運(yùn)動(dòng)力學(xué)中機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用探析

前言：想要寫(xiě)出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了運(yùn)動(dòng)力學(xué)中機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用探析范文，希望能給你帶來(lái)靈感和參考，敬請(qǐng)閱讀。

摘要：運(yùn)動(dòng)力學(xué)是研究物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的，通常指的是物體的運(yùn)動(dòng).隨著現(xiàn)代運(yùn)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(yīng)用.基于此，在本文的研究中，主要對(duì)運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行論述，并結(jié)合一些實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)案例，對(duì)運(yùn)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用價(jià)值和作用進(jìn)行分析，希望可以對(duì)相關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)\(yùn)動(dòng)力學(xué)的科學(xué)運(yùn)用起到一定的參考和啟發(fā)作用.

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)力學(xué)；零部件鏈接；機(jī)械結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)應(yīng)用；疲勞力學(xué)

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)運(yùn)用很多原理，其中運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理發(fā)揮著非常重要的理論指導(dǎo)作用.在物理學(xué)的很多力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)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(yùn)動(dòng)力學(xué)作為機(jī)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(yīng)用運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的改良和優(yōu)化，具有十分有價(jià)值的指導(dǎo)意義.機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的提升，離不開(kāi)運(yùn)動(dòng)力學(xué)理論的支撐.因此，本文通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行深度解析，并將機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要素進(jìn)行系統(tǒng)歸納總結(jié)，結(jié)合一些實(shí)際案例，對(duì)運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析.

1機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在應(yīng)用中的技術(shù)要素

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械工藝技術(shù)革新的重要技術(shù)手段，而在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中很多關(guān)鍵技術(shù)要素，正是決定機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的基礎(chǔ).運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，不僅要實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)要素的改良優(yōu)化，并且在設(shè)計(jì)工藝、生產(chǎn)效率方面也要得到提升.機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在幾何層面、理論原理層面，要遵循精密設(shè)計(jì)技術(shù)的原則指導(dǎo)，保證零部件之間實(shí)現(xiàn)精細(xì)緊密的咬合，并保證咬合力得到一定程度的提升.在機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，咬合力能夠隨著機(jī)械零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)，而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的變化，保持同機(jī)械運(yùn)動(dòng)作業(yè)要求相符合的力度要求.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中要對(duì)不同的面進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)應(yīng)用運(yùn)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(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，達(dá)到和動(dòng)態(tài)平衡變化.

2運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)果設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有著很高的應(yīng)用價(jià)值.從當(dāng)前的實(shí)踐應(yīng)用情況來(lái)看，其價(jià)值主要體現(xiàn)在如下兩個(gè)方面：

2.1在機(jī)械結(jié)構(gòu)零部件的鏈接方面

機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，會(huì)用到很多零部件，而對(duì)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(yīng)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(yùn)用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相差較大的表現(xiàn).不過(guò)在運(yùn)動(dòng)力學(xué)的核心指導(dǎo)思想上，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要素在根本上是相同的.例如，很多機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)觀測(cè)力矩的不同變化，然后計(jì)算不同聯(lián)接點(diǎn)之間的摩擦力和壓力，根據(jù)這些數(shù)據(jù)就可以合理的選擇零部件的鏈接方式，并對(duì)零部件的材料選擇、工藝制作等，提出更加的科學(xué)建議.運(yùn)動(dòng)力學(xué)在精確計(jì)算下，能夠?yàn)闄C(jī)械零部件的指標(biāo)性選擇，提供更加有力的理論支撐.在一些工業(yè)機(jī)械設(shè)備中，常見(jiàn)到由于動(dòng)力輸出、鏈接方式的不恰當(dāng)，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)力學(xué)的運(yùn)用情況有關(guān)，合理的運(yùn)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用設(shè)計(jì)，能夠提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作效率.對(duì)于減少不合理的動(dòng)力輸出減損，提高傳輸效率，有著很重要的作用.

