàng)造力，利用機(jī)械設(shè)備來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工作業(yè)，將有效提高企業(yè)生產(chǎn)效率。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)內(nèi)容較為復(fù)雜的工作，所以相關(guān)研究人員應(yīng)該深入了解運(yùn)動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識，優(yōu)化我國機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升我國機(jī)械制造業(yè)的綜合競爭力。

1? 運(yùn)動(dòng)力學(xué)與機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的關(guān)系

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)過程中，設(shè)計(jì)完善科學(xué)的機(jī)械結(jié)構(gòu)是保證設(shè)備穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)。合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)不僅能確保機(jī)械產(chǎn)品本身功能特點(diǎn)的有效發(fā)揮，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對制造部件的合理化應(yīng)用。通過對生產(chǎn)成本的合理優(yōu)化，進(jìn)而獲得更大的利潤空間。

近年來，隨著運(yùn)動(dòng)力學(xué)知識不斷被相關(guān)研究人員所重視，機(jī)械制造領(lǐng)域通過應(yīng)用運(yùn)動(dòng)力學(xué)知識，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效改革。可以說，將運(yùn)動(dòng)力學(xué)理念應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是機(jī)械領(lǐng)域改革的關(guān)鍵。結(jié)合運(yùn)動(dòng)力學(xué)理念在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，可以看出隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)力學(xué)的研究與應(yīng)用已經(jīng)取得不小的成績。面對機(jī)械領(lǐng)域機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展前景，運(yùn)動(dòng)力學(xué)有效融合于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以從根本上提高機(jī)械產(chǎn)品的自動(dòng)化程度，充分解放勞動(dòng)力。結(jié)合具體的設(shè)計(jì)實(shí)例，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要充分掌握運(yùn)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)原理，做好產(chǎn)品各部件連接的工作，從整體上對機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化[1]。

2? 運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 運(yùn)動(dòng)力學(xué)在零部件連接方面的應(yīng)用

在機(jī)械產(chǎn)業(yè)中，機(jī)械設(shè)備和機(jī)械產(chǎn)品其結(jié)構(gòu)組成中的零件通常有兩種連接方式：一是直接相連;二是間接相連。在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)工作人員需要結(jié)合不同零件之間的特性，來選擇相應(yīng)的連接方式。采用不同連接方式，可以影響零件功能的表達(dá)。在零件連接方面，運(yùn)動(dòng)力學(xué)知識起到?jīng)Q定性的作用。因?yàn)椋梢詫⒕哂谐橄蠡卣鞯倪B接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w化的連接結(jié)構(gòu)，為整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)提升優(yōu)化性能。例如，設(shè)計(jì)人員在充分了解機(jī)械產(chǎn)品中各部分零件的連接方式后，為其建立一個(gè)可視化的數(shù)字虛擬模型，通過計(jì)算機(jī)中的相關(guān)軟件對該虛擬模型進(jìn)行技術(shù)參數(shù)方面的操控，有效觀測以及判斷不同位置在運(yùn)行過程中所要承受的壓力以及摩擦力，然后結(jié)合受力情況對其結(jié)構(gòu)分布進(jìn)行合理優(yōu)化，族中取得最佳的排列方式[2]。

2.2 運(yùn)動(dòng)力學(xué)知識在機(jī)械設(shè)備操作方面的應(yīng)用

機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)加工之后會(huì)投入到正常使用中，在使用中會(huì)由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)而為零部件帶來一定程度的損耗，為延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，相關(guān)工作人員可以結(jié)合運(yùn)動(dòng)力學(xué)知識，有效減少設(shè)備運(yùn)行過程中所面對的磨損問題。在我國機(jī)械領(lǐng)域，機(jī)械設(shè)備操作磨損，一般為摩擦損耗。對此，設(shè)計(jì)人員可以為該設(shè)備的不同運(yùn)行模式，建立虛擬運(yùn)行模型，借此觀測出在不同操作模式下，設(shè)備內(nèi)部的損耗情況，并清晰了解到發(fā)生損耗情況最嚴(yán)重的位置。以及經(jīng)過長期運(yùn)行之后，磨損消耗會(huì)為整個(gè)機(jī)械設(shè)備帶來哪些具體的影響。

過對上述問題的詳細(xì)了解，相關(guān)工作人員可以有效采取應(yīng)對措施，減少機(jī)械運(yùn)行中的摩擦損耗，提升機(jī)械設(shè)備整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化力度。例如，可以調(diào)整機(jī)械設(shè)備中的零部件尺寸或是更換零部件的質(zhì)地，選擇用其他原料來制作零部件等等，來降低機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的摩擦損耗，有效延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命[3]。

3? 運(yùn)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則

3.1 基本力學(xué)原則

在應(yīng)用運(yùn)動(dòng)力學(xué)時(shí)，設(shè)計(jì)人員一定要保證設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)，充分滿足力學(xué)原則的基本條件。比如，在材料選擇方面，合理使用材料力學(xué)知識;在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，充分利用結(jié)構(gòu)力學(xué)知識等等。以材料力學(xué)知識的應(yīng)用為例，在機(jī)械實(shí)際運(yùn)行過程中，機(jī)械零件由于制作原材料的不同，可能會(huì)產(chǎn)生不同程度的形變，其根本原因是因?yàn)橹谱髟牧闲巫兂潭鹊牟煌?/p>

比如，在機(jī)械制造行業(yè)中，最為常見的連接零件，如鉚釘、螺栓、螺帽等連接配件，它們的變形可以歸屬為剪切變形的范疇，對此設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，要充分考慮剪切力對這種類型連接零件的影響。為構(gòu)建完善的機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員需要充分了解到設(shè)計(jì)過程中所使用到的各種零件及其構(gòu)成材質(zhì)，結(jié)合其運(yùn)動(dòng)學(xué)方面的特性，充分考慮各零部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2 創(chuàng)新性原則

