刘鹏雷
太原航空仪表有限公司 山西省太原市 030000
摘要：运动力学研究的是物体的运动规律。这一理论在诸多领域中都有应用，在机械结构设计中也有着非常重要的应用。就此展开了讨论，简述了机械结构的设计特点及设计要素，分析了运动力学在机械结构设计中的应用准则，详细阐述了其在机械结构设计中的具体应用。
关键词：运动力学；机械结构设计；应用
Abstract:
Kinematic mechanics is the study of the law of motion of objects. This theory has been applied in many fields, and also has a very important application in mechanical structure design. This paper discusses the design characteristics and design elements of mechanical structure, analyzes the application criteria of kinematic mechanics in mechanical structure design, and expounds its specific application in mechanical structure design in detail.
Key words: kinematic mechanics; Mechanical structure design; application
引言
机械结构设计是一项复杂的工作。运动力学对机械结构设计具有理论指导作用。在机械结构设计不断创新的背景下，研究人员也在深入研究运动力学理论，以此希望优化机械结构设计，提升机械结构设计质量。
1 机械结构设计特点及设计要素
1.1 机械结构设计特点
机械结构设计具有以下特点：（1）一体化设计。机械结构设计思考、绘图、计算等工作是统一的、紧密相连的。这就意味着机械结构设计的工作量比较大，出现的问题比较多，设计人员若想保证机械结构设计的质量，就要深入探讨整个机械结构设计过程，尽可能地保证每一个设计环节都能准确、完善。（2）涉及的问题比较多，且具有复杂、多解的特征。比如，对于同一个设计，可以制定多个设计方案。作为设计人员，应充分发挥自身的主导作用，从中选择最佳的设计方案，保证机械结构设计的质量。（3）活跃性最强。在机械设计中，需要对方案不断地修改、优化、完善，以满足设计要求。这一过程是非常繁琐、复杂的。
1.2 设计要素
在机械结构设计中，必须要考虑各种设计要素，保证机械结构设计符合要求。但是，设计人员也应当充分认识到，在机械结构设计中，涉及的理论、技术要素非常复杂，需综合考虑各种影响因素，保证机械结构设计方案的合理性[1]。
首先，在机械结构设计中要考虑几何要素。相对来说，机械结构设计是一项非常精密的工作，各部分之间的咬合、位置、距离都需要经过精心设计。在这一过程中，必须要考虑几何要素、科学设计机械零部件的面，并充分考量各零部件的接触设计。其次，在机械结构设计中要充分考虑联结要素。设计人员不仅要对单个零件的设计进行分析，更要充分考虑不同零件之间的联接问题，尤其要科学地设计不同零部件之间的功能面联接方法[2]。另外，在机械结构设计中，不同零部件之间的联接包括直接联接、间接联接两种。在直接联接的设计中要充分考虑其功能面之间的缝隙问题，确保功能面之间的摩擦力最小，在间接联接中则要充分考虑联动轴设计。最后，材料要素。材料选择对机械结构设计的影响非常大，尤其是在一些易磨损的部位，必须要选择耐磨损、质量好的零件，保证机械设备的运行效率。
2 运动力学在机械结构设计中的应用准则
2.1 满足力学设计要求
满足力学设计要求，具体来说，是在机械结构设计中充分考虑弹性力学、疲劳力学等力学准则，以便提升机械结构设计的科学性。其中，疲劳力学与轴承、齿轮、轴的使用寿命有着密切的联系。在具体设计中，设计人员需要充分考虑机械零部件的荷载变化，并灵活处理力学计算结果，优化产品结构，延长机械产品的使用寿命[3]。同时，在这一过程中，设计人员还需充分考虑零部件截面尺寸的变化，保证其内应力能灵活变化、各截面强度能相等。这样就可保证材料能得到充分利用。如在阶梯轴、悬臂支架的结构设计中，其截面强度都是相等的。阶梯轴、悬臂支架的结构
