劉蕾

摘要：隨著我國經(jīng)濟水平的提升，機械制造行業(yè)正處于快速發(fā)展階段。當前機械制造業(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)對社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的改變，機械領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)或單位應(yīng)該重視機械制造技術(shù)的創(chuàng)新以及升級。結(jié)合運動學力學原理，提升機械產(chǎn)品的科技感。本文主要介紹運動力學相關(guān)原理在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，以期為相關(guān)工作人員提供有價值的參考內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：運動力學;機械結(jié)構(gòu);設(shè)計;應(yīng)用

0? 引言

近年來，隨著經(jīng)濟的全球化，社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變對我國各行業(yè)產(chǎn)生強有力的沖擊，所以面對經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的影響，我國機械產(chǎn)業(yè)以及制造業(yè)需要進行及時的轉(zhuǎn)型。利用現(xiàn)代化科學技術(shù)提升企業(yè)創(chuàng)造力，利用機械設(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。機械結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項內(nèi)容較為復(fù)雜的工作，所以相關(guān)研究人員應(yīng)該深入了解運動力學的相關(guān)知識，優(yōu)化我國機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，提升我國機械制造業(yè)的綜合競爭力。

1? 運動力學與機械結(jié)構(gòu)設(shè)計之間的關(guān)系

在進行機械設(shè)備的生產(chǎn)過程中，設(shè)計完善科學的機械結(jié)構(gòu)是保證設(shè)備穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)。合理的機械結(jié)構(gòu)不僅能確保機械產(chǎn)品本身功能特點的有效發(fā)揮，同時可以實現(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，進而獲得更大的利潤空間。

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

2? 運動力學在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 運動力學在零部件連接方面的應(yīng)用

在機械產(chǎn)業(yè)中，機械設(shè)備和機械產(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)計過程中，設(shè)計工作人員需要結(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。在零件連接方面，運動力學知識起到?jīng)Q定性的作用。因為，它可以將具有抽象化特征的連接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w化的連接結(jié)構(gòu)，為整個機械系統(tǒng)提升優(yōu)化性能。例如，設(shè)計人員在充分了解機械產(chǎn)品中各部分零件的連接方式后，為其建立一個可視化的數(shù)字虛擬模型，通過計算機中的相關(guān)軟件對該虛擬模型進行技術(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)分布進行合理優(yōu)化，族中取得最佳的排列方式[2]。

2.2 運動力學知識在機械設(shè)備操作方面的應(yīng)用

機械設(shè)備在生產(chǎn)加工之后會投入到正常使用中，在使用中會由于機械運轉(zhuǎn)而為零部件帶來一定程度的損耗，為延長機械設(shè)備的使用壽命，相關(guān)工作人員可以結(jié)合運動力學知識，有效減少設(shè)備運行過程中所面對的磨損問題。在我國機械領(lǐng)域，機械設(shè)備操作磨損，一般為摩擦損耗。對此，設(shè)計人員可以為該設(shè)備的不同運行模式，建立虛擬運行模型，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)生損耗情況最嚴重的位置。以及經(jīng)過長期運行之后，磨損消耗會為整個機械設(shè)備帶來哪些具體的影響。

過對上述問題的詳細了解，相關(guān)工作人員可以有效采取應(yīng)對措施，減少機械運行中的摩擦損耗，提升機械設(shè)備整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化力度。例如，可以調(diào)整機械設(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，來降低機械設(shè)備運行過程中所產(chǎn)生的摩擦損耗，有效延長機械設(shè)備的使用壽命[3]。

3? 運動力學應(yīng)用于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

3.1 基本力學原則

在應(yīng)用運動力學時，設(shè)計人員一定要保證設(shè)計中的各個環(huán)節(jié)，充分滿足力學原則的基本條件。比如，在材料選擇方面，合理使用材料力學知識;在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，充分利用結(jié)構(gòu)力學知識等等。以材料力學知識的應(yīng)用為例，在機械實際運行過程中，機械零件由于制作原材料的不同，可能會產(chǎn)生不同程度的形變，其根本原因是因為制作原材料形變程度的不同。

比如，在機械制造行業(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)計人員在設(shè)計機械結(jié)構(gòu)時，要充分考慮剪切力對這種類型連接零件的影響。為構(gòu)建完善的機械結(jié)構(gòu)，設(shè)計人員需要充分了解到設(shè)計過程中所使用到的各種零件及其構(gòu)成材質(zhì)，結(jié)合其運動學方面的特性，充分考慮各零部件的運動學特點，實現(xiàn)對機械產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計。

3.2 創(chuàng)新性原則

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

4? 運動力學應(yīng)用流程

4.1 制定整體性策略

在應(yīng)用運動力學知識，進行機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)該以宏觀層面對整體設(shè)計流程進行把控。將機械結(jié)構(gòu)劃分為不同的部分，基于每個部分的實際功能，為其匹配相應(yīng)的設(shè)計人員。在保證不同部分發(fā)揮各自功能的同時，優(yōu)化各個部分的設(shè)計結(jié)構(gòu)，進而為機械設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供有力保障。

4.2 分析機械結(jié)構(gòu)方式

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

4.3 正確設(shè)計機械結(jié)構(gòu)的功能

結(jié)合機械行業(yè)的發(fā)展，將運動力學應(yīng)用于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，其根本原因是因為運動力學知識可以實現(xiàn)對機械結(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)濟效益。所以在進行設(shè)計中，首要的就是保證機械設(shè)備中各部分可以進行正常的運行。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)計人員需要采取相應(yīng)的措施保證設(shè)備在長期運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，該部分可以保持良好的狀態(tài)。同時，設(shè)計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，因為如果損耗率較高的零部件安裝在空間較小的位置，會為工作人員的維修以及維護帶來大量的不便，無法對其進行及時的更換或維修，可能會對整個生產(chǎn)流程造成嚴重影響。

面對運動力學知識的應(yīng)用，相關(guān)工作人員可以對消耗率高的部件進行形態(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度;另一方面是降低維修、維護的難度，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行維修、維護的工作時間，提升設(shè)備運行效率。另外，動力傳輸零件是運動力學在機械結(jié)構(gòu)中的主要基礎(chǔ)零件，如皮帶、鏈條等，此類零件在運轉(zhuǎn)過程中會面臨一定的物理碰撞，損耗率相對較高在開展設(shè)計工作的過程中，設(shè)計人員需要確保機械結(jié)構(gòu)基本功能性實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，不斷對零部件的設(shè)置進行調(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)展趨勢及時更新自身設(shè)計觀念。應(yīng)用運動力學知識，豐富機械結(jié)構(gòu)設(shè)計理念。依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計原則，進行科學化的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證機械結(jié)構(gòu)設(shè)計得以創(chuàng)新與應(yīng)用，更好地推動我國機械行業(yè)的發(fā)展，促進我國經(jīng)濟水平的整體提升。

參考文獻：

[1]戎宏飛.力學知識在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用研究[J].數(shù)碼世界，2019（7）：35-36.

[2]李愛軍.FRP的力學性能研究及其在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].塑料工業(yè)，2018（5）.

[3]陳沖.運動力學在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].赤峰學院學報（自然科學版），2017，033（019）：62-64.

[4]喬棟.解析運動力學在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].綠色環(huán)保建材，2016（8）.

[5]胡曉芳.解析運動力學在機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（16）：265.

[6]呂懷發(fā).淺析運動力學在機械機構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用研究[J]. 科學中國人，2017.