機械行業的力學應用分析

王燕玲

（山西工程職業學院，山西 太原 030000）

引言

伴隨著我國工業行業的高速健康發展，現如今對于很多的機械設備的需求也在持續增加，在要求上也越來越高，并且其發展和穩定運行都離不開機械設備和相關控制設備的有效支持。從另一個角度來說，我國經濟的進步離不開機械制造的有效應用，這也就需要機械制造業必須提升自身的性能，以此來滿足當下相關產業的需求。現階段，我國已經是機械生產、機械制造以及機械應用的大國，因此為了能夠穩定并且持續地增強機械行業的發展，通過力學專業技能和知識的融入，就能夠很好地實現優化機械行業的目標。

另外，力學是力與運動兩者結合的一門學科，并且力學在各大行業中也都得到了十分廣泛的應用，而在機械行業中，力學包括了機械物體的運動與力、機械零件運動與力的作用等。隨著工業的迅速發展也讓力學系統得到了提升，與此同時，機械行業中所涵蓋的機械結構設計、生產制造、應用技術等都能夠通過力學的參與令其變得更加完善。通常來說，機械行業以及力量相關行業的發展都離不開力學的支撐，現階段機械行業所涉及到的機械運動以及機械作用等均采用了力學的相關知識，基于此該文先簡單敘述了力學和機械行業之間的關系，并通過力學應用的基本原則分別對彈性力學、斷裂力學與工程力學在機械行業中的應用進行了探析。

1 力學的主要內容及力學和機械行業的關系

1.1 力學的主要內容

力學的存在是一門獨立又基礎的技術學科，可以將其大體上分為靜力學、運動學和動力學三大類，主要的方向是研究科學的機械運動規律，而機械運動又可以看作為力學運動。

力學知識的來源比較悠久，古希臘的阿基米德是為力學知識奠定基礎的人，一直到17世紀前后，力學才被逐漸發展成為一門獨立基礎的學科，該學科的誕生也讓越來越多的科學家對其進行開發和推廣。直至今日，力學所涉及的行業范圍也越來越大，其中最為廣泛的應用專業就是機械行業的應用，根據機械行業的特征，力學在其中發揮了十分重要的價值。除此之外，力學是一門專業性極強的技術學科，在眾多涉及到的領域中，工程力學相對其他領域比較而言是一門綜合性較強的學科，并且也在各大行業中得以應用，為其解決了諸多實際的工程問題。

1.2 力學與機械行業之間的關系

通過力學知識和機械結構設計的有效結合，能夠充分保障設備生產時的穩定性，也是確保產品高質量生產的前提條件，與此同時還能夠合理控制生產成本，以此獲得更大的經濟效益。

近幾年，力學知識被越來越多研究人員重視，機械行業通過對力學知識的應用，完善了機械結構的優化設計，從另一個層次來說，通過力學和機械結構的結合，也是機械行業全面改革的關鍵。力學知識應用在機械行業中，能夠有效提升機械生產的自動化，有效節省勞動力資源，但是，還需要了解應用前需要注意的流程以及力學應用在機械行業中需要遵守的原則，從整體上實現對機械行業的優化。

2 機械行業力學應用的流程

2.1 設計整體結構優化方案

在應用力學知識對機械結構進行優化設計的整個期間，相關人員應該從大局觀考慮對結構設計的把控，可以對機械結構的不同功能進行劃分，通過專業區域功能為其匹配專業的設計人員，從而保障機械結構各自模塊都能夠得到充分的優化，為機械設備整體優化提供全方位的保障。

2.2 分析機械結構方式

在對機械進行優化設計的期間，首先就要對設計圖紙進行嚴格的把關，做好設計前的準備工作。因為在對結構進行設計的時候只有保障零件之間配合穩定，才能夠發揮機械設備功能的最大化，因此需要根據圖紙對零件進行精密設計，再結合技術對圖紙進行模擬演示，并通過計算機相關數據檢測圖紙設計中存在的不合理之處，提醒相關設計人員對結構設計的相關參數進行修改，從而調整整體結構的合理性，最終完善力學和機械設備機構的設計方案。

2.3 合理設計機械結構的功能

力學在機械結構設計的中應用，其根本目的就是力學知識和技術能夠科學合理地在原本的結構中進行優化，從而為相關企業的生產創造更大的經濟效益，所以在進行設計的時候要保證機械設備能夠在長時間內正常運行，特別是要注重對機械設備中零件與零件之間銜接處的設計。除此之外，相關人員還需要考慮零件安裝空間大小的設計，具體指的就是在小空間進行零件安裝的時候，檢修人員在后期維護期間有著一定的困難，因為零部件本身的損壞率就比較高，所以若是預留空間過小，就沒有辦法對其進行及時維修，從而影響設備的生產，降低了機械行業的聲譽。

而通過合理運用力學知識，工作人員首先可以將容易損壞的零部件進行調整，可以選擇從材質和零部件的外觀上著手，這樣一來就能夠有效提升零部件材質的抗損性能。再者通過對零部件形態的改變，還可以減少后期維修的困難，避免因維修時間過長而影響設備生產。除此之外，在機械設備的零件中，傳輸零件是其結構設計中最為基礎的力學組成部分，比如鏈條、皮帶等，在運行的狀態中難免會產生一定的損壞，因此在設計期間，工作人員在不影響機械設備正常性能的前提下，還需要對這方面的零部件不斷調整優化，減少故障的發生，因此在機械行業中應用力學還需要遵守相應的原則[1]。

