運動力學在機械結構設計中的應用

劉蕾

摘要：隨著我國經濟水平的提升，機械制造行業正處于快速發展階段。當前機械制造業，是我國工業領域以及制造業發展的基石。為應對社會經濟結構的改變，機械領域相關企業或單位應該重視機械制造技術的創新以及升級。結合運動學力學原理，提升機械產品的科技感。本文主要介紹運動力學相關原理在機械結構設計中的應用，以期為相關工作人員提供有價值的參考內容。

關鍵詞：運動力學;機械結構;設計;應用

0? 引言

近年來，隨著經濟的全球化，社會經濟結構的轉變對我國各行業產生強有力的沖擊，所以面對經濟轉型的影響，我國機械產業以及制造業需要進行及時的轉型。利用現代化科學技術提升企業創造力，利用機械設備來代替傳統的人工作業，將有效提高企業生產效率。機械結構設計是一項內容較為復雜的工作，所以相關研究人員應該深入了解運動力學的相關知識，優化我國機械結構設計，提升我國機械制造業的綜合競爭力。

1? 運動力學與機械結構設計之間的關系

在進行機械設備的生產過程中，設計完善科學的機械結構是保證設備穩定生產的基礎。合理的機械結構不僅能確保機械產品本身功能特點的有效發揮，同時可以實現對制造部件的合理化應用。通過對生產成本的合理優化，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研究人員所重視，機械制造領域通過應用運動力學知識，實現對機械結構設計的有效改革。可以說，將運動力學理念應用于機械結構設計，是機械領域改革的關鍵。結合運動力學理念在機械結構設計中的應用，可以看出隨著機械行業的發展，運動力學的研究與應用已經取得不小的成績。面對機械領域機械結構設計的發展前景，運動力學有效融合于機械結構設計可以從根本上提高機械產品的自動化程度，充分解放勞動力。結合具體的設計實例，相關設計人員需要充分掌握運動力學設計原理，做好產品各部件連接的工作，從整體上對機械結構進行優化[1]。

2? 運動力學在機械結構設計中的應用

2.1 運動力學在零部件連接方面的應用

在機械產業中，機械設備和機械產品其結構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。在設計過程中，設計工作人員需要結合不同零件之間的特性，來選擇相應的連接方式。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，運動力學知識起到決定性的作用。因為，它可以將具有抽象化特征的連接結構轉變為具體化的連接結構，為整個機械系統提升優化性能。例如，設計人員在充分了解機械產品中各部分零件的連接方式后，為其建立一個可視化的數字虛擬模型，通過計算機中的相關軟件對該虛擬模型進行技術參數方面的操控，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，然后結合受力情況對其結構分布進行合理優化，族中取得最佳的排列方式[2]。

2.2 運動力學知識在機械設備操作方面的應用

機械設備在生產加工之后會投入到正常使用中，在使用中會由于機械運轉而為零部件帶來一定程度的損耗，為延長機械設備的使用壽命，相關工作人員可以結合運動力學知識，有效減少設備運行過程中所面對的磨損問題。在我國機械領域，機械設備操作磨損，一般為摩擦損耗。對此，設計人員可以為該設備的不同運行模式，建立虛擬運行模型，借此觀測出在不同操作模式下，設備內部的損耗情況，并清晰了解到發生損耗情況最嚴重的位置。以及經過長期運行之后，磨損消耗會為整個機械設備帶來哪些具體的影響。

過對上述問題的詳細了解，相關工作人員可以有效采取應對措施，減少機械運行中的摩擦損耗，提升機械設備整體結構設計的優化力度。例如，可以調整機械設備中的零部件尺寸或是更換零部件的質地，選擇用其他原料來制作零部件等等，來降低機械設備運行過程中所產生的摩擦損耗，有效延長機械設備的使用壽命[3]。

3? 運動力學應用于機械結構設計的原則

3.1 基本力學原則

在應用運動力學時，設計人員一定要保證設計中的各個環節，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;在結構設計方面，充分利用結構力學知識等等。以材料力學知識的應用為例，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，對此設計人員在設計機械結構時，要充分考慮剪切力對這種類型連接零件的影響。為構建完善的機械結構，設計人員需要充分了解到設計過程中所使用到的各種零件及其構成材質，結合其運動學方面的特性，充分考慮各零部件的運動學特點，實現對機械產品的優化設計。

