运动力学中机械结构设计应用探析论文

运动力学中机械结构设计应用探析论文（共7篇）

运动力学中机械结构设计应用探析论文 篇1

关键词：运动力学;零部件链接;机械结构;设计应用;疲劳力学

机械结构设计过程中，会运用很多原理，其中运动力学原理发挥着非常重要的理论指导作用.在物理学的很多力学实验中，运动力学也是受到很多研究人员重视和关注的.可以说，运动力学作为机械科学与物理学科的一种连接纽带，通过科学合理的应用运动动力学，对于机械结构设计的改良和优化，具有十分有价值的指导意义.机械机构设计质量和效率的提升，离不开运动力学理论的支撑.因此，本文通过对运动力学进行深度解析，并将机械结构设计的要素进行系统归纳总结，结合一些实际案例，对运动力学在机械结构设计中的应用问题进行分析.

1机械结构设计在应用中的技术要素

运动力学中机械结构设计应用探析论文 篇2

工业经济虽然在知识经济时代的来临和冲击之下, 逐渐走向了式微的发展阶段, 但这并非意味着在社会生活和经济生产中, 已经失去了往昔的主导地位, 仍旧存在着不可忽略的价值和功能, 并在国家复兴的进程中, 具有强大的助推作用。作为传统工业部门中的代表, 机械制造业不但在经济发展的助推中, 作用绝非可有可无, 而且在当前科技创新的研究领域中, 其平台作用也是不可小觑。在机械结构的设计原理中, 运动力学在其中的干预作用最大, 在物理学的实验活动中, 也最受研究人员的重视和关注。

1 机械结构设计的在应用中的技术要素

作为机械结构设计环节中的重要组成部分, 结构设计中的关键要素, 正是促进技术革新的重要手段之一。伴随着科研活动中的理论基础的日益夯实和技术应用范围的日趋扩大, 物理学中的相关原理也逐渐拥有了充足的用武之地, 在实际机械结构的设计中, 不断满足着机械结构的符合要求, 并促进生产水平的解放和提升[1]。在机械结构设计层面的几何要素上进行分析, 机械结构的设计原理, 秉持着其精密的设计技术的指导和应用, 在零部件之间能够实现咬合力的提高, 并实现位置关系的明确定位和精密确定。在这种几何要素的关系体系之内, 机械结构设计中最为关键的因素, 便是不同的面, 在这些不同的面上, 通过完善和优化的考量, 来保证在零件的不同接触面上, 都可以进行合理的安排[2]。

2 运动力学在机械结果设计中的应用

运动力学在机械结构设计中的应用价值, 主要体现在2个方面: (1) 在零部件的链接方面。在这一环节中, 诚如上文中论述的那样, 存在着直接链接和间接链接的差别, 由于存在着应用方面的差别, 所以在运动力学的应用潜力上, 也存在着截然相异的表现。但是作为机械设计中的核心要素, 运动力学所产生的抽象指导上, 从根本上也是如出一辙[3]。例如, 利用力矩的变化, 通过计算不同联接点的摩擦力和压力, 从而可以了解到不同的节点的压力和零件的材料选择等。在力学计算和相应的选择性指标的衡量下, 构成决定零件的选材和位置的排列组合等等, 都体现出这一点。 (2) 在机械零件的操作过程中, 一旦发生损耗等相关问题, 运动力学的理念和技术原理同样存在着必要的指引作用, 特别是在行动与摩擦之后产生的损耗之后, 借助运动力学的相关理论, 便能够依照运动做工, 实现计算机的损耗系数, 并且对零件的损耗程度进行相应的预定, 还能够在根本上实现材质遴选的科学性。总之, 充分利用运动力学, 是保证机械结构设计的基础, 也是未来的发展方向。

3 运动力学在机械结构中的设计准则

3.1 满足力学要求的设计准则

在进行机械产品结构设计过程中, 必须要考虑到材料力学、弹性力学、疲劳力学等相关的力学准则, 并且在此基础上, 通过相应力学的强度计算法则, 实现设计合格化的机械产品, 积极引用在生产活动之中。在运动力学的物理学术体系中, 疲劳力学便是一个值得参照的对象。由于其与轴承、齿轮以及轴的使用寿命等存在着直接的关联, 因此在设计过程中, 研究人员通常会依据不同机械零件的载荷变化, 实现力学计算的灵活化处理, 进而实现产品结构的优化, 并延长机械产品的使用寿命和利用周期。由于零件的截面尺寸的变化, 能够带动其内应力变化适应能力的提高, 这便能够使得各截面的强度相等。而按等强度原理设计的结构, 材料才可以得到充分的利用, 提高经济效益[4]。

