试论机械结构设计中运动力学的应用

试论机械结构设计中运动力学的应用

陈创

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摘要：在进行机械结构设计时，运动力学作为连接物理学与机械科学的重要内容，其对机械结构设计的提高与改进有着积极的引导作用，并且还有利于提升机械结构产品质量，促使设计的机械结构产品更好的满足社会发展的需求。本文对运动力学在机械机构设计中的应用进行了分析探讨。

关键词：机械结构设计；运动力学；应用

引言：运动力学作为机械科学与物理学科的一种连接纽带，通过科学合理的应用运动动力学，对于机械结构设计的改良和优化，具有十分有价值的指导意义.机械机构设计质量和效率的提升，离不开运动力学理论的支撑。

一、机械结构设计特征研究

机械结构设计的流程中特征大致可以分为两点，而这两点都是从流程中的多样化进行分析的。（1）设计方案的多样化，要想有完善的机械结构设计流程，就必须要有一套好的设计方案，而这个设计方案并不是固定的，它可以从各方面进行设计，侧重点也不同，好的设计方案要有好的设计理念、设计构图以及设计运算等等，这些缺一不可，但是这些东西是随着个人的影响而变化的。（2）设计问题的多样化。在机械结构设计流程中，会出现各种各样的问题，每一种问题所导致的结果都不一样，因此就必须采用各种方案去解决这些问题，这就导致了设计问题的多样化。在机械结构设计中应该考虑到可能会发生的各种问题，想出相应的解决方案，从而完善机械结构设计流程，确保达到预期的效果。机械结构设计流程是一个比较灵活的环节，他可以在过程中进行调整和完善，从而达到好的效果，因此对机械结构设计中出现的问题应该灵活处理，主动处理，创新处理，而不是被动的去模仿别人的处理方案。

二、机械结构设计元素分类

（1）几何元素，在机械结构设计中往往要运用到各种几何元素，譬如零件之间的契合度，这些对机械结构设计至关重要，如果有一个零件的契合度没有达到想要的效果，那么，最后的结果大概率就是失败，很有可能造成不可挽回的后果。因此，在机械结构设计中技术人员要充分考虑到这个问题，每一个零件都要达到规定。（2）关联元素，在机械结构设计中，各种零件的作用不是互不相干的，而是相辅相成的，只要一个零件出现问题，那么与他关联的零件也会出现问题，这就是机械设计元素中的关联元素。而关联又分直接关联和间接关联，这两种问题在机械结构设计中都是要考虑到的。

三、运动力学在机械结构中应用的技术要素和设计准则

机械结构设计是机械工艺技术革新的重要技术手段，而在结构设计中很多关键技术要素，正是决定机械机构设计水平的基础。运动力学在机械结构设计中，不仅要实现关键技术要素的改良优化，并且在设计工艺、生产效率方面也要得到提升。机械机构设计在几何层面、理论原理层面，要遵循精密设计技术的原则指导，保证零部件之间实现精细紧密的咬合，并保证咬合力得到一定程度的提升。在机械机构运动过程中，咬合力能够随着机械零部件的转动，而实现动态的变化，保持同机械运动作业要求相符合的力度要求。机械结构设计中要对不同的面进行优化，通过应用运动力学原理，保证每一个不同的面上的用力、收礼以及摩擦阻力等，在机械设备运转的过程中，达到和动态平衡变化。

在进行机械产品结构设计过程中，必须要考虑到材料力学、弹性力学、疲劳力学等相关的力学准则，并且在此基础上，通过相应力学的强度计算法则，实现设计合格化的机械产品，积极引用在生产活动之中。在运动力学的物理学术体系中，疲劳力学便是一个值得参照的对象。由于其与轴承、齿轮以及轴的使用寿命等存在着直接的关联，因此在设计过程中，研究人员通常会依据不同机械零件的载荷变化，实现力学计算的灵活化处理，进而实现产品结构的优化，并延长机械产品的使用寿命和利用周期。由于零件的截面尺寸的变化，能够带动其内应力变化适应能力的提高，这便能够使得各截面的强度相等。而按等强度原理设计的结构，材料才可以得到充分的利用，提高经济效益。

运动力学在现代机械结构设计中，运用的方式方法在不断创新变化。机械结构设计中运用较多的设计理念，就是变元设计方法。变元设计理念的核心内涵就是定元、定向控制设计，找到影响结构设计的关键因素，并通过对变量的调整变化，设计好机械结构变化情况下运动力学适用模型。很多创新结构和新的结构模型，在使用过程中表现的效果非常好。运用运动力学，既要达到结构设计的科学合理，同时，又要保证机械结构设计使用的经济效益。在很多大型的机械设备运转时，有结构组织的变化，可能会导致结构部件之间的作用力发生变化，运用定元、定向的设计方法能控制好机械结构的关键程序，实现最优化的设计，减少不当的设计失误。

四、运动力学在机械结构设计中的应用

运动力学在机械结构设计中，有着很高的应用价值。主要有以下两个方面：

4.1在机械结构零部件的链接方面

机械结构设计过程中，会用到很多零部件，而对零部件的链接，不同的链接方式，其效果和作用也不相同。例如，应用较多的零部件链接模式，间接链接和直接链接.在实际运用时，会出现相差较大的表现。不过在运动力学的核心指导思想上，机械结构设计中的关键要素在根本上是相同的。例如，很多机械结构，通过观测力矩的不同变化，然后计算不同联接点之间的摩擦力和压力，根据这些数据就可以合理的选择零部件的链接方式，并对零部件的材料选择、工艺制作等，提出更加的科学建议。运动力学在精确计算下，能够为机械零部件的指标性选择，提供更加有力的理论支撑。在一些工业机械设备中，常见到由于动力输出、链接方式的不恰当，容易导致结构整体功能发挥不出来，或者是动力传输效率低下，这些都与运动力学的运用情况有关，合理的运动力学应用设计，能够提高机械设备的运作效率。对于减少不合理的动力输出减损，提高传输效率，有着很重要的作用。

4.2运用运动力学指导分析机械操作中损耗

在机械零件的操作过程中，一旦发生损耗等相关问题，运动力学的理念和技术原理同样存在着必要的指引作用，特别是在行动与摩擦之后产生的损耗之后，借助运动力学的相关理论，便能够依照运动做工，实现计算机的损耗系数，并且对零件的损耗程度进行相应的预定，还能够在根本上实现材质筛选的科学性。比如，我们学生在生活中，进行锻炼时会碰到小区的运动器械，大部分就是通过运动力学和机械构成的设计作为基础进行结合，具备代表性的例子如室外的漫步机，他们是用轴承作为和连接处连接的东西，形状为圆形，可以减少活动过程的损耗，还可以达到运动的效果，这也是为什么我们可以使用室外漫步机，完成简单的走路锻炼。总之，充分利用运动力学，是保证机械结构设计的基础，也是未来的发展方向。

五、结束语

通过对运动力学的理论阐释及对其在机械结构设计应用中的使用角度和应用范围进行深度分析，可得知运动力学对机械设计有着重要的指导作用。因此在机械结构的设计活动中，需要机械运动理论的深度化透析和研究，并且紧随市场需求的步伐，进行相应的技术改革与理念创新，为国家的机械制造业提供更为便捷的服务。

参考文献：

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