2.2指導(dǎo)合理解決零部件的損耗

機(jī)械結(jié)構(gòu)包含豐富的零部件，機(jī)械結(jié)構(gòu)整體作用的發(fā)揮，主要是依靠零部件的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的.而在對(duì)機(jī)械零部件進(jìn)行操作環(huán)節(jié)，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(yùn)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(yùn)動(dòng)力學(xué)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)理論，根據(jù)機(jī)械機(jī)構(gòu)中的零部件在摩擦運(yùn)動(dòng)中的實(shí)際做功情況，可以比較精確的計(jì)算不同結(jié)構(gòu)部位的損耗系數(shù).機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如果掌握了各種零部件比較精確的損耗系數(shù)，則會(huì)在零部件的材質(zhì)選擇、調(diào)試保養(yǎng)方式方面，進(jìn)一步提高水平，從而降低機(jī)械結(jié)構(gòu)的損耗程度，延長(zhǎng)使用壽命.在一些比較重要的精密機(jī)械結(jié)構(gòu)中，例如，醫(yī)療設(shè)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(jié)構(gòu)的力學(xué)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)導(dǎo)致局部作用力的偏大失衡，其結(jié)構(gòu)就是導(dǎo)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(duì)運(yùn)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用的科學(xué)分析，梳理每一個(gè)結(jié)構(gòu)部件的運(yùn)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用情況，對(duì)存在問(wèn)題的，要進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化.

3機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，運(yùn)動(dòng)力學(xué)的常用設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

3.1要能夠滿足力學(xué)的各方面綜合要求

機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，是一項(xiàng)比較復(fù)雜、系統(tǒng)的工作，而在設(shè)計(jì)過(guò)程中，很多地方運(yùn)用到運(yùn)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(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，要綜合考慮各種情況下，力學(xué)原理的使用準(zhǔn)則.例如，對(duì)于在使用時(shí)，不斷運(yùn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，要考慮運(yùn)動(dòng)力學(xué)在不同結(jié)構(gòu)部位運(yùn)用是否合理，機(jī)械結(jié)構(gòu)自身的強(qiáng)度、運(yùn)轉(zhuǎn)速度等，都會(huì)影響運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理的最終表現(xiàn)效果.機(jī)械設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，不同的結(jié)構(gòu)部位，其所受到的作用力不同，也會(huì)使得結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)力學(xué)應(yīng)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(chǔ)上，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，發(fā)揮運(yùn)用力學(xué)的綜合指導(dǎo)作用，提高機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性.

3.2創(chuàng)新機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念

運(yùn)動(dòng)力學(xué)在現(xiàn)代機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，運(yùn)用的方式方法在不斷創(chuàng)新變化.而機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理念，也要隨著新的技術(shù)的應(yīng)用突破，進(jìn)行不斷創(chuàng)新.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用較多的設(shè)計(jì)理念，就是變?cè)O(shè)計(jì)方法.變?cè)O(shè)計(jì)理念的核心內(nèi)涵就是定元、定向控制設(shè)計(jì)，找到影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，并通過(guò)對(duì)變量的調(diào)整變化，設(shè)計(jì)好機(jī)械結(jié)構(gòu)變化情況下運(yùn)動(dòng)力學(xué)適用模型.很多創(chuàng)新結(jié)構(gòu)和新的結(jié)構(gòu)模型，在使用過(guò)程中表現(xiàn)的效果非常好.運(yùn)用運(yùn)動(dòng)力學(xué)，既要達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)合理，同時(shí)，又要保證機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用的經(jīng)濟(jì)效益.在很多大型的機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有結(jié)構(gòu)組織的變化，可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)方法，就能夠控制好機(jī)械結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵程序，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，減少不當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)失誤.

4運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的程序

運(yùn)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用是一項(xiàng)比較復(fù)雜的系統(tǒng)過(guò)程，需要機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yàn).在本文的研究過(guò)程中，通過(guò)對(duì)一些實(shí)際設(shè)計(jì)案例的分析，基本上總結(jié)出如下幾個(gè)方面的設(shè)計(jì)步驟程序.

4.1形成運(yùn)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的整體策略

運(yùn)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用，要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大的方面確定整體策略.有了一個(gè)比較完善的整體策略，在全局觀的視角下，形成運(yùn)動(dòng)力學(xué)在不同細(xì)小分支部件的應(yīng)用模型.這對(duì)于設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，首先在整體策略中，要考慮好哪些大的部件結(jié)構(gòu)，需要運(yùn)用運(yùn)動(dòng)力學(xué)，其運(yùn)用的實(shí)際效果能夠達(dá)到什么程度，這就需要形成一個(gè)比較模糊的設(shè)計(jì)形象概念.比較精密的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還需要運(yùn)用一些科學(xué)算法，如數(shù)學(xué)模糊算法、微積分計(jì)算等，得到運(yùn)動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)應(yīng)用參數(shù)范圍.在這個(gè)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)者可以基本上確定機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大小尺寸，占用空間等.尺寸設(shè)定好之后，需要對(duì)結(jié)構(gòu)部件的材料進(jìn)行選擇，材料的確定，要考慮對(duì)應(yīng)的力學(xué)參數(shù)，以及在結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，參數(shù)的變化.