3.2 创新机械结构的设计理念

如今的机械结构创新设计活动, 大体是指采用机械结构设计变元法, 通过针对机械结构设计中相关因素的遴选和改变, 以实现机械结构在实用层面上的技术革新和理念创新, 以便满足于应用上的诸多需求。在这种呼之欲出的科研背景之下, 创新型结构在便利性和经济性等多方面上均能够优于传统设计结构的主要原动力, 就是近年来推出的变元法。这种机械结构的设计法则主要包括多种装配原理, 例如数量变元、形状变元、材料变元、位置变元以及装配联接变元等等, 在变元中实现机械结构设计方案的革新, 并在数学模型的引导和助推下, 计算和测试其结构性能, 便能够选择出最优化的机械结构设计[5]。

4 结语

通过对运动力学的理论阐释及对其在机械结构设计应用中的使用角度和应用范围进行深度分析, 便可得知运动力学对机械设计应有所具有的非比寻常的指导作用和干预影响。由于机械产品的使用在当今经济活动中, 与运动设备之间的联系越发紧密, 因此在机械结构的设计活动中, 需要机械运动理论的深度化透析和研究, 并且紧随市场需求的步伐, 进行相应的技术改革与理念创新, 为国家的机械制造业提供更为便捷的服务。

摘要：伴随着机械制造业在国内经济生产领域中的逐渐开展, 中国在国际市场中拥有了“世界工厂”的称呼, 并且在机械技术的发展革新中逐步深化, 实现了科学与技术之间的进一步结合。在机械结构的设计应用中, 运动力学作为机械科学和物理学中的主要连接点, 对于机械结构的生产革新, 无疑能够起到非比寻常的引导功能和借鉴价值, 并且在技术革新的进程中, 起到工作效率和产品质量的双重提升。因此, 文章通过对运动力学的解析, 辅之以机械结构设计要素的归纳和总结, 有助于实现针对运动力学在机械结构设计中的应用态势的洞悉与掌握。

关键词：运动力学,机械结构,设计应用

参考文献

[1]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, 8 (16) :258.

[2]王晓光.节能降耗在机械设计加工中的应用解析[J].品牌 (下半月) , 2015, 2 (6) :199.

[3]靳宇.机械装配结构组织性研究及其在概念设计中的应用[D].北京:北京邮电大学, 2012.

[4]杨先军.柔性力敏传感及其应用技术研究[D].北京:中国科学技术大学, 2012.

运动力学中机械结构设计应用探析论文 篇3

中图分类号：G847 文献标识：A 文章编号：1009-9328（2014）09-000-01

摘 要 任何一项运动都离不开一个强大的科研团队，本文对运动生物力学在羽毛球中的应用的文献进行综述，总结出存在的不足和缺陷，为今后运动生物力学在羽毛球中的应用提供理论基础。

关键词 运动生物力学 羽毛球 运动

一、运动生物力学在羽毛球运动中应用的研究现状

（一）运动生物力学的发展方向

运动生物力学的一个很重要的研究任务是揭示运动技术原理，进行技术诊断。运用运动生物力学的原理与方法进行运动技术分析对现代竞技运动项目的发展具有重要的意义。徐州师范大学体育学院李永强通过对第十三届全国运动生物力学交流大会论文汇编的189篇论文的研究，总结出了运动生生物力学在各种运动项目、运动装备、训练装备、测试仪器、运动损伤康复、大众健身和教学方面的发展现状和趋势。

（二）运动生物力学与羽毛球技术

1.理论性研究

羽毛球运动生物力学研究，最早出现的是在1984年，古今在《从生物力学角度试论杀球的最佳发力结构》一文中，从运动生物力学的角度出发，详细论述了羽毛球杀球的发力过程应是类似鞭打的动作过程。从理论上提出了增大鞭打式杀球速度的关键是加大挥拍过程中各运动环节的角速度和击球时球拍拍面的线速度，以及合理运用挥拍过程中的“制动方法”等方面的问题。

