機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運動力學(xué)知識的運用,力學(xué)論文

機械結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運動力學(xué)知識的運用,力學(xué)論文內(nèi)容摘要：運動力學(xué)研究的是物體的運動規(guī)律。這一理論在眾多領(lǐng)域中都有應(yīng)用，在機械構(gòu)造設(shè)計中也有著非常重要的應(yīng)用。就此展開了討論，簡述了機械構(gòu)造的設(shè)計特點以及設(shè)計要素，分析了運動力學(xué)在機械構(gòu)造設(shè)計中的應(yīng)用準(zhǔn)則，具體闡述了其在機械構(gòu)造設(shè)計中的詳細(xì)應(yīng)用。本文關(guān)鍵詞語：運動力學(xué);機械構(gòu)造設(shè)計;應(yīng)用;機械構(gòu)造設(shè)計是一項復(fù)雜的工作。運動力學(xué)對機械構(gòu)造設(shè)計具有理論指導(dǎo)作用。在機械構(gòu)造設(shè)計不斷創(chuàng)新的背景下，研究人員也在深切進(jìn)入研究運動力學(xué)理論，以此希望優(yōu)化機械構(gòu)造設(shè)計，提升機械構(gòu)造設(shè)計質(zhì)量。1機械構(gòu)造設(shè)計特點以及設(shè)計要素1.1機械構(gòu)造設(shè)計特點機械構(gòu)造設(shè)計具有下面特點：〔1〕一體化設(shè)計。機械構(gòu)造設(shè)計考慮、繪圖、計算等工作是統(tǒng)一的、嚴(yán)密相連的。這就意味著機械構(gòu)造設(shè)計的工作量比擬大，出現(xiàn)的問題比擬多，設(shè)計人員若想保證機械構(gòu)造設(shè)計的質(zhì)量，就要深切進(jìn)入討論整個機械構(gòu)造設(shè)計經(jīng)過，盡可能地保證每一個設(shè)計環(huán)節(jié)都能準(zhǔn)確、完善?！?〕牽涉的問題比擬多，且具有復(fù)雜、多解的特征。比方，對于同一個設(shè)計，能夠制定多個設(shè)計方案。作為設(shè)計人員，應(yīng)充分發(fā)揮本身的主導(dǎo)作用，從中選擇最佳的設(shè)計方案，保證機械構(gòu)造設(shè)計的質(zhì)量?！?〕活潑踴躍性最強。在機械設(shè)計中，需要對方案不斷地修改、優(yōu)化、完善，以知足設(shè)計要求。這一經(jīng)過是非常繁瑣、復(fù)雜的。1.2設(shè)計要素在機械構(gòu)造設(shè)計中，必需要考慮各種設(shè)計要素，保證機械構(gòu)造設(shè)計符合要求。但是，設(shè)計人員也應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識到，在機械構(gòu)造設(shè)計中，牽涉的理論、技術(shù)要素非常復(fù)雜，需綜合考慮各種影響因素，保證機械構(gòu)造設(shè)計方案的合理性。首先，在機械構(gòu)造設(shè)計中要考慮幾何要素。相對來講，機械構(gòu)造設(shè)計是一項非常精致細(xì)密的工作，各部分之間的咬合、位置、距離都需要經(jīng)過精心設(shè)計。在這一經(jīng)過中，必需要考慮幾何要素、科學(xué)設(shè)計機械零部件的面，并充分考量各零部件的接觸設(shè)計。其次，在機械構(gòu)造設(shè)計中要充分考慮聯(lián)合要素。設(shè)計人員不僅要對單個零件的設(shè)計進(jìn)行分析，更要充分考慮不同零件之間的連接問題，尤其要科學(xué)地設(shè)計不同零部件之間的功能面連接方式方法。另外，在機械構(gòu)造設(shè)計中，不同零部件之間的連接包括直接連接、間接連接兩種。在直接連接的設(shè)計中要充分考慮其功能面之間的縫隙問題，確保功能面之間的摩擦力最小，在間接連接中則要充分考慮聯(lián)動軸設(shè)計。最后，材料要素。材料選擇對機械構(gòu)造設(shè)計的影響非常大，尤其是在一些易磨損的部位，必需要選擇耐磨損、質(zhì)量好的零件，保證機械設(shè)備的運行效率。2運動力學(xué)在機械構(gòu)造設(shè)計中的應(yīng)用準(zhǔn)則2.1知足力學(xué)設(shè)計要求知足力學(xué)設(shè)計要求，詳細(xì)來講，是在機械構(gòu)造設(shè)計中充分考慮彈性力學(xué)、疲憊力學(xué)等力學(xué)準(zhǔn)則，以便提升機械構(gòu)造設(shè)計的科學(xué)性。