运动力学在机械结构设计中的应用

刘蕾

摘要：随着我国经济水平的提升，机械制造行业正处于快速发展阶段。当前机械制造业，是我国工业领域以及制造业发展的基石。为应对社会经济结构的改变，机械领域相关企业或单位应该重视机械制造技术的创新以及升级。结合运动学力学原理，提升机械产品的科技感。本文主要介绍运动力学相关原理在机械结构设计中的应用，以期为相關工作人员提供有价值的参考内容。

关键词：运动力学;机械结构;设计;应用

0  引言

近年来，随着经济的全球化，社会经济结构的转变对我国各行业产生强有力的冲击，所以面对经济转型的影响，我国机械产业以及制造业需要进行及时的转型。利用现代化科学技术提升企业创造力，利用机械设备来代替传统的人工作业，将有效提高企业生产效率。机械结构设计是一项内容较为复杂的工作，所以相关研究人员应该深入了解运动力学的相关知识，优化我国机械结构设计，提升我国机械制造业的综合竞争力。

1  运动力学与机械结构设计之间的关系

在进行机械设备的生产过程中，设计完善科学的机械结构是保证设备稳定生产的基础。合理的机械结构不仅能确保机械产品本身功能特点的有效发挥，同时可以实现对制造部件的合理化应用。通过对生产成本的合理优化，进而获得更大的利润空间。

近年来，随着运动力学知识不断被相关研究人员所重视，机械制造领域通过应用运动力学知识，实现对机械结构设计的有效改革。可以说，将运动力学理念应用于机械结构设计，是机械领域改革的关键。结合运动力学理念在机械结构设计中的应用，可以看出随着机械行业的发展，运动力学的研究与应用已经取得不小的成绩。面对机械领域机械结构设计的发展前景，运动力学有效融合于机械结构设计可以从根本上提高机械产品的自动化程度，充分解放劳动力。结合具体的设计实例，相关设计人员需要充分掌握运动力学设计原理，做好产品各部件连接的工作，从整体上对机械结构进行优化[1]。

2  运动力学在机械结构设计中的应用

2.1 运动力学在零部件连接方面的应用

在机械产业中，机械设备和机械产品其结构组成中的零件通常有两种连接方式：一是直接相连;二是间接相连。在设计过程中，设计工作人员需要结合不同零件之间的特性，来选择相应的连接方式。采用不同连接方式，可以影响零件功能的表达。在零件连接方面，运动力学知识起到决定性的作用。因为，它可以将具有抽象化特征的连接结构转变为具体化的连接结构，为整个机械系统提升优化性能。例如，设计人员在充分了解机械产品中各部分零件的连接方式后，为其建立一个可视化的数字虚拟模型，通过计算机中的相关软件对该虚拟模型进行技术参数方面的操控，有效观测以及判断不同位置在运行过程中所要承受的压力以及摩擦力，然后结合受力情况对其结构分布进行合理优化，族中取得最佳的排列方式[2]。

2.2 运动力学知识在机械设备操作方面的应用

机械设备在生产加工之后会投入到正常使用中，在使用中会由于机械运转而为零部件带来一定程度的损耗，为延长机械设备的使用寿命，相关工作人员可以结合运动力学知识，有效减少设备运行过程中所面对的磨损问题。在我国机械领域，机械设备操作磨损，一般为摩擦损耗。对此，设计人员可以为该设备的不同运行模式，建立虚拟运行模型，借此观测出在不同操作模式下，设备内部的损耗情况，并清晰了解到发生损耗情况最严重的位置。以及经过长期运行之后，磨损消耗会为整个机械设备带来哪些具体的影响。

过对上述问题的详细了解，相关工作人员可以有效采取应对措施，减少机械运行中的摩擦损耗，提升机械设备整体结构设计的优化力度。例如，可以调整机械设备中的零部件尺寸或是更换零部件的质地，选择用其他原料来制作零部件等等，来降低机械设备运行过程中所产生的摩擦损耗，有效延长机械设备的使用寿命[3]。

3  运动力学应用于机械结构设计的原则

3.1 基本力学原则

在应用运动力学时，设计人员一定要保证设计中的各个环节，充分满足力学原则的基本条件。比如，在材料选择方面，合理使用材料力学知识;在结构设计方面，充分利用结构力学知识等等。以材料力学知识的应用为例，在机械实际运行过程中，机械零件由于制作原材料的不同，可能会产生不同程度的形变，其根本原因是因为制作原材料形变程度的不同。

比如，在机械制造行业中，最为常见的连接零件，如铆钉、螺栓、螺帽等连接配件，它们的变形可以归属为剪切变形的范畴，对此设计人员在设计机械结构时，要充分考虑剪切力对这种类型连接零件的影响。为构建完善的机械结构，设计人员需要充分了解到设计过程中所使用到的各种零件及其构成材质，结合其运动学方面的特性，充分考虑各零部件的运动学特点，实现对机械产品的优化设计。