4.2對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行確定

在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)用力學(xué)的應(yīng)用邏輯，而且在實(shí)際結(jié)構(gòu)部件組裝時(shí)，還要能夠順暢對(duì)接.這就需要做好機(jī)床加工的結(jié)構(gòu)布置方案.機(jī)床是沖壓各種零部件的重要設(shè)備，在沖壓過(guò)程中，會(huì)對(duì)一些關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行力度檢驗(yàn)，運(yùn)動(dòng)力學(xué)運(yùn)用是否合理，通過(guò)機(jī)床結(jié)構(gòu)方式的變化，能夠進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn).所以，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用，必須要做到圖紙與實(shí)物的順暢對(duì)接，不能出現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖紙上論證可行的理論，而在實(shí)物機(jī)械結(jié)構(gòu)中不能發(fā)揮作用的現(xiàn)象.機(jī)床的結(jié)構(gòu)方式，同實(shí)際機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)備的設(shè)計(jì)模型要匹配，在運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理的應(yīng)用方法，機(jī)床內(nèi)部的結(jié)構(gòu)方式、動(dòng)力作用傳輸、結(jié)構(gòu)控制等，要做好設(shè)計(jì)科學(xué)，使用合理，這樣才能夠?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，提供良好的基礎(chǔ)架構(gòu)支撐.

4.3合理設(shè)定機(jī)械結(jié)構(gòu)的各部件及總成結(jié)構(gòu)形式功能

運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)運(yùn)作時(shí)，要顯示出其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，就需要對(duì)總體的結(jié)構(gòu)形式機(jī)器功能進(jìn)行合理設(shè)定.機(jī)械結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)空間結(jié)構(gòu)的便利性.例如，在內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)，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(yùn)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(jié)構(gòu)部件合理、性能達(dá)到要求的情況下，如果能夠在設(shè)計(jì)中減少對(duì)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(jī)械設(shè)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(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，很多部件更換問(wèn)題，通過(guò)運(yùn)動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論的融合與指導(dǎo)，變化動(dòng)力、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式，保證其功能作用不受影響，這樣才能夠充分體現(xiàn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用價(jià)值.

4.4做好運(yùn)動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論的計(jì)算校核

運(yùn)動(dòng)力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用方面，是需要進(jìn)行比較復(fù)雜的計(jì)算和校核的.因此，對(duì)于設(shè)計(jì)技術(shù)人員一定要掌握必要的計(jì)算方法.例如支持PLC或數(shù)控系統(tǒng)或運(yùn)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(jī)械手的算法問(wèn)題.需要考慮當(dāng)臂關(guān)節(jié)平面移動(dòng)，臂關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，肘關(guān)節(jié)平面移動(dòng)，肘關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，腕關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，指關(guān)節(jié)擺動(dòng)等一切運(yùn)動(dòng)所遵循的運(yùn)動(dòng)軌跡方程.要緊密聯(lián)系物理現(xiàn)象的計(jì)算.比如靜力學(xué)，運(yùn)動(dòng)力學(xué)，彈性力學(xué)，流體力學(xué)等.當(dāng)設(shè)計(jì)某個(gè)零件時(shí)，首先要考慮這個(gè)零件所要承擔(dān)或完成什么任務(wù)，再結(jié)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足的運(yùn)動(dòng)關(guān)系尺寸后再去針對(duì)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(zhuǎn)速、熱變形以及設(shè)計(jì)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(duì)于零件或部件加工或組裝時(shí)候的工時(shí)以及各項(xiàng)工藝參數(shù)的計(jì)算，就比如制造某款設(shè)備，鐵板下料部分需要進(jìn)行鐵板排料的計(jì)算.金加工部分對(duì)于不同的加工性質(zhì)有不同的加工參數(shù)的計(jì)算以及不同的加工方法排列的計(jì)算，以及在這樣的工藝參數(shù)下各個(gè)步驟所需要的加工時(shí)間的計(jì)算.

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)力學(xué)的理論闡釋及對(duì)其在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用中的使用角度和應(yīng)用范圍進(jìn)行深度分析，便可得知運(yùn)動(dòng)力學(xué)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)所具有的非比尋常的指導(dǎo)作用和干預(yù)影響.由于機(jī)械產(chǎn)品的使用在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，與運(yùn)動(dòng)設(shè)備之間的聯(lián)系越發(fā)緊密，因此在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)活動(dòng)中，需要機(jī)械運(yùn)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(yīng)的技術(shù)改革與理念創(chuàng)新，為國(guó)家的機(jī)械制造業(yè)提供更為便捷的服務(wù).

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作者:陳沖 單位:福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院