創(chuàng)新與發(fā)展二者密不可分。為推進(jìn)企業(yè)的發(fā)展，必須針對原有技術(shù)進(jìn)行積極的創(chuàng)新與應(yīng)用。在機(jī)械制造行業(yè)同樣如此。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，同樣要將創(chuàng)新性原則作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，結(jié)合機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，應(yīng)該將創(chuàng)新的側(cè)重點(diǎn)集中于設(shè)計(jì)理念。設(shè)計(jì)人員在保證機(jī)械發(fā)揮基本功能的基礎(chǔ)上，要不斷優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。應(yīng)用現(xiàn)代社會(huì)流行的新材料，來實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的組裝，通過合理降低生產(chǎn)成本，為企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，新型材料的使用，也充分踐行我國當(dāng)前推行的綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展理念。在整個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合可持續(xù)發(fā)展理念有效控制機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)成本，借助于先進(jìn)的模擬技術(shù)對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行虛擬化模擬，在投入正式生產(chǎn)之前測試機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)行效果是否符合設(shè)計(jì)要求[4]。需要注意的是，創(chuàng)新的過程中同樣要充分尊重基本的力學(xué)原則，違背力學(xué)原則的設(shè)計(jì)未必不具有實(shí)用價(jià)值，但其在使用壽命及性價(jià)比方面勢必會(huì)存在一定的短板。

4? 運(yùn)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用流程

4.1 制定整體性策略

在應(yīng)用運(yùn)動(dòng)力學(xué)知識，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該以宏觀層面對整體設(shè)計(jì)流程進(jìn)行把控。將機(jī)械結(jié)構(gòu)劃分為不同的部分，基于每個(gè)部分的實(shí)際功能，為其匹配相應(yīng)的設(shè)計(jì)人員。在保證不同部分發(fā)揮各自功能的同時(shí)，優(yōu)化各個(gè)部分的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而為機(jī)械設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供有力保障。

4.2 分析機(jī)械結(jié)構(gòu)方式

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，需要做好設(shè)計(jì)圖紙的準(zhǔn)備工作。因?yàn)?，設(shè)備可以發(fā)揮功能主要取決于各部分零件的配合，所以進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要制作各部分的設(shè)計(jì)圖紙，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字模擬技術(shù)可以對平面圖紙進(jìn)行立體化演示。在計(jì)算機(jī)顯示界面上，可以為相關(guān)工作人員帶來立體化的模型。設(shè)計(jì)人員通過立體模型，可以初步判斷設(shè)計(jì)圖紙是否符合設(shè)計(jì)需求。同時(shí)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的細(xì)致化數(shù)據(jù)檢測，可以有效甄別出設(shè)計(jì)方案的不合理之處，提醒相關(guān)設(shè)計(jì)人員對該部分結(jié)構(gòu)的參數(shù)或其它數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，并保證整體結(jié)構(gòu)的合理性。經(jīng)過反復(fù)的修改，最終得到一個(gè)成熟的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案[5]。

4.3 正確設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能

結(jié)合機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，將運(yùn)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其根本原因是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)力學(xué)知識可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)械結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)中，首要的就是保證機(jī)械設(shè)備中各部分可以進(jìn)行正常的運(yùn)行。面對這些產(chǎn)品中所存在的零部件以及零部件的銜接部位，設(shè)計(jì)人員需要采取相應(yīng)的措施保證設(shè)備在長期運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，該部分可以保持良好的狀態(tài)。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員也要充分尊重零部件安裝的空間結(jié)構(gòu)原則，其具體內(nèi)容是指在大型機(jī)械設(shè)備中，如果相關(guān)零部件以及及連接部位所處的空間較小，就要避免這些部件發(fā)生損壞，因?yàn)槿绻麚p耗率較高的零部件安裝在空間較小的位置，會(huì)為工作人員的維修以及維護(hù)帶來大量的不便，無法對其進(jìn)行及時(shí)的更換或維修，可能會(huì)對整個(gè)生產(chǎn)流程造成嚴(yán)重影響。

面對運(yùn)動(dòng)力學(xué)知識的應(yīng)用，相關(guān)工作人員可以對消耗率高的部件進(jìn)行形態(tài)以及材質(zhì)等方面的調(diào)整，一方面是提高材料的耐磨損強(qiáng)度;另一方面是降低維修、維護(hù)的難度，有效減少該部分零件故障的發(fā)生率，或縮短該部分零件進(jìn)行維修、維護(hù)的工作時(shí)間，提升設(shè)備運(yùn)行效率。另外，動(dòng)力傳輸零件是運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)中的主要基礎(chǔ)零件，如皮帶、鏈條等，此類零件在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)面臨一定的物理碰撞，損耗率相對較高在開展設(shè)計(jì)工作的過程中，設(shè)計(jì)人員需要確保機(jī)械結(jié)構(gòu)基本功能性實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，不斷對零部件的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，降低其損壞率[6]。

5? 結(jié)束語

綜上所述，為提升我國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的綜合競爭力，相關(guān)工作人員需結(jié)合行業(yè)發(fā)展趨勢及時(shí)更新自身設(shè)計(jì)觀念。應(yīng)用運(yùn)動(dòng)力學(xué)知識，豐富機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行科學(xué)化的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得以創(chuàng)新與應(yīng)用，更好地推動(dòng)我國機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)水平的整體提升。

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