摘要：力学理论是机械设计的重要指导。由于在以往通常是把机械定义为静态状态，所以在设计机械结构时，往往侧重于应用静态力学，并在对压力以及摩擦力进行考量时，力学分析往往是针对静态状态来进行，并设计出相应的机械结构。然而，随着市场经济的快速发展，机械产品不断增加，对机械结构设计的要求也逐渐升高，为了满足市场更为多元化的需求，在机械结构设计中逐步开始应用运动力学。
关键词：运动力学；机械结构设计；运用
1.机械结构设计概述
机械结构设计是根据机械原理，将具体结构图绘制而出，以将所要求的功能体现出来的一系列过程。其具体任务在于将抽象的原理转变为具体的零部件或某种构建，其不但需要对结构件的尺寸、形状、材料、表面状况以及热处理公式进行确定，而且还需将加工精度、刚度、强度、工艺等内容进行考虑。因此机械结构设计不仅仅是机制制图，而且还包括了综合技术的具体化。在机械结构设计中，最为关键的内容碍于机械结构的设计要素，其涵盖了较为复杂的技术应用以及相关理论原理，因此必须对其设计要素予以充分重视。结合实践来看，机械结构设计要素主要包括了几何要素、联接要素以及材料要素三大类。具体分析如下：
1.1几何要素
由于机械结构设计要求极为精密，个零部件的安排与咬合均需要通过非常精密的位置关系来进行设定，所以，在机械结构设计中几何要素不可或缺。加上机械零件面各不相同，在设计时应进行全面考虑，以确保各个零件接触面均得到合理的安排。
1.2联接要素
在实际设计机械结构时，除了要全面考虑单个零件的设计问题，更重要的是要对零件与零件间的联接问题进行考虑。归根究底，机械结构设计的重点要素在于如何有效连接各个零件间的功能面。通常零件联接方式主要分为间接联接以及直接联接两种。采用直接联接设计时，应当对零件功能面间的缝隙问题进行重点考虑，并尽可能降低零件功能损耗以及相互间的摩擦；采用间接联接时应当重点考虑联动轴的设计问题。
1.3材料要素
在设计机械结构时，如何选择零部件材料是一个重要问题。由于设备不同，位置不同，所选择的零部件材料也各不相同，因此，正确选择零部件材料极为重要。通常，部位容易磨损的位置，应选择耐损耗性能较好的零部件材料，以确保机械设备得以运行正常。
2.运动力学在机械结构设计中的必要性
经过上文对机械结构设计的概念以及要素进行了分析，可以对在设计机械结构中应注意的事项。而如何在技术层面上保证机械结构设计的安全性与高效性，仍需从技术理论层面上来进行研究。就目前来看，市场对于机械设备的要求以不仅仅局限于传统的静态力学原理，还需要将动态力学理论进行综合分析。特别是在力矩呈现非线性变化的情况下，更应分析其相应的运动力学。所以，将运动力学合理运用于机械结构设计中是未来机械结构设计的主要发展趋势。
3.运动力学在机械结构中的设计准则
在设计机械结构过程中，应当满足力学要求，将力学准则如弹性力学、材料力学、疲劳力学等内容充分考虑在内，并以此为基础，采用相关计算力学强度的法则来设计出合格的机械产品。在运动力学的物理学术体系中，一个较为重要的参照对象为疲劳力学，加上疲劳力学直接关系着机械齿轮、轴和轴承的使用性能以及使用寿命。所以，在进行设计时，应当设计人员应当结合各类机械零件的荷载情况来灵活处理力学计算，以有效优化机械结构产品，并有效延长机械结构产品的利用周期以及使用寿命。因为零件截面尺寸发生变化，可以促使零件内应力变化，从而提高其适应能力，进而实现各截面强度相等。而机械结构设计时采用等强度原理进行设计的，则能够充分利用材料，提升机械结构产品的经济效益。
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4.运动力学在机械结构设计中应用的程序
4.1形成运动力学设计的整体策略