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2.2 不断创新设计理念
就目前来看，大部分机械结构设计多应用机械结构设计变元法，即对机械结构设计的相关要素进行优化、筛选，保证能将最新的设计理念、方法应用到机械结构设计中。所以，在现代化背景下，要继续加大机械结构设计理念的创新，不断优化机械设计方法。
3 运动力学在机械结构设计中的具体应用
3.1 应用步骤
运动力学应用是一个系统性的工程，涉及的要素、环节非常多，需要机械结构设计人员充分掌握运动力学基本理论，并在此基础上进行机械结构设计的论证、实验，从而选出最优的机械结构设计方案。其具体应用步骤包括：
首先，整体分析运动力学设计策略。在应用运动力学时应当从整体入手，确定设计策略，而后再进行分支应用模型的构建。这样可以规范、有效地应用运动力学。在形成整体策略时，设计人员应先充分考虑运用整体策略想要达到的目的，并形成一个比较模糊的设计概念。需要注意的是，对于精密度要求比较高的机械结构设计，还需充分应用微积分计算、模糊计算等运算方法，将运动力学灵活应用到机械结构设计中[4]。这样，设计人员就可以基本确定机械结构尺寸、占用空间。随后，就可以科学地选择应用材料，并分析机械结构在运动中发生的参数变化情况。
其次，在实际组装中保证其能顺畅对接。实现这一目标的前提是科学设计机床结构，因为机床是制作各种关键零件的主要工具，科学设计其结构可以保证重要零部件的设计、制作质量，还可以在冲压过程中对重要零部件进行力学分析，并通过适当地改变机床结构，进行重要零部件结构力学的试验。在这一过程中，设计人员还应当保证设计图纸与实物对应，避免实物存在偏差，无法完成预期设计目标的现象。
再者，应当合理设计机械结构各部件及总体结构形式功能。对机械总体结构、形成、机器功能进行设计，充分彰显出运动力学在机械结构设计中的应用优势，并保证机械结构部件功能、性质等在较小物理碰撞下仍能正常运行。比如机械结构设计空间较小，可通过设计使部件更换变得更加简单、方便。以齿轮、皮带等损耗性部件为例，应当在保证其机构合理的前提下，用小齿轮代替皮带，这样可延长机械结构的使用寿命。另外，在这一过程中还应充分考虑运动力学理论，合理设计机械运动方式。
3.2 运动力学在零部件链接中的应用
机械结构包含的零部件非常多，且不同零部件之间的链接方式并不相同。不同链接方式的作用、效果也是不相同的。所以，设计人员应当充分依据运动力学理论，科学确定不同零部件之间的链接方式，以免零部件的链接方式不正确，导致机械结构整体功能无法发挥。
具体来说，要结合零部件的运动情况、运动力学理论，精确计算零部件结构的损耗情况，并确定其损耗系数，然后从零部件材料、保养等方面入手，降低零部件结构的损耗。这种方法在精密度比較高的机械结构中应用最为广泛。以往复式活塞隔膜泵的曲柄滑块机构为例，若其零部件出现磨损，可建立含间隙隔膜泵磨损故障时的动力学分析模型，并结合力学特性，对其磨损故障进行非线性分析，然后再通过计算其动力学方程，得到其磨损部件运动的结论。接下来，在此基础上制定针对性的故障处理、保养措施。总之，运动力学在机械结构零部件的损耗中也有着非常广泛的应用。
结语
运动力学理论知识对机械结构设计有着非常重要的指导作用，设计人员应当充分了解运动力学理论知识，并依据相应的准则开展机械结构设计。同时，还应按照一定的步骤进行机械设计，最重要的是要在零部件链接、零部件损耗中应用运动力学理论知识，指导其设计工作。
[参考文献]
[1]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，2017，33（19）：62-64.
[2]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）：59.
[3]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）：258.
[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）.