運動(dòng)力學(xué)中機械結構設計應用探析論文
摘要：運動(dòng)力學(xué)是研究物體運動(dòng)規律的，通常指的是物體的運動(dòng).隨著(zhù)現代運動(dòng)力學(xué)理論的不斷延伸發(fā)展，其在很多領(lǐng)域已經(jīng)有了比較深入的應用.基于此，在本文的研究中，主要對運動(dòng)力學(xué)在機械結構設計中的應用進(jìn)行論述，并結合一些實(shí)際機械設計案例，對運動(dòng)力學(xué)的應用價(jià)值和作用進(jìn)行分析，希望可以對相關(guān)機械結構設計領(lǐng)域對運動(dòng)力學(xué)的科學(xué)運用起到一定的參考和啟發(fā)作用.
關(guān)鍵詞：運動(dòng)力學(xué)；零部件鏈接；機械結構；設計應用；疲勞力學(xué)
機械結構設計過(guò)程中，會(huì )運用很多原理，其中運動(dòng)力學(xué)原理發(fā)揮著(zhù)非常重要的理論指導作用.在物理學(xué)的很多力學(xué)實(shí)驗中，運動(dòng)力學(xué)也是受到很多研究人員重視和關(guān)注的.可以說(shuō)，運動(dòng)力學(xué)作為機械科學(xué)與物理學(xué)科的一種連接紐帶，通過(guò)科學(xué)合理的應用運動(dòng)動(dòng)力學(xué)，對于機械結構設計的改良和優(yōu)化，具有十分有價(jià)值的指導意義.機械機構設計質(zhì)量和效率的提升，離不開(kāi)運動(dòng)力學(xué)理論的支撐.因此，本文通過(guò)對運動(dòng)力學(xué)進(jìn)行深度解析，并將機械結構設計的要素進(jìn)行系統歸納總結，結合一些實(shí)際案例，對運動(dòng)力學(xué)在機械結構設計中的應用問(wèn)題進(jìn)行分析.
1機械結構設計在應用中的技術(shù)要素
機械結構設計是機械工藝技術(shù)革新的重要技術(shù)手段，而在結構設計中很多關(guān)鍵技術(shù)要素，正是決定機械機構設計水平的基礎.運動(dòng)力學(xué)在機械結構設計中，不僅要實(shí)現關(guān)鍵技術(shù)要素的改良優(yōu)化，并且在設計工藝、生產(chǎn)效率方面也要得到提升.機械機構設計在幾何層面、理論原理層面，要遵循精密設計技術(shù)的原則指導，保證零部件之間實(shí)現精細緊密的咬合，并保證咬合力得到一定程度的提升.在機械機構運動(dòng)過(guò)程中，咬合力能夠隨著(zhù)機械零部件的轉動(dòng)，而實(shí)現動(dòng)態(tài)的變化，保持同機械運動(dòng)作業(yè)要求相符合的力度要求.機械結構設計中要對不同的面進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)應用運動(dòng)力學(xué)原理，保證每一個(gè)不同的面上的用力、收禮以及摩擦阻力等，在機械設備運轉的過(guò)程中，達到和動(dòng)態(tài)平衡變化.