華而不實，疲憊力學(xué)與軸承、齒輪、軸的使用壽命有著密切的聯(lián)絡(luò)。在詳細(xì)設(shè)計中，設(shè)計人員需要充分考慮機械零部件的荷載變化，并靈敏處理力學(xué)計算結(jié)果，優(yōu)化產(chǎn)品構(gòu)造，延長機械產(chǎn)品的使用壽命。同時，在這一經(jīng)過中，設(shè)計人員還需充分考慮零部件截面尺寸的變化，保證其內(nèi)應(yīng)力能靈敏變化、各截面強度能相等。這樣就可保證材料能得到充分利用。如在階梯軸、懸臂支架的構(gòu)造設(shè)計中，其截面強度都是相等的。階梯軸、懸臂支架的構(gòu)造設(shè)計如此圖1所示。圖1階梯軸、懸臂支架的構(gòu)造設(shè)計2.2不斷創(chuàng)新設(shè)計理念就當(dāng)前來看，大部分機械構(gòu)造設(shè)計多應(yīng)用機械構(gòu)造設(shè)計變元法，即對機械構(gòu)造設(shè)計的相關(guān)要素進(jìn)行優(yōu)化、挑選，保證能將最新的設(shè)計理念、方式方法應(yīng)用到機械構(gòu)造設(shè)計中。所以，在當(dāng)代化背景下，要繼續(xù)加大機械構(gòu)造設(shè)計理念的創(chuàng)新，不斷優(yōu)化機械設(shè)計方式方法。2.3積極引入新材料隨著我們國家科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新材料、新工藝不斷出現(xiàn)。在這一背景下，設(shè)計人員更要嘗試引入新材料，并根據(jù)新材料特性優(yōu)化機械構(gòu)造設(shè)計，進(jìn)而保證能充分發(fā)揮新材料的優(yōu)勢，提升機械構(gòu)造質(zhì)量，延長機械構(gòu)造的使用壽命。尤其是充分考慮新材料的力學(xué)性質(zhì)，深切進(jìn)入優(yōu)化機械構(gòu)造設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)[1]。3運動力學(xué)在機械構(gòu)造設(shè)計中的詳細(xì)應(yīng)用3.1應(yīng)用步驟運動力學(xué)應(yīng)用是一個系統(tǒng)性的工程，牽涉的要素、環(huán)節(jié)非常多，需要機械構(gòu)造設(shè)計人員充分把握運動力學(xué)基本理論，并在這里基礎(chǔ)上進(jìn)行機械構(gòu)造設(shè)計的論證、實驗，進(jìn)而選出最優(yōu)的機械構(gòu)造設(shè)計方案。其詳細(xì)應(yīng)用步驟包括：首先，整體分析運動力學(xué)設(shè)計謀略。在應(yīng)用運動力學(xué)時應(yīng)當(dāng)從整體入手，確定設(shè)計謀略，而后再進(jìn)行分支應(yīng)用模型的構(gòu)建。這樣能夠規(guī)范、有效地應(yīng)用運動力學(xué)。在構(gòu)成整體策略時，設(shè)計人員應(yīng)先充分考慮運用整體策略想要到達(dá)的目的，并構(gòu)成一個比擬模糊的設(shè)計概念。需要注意的是，對于精致細(xì)密度要求比擬高的機械構(gòu)造設(shè)計，還需充分應(yīng)用微積分計算、模糊計算等運算方式方法，將運動力學(xué)靈敏應(yīng)用到機械構(gòu)造設(shè)計中。這樣，設(shè)計人員就能夠基本確定機械構(gòu)造尺寸、占用空間。隨后，就能夠科學(xué)地選擇應(yīng)用材料，并分析機械構(gòu)造在運動中發(fā)生的參數(shù)變化情況。其次，確定機床構(gòu)造。對于重要零部件的設(shè)計應(yīng)當(dāng)在圖紙上給出理論闡述，在實際組裝中保證其能順暢對接。實現(xiàn)這一目的的前提是科學(xué)設(shè)計機床構(gòu)造，由于機床是制作各種關(guān)鍵零件的主要工具，科學(xué)設(shè)計其構(gòu)造能夠保證重要零部件的設(shè)計、制作質(zhì)量，還能夠在沖壓經(jīng)過中對重要零部件進(jìn)行力學(xué)分析，并通過適當(dāng)?shù)馗淖儥C床構(gòu)造，進(jìn)行重要零部件構(gòu)造力學(xué)的試驗。在這一經(jīng)過中，設(shè)計人員還應(yīng)當(dāng)保證設(shè)計圖紙與實物對應(yīng)，避免實物存在偏差，無法完成預(yù)期設(shè)計目的的現(xiàn)象。再者，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計機械構(gòu)造各部件及總體構(gòu)造形式功能。