3 機械行業力學應用須遵循的原則

3.1 基本力學原則

機械行業相關工作人員在進行設計時，一定要遵循力學的基本原則。例如選擇用料可以通過力學知識挑選合適的材料，并在結構設計中進行應用。例如上文中提到的不同材料對零部件起到的效果，通過力學知識能夠分析材料強度的承受能力，以此保證制作材料的質量。例如，在機械制造期間，其中最為常見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，它們的形態也是影響設備運行穩定性的關鍵因素。因此為了構建機械結構全面的適用性和穩定性，相關設計人員只有及時地了解零部件的材質，再結合零件在運行狀態中的特點，充分地對機械設備進行優化，才能保障設備生產的穩定性，從而推動機械行業的持續發展。

3.2 創新性原則

任何行業的發展離不開創新，兩者之間可以說是彼此約束的存在。為了推進企業高質量前進的步伐，必須要在原有的基礎上對其進行創新，機械行業也是如此。工作人員結合力學知識對機械結構不斷優化設計，也需要將創新作為設計理念，并根據機械結構自身的特點，將創新側重點全面應用在設計中。設計人員除了要保證機械設備的正常運行和功能性之外，還需要通過新型材料的應用升級內部結構，以此來增強企業經濟效益，減少投入成本。

與此同時，通過新型材料的使用，能夠體現出我國一直倡導的環保理念，這種材料上的創新性應用，能夠保證設計人員有效結合環保理念并控制設備生產成本，把節約出來的成本應用在機械設備模擬化試用的階段，檢查在正式運行期間對機械設備的運行狀況和總體效果的呈現，從而確認是否符合設計的目標[2]。值得注意的是，創新也要根據力學原則進行設計，否則在使用期限和綜合效果方面必將會存在短板。

4 各力學分支在機械行業的應用

4.1 彈性力學在機械行業的應用

彈性力學又被稱之為彈性理論，在固體力學中是極其重要的一個分支，主要研究物體受到外部壓力和碰撞等所產生的形態變化和位置移動等相關的內容。通過對這方面的研究能夠有效增強機械制造設備的設計強度和抗壓性，還能夠提升材料的剛度等，在機械行業中，大部分的機械設備都會遇見以下現象：首先就是設備運行的速度過快或是運行期間出現彈性變形，再者就是運行期間內部承載力較強導致形變，這些都是影響機械設備正常使用的因素，因此必須通過分析對彈性力學知識進行應用。應用具體方向主要分為三個部分，首先就是考慮凸輪結構的相關設計，再者就是中齒輪結構的相關設計，最后則是軸承的設計[3]。以齒輪結構為例，漸開線能夠有效改善齒輪結構，從而減少兩個齒輪基礎面的受力，在設計并實際應用彈性力學知識時可以及時發現漸開線設計中存在的問題，而通過彈性力學的理論知識和公式能夠對問題進行了解，并準確解決共振問題。

4.2 斷裂力學在機械行業的應用

斷裂力學在固體力學中屬于一個新的分支，所研究的內容主要是了解機械結構中存在的裂紋缺陷，通常適用于對機械設備結構損傷的設計，因為長期使用的機械設備很可能會因為零部件老化以及承載力度過大而造成裂紋。通過斷裂力學在機械行業中的應用，就能夠有效判定機械斷裂的具體位置，以此來對機械設備進行維修，充分保證機械設備的穩定運行，保障持續的生產狀態。由此可見斷裂力學能夠大幅度增強機械設備的性能，有效改善設備斷裂問題。除此之外，斷裂力學應用在壓力容器設備中，還可以維持壓力容器的正常運行。

另外，在機械行業應用斷裂力學必須要保障能夠科學合理地對相關的設計參量和余度分布進行設計，這些參數能夠直接體現出機械設計中存在的問題和安全指標，而保證安全指標的前提可以選擇應力二矩陣和強度二矩陣。在遵循創新原則時需對設備結構的材質進行檢測，從而選擇更加可靠的材料提升設備運行的總體效率，與此同時還要能夠準確判斷機械故障的原因。現階段通過斷裂力學分析并檢測能夠及時發現機械設備斷裂的位置和原因，減少維修的頻率，提升設備運行的穩定性[4]。

4.3 工程力學在機械行業的應用

隨著科技的高速健康發展，工程力學在機械行業的應用最為廣泛，工程力學相關原理以及應用實踐中得到的結論都能適用于機械行業。一般來說，工程力學系統性較強，因此應用在機械設計中能夠有效改善設備損壞、運行狀態差、錯位等現象，進一步提升生產效率。

在機械設備運行期間，設備零部件會因長期的投入使用出現不同程度的損耗，通過工程力學就能夠進行指導。例如，可以根據工程力學對損耗進行計算，然后再通過得到的結果對損耗的具體情況和損耗的位置進行預判。最后再根據預判的情況優化機械結構的設計參數和相關材質選取，以此更加科學合理地優化機械結構。在這方面需要注意的是，力學所涵蓋的知識比較多，所以在機械行業中的應用相對比較靈活，需要工作人員靈活掌握力學的相關知識，設計出更加高效率、長壽命、低消耗的機械設備。

5 結語

機械行業在我國的發展越來越好，并且其生產制造的應用范圍也越來越廣泛，為了能夠跟隨社會經濟的發展，機械行業也需要不斷提升技術和包容度，因此相關的工作人員也需要根據發展的趨勢不斷更新設計理念，加強力學知識的專業性。基于此，該文首先簡述了力學的主要內容，并對機械行業中力學應用需要遵循的原則進行了分析，充分優化機械結構的性能，除此之外還通過對彈性力學、斷裂力學、工程力學在機械行業中的應用進行研究，從而提升機械設備運行的效率，增強機械設備使用的壽命，促進機械行業的持續穩定發展。