2運動(dòng)力學(xué)在機械結果設計中的應用
運動(dòng)力學(xué)在機械結構設計中，有著(zhù)很高的應用價(jià)值.從當前的實(shí)踐應用情況來(lái)看，其價(jià)值主要體現在如下兩個(gè)方面：
2.1在機械結構零部件的鏈接方面
機械結構設計過(guò)程中，會(huì )用到很多零部件，而對零部件的鏈接，不同的鏈接方式，其效果和作用也不相同.例如，應用較多的零部件鏈接模式，間接鏈接和直接鏈接.在實(shí)際運用時(shí)，會(huì )出現相差較大的表現.不過(guò)在運動(dòng)力學(xué)的核心指導思想上，機械結構設計中的關(guān)鍵要素在根本上是相同的.例如，很多機械結構，通過(guò)觀(guān)測力矩的不同變化，然后計算不同聯(lián)接點(diǎn)之間的摩擦力和壓力，根據這些數據就可以合理的選擇零部件的鏈接方式，并對零部件的材料選擇、工藝制作等，提出更加的科學(xué)建議.運動(dòng)力學(xué)在精確計算下，能夠為機械零部件的指標性選擇，提供更加有力的理論支撐.在一些工業(yè)機械設備中，常見(jiàn)到由于動(dòng)力輸出、鏈接方式的不恰當，容易導致結構整體功能發(fā)揮不出來(lái)，或者是動(dòng)力傳輸效率低下，這些都與運動(dòng)力學(xué)的運用情況有關(guān)，合理的運動(dòng)力學(xué)應用設計，能夠提高機械設備的運作效率.對于減少不合理的動(dòng)力輸出減損，提高傳輸效率，有著(zhù)很重要的作用.
2.2指導合理解決零部件的損耗
機械結構包含豐富的零部件，機械結構整體作用的發(fā)揮，主要是依靠零部件的運動(dòng)實(shí)現的.而在對機械零部件進(jìn)行操作環(huán)節，由于各種零件之間會(huì )產(chǎn)生摩擦，所以摩擦損耗幾乎是不可避免的.在這種情況下，運動(dòng)力學(xué)的原理和理念，就可以發(fā)揮非常重要的指引作用.通過(guò)借助運動(dòng)力學(xué)的機械運動(dòng)理論，根據機械機構中的零部件在摩擦運動(dòng)中的實(shí)際做功情況，可以比較精確的計算不同結構部位的損耗系數.機械結構設計如果掌握了各種零部件比較精確的損耗系數，則會(huì )在零部件的材質(zhì)選擇、調試保養方式方面，進(jìn)一步提高水平，從而降低機械結構的損耗程度，延長(cháng)使用壽命.在一些比較重要的精密機械結構中，例如，醫療設備、分析儀器等，里面往往有一些容易損耗的材料，如果相關(guān)的結構的力學(xué)設計不合理，會(huì )導致局部作用力的偏大失衡，其結構就是導致一些抗磨性較差的部件發(fā)生損壞，從而影響實(shí)際使用效果.因此，通過(guò)對運動(dòng)力學(xué)應用的科學(xué)分析，梳理每一個(gè)結構部件的`運動(dòng)力學(xué)應用情況，對存在問(wèn)題的，要進(jìn)行調整優(yōu)化.
3機械結構設計中，運動(dòng)力學(xué)的常用設計準則
3.1要能夠滿(mǎn)足力學(xué)的各方面綜合要求
機械結構的設計，是一項比較復雜、系統的工作，而在設計過(guò)程中，很多地方運用到運動(dòng)力學(xué)原理以及其他方面的物理力學(xué)原理.這就要求在設計機械結構時(shí)，要綜合考慮各種情況下，力學(xué)原理的使用準則.例如，對于在使用時(shí)，不斷運動(dòng)的機械結構，要考慮運動(dòng)力學(xué)在不同結構部位運用是否合理，機械結構自身的強度、運轉速度等，都會(huì )影響運動(dòng)力學(xué)原理的最終表現效果.機械設備在運轉作業(yè)時(shí)，不同的結構部位，其所受到的作用力不同，也會(huì )使得結構部件的抗疲勞性能發(fā)生變化，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，在研究運動(dòng)力學(xué)應用的同時(shí)，也需要考慮到材料力學(xué)、疲勞力學(xué)以及其他可能發(fā)生的物理變化的，在綜合各方面要求的基礎上，通過(guò)合理的設計，發(fā)揮運用力學(xué)的綜合指導作用，提高機械結構設計的合理性.