运动力学的应用，要从结构设计大的方面确定整体策略。有了一个比较完善的整体策略，在全局观的视角下，形成运动力学在不同细小分支部件的应用模型。这对于设计者来说，首先在整体策略中，要考虑好哪些大的部件结构，需要运用运动力学，其运用的实际效果能够达到什么程度，这就需要形成一个比较模糊的设计形象概念。比较精密的机械结构设计，还需要运用一些科学算法，如数学模糊算法、微积分计算等，得到运动力学的设计应用参数范围。
4.2对机床的结构方式进行确定
在机械结构设计过程中，一些重要的部位零部件，不仅要在图纸上进行理论论证说明，分析运用力学的应用逻辑，而且在实际结构部件组装时，还要能够顺畅对接。这就需要做好机床加工的结构布置方案。机床是冲压各种零部件的重要设备，在冲压过程中，会对一些关键的结构部位进行力度检验，运动力学运用是否合理，通过机床结构方式的变化，能够进行反复试验。机床的结构方式，同实际机械结构设备的设计模型要匹配，在运动力学原理的应用方法，机床内部的结构方式、动力作用传输、结构控制等，要做好设计科学，使用合理，这样才能够为机械结构的合理设计，提供良好的基础架构支撑。
4.3合理设定机械结构的各部件及总成结构形式功能
运动力学在机械结构运作时，要显示出其应用优势和特点，就需要对总体的结构形式机器功能进行合理设定。机械结构中的部件功能、性质，以及组合方式，要能够确保在发生一些较小的物理碰撞下，保持完好。各种组件的安装和拆卸，要考虑设计空间结构的便利性。例如，在内部空间结构比较小的情况下，一般耗材部件的更换，如果能够通过科学的设计，改变部件的一些形式，则会使得部件的更换变得省时省力。运动力学中常用的一些动力传输工具，例如齿轮、皮带、链条等，在这些传递部件中，皮带是比较容易损坏的。所以，对于机械结构设计中，很多部件更换问题，通过运动力学相关理论的融合与指导，变化动力、机械运动方式，保证其功能作用不受影响，这样才能够充分体现运动力学的应用价值。
4.4做好运动力学相关理论的计算校核
运动力学在机械结构设计应用方面，是需要进行比较复杂的计算和校核的。因此，对于设计技术人员一定要掌握必要的计算方法。例如支持PLC或数控系统或运动控制卡等这-类东西所需要的程序逻辑算法。举个简单的例子就是比如解决一只N轴联动的机械手的算法问题。需要考虑当臂关节平面移动，臂关节转动，肘关节平面移动，肘关节转动，腕关节转动，指关节摆动等一切运动所遵循的运动轨迹方程。要紧密联系物理现象的计算。
总之，物理学的发展势必带动着整个社会的发展，而且作为一门基础学科，物理的主要目标就是服务于公众，服务于社会，为人民生活带来更多的便利与改善。而运动力学作为物理学科中较为重要的章节，也应当体现出其关键性的价值，而且其在机械设备设计流程中较为多见，而且机械日常工作流程也是一个动态运动的过程，因而相对于静态力学，其对应机械设计运用将会带来更高的契合度，从而保证设计的科学性与合理性，能够真正减少机械工作中的磨损与材料损耗，从而保证更大的经济收益。
结束语：综上，通过上文对机械结构设计以及运动力学在机械结构设计中的必要性、设计准则以及具体应用进行分析，可以得知在机械结构设计中应用运动力学有着极为重要的指导作用以及干预影响。因此，在今后的发展中，在机械结构设计应当不断深入研究机械运动理论与相关技术，并科学应用运动力学理论与技术，从而对机械结构产品质量的不断提高打下良好基础。
参考文献：
[1]卫江，王胜.运动力学在机械结构设计中的应用[J].无线互联科技.2015.
[2]崔笑游.运动力学在机械领域中的应用研究[J].中国科技投资.2018.
[3]杨飞.解析运动力学在机械结构设计中的应用[J].建筑工程技术与设计.2017.
论文作者:陈海鹰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/11
标签：力学论文; 机械论文; 结构设计论文; 结构论文; 要素论文; 零件论文; 部件论文; 《基层建设》2018年第22期论文;