機(jī)械行業(yè)的力學(xué)應(yīng)用分析

王燕玲

（山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030000）

引言

伴隨著我國(guó)工業(yè)行業(yè)的高速健康發(fā)展，現(xiàn)如今對(duì)于很多的機(jī)械設(shè)備的需求也在持續(xù)增加，在要求上也越來(lái)越高，并且其發(fā)展和穩(wěn)定運(yùn)行都離不開(kāi)機(jī)械設(shè)備和相關(guān)控制設(shè)備的有效支持。從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步離不開(kāi)機(jī)械制造的有效應(yīng)用，這也就需要機(jī)械制造業(yè)必須提升自身的性能，以此來(lái)滿足當(dāng)下相關(guān)產(chǎn)業(yè)的需求?，F(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)是機(jī)械生產(chǎn)、機(jī)械制造以及機(jī)械應(yīng)用的大國(guó)，因此為了能夠穩(wěn)定并且持續(xù)地增強(qiáng)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，通過(guò)力學(xué)專業(yè)技能和知識(shí)的融入，就能夠很好地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化機(jī)械行業(yè)的目標(biāo)。

另外，力學(xué)是力與運(yùn)動(dòng)兩者結(jié)合的一門學(xué)科，并且力學(xué)在各大行業(yè)中也都得到了十分廣泛的應(yīng)用，而在機(jī)械行業(yè)中，力學(xué)包括了機(jī)械物體的運(yùn)動(dòng)與力、機(jī)械零件運(yùn)動(dòng)與力的作用等。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展也讓力學(xué)系統(tǒng)得到了提升，與此同時(shí)，機(jī)械行業(yè)中所涵蓋的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、應(yīng)用技術(shù)等都能夠通過(guò)力學(xué)的參與令其變得更加完善。通常來(lái)說(shuō)，機(jī)械行業(yè)以及力量相關(guān)行業(yè)的發(fā)展都離不開(kāi)力學(xué)的支撐，現(xiàn)階段機(jī)械行業(yè)所涉及到的機(jī)械運(yùn)動(dòng)以及機(jī)械作用等均采用了力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，基于此該文先簡(jiǎn)單敘述了力學(xué)和機(jī)械行業(yè)之間的關(guān)系，并通過(guò)力學(xué)應(yīng)用的基本原則分別對(duì)彈性力學(xué)、斷裂力學(xué)與工程力學(xué)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了探析。

1 力學(xué)的主要內(nèi)容及力學(xué)和機(jī)械行業(yè)的關(guān)系

1.1 力學(xué)的主要內(nèi)容

力學(xué)的存在是一門獨(dú)立又基礎(chǔ)的技術(shù)學(xué)科，可以將其大體上分為靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三大類，主要的方向是研究科學(xué)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而機(jī)械運(yùn)動(dòng)又可以看作為力學(xué)運(yùn)動(dòng)。

力學(xué)知識(shí)的來(lái)源比較悠久，古希臘的阿基米德是為力學(xué)知識(shí)奠定基礎(chǔ)的人，一直到17世紀(jì)前后，力學(xué)才被逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立基礎(chǔ)的學(xué)科，該學(xué)科的誕生也讓越來(lái)越多的科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)和推廣。直至今日，力學(xué)所涉及的行業(yè)范圍也越來(lái)越大，其中最為廣泛的應(yīng)用專業(yè)就是機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用，根據(jù)機(jī)械行業(yè)的特征，力學(xué)在其中發(fā)揮了十分重要的價(jià)值。除此之外，力學(xué)是一門專業(yè)性極強(qiáng)的技術(shù)學(xué)科，在眾多涉及到的領(lǐng)域中，工程力學(xué)相對(duì)其他領(lǐng)域比較而言是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，并且也在各大行業(yè)中得以應(yīng)用，為其解決了諸多實(shí)際的工程問(wèn)題。

1.2 力學(xué)與機(jī)械行業(yè)之間的關(guān)系

通過(guò)力學(xué)知識(shí)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效結(jié)合，能夠充分保障設(shè)備生產(chǎn)時(shí)的穩(wěn)定性，也是確保產(chǎn)品高質(zhì)量生產(chǎn)的前提條件，與此同時(shí)還能夠合理控制生產(chǎn)成本，以此獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