對機械總體構(gòu)造、構(gòu)成、機器功能進(jìn)行設(shè)計，充分彰顯出運動力學(xué)在機械構(gòu)造設(shè)計中的應(yīng)用優(yōu)勢，并保證機械構(gòu)造部件功能、性質(zhì)等在較小物理碰撞下仍能正常運行。比方機械構(gòu)造設(shè)計空間較小，可通過設(shè)計使部件更換變得愈加簡單、方便。以齒輪、皮帶等損耗性部件為例，應(yīng)當(dāng)在保證其機構(gòu)合理的前提下，用小齒輪代替皮帶，這樣可延長機械構(gòu)造的使用壽命。另外，在這一經(jīng)過中還應(yīng)充分考慮運動力學(xué)理論，合理設(shè)計機械運動方式。最后，應(yīng)結(jié)合運動力學(xué)理論，進(jìn)行機械構(gòu)造設(shè)計結(jié)算，對其結(jié)械構(gòu)造進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計人員一定要充分把握相應(yīng)的計算方式方法，如可編程邏輯控制器〔ProgrammableLogicController,PLC〕、數(shù)控系統(tǒng)、運動控制對應(yīng)的邏輯算法。以N軸聯(lián)動機械手算法為例，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)充分計算臂關(guān)節(jié)、軸關(guān)節(jié)等所遵循的運動方程，并結(jié)合彈性力學(xué)、流體力學(xué)等，考慮各關(guān)節(jié)所承當(dāng)?shù)娜蝿?wù)，并以此為基礎(chǔ)確定其設(shè)計形狀，然后結(jié)合熱變形、受力情況等因素確定形狀、位置、尺寸。3.2運動力學(xué)在零部件鏈接中的應(yīng)用機械構(gòu)造包含的零部件非常多，且不同零部件之間的鏈接方式并不一樣。不同鏈接方式的作用、效果也是不一樣的。所以，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)充分根據(jù)運動力學(xué)理論，科學(xué)確定不同零部件之間的鏈接方式，以免零部件的鏈接方式不正確，導(dǎo)致機械構(gòu)造整體功能無法發(fā)揮。如在機械構(gòu)造設(shè)計中，需要考慮觀測力矩變化，計算不同連接點之間的摩擦力、壓力，進(jìn)而選擇零部件的鏈接方式。一般來講，每個零部件至少有兩個與其相連的零部件。在考慮其鏈接方式時，需認(rèn)真分析其材料熱處理方式、尺寸、精度、外表質(zhì)量等。同時，還需計算其聯(lián)合精度、尺寸等。需要注意的是，隨著其關(guān)聯(lián)零部件個數(shù)的增加，其構(gòu)造就越復(fù)雜，精度就越高。設(shè)計人員應(yīng)從大局出發(fā)，考慮各種影響因素。3.3在零部件損耗中的應(yīng)用機械構(gòu)造的零部件非常多，且所有零部件都能順暢對接。在機械構(gòu)造的運動中，各零部件也會運動。并且，在互相運動中，零部件會發(fā)生摩擦，出現(xiàn)損耗。最重要的是這種損耗是無法杜絕的。所以，設(shè)計人員只能結(jié)合運動力學(xué)理論，盡量減緩零部件之間的損耗，延長機械構(gòu)造的使用壽命。詳細(xì)來講，要結(jié)合零部件的運動情況、運動力學(xué)理論，精到準(zhǔn)確計算零部件構(gòu)造的損耗情況，并確定其損耗系數(shù)，然后從零部件材料、保養(yǎng)等方面入手，降低零部件構(gòu)造的損耗。這種方式方法在精致細(xì)密度比擬高的機械構(gòu)造中應(yīng)用最為廣泛。以往復(fù)式活塞隔膜泵的曲柄滑塊機構(gòu)為例，若其零部件出現(xiàn)磨損，可建立含間隙隔膜泵磨損故障時的動力學(xué)分析模型，并結(jié)合力學(xué)特性，對其磨損故障進(jìn)行非線性分析，然后再通過計算其動力學(xué)方程，得到其磨損部件運動的結(jié)論。接下來，在這里基礎(chǔ)上制定針對性的故障處理、保養(yǎng)措施?？傊?，運動力學(xué)在機械構(gòu)造零部件的損耗中也有著非常廣泛的應(yīng)用[2,3]。4結(jié)束語運動力學(xué)理論知識對機械構(gòu)造設(shè)計有著非常重要的指導(dǎo)作用，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)充分了解運動力學(xué)理論知識，并根據(jù)相應(yīng)的準(zhǔn)則開展機械構(gòu)造設(shè)計。同時，還應(yīng)根據(jù)一定的步驟進(jìn)行機械設(shè)計，最重要的是要在零部件鏈接、零部件損耗