3.2 创新性原则

创新与发展二者密不可分。为推进企业的发展，必须针对原有技术进行积极的创新与应用。在机械制造行业同样如此。设计人员在进行机械结构优化设计过程中，同样要将创新性原则作为设计的重点内容，结合机械结构设计的特点，应该将创新的侧重点集中于设计理念。设计人员在保证机械发挥基本功能的基础上，要不断优化机械设备的内部结构。应用现代社会流行的新材料，来实现机械设备的组装，通过合理降低生产成本，为企业提高经济效益。同时，新型材料的使用，也充分践行我国当前推行的绿色、环保、可持续发展理念。在整个创新设计过程中，设计人员需要结合可持续发展理念有效控制机械设备的生产成本，借助于先进的模拟技术对机械设备进行虚拟化模拟，在投入正式生产之前测试机械设备的运行状态以及运行效果是否符合设计要求[4]。需要注意的是，创新的过程中同样要充分尊重基本的力学原则，违背力学原则的设计未必不具有实用价值，但其在使用寿命及性价比方面势必会存在一定的短板。

4  运动力学应用流程

4.1 制定整体性策略

在应用运动力学知识，进行机械结构设计时，设计人员应该以宏观层面对整体设计流程进行把控。将机械结构划分为不同的部分，基于每个部分的实际功能，为其匹配相应的设计人员。在保证不同部分发挥各自功能的同时，优化各个部分的设计结构，进而为机械设备的整体结构优化提供有力保障。

4.2 分析机械结构方式

在进行机械设备机械结构优化设计过程中，需要做好设计图纸的准备工作。因为，设备可以发挥功能主要取决于各部分零件的配合，所以进行结构设计时需要制作各部分的设计图纸，结合现代数字模拟技术可以对平面图纸进行立体化演示。在计算机显示界面上，可以为相关工作人员带来立体化的模型。设计人员通过立体模型，可以初步判断设计图纸是否符合设计需求。同时，通过计算机系統的细致化数据检测，可以有效甄别出设计方案的不合理之处，提醒相关设计人员对该部分结构的参数或其它数据进行修改，并保证整体结构的合理性。经过反复的修改，最终得到一个成熟的机械结构设计方案[5]。

4.3 正确设计机械结构的功能

结合机械行业的发展，将运动力学应用于机械结构设计，其根本原因是因为运动力学知识可以实现对机械结构的合理优化，有效降低企业生产成本，提升企业经济效益。所以在进行设计中，首要的就是保证机械设备中各部分可以进行正常的运行。面对这些产品中所存在的零部件以及零部件的衔接部位，设计人员需要采取相应的措施保证设备在长期运转状态下，该部分可以保持良好的状态。同时，设计人员也要充分尊重零部件安装的空间结构原则，其具体内容是指在大型机械设备中，如果相关零部件以及及连接部位所处的空间较小，就要避免这些部件发生损坏，因为如果损耗率较高的零部件安装在空间较小的位置，会为工作人员的维修以及维护带来大量的不便，无法对其进行及时的更换或维修，可能会对整个生产流程造成严重影响。

面对运动力学知识的应用，相关工作人员可以对消耗率高的部件进行形态以及材质等方面的调整，一方面是提高材料的耐磨损强度;另一方面是降低维修、维护的难度，有效减少该部分零件故障的发生率，或缩短该部分零件进行维修、维护的工作时间，提升设备运行效率。另外，动力传输零件是运动力学在机械结构中的主要基础零件，如皮带、链条等，此类零件在运转过程中会面临一定的物理碰撞，损耗率相对较高在开展设计工作的过程中，设计人员需要确保机械结构基本功能性实现的基础上，不断对零部件的设置进行调整，降低其损坏率[6]。

5  结束语

综上所述，为提升我国经济产业的综合竞争力，相关工作人员需结合行业发展趋势及时更新自身设计观念。应用运动力学知识，丰富机械结构设计理念。依据相应的设计原则，进行科学化的机械结构设计，保证机械结构设计得以创新与应用，更好地推动我国机械行业的发展，促进我国经济水平的整体提升。

参考文献：

[1]戎宏飞.力学知识在机械结构设计中的运用研究[J].数码世界，2019（7）：35-36.

[2]李爱军.FRP的力学性能研究及其在桥梁结构设计中的应用[J].塑料工业，2018（5）.

[3]陈冲.运动力学在机械结构设计中的应用[J].赤峰学院学报（自然科学版），2017，033（019）：62-64.

[4]乔栋.解析运动力学在机械结构设计中的应用[J].绿色环保建材，2016（8）.

[5]胡晓芳.解析运动力学在机械结构设计中的应用[J].山东工业技术，2015（16）：265.

[6]吕怀发.浅析运动力学在机械机构设计中的应用研究[J]. 科学中国人，2017.