3.2創(chuàng )新機械結構的設計理念
運動(dòng)力學(xué)在現代機械結構設計中，運用的方式方法在不斷創(chuàng )新變化.而機械結構設計的理念，也要隨著(zhù)新的技術(shù)的應用突破，進(jìn)行不斷創(chuàng )新.機械結構設計中運用較多的設計理念，就是變元設計方法.變元設計理念的核心內涵就是定元、定向控制設計，找到影響結構設計的關(guān)鍵因素，并通過(guò)對變量的調整變化，設計好機械結構變化情況下運動(dòng)力學(xué)適用模型.很多創(chuàng )新結構和新的結構模型，在使用過(guò)程中表現的效果非常好.運用運動(dòng)力學(xué)，既要達到結構設計的科學(xué)合理，同時(shí)，又要保證機械結構設計使用的經(jīng)濟效益.在很多大型的機械設備運轉時(shí)，有結構組織的變化，可能會(huì )導致結構部件之間的作用力發(fā)生變化，在這種情況下，定元、定向的設計方法，就能夠控制好機械結構的關(guān)鍵程序，實(shí)現最優(yōu)化的設計，減少不當的設計失誤.
4運動(dòng)力學(xué)在機械結構設計中應用的程序
運動(dòng)力學(xué)的應用是一項比較復雜的系統過(guò)程，需要機械結構設計人員做到整體的把握，并且做好其他相關(guān)理論的論證和實(shí)驗.在本文的研究過(guò)程中，通過(guò)對一些實(shí)際設計案例的分析，基本上總結出如下幾個(gè)方面的設計步驟程序.
4.1形成運動(dòng)力學(xué)設計的整體策略
運動(dòng)力學(xué)的應用，要從結構設計大的方面確定整體策略.有了一個(gè)比較完善的整體策略，在全局觀(guān)的視角下，形成運動(dòng)力學(xué)在不同細小分支部件的應用模型.這對于設計者來(lái)說(shuō)，首先在整體策略中，要考慮好哪些大的部件結構，需要運用運動(dòng)力學(xué)，其運用的實(shí)際效果能夠達到什么程度，這就需要形成一個(gè)比較模糊的設計形象概念.比較精密的機械結構設計，還需要運用一些科學(xué)算法，如數學(xué)模糊算法、微積分計算等，得到運動(dòng)力學(xué)的設計應用參數范圍.在這個(gè)基礎上，設計者可以基本上確定機械結構設計的大小尺寸，占用空間等.尺寸設定好之后，需要對結構部件的材料進(jìn)行選擇，材料的確定，要考慮對應的力學(xué)參數，以及在結構運動(dòng)過(guò)程中，參數的變化.
4.2對機床的結構方式進(jìn)行確定
在機械結構設計過(guò)程中，一些重要的部位零部件，不僅要在圖紙上進(jìn)行理論論證說(shuō)明，分析運用力學(xué)的應用邏輯，而且在實(shí)際結構部件組裝時(shí)，還要能夠順暢對接.這就需要做好機床加工的結構布置方案.機床是沖壓各種零部件的重要設備，在沖壓過(guò)程中，會(huì )對一些關(guān)鍵的結構部位進(jìn)行力度檢驗，運動(dòng)力學(xué)運用是否合理，通過(guò)機床結構方式的變化，能夠進(jìn)行反復試驗.所以，對于機械結構來(lái)說(shuō)，運動(dòng)力學(xué)的應用，必須要做到圖紙與實(shí)物的順暢對接，不能出現在設計圖紙上論證可行的理論，而在實(shí)物機械結構中不能發(fā)揮作用的現象.機床的結構方式，同實(shí)際機械結構設備的設計模型要匹配，在運動(dòng)力學(xué)原理的應用方法，機床內部的結構方式、動(dòng)力作用傳輸、結構控制等，要做好設計科學(xué)，使用合理，這樣才能夠為機械結構的合理設計，提供良好的基礎架構支撐.