2.实验性研究

李伟才在《羽毛球发球技术动作生物力学分析》中利用三维标定，现场拍摄，影像解析以及文献资料等方法，对正手发高远球及网前小球的动作进行生物力学分析，定性的分析两种发球技术动作之间的区别。总结出发网前小球时，球拍击球的时间并不是手腕获得最高速度的时间，运动员为了增加发球动作的隐蔽性，在获得高挥拍速度后会主动发力降速。在发球时，肘关节的加速强调稳定性，腕关节的动作强调隐蔽性。在发网前小球时，手腕的加速追求高的加速度和短的加速时间。发网前小球时，上臂与小臂的夹角不同是为了改变击球点，减小球在空中的飞行时间，降低发球的难度。上臂与小臂夹角的不同可以作为判断发球方式的依据。

（三）运动生物力学与羽毛球运动损伤

肌肉生物力学已经成为热门课题，对预防运动损伤的研究也将是一个热门课题，然而在羽毛球运动损伤生物力学研究却并不是很多。严睿在《羽毛球运动中肘关节损伤的生物力学分析》中从肘关节的解剖学特征开始分析病理原因，通过对羽毛球运动中肘关节的力学分析，提出预防羽毛球肘部损伤的建议，包括加强肘部肌肉力量联系，做好合理的准备活动和练习时间，选择适合自己的运动器械等。

（四）运动生物力学与学校羽毛球教学

运动生物力学是直接研究体育运动的学科，然而据调查目前很多体育院校将该课程从体育系本科学生（尤其是对于社会体育专业）的必修课改为选修课，这不仅仅对于研究羽毛球技术动作的损失更是对所有运动项目的一大损失。

东北师范大学王小虹教授在“运动生物力学课程教学体会”中指出，应强调突出运动生物力学课程在体育院校本科中的基础性及其和体育运动关系的直接性，这种基础性和直接性决定了运动生物力学课程决不是可有可无的，而是必不可少的。提到教学中以运动生物力学主要研究人体运动的动作结构为主线，使学生在教学实践中收到较好效果。

（五）运动生物力学与大众健身羽毛球

羽毛球是一项大众性的运动，不受年龄性别的影响，并且在目前，中国乃至全世界正处于急剧的老龄化时期，老人的问题必须引起我们关注，但是从运动生物力学的角度研究中来年健身羽毛球的文献却少之又少，或者对于其他项目的研究没有很好的结合到羽毛球中来。但是对于青少年羽毛球的研究是相对较多的无论从技术训练还是体能训练还是运动损伤的预防都取得了不错的成果。

二、结论

（一）对于技术的研究主要是以主观经验为主。对动作技术的路线方向也只是简单的大体的概括总结，缺乏一些量化的指标，缺乏对技术动作的定量化和科学化的描写和分析，没能够很好的把运动生物力学运用到羽毛球技术动作研究中。没有用到更为先进的科学技术和先进仪器，进行大量的理论研究较多，而实验性研究较少；（二）技术动作研究不够全面。羽毛球技术的运动生物力学的研究主要集中在后场，尤其是杀球比较多，而前场技术研究很少；（三）在一些高校中没有设置或者设置为选修课，没有高度重视该门课程；（四）据调查好多综合性院校中的体育学院并没有设置运动生物力学或者只是设置为选修课，限制了运动生物力学的发展；（五）缺乏从运动生物力学的角度分析研究大众性羽毛球。

三、建议

（一）重视运动生物力学在羽毛球运动中的地位和作用

运动生物力学在羽毛球运动中的应用要落到实处，不仅需要国家部分纲要、计划的制定，还得依靠科研人员的认真执行。普通高校要设置运动生物力学课程并提高教师的专业能力。只有具体的执行部分充分的重视，从根本上认识到运动生物力学在羽毛球运动中的重要作用。

（二）理论结合实验研究，在实验中加强对先进技术和设备的引用

没有理论的实验是不科学的，同样没有实验的理论是空洞的。理论提供了运动普遍规律，实验是连接理论与实际的桥梁。两者相辅相成，相互统一，应当紧密结合，才能使理论研究更好的为运动实际服务，同样在运用生物力学研究羽毛球运动时要注意理论与实验相结合。加强开发和利用先进仪器设备，同时借鉴其他类似项目或类似动作的研究方法和手段。

参考文献：

[1] 古今.从生物力学角度试论杀球的最佳发力结构[J].中国体育科技.1984（17）：29.