近幾年，力學(xué)知識(shí)被越來(lái)越多研究人員重視，機(jī)械行業(yè)通過(guò)對(duì)力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，完善了機(jī)械結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從另一個(gè)層次來(lái)說(shuō)，通過(guò)力學(xué)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的結(jié)合，也是機(jī)械行業(yè)全面改革的關(guān)鍵。力學(xué)知識(shí)應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)中，能夠有效提升機(jī)械生產(chǎn)的自動(dòng)化，有效節(jié)省勞動(dòng)力資源，但是，還需要了解應(yīng)用前需要注意的流程以及力學(xué)應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)中需要遵守的原則，從整體上實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械行業(yè)的優(yōu)化。

2 機(jī)械行業(yè)力學(xué)應(yīng)用的流程

2.1 設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

在應(yīng)用力學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的整個(gè)期間，相關(guān)人員應(yīng)該從大局觀考慮對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的把控，可以對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同功能進(jìn)行劃分，通過(guò)專業(yè)區(qū)域功能為其匹配專業(yè)的設(shè)計(jì)人員，從而保障機(jī)械結(jié)構(gòu)各自模塊都能夠得到充分的優(yōu)化，為機(jī)械設(shè)備整體優(yōu)化提供全方位的保障。

2.2 分析機(jī)械結(jié)構(gòu)方式

在對(duì)機(jī)械進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的期間，首先就要對(duì)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行嚴(yán)格的把關(guān)，做好設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作。因?yàn)樵趯?duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候只有保障零件之間配合穩(wěn)定，才能夠發(fā)揮機(jī)械設(shè)備功能的最大化，因此需要根據(jù)圖紙對(duì)零件進(jìn)行精密設(shè)計(jì)，再結(jié)合技術(shù)對(duì)圖紙進(jìn)行模擬演示，并通過(guò)計(jì)算機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)檢測(cè)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中存在的不合理之處，提醒相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改，從而調(diào)整整體結(jié)構(gòu)的合理性，最終完善力學(xué)和機(jī)械設(shè)備機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。

2.3 合理設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的功能

力學(xué)在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的中應(yīng)用，其根本目的就是力學(xué)知識(shí)和技術(shù)能夠科學(xué)合理地在原本的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行優(yōu)化，從而為相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候要保證機(jī)械設(shè)備能夠在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)正常運(yùn)行，特別是要注重對(duì)機(jī)械設(shè)備中零件與零件之間銜接處的設(shè)計(jì)。除此之外，相關(guān)人員還需要考慮零件安裝空間大小的設(shè)計(jì)，具體指的就是在小空間進(jìn)行零件安裝的時(shí)候，檢修人員在后期維護(hù)期間有著一定的困難，因?yàn)榱悴考旧淼膿p壞率就比較高，所以若是預(yù)留空間過(guò)小，就沒(méi)有辦法對(duì)其進(jìn)行及時(shí)維修，從而影響設(shè)備的生產(chǎn)，降低了機(jī)械行業(yè)的聲譽(yù)。

而通過(guò)合理運(yùn)用力學(xué)知識(shí)，工作人員首先可以將容易損壞的零部件進(jìn)行調(diào)整，可以選擇從材質(zhì)和零部件的外觀上著手，這樣一來(lái)就能夠有效提升零部件材質(zhì)的抗損性能。再者通過(guò)對(duì)零部件形態(tài)的改變，還可以減少后期維修的困難，避免因維修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而影響設(shè)備生產(chǎn)。除此之外，在機(jī)械設(shè)備的零件中，傳輸零件是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為基礎(chǔ)的力學(xué)組成部分，比如鏈條、皮帶等，在運(yùn)行的狀態(tài)中難免會(huì)產(chǎn)生一定的損壞，因此在設(shè)計(jì)期間，工作人員在不影響機(jī)械設(shè)備正常性能的前提下，還需要對(duì)這方面的零部件不斷調(diào)整優(yōu)化，減少故障的發(fā)生，因此在機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用力學(xué)還需要遵守相應(yīng)的原則[1]。