4.3合理設定機械結構的各部件及總成結構形式功能
運動(dòng)力學(xué)在機械結構運作時(shí)，要顯示出其應用優(yōu)勢和特點(diǎn)，就需要對總體的結構形式機器功能進(jìn)行合理設定.機械結構中的部件功能、性質(zhì)，以及組合方式，要能夠確保在發(fā)生一些較小的物理碰撞下，保持完好.各種組件的安裝和拆卸，要考慮設計空間結構的便利性.例如，在內部空間結構比較小的情況下，一般耗材部件的更換，如果能夠通過(guò)科學(xué)的設計，改變部件的一些形式，則會(huì )使得部件的更換變得省時(shí)省力.運動(dòng)力學(xué)中常用的一些動(dòng)力傳輸工具，例如齒輪、皮帶、鏈條等，在這些傳遞部件中，皮帶是比較容易損壞的.在考慮綜合結構部件合理、性能達到要求的情況下，如果能夠在設計中減少對皮帶的使用，或者使用一些較小的齒輪代替，則會(huì )大大減小更換皮帶的時(shí)間.這在實(shí)際機械設備施工作業(yè)中，往往會(huì )影響效率和實(shí)際作業(yè)質(zhì)量.所以，對于機械結構設計中，很多部件更換問(wèn)題，通過(guò)運動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論的融合與指導，變化動(dòng)力、機械運動(dòng)方式，保證其功能作用不受影響，這樣才能夠充分體現運動(dòng)力學(xué)的應用價(jià)值.
4.4做好運動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論的計算校核
運動(dòng)力學(xué)在機械結構設計應用方面，是需要進(jìn)行比較復雜的計算和校核的.因此，對于設計技術(shù)人員一定要掌握必要的計算方法.例如支持PLC或數控系統或運動(dòng)控制卡等這一類(lèi)東西所需要的程序邏輯算法.舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子就是比如解決一只N軸聯(lián)動(dòng)的機械手的算法問(wèn)題.需要考慮當臂關(guān)節平面移動(dòng)，臂關(guān)節轉動(dòng)，肘關(guān)節平面移動(dòng)，肘關(guān)節轉動(dòng)，腕關(guān)節轉動(dòng)，指關(guān)節擺動(dòng)等一切運動(dòng)所遵循的運動(dòng)軌跡方程.要緊密聯(lián)系物理現象的計算.比如靜力學(xué)，運動(dòng)力學(xué)，彈性力學(xué)，流體力學(xué)等.當設計某個(gè)零件時(shí)，首先要考慮這個(gè)零件所要承擔或完成什么任務(wù)，再結合這些任務(wù)去確定這個(gè)零件的形狀，確定形狀和所需要滿(mǎn)足的運動(dòng)關(guān)系尺寸后再去針對這個(gè)零件的受力狀態(tài)和受力性質(zhì)以及材質(zhì)同時(shí)考慮轉速、熱變形以及設計壽命等等諸多因素后到最后才能下手去確定各個(gè)部位的形狀和位置尺寸.對于零件或部件加工或組裝時(shí)候的工時(shí)以及各項工藝參數的計算，就比如制造某款設備，鐵板下料部分需要進(jìn)行鐵板排料的計算.金加工部分對于不同的加工性質(zhì)有不同的加工參數的計算以及不同的加工方法排列的計算，以及在這樣的工藝參數下各個(gè)步驟所需要的加工時(shí)間的計算.
5結語(yǔ)
通過(guò)對運動(dòng)力學(xué)的理論闡釋及對其在機械結構設計應用中的使用角度和應用范圍進(jìn)行深度分析，便可得知運動(dòng)力學(xué)對機械設計所具有的非比尋常的指導作用和干預影響.由于機械產(chǎn)品的使用在當今經(jīng)濟活動(dòng)中，與運動(dòng)設備之間的聯(lián)系越發(fā)緊密，因此在機械結構的設計活動(dòng)中，需要機械運動(dòng)理論的深度化透析和研究，并且緊隨市場(chǎng)需求的步伐，進(jìn)行相應的技術(shù)改革與理念創(chuàng )新，為國家的機械制造業(yè)提供更為便捷的服務(wù).
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