3.2 創新性原則

創新與發展二者密不可分。為推進企業的發展，必須針對原有技術進行積極的創新與應用。在機械制造行業同樣如此。設計人員在進行機械結構優化設計過程中，同樣要將創新性原則作為設計的重點內容，結合機械結構設計的特點，應該將創新的側重點集中于設計理念。設計人員在保證機械發揮基本功能的基礎上，要不斷優化機械設備的內部結構。應用現代社會流行的新材料，來實現機械設備的組裝，通過合理降低生產成本，為企業提高經濟效益。同時，新型材料的使用，也充分踐行我國當前推行的綠色、環保、可持續發展理念。在整個創新設計過程中，設計人員需要結合可持續發展理念有效控制機械設備的生產成本，借助于先進的模擬技術對機械設備進行虛擬化模擬，在投入正式生產之前測試機械設備的運行狀態以及運行效果是否符合設計要求[4]。需要注意的是，創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? 運動力學應用流程

4.1 制定整體性策略

在應用運動力學知識，進行機械結構設計時，設計人員應該以宏觀層面對整體設計流程進行把控。將機械結構劃分為不同的部分，基于每個部分的實際功能，為其匹配相應的設計人員。在保證不同部分發揮各自功能的同時，優化各個部分的設計結構，進而為機械設備的整體結構優化提供有力保障。

4.2 分析機械結構方式

在進行機械設備機械結構優化設計過程中，需要做好設計圖紙的準備工作。因為，設備可以發揮功能主要取決于各部分零件的配合，所以進行結構設計時需要制作各部分的設計圖紙，結合現代數字模擬技術可以對平面圖紙進行立體化演示。在計算機顯示界面上，可以為相關工作人員帶來立體化的模型。設計人員通過立體模型，可以初步判斷設計圖紙是否符合設計需求。同時，通過計算機系統的細致化數據檢測，可以有效甄別出設計方案的不合理之處，提醒相關設計人員對該部分結構的參數或其它數據進行修改，并保證整體結構的合理性。經過反復的修改，最終得到一個成熟的機械結構設計方案[5]。

4.3 正確設計機械結構的功能

結合機械行業的發展，將運動力學應用于機械結構設計，其根本原因是因為運動力學知識可以實現對機械結構的合理優化，有效降低企業生產成本，提升企業經濟效益。所以在進行設計中，首要的就是保證機械設備中各部分可以進行正常的運行。面對這些產品中所存在的零部件以及零部件的銜接部位，設計人員需要采取相應的措施保證設備在長期運轉狀態下，該部分可以保持良好的狀態。同時，設計人員也要充分尊重零部件安裝的空間結構原則，其具體內容是指在大型機械設備中，如果相關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，可能會對整個生產流程造成嚴重影響。

面對運動力學知識的應用，相關工作人員可以對消耗率高的部件進行形態以及材質等方面的調整，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生率，或縮短該部分零件進行維修、維護的工作時間，提升設備運行效率。另外，動力傳輸零件是運動力學在機械結構中的主要基礎零件，如皮帶、鏈條等，此類零件在運轉過程中會面臨一定的物理碰撞，損耗率相對較高在開展設計工作的過程中，設計人員需要確保機械結構基本功能性實現的基礎上，不斷對零部件的設置進行調整，降低其損壞率[6]。

5? 結束語

綜上所述，為提升我國經濟產業的綜合競爭力，相關工作人員需結合行業發展趨勢及時更新自身設計觀念。應用運動力學知識，豐富機械結構設計理念。依據相應的設計原則，進行科學化的機械結構設計，保證機械結構設計得以創新與應用，更好地推動我國機械行業的發展，促進我國經濟水平的整體提升。

參考文獻：

[1]戎宏飛.力學知識在機械結構設計中的運用研究[J].數碼世界，2019（7）：35-36.

[2]李愛軍.FRP的力學性能研究及其在橋梁結構設計中的應用[J].塑料工業，2018（5）.

[3]陳沖.運動力學在機械結構設計中的應用[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構設計中的應用[J].綠色環保建材，2016（8）.

[5]胡曉芳.解析運動力學在機械結構設計中的應用[J].山東工業技術，2015（16）：265.

[6]呂懷發.淺析運動力學在機械機構設計中的應用研究[J]. 科學中國人，2017.