浅议机械工程研究进展及展望

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/6/10来源:《防护工程》2019年第5期文/罗运
[导读]保护和改善自然生态环境是当前全人类的共识,未来的机械制造行业和机械产品应当节省材料和能源、清洁、无污染、自身保护环境水平高。

  摘要:本文介绍了机械一体化、机械摩擦、微型机械、机械转动等研究领域的新进展,同时对未来机械产品及其研发制造行业的一些重要发展趋势进行了展望。
  关键词:机械工程 研究进展 展望
  
  
  引言
  近年来我国现代化建设迅速发展,机械产品市场竞争不断加剧,随着计算机和微电子等高新科学技术的发展渗透和有关新材料新工艺的推广应用,我国机械工程研究进展很快,成果累累。机械控制技术、计算机技术、人工智能技术、微电子技术、新型材料等多项技术融合使用为现代机械学的发展提供了新的契机和挑战,大大促进了机械工程研究的发展,呈现出了许多新的发展趋势。
  1机械工程研究的进展
  1.1机构学和传动机械的研究
  国内机构学和传动机械工程研究方面最显著的进展是连杆机构和齿轮传动机构。在连杆机构方面,我国平面及空间连杆机构的结构理论研究已跃居世界前列,达到世界水平的研究成果有:机构运动分析新方法,包括单开链法、区间分析法、网络分析法和吴文俊消元法等;串联机器人机构运动学逆解和工作空间分析;连杆机构运动误差和机器人精度研究;含间隙连杆机构的运动副元素分离判据;连杆机构的振动力/振动力矩完全平衡和弹性动力平衡;空间并联多环连杆机构的运动分析以及连杆机构综合的某些研究等。我国几乎与国外同时发表了一般6-6型平台并联机器人机构输入输出位移方程为20次形式的结论。
  1.2机械设计和机械结构强度的研究
  机械结构强度学研究中,取得了许多有世界水平的成果,如:齿轮点蚀疲劳寿命研究和胶合强度新算法,齿轮接触疲劳强度的模糊可靠性计算[6],机械零件疲劳累积损伤概率模型,重载滑动轴承轴瓦疲劳强度研究,高强度螺栓的概率断裂力学分析,滚动轴承高可靠寿命的研究,轴对称零件热弹塑性蠕变有限元计算,锥齿轮三维本体温度场及热变形分析,机械结构故障诊断中发热现象的模糊数学与边界元法研究,零件结合面特性研究,焊缝金属解理断裂的评定和非匀质焊接接头裂缝扩展计算等。机械可靠性的研究进展,除上述机械零件的疲劳可靠性研究外,还表现在模糊可靠性理论探讨及其在机械结构强度设计中的应用、高可靠性设计中的概率有限元法、机械系统模糊随机可靠性的评定、可维修结构的可靠性分析及备用设备的可靠性评估等中。
  1.3机械振动和机械系统动力学的研究
  在这方面最集中的进展是包括机器人机构在内的连杆机构动力学和轴承――转子系统振动学。在连杆机构动力学方面,达到世界水平的研究成果有:弹性连杆机构用运动弹性动力学方法和柔性多体力学方法所作的深入研究,含间隙连杆机构动力学及运动稳定性研究,机器人动力学高效算法和冗余度柔性机器人动力学研究等。在轴承――转子系统振动学方面,结合国内大型汽轮发电机组和大型动力设备需要,按动静件碰摩、轴承不对中及含横向裂纹等影响因素,深入研究了多跨轴承――转子系统的振动稳定性及基于模糊推理、神经网络和声发射的故障诊断专家系统,成果达到世界水平。
  1.4摩擦学领域
  在机械摩擦工程的研究方面,近年来国内发表了很多有世界水平的研究成果,涉及动静压轴承特性研究,基于瞬态粘度的弹流动力润滑分析,非牛顿流体线接触微观热弹流润滑理论研究,滑动摩擦副热效应研究,大型推力轴承广义热弹流动力润滑,极压润滑、混合润滑及薄膜润滑特性研究,新型润滑添加剂及高水基介质、铁磁流体、电流变流体的研制应用,改善材料减磨耐磨性能的表面强化技术,非活性抗磨剂研究,软涂层磨损研究,磨损形态分析、状态监测和故障诊断系统研究等。
  1.5机电一体化的研究
  机电一体化是现代机械技术的巨大变革,机电一体化实质上是以微电子技术为核心的信息技术革命,它是将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程的基础上有机地加以综合,实现整个机械系统最佳化而建立起来的一门科学技术。机电一体化技术的发展促进了机械科学和整个人类社会的巨大发展。随着微电子技术和计算机的发展,数控技术和数控系统经过不断改进,已发展到计算机控制系统(CNC系统)。数控机床的发明和发展,不仅解决了用常规方法无法或难以加工的复杂形状零件的加工问题,而且为多品种、中小批量生产开创了一条新的途径,使机械制造业的发展进入了一个新的阶段。
  1.6微型机械工程研究
  80年代开始的机械装置小型化过程中先后研制出小型机械和微型机械。而微型机械不是传统机械单纯地在尺度上微小型化,当特征尺寸达到微米级后,微型机械的力学系统特征、材料的物理性质及其对环境变化的响应与传统机械都有很大不同,它通常是指可以成批制作的集合微机构、微驱动器、微能源以及微传感器和控制电路、信号处理装置等于一体的微型机电系统,因而它远远超出了传统机械的概念和范畴。微型机械具有广阔的应用前景,它的出现无疑将深刻影响国民经济和国防工业各个部门的未来发展。这些器件能在诸如环境控制、医学等不同的领域工作。它们的低成本及比现有器件高的灵敏度可能使许多领域会有突破,目前微机械学的理论还不成熟,尚不成体系。国外对微机械学的研究起步比较早,已经试制了微米级的实物机构。国内的研究则刚刚起步,有待进一步发展。
  2机械工程研究的展望
  在未来社会中,机械产品不仅要满足人们的工作和生产需要,更多的是要满足个体使用者日常生活的不同需要。为了适应产品个性化和多样化的发展趋势,并满足使用者日益提高的性能要求。将柔性制造系统、计算机集成制造系统和人工智能技术联系起来,实现智能制造技术和产品智能化也是未来机械的发展趋势。未来机械的性能要求应体现在全生命周期内,这就出现了无维修机械产品。在仿生机械的进一步发展中,人们需要向生物界寻找更多的启发并进行模拟,把机械智能化技术、材料技术和仿生技术有机结合起来,制造更高性能的仿生机械。生物制造技术的发展可以制造出能取代某些人体器官和组织的器件和机构,从而恢复某些病变受损器官的功能,帮助人们延长寿命。保护和改善自然生态环境是当前全人类的共识,未来的机械制造行业和机械产品应当节省材料和能源、清洁、无污染、自身保护环境水平高。
  参考文献:
  [1]张启先,张玉茹.我国机械学研究的新进展与展望[J].机械工程学报,1996,32(4):1-4,103.
  [2]谢友柏.论机械学[J].中国机械工程,2001,12(6):692-696.
  [3]李毅华,栾振辉.国内外传动机械学的现状及发展趋势[J].煤矿机械,2005,(12):8-10.