3 機(jī)械行業(yè)力學(xué)應(yīng)用須遵循的原則

3.1 基本力學(xué)原則

機(jī)械行業(yè)相關(guān)工作人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一定要遵循力學(xué)的基本原則。例如選擇用料可以通過(guò)力學(xué)知識(shí)挑選合適的材料，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行應(yīng)用。例如上文中提到的不同材料對(duì)零部件起到的效果，通過(guò)力學(xué)知識(shí)能夠分析材料強(qiáng)度的承受能力，以此保證制作材料的質(zhì)量。例如，在機(jī)械制造期間，其中最為常見(jiàn)的連接零部件除了傳輸零件外，還有螺栓和螺帽等類似配件，它們的形態(tài)也是影響設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。因此為了構(gòu)建機(jī)械結(jié)構(gòu)全面的適用性和穩(wěn)定性，相關(guān)設(shè)計(jì)人員只有及時(shí)地了解零部件的材質(zhì)，再結(jié)合零件在運(yùn)行狀態(tài)中的特點(diǎn)，充分地對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，才能保障設(shè)備生產(chǎn)的穩(wěn)定性，從而推動(dòng)機(jī)械行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

3.2 創(chuàng)新性原則

任何行業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)創(chuàng)新，兩者之間可以說(shuō)是彼此約束的存在。為了推進(jìn)企業(yè)高質(zhì)量前進(jìn)的步伐，必須要在原有的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新，機(jī)械行業(yè)也是如此。工作人員結(jié)合力學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，也需要將創(chuàng)新作為設(shè)計(jì)理念，并根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)，將創(chuàng)新側(cè)重點(diǎn)全面應(yīng)用在設(shè)計(jì)中。設(shè)計(jì)人員除了要保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行和功能性之外，還需要通過(guò)新型材料的應(yīng)用升級(jí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以此來(lái)增強(qiáng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，減少投入成本。

與此同時(shí)，通過(guò)新型材料的使用，能夠體現(xiàn)出我國(guó)一直倡導(dǎo)的環(huán)保理念，這種材料上的創(chuàng)新性應(yīng)用，能夠保證設(shè)計(jì)人員有效結(jié)合環(huán)保理念并控制設(shè)備生產(chǎn)成本，把節(jié)約出來(lái)的成本應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備模擬化試用的階段，檢查在正式運(yùn)行期間對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀況和總體效果的呈現(xiàn)，從而確認(rèn)是否符合設(shè)計(jì)的目標(biāo)[2]。值得注意的是，創(chuàng)新也要根據(jù)力學(xué)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，否則在使用期限和綜合效果方面必將會(huì)存在短板。

4 各力學(xué)分支在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用

4.1 彈性力學(xué)在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用

彈性力學(xué)又被稱之為彈性理論，在固體力學(xué)中是極其重要的一個(gè)分支，主要研究物體受到外部壓力和碰撞等所產(chǎn)生的形態(tài)變化和位置移動(dòng)等相關(guān)的內(nèi)容。通過(guò)對(duì)這方面的研究能夠有效增強(qiáng)機(jī)械制造設(shè)備的設(shè)計(jì)強(qiáng)度和抗壓性，還能夠提升材料的剛度等，在機(jī)械行業(yè)中，大部分的機(jī)械設(shè)備都會(huì)遇見(jiàn)以下現(xiàn)象：首先就是設(shè)備運(yùn)行的速度過(guò)快或是運(yùn)行期間出現(xiàn)彈性變形，再者就是運(yùn)行期間內(nèi)部承載力較強(qiáng)導(dǎo)致形變，這些都是影響機(jī)械設(shè)備正常使用的因素，因此必須通過(guò)分析對(duì)彈性力學(xué)知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用。應(yīng)用具體方向主要分為三個(gè)部分，首先就是考慮凸輪結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)，再者就是中齒輪結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)，最后則是軸承的設(shè)計(jì)[3]。以齒輪結(jié)構(gòu)為例，漸開(kāi)線能夠有效改善齒輪結(jié)構(gòu)，從而減少兩個(gè)齒輪基礎(chǔ)面的受力，在設(shè)計(jì)并實(shí)際應(yīng)用彈性力學(xué)知識(shí)時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)漸開(kāi)線設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，而通過(guò)彈性力學(xué)的理論知識(shí)和公式能夠?qū)?wèn)題進(jìn)行了解，并準(zhǔn)確解決共振問(wèn)題。