运动力学中机械结构设计应用探析论文 篇4

刮板输送机中，驱动链轮通过轮齿与链条上链节的啮合，将圆周力传递给链条，形成牵引力，虽然驱动链轮是匀速转动，由于链轮是多边形体，上面各处的半径是周期性金.因此链轮周边上各点的圆周速度是不相同的。随着半径的周期性变化，各点的圆周速度的大小也是周期性变化。半径大处圆周速度大，半径小处圆周速度小。与链轮啮合的链在啮合传动中，也周期性的远离或靠近链轮中心，链条的牵引速度也将周期性变化。速度的变化引起加速度，从而在链条中产生动载荷。

输送机起动和制动时，链条的加速和减速运动也引起动载荷。

验算链条的强度时，陈在计算链条中的最大张力外，还应计入动载荷。因启动和制动所引起的动力不大，因此在计算动力载菏时，可将其略去，只考虑运转时链条运动速度周期变化而引起的动力载荷。

一、链条的运动学

如图2—l4所示，驱动链轮有Z个齿，链条的节距为l0，则链轮的最大半径Rmax可表示为

链轮的最小半径为

从上述两式可得到

驱动链轮作等速转动时，与其啮合的链条作不等速的平移运动。链速变化是由于链轮瞬时回转半径的不同，即从最大回转半径Rmax到最小回转半径Rmin周期性变化，也引起链周期性变化。

图2-14

如图2—l4所示，当链轮转过θ角时，其回转半径及链条瞬时速度为

式中v——链速，m/s;

——驱动链轮的角数度，rad/s;

——驱动链轮转角(t),rad;

t——时间，s;

n——正整数(1，2，……。表示转过多形链轮的边数)。

将式上式对时间求导数，得到链子平移时加速度为

(2-19)

图2—15表示了n=1时链条平移速度和加速度随链轮不断转动的变化曲线。从式(2—18)和式(2—19)也可以看出，速度和加速度随时间呈周期性变化。

假设链条移动的平均速度为υ0，则链轮转动一个节距的时间按移动的直线计算为，按转过一个节距对应的中心角计算为，于是有

(2—20)

将此值代入式(2—l8)及式(2—19)中，并考虑到，当t=0,则时得到链条的最大移动瞬时速度和绝对值最小的瞬时加速度。

(2-21)

(2-22)

当链轮转过时间，链轮的转角时，得到链条移动的最小瞬时速度和绝对值最大的瞬时加速度，并考虑到

(2-23)

(2-24)

当，多边形链轮第二个边开始与链条啮合时，即n=2，链条速度不变，但加速度突然变为

(2-25)

即链轮瞬时回转半径从最大转到最小时，链条作减速运动，速度由最大变为最小，加速度从零变到负最大值;链轮继续转动，从最小回转半径向最大回转半径变化，链条突然加速，加速度变为正最大值，链条移动速度开始增加。当链轮又转到瞬时回转半径为最大时，链轮加速运动停止，加速度为零，速度达到最大值。

图2-15

从上述分析可以看出，由于链轮是多边形，在与链条啮合传动中，其瞬时回转半径是变化的。当链轮作匀速转动时，链条的移动速度从最大值到最小值重复性地变化，在一个周期内一半时间加速度为正值，作加速运动;另半周期内作减速运动，其

第五章 链条啮合驱动的运动学与动力学

刮板输送机中，驱动链轮通过轮齿与链条上链节的啮合，将圆周力传递给链条，形成牵引力。虽然驱动链轮是匀速转动，由于链轮是多边形体，上面各处的半径是周期性金.因此链轮周边上各点的圆周速度是不相同的。随着半径的周期性变化，各点的圆周速度的大小也是周期性变化。半径大处圆周速度大，半径小处圆周速度小。与链轮啮合的链在啮合传动中，也周期性的远离或靠近链轮中心，链条的牵引速度也将周期性变化。速度的变化引起加速度，从而在链条中产生动载荷。