4.2 斷裂力學(xué)在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用

斷裂力學(xué)在固體力學(xué)中屬于一個(gè)新的分支，所研究的內(nèi)容主要是了解機(jī)械結(jié)構(gòu)中存在的裂紋缺陷，通常適用于對(duì)機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)損傷的設(shè)計(jì)，因?yàn)殚L(zhǎng)期使用的機(jī)械設(shè)備很可能會(huì)因?yàn)榱悴考匣约俺休d力度過(guò)大而造成裂紋。通過(guò)斷裂力學(xué)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用，就能夠有效判定機(jī)械斷裂的具體位置，以此來(lái)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維修，充分保證機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，保障持續(xù)的生產(chǎn)狀態(tài)。由此可見(jiàn)斷裂力學(xué)能夠大幅度增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的性能，有效改善設(shè)備斷裂問(wèn)題。除此之外，斷裂力學(xué)應(yīng)用在壓力容器設(shè)備中，還可以維持壓力容器的正常運(yùn)行。

另外，在機(jī)械行業(yè)應(yīng)用斷裂力學(xué)必須要保障能夠科學(xué)合理地對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)參量和余度分布進(jìn)行設(shè)計(jì)，這些參數(shù)能夠直接體現(xiàn)出機(jī)械設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題和安全指標(biāo)，而保證安全指標(biāo)的前提可以選擇應(yīng)力二矩陣和強(qiáng)度二矩陣。在遵循創(chuàng)新原則時(shí)需對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)的材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，從而選擇更加可靠的材料提升設(shè)備運(yùn)行的總體效率，與此同時(shí)還要能夠準(zhǔn)確判斷機(jī)械故障的原因?，F(xiàn)階段通過(guò)斷裂力學(xué)分析并檢測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備斷裂的位置和原因，減少維修的頻率，提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性[4]。

4.3 工程力學(xué)在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用

隨著科技的高速健康發(fā)展，工程力學(xué)在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用最為廣泛，工程力學(xué)相關(guān)原理以及應(yīng)用實(shí)踐中得到的結(jié)論都能適用于機(jī)械行業(yè)。一般來(lái)說(shuō)，工程力學(xué)系統(tǒng)性較強(qiáng)，因此應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中能夠有效改善設(shè)備損壞、運(yùn)行狀態(tài)差、錯(cuò)位等現(xiàn)象，進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率。

在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行期間，設(shè)備零部件會(huì)因長(zhǎng)期的投入使用出現(xiàn)不同程度的損耗，通過(guò)工程力學(xué)就能夠進(jìn)行指導(dǎo)。例如，可以根據(jù)工程力學(xué)對(duì)損耗進(jìn)行計(jì)算，然后再通過(guò)得到的結(jié)果對(duì)損耗的具體情況和損耗的位置進(jìn)行預(yù)判。最后再根據(jù)預(yù)判的情況優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)和相關(guān)材質(zhì)選取，以此更加科學(xué)合理地優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)。在這方面需要注意的是，力學(xué)所涵蓋的知識(shí)比較多，所以在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用相對(duì)比較靈活，需要工作人員靈活掌握力學(xué)的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)出更加高效率、長(zhǎng)壽命、低消耗的機(jī)械設(shè)備。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械行業(yè)在我國(guó)的發(fā)展越來(lái)越好，并且其生產(chǎn)制造的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛，為了能夠跟隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械行業(yè)也需要不斷提升技術(shù)和包容度，因此相關(guān)的工作人員也需要根據(jù)發(fā)展的趨勢(shì)不斷更新設(shè)計(jì)理念，加強(qiáng)力學(xué)知識(shí)的專業(yè)性?；诖?，該文首先簡(jiǎn)述了力學(xué)的主要內(nèi)容，并對(duì)機(jī)械行業(yè)中力學(xué)應(yīng)用需要遵循的原則進(jìn)行了分析，充分優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)的性能，除此之外還通過(guò)對(duì)彈性力學(xué)、斷裂力學(xué)、工程力學(xué)在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究，從而提升機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的效率，增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備使用的壽命，促進(jìn)機(jī)械行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。