输送机起动和制动时，链条的加速和减速运动也引起动载荷。

验算链条的强度时，陈在计算链条中的最大张力外，还应计入动载荷。因启动和制动所引起的动力不大，因此在计算动力载菏时，可将其略去，只考虑运转时链条运动速度周期变化而引起的动力载荷。

一、链条的运动学

如图2—l4所示，驱动链轮有Z个齿，链条的节距为l0，则链轮的最大半径Rmax可表示为

链轮的最小半径为

从上述两式可得到

驱动链轮作等速转动时，与其啮合的链条作不等速的平移运动。链速变化是由于链轮瞬时回转半径的不同，即从最大回转半径Rmax到最小回转半径Rmin周期性变化，也引起链周期性变化。

图2-14

如图2—l4所示，当链轮转过θ角时，其回转半径及链条瞬时速度为

式中v——链速，m/s;

——驱动链轮的角数度，rad/s;

——驱动链轮转角(t),rad;

t——时间，s;

n——正整数(1，2，……。表示转过多形链轮的边数)。

将式上式对时间求导数，得到链子平移时加速度为

(2-19)

图2—15表示了n=1时链条平移速度和加速度随链轮不断转动的变化曲线。从式(2—18)和式(2—19)也可以看出，速度和加速度随时间呈周期性变化。

假设链条移动的平均速度为υ0，则链轮转动一个节距的时间按移动的直线计算为，按转过一个节距对应的中心角计算为，于是有

(2—20)

将此值代入式(2—l8)及式(2—19)中，并考虑到，当t=0,则时得到链条的最大移动瞬时速度和绝对值最小的瞬时加速度。

(2-21)

(2-22)

当链轮转过时间，链轮的转角时，得到链条移动的最小瞬时速度和绝对值最大的瞬时加速度，并考虑到

(2-23)

(2-24)

当，多边形链轮第二个边开始与链条啮合时，即n=2，链条速度不变，但加速度突然变为

(2-25)

即链轮瞬时回转半径从最大转到最小时，链条作减速运动，速度由最大变为最小，加速度从零变到负最大值;链轮继续转动，从最小回转半径向最大回转半径变化，链条突然加速，加速度变为正最大值，链条移动速度开始增加。当链轮又转到瞬时回转半径为最大时，链轮加速运动停止，加速度为零，速度达到最大值。

图2-15

从上述分析可以看出，由于链轮是多边形，在与链条啮合传动中，其瞬时回转半径是变化的。当链轮作匀速转动时，链条的移动速度从最大值到最小值重复性地变化，在一个周期内一半时间加速度为正值，作加速运动;另半周期内作减速运动，其

加速度为负值。链轮转过瞬时最小回转半径时，链条从最大的减加速运动突然变为最大的加速运动。

二、链条上的动载荷

1)将链条视为一条刚性的长杆，研究其作变速运动时，链条本身产生的动荷载。从链条运动学分析的结果来看，链条运动中产生的动荷载来自两个方面：一方面是链条作加速运动时产生的惯性力;另一方面为链轮转过瞬时最小回转半径时，最大的加速度值是由减加速运动变为加速运动，对链条产生冲击动荷载。所以，总的动荷载应为两者的代数和。

首先讨论链条的惯性力。由图2—16可知，如在驱动轮上链条的绕入股与绕出股条件相同时，两股链上66速度，加速度大小相等，方向相反。因此，偶性力在绕入股与绕出股上的作用是不相同的，当绕入股的加速度为正值时，速度逐渐加大，运动加快，链条受附加拉伸，此时链条上的惯性力与加速度方向相反。因此惯性力使绕入股链条内的张力增加。与此同时，链条绕出股受链轮驱动作加速运动，绕出股的链条受到附加压缩，使链条移动速度减慢。因此惯性力使绕出股链条内的张力减小(注意：绕出股B3点的张力最小，沿链条运动方向向前张力逐渐增加)。

图2-16

当链轮从Al点转到A2点时，按同样原理分析，惯性力使绕入股张力降低，使绕出股张力增加。因此，链条由于克服惯性力，在其内产生的附加张力，在绕入股和绕出股上数值相等，以符号相反来表示对链条内总张力的作用不同，即

式中,——由惯性力在链条的绕入股和绕出股内引起的附加张力，N;

G——整个刮板链及被移动物料的折算质量，即产生惯性力的质量，kg;

——产生惯性力的加速度，，

整个产生惯性力的可移动部分的折算质量可按下式计算：

。

式中q——重载段单位长度上的荷载，N/m;

——空载段单位长度的荷载，N/m;

——重载段长度，m

——空载段长度，m。

重载段单位长度的荷载可按下式计算：

式中——考虑物料参与链条不均匀运动程度的系数(对于刮板输送机，可取C1=0.3--0.5)。

产生惯性力的加速度，可以认为仅在某时间内近似地等于A点及B点的加速度。因为链条的速度在到之间变化，特别是突然增大时，链条就象硬弹簧一样，处于纵向振动状态。当振动频率很高时，链条上各点加速度相差很大，应该把加速度α′理解为某一平均值，此值可能与A点、B点的加速度不同。以后，振动很快又消失。因此，在加速度突然重新增高之前的时间内，可近似认为

此时

设链条上A点的张力为，B点上的张力为。则可直接得出在加速度突然提高之前A点的总张力为

B点的总张力为

在链条刚进入啮合时，链轮瞬时回转半径最小，链条趋入点此时加速度由突然增加到，其总量增加为。又考虑到加速的突然增加而造成纵向振动的影响，总加速度应取

式中k——动力系数，如果认为加速度的突然增加能够迅速传到整个链条，取k=2。

按照加速度突然提高引起的附加张力在链轮趋入点及奔离点大小相等，方向相反计算，其值为

这时,作用在链条上A点的总张力最大为

在A点为正，B点为负的总动力载荷，其最大值相等为

2)链条实际是具有弹性的，不能视为绝对刚性的长杆，张力沿链条传递时，不能很快传遍整个链条。而且，随着输送机长度增加，这种可能性就愈大。实际上动力载荷的传递，是在某一段时间内，以弹性波的速度传播的。试验测定，弯片式链条和可拆模锻链条弹性波的传播速度分别为600-700m/s和800一1000m/s。

根据上述公式计算的动载荷和总张力只适用于较短的输送机，对于长距离运输的输送机以及链条内张力又很大时.如果随着链条张力的变化所引起的自由振动和强迫振动达到共振状态的话，上述计算有较大的误差。因而，对长距离的刮板输送机有必要探求较为精确计算方法。

由于链条的刚度和质量是均匀分布的，在工作过程中链条上存在有预加静拉力，因此链子可视为弹性杆。它在驱动链轮的一端借助电动机的能量，通过驱动链轮使其周期性地改变移动速度。在此激励下，作为弹性杆的链条产生纵向强迫振动。由于弹性波在重载段和空载段传播速不同，整个系统要用两个波动方程表示

式中——空载段和重载段面的弹性位移;

x——断面的坐标;

t——时间;

——链条上的加速度;

g——重力加速度;

f——平均运动阻力系数;

b1,b2——链条重载段和和空载段中他弹性波的传速度。

为了解此波动方程组，需要应用边界条件，即要确定该弹性杆端的位移和速度。通过链条在趋入点和奔离点，弹性波的反射理论和试验的研究，在此基础上提出了刮板链振动方程的边界条件。

由于链条趋入点在链条振动过程中不应松弛，即张力不应降到零。因此，可以认为此弹性杆的两端相当于固定的，则边界条件为

当时，链条内的弹性波在经过张紧链轮时，将分成前进波和反射波两部分。因此，在该处应引入接触条件。

研究表明：此弹性波由重载段反射时，反射波的符号与入射波的相同，反之由空载段反射时，反射波的符号与入射波的相反。入射波与前进波的符号永远相同。此时边界条件为

接触条件使求解大为复杂。可以证明在引入一个弹性波在重载段和空载段中传播的平均速度后，将两个段的波动方程合成一个，其计算结果可以满足实际工程的精确度。平均速度为

在应用上述公式计算时，其数值应减小1.2—1.3倍，原因是由于传动部件使链条主振周期增长之故。一般的可拆模锻链中的弹性波传播平均速度约为885m/s。

统一的波动方程为

其通解为

根据边界条件，

x=0时，u=0得积分常数D=0

x=L时u=0得：Csin

因为D=0，故C不应为零，失去意义。故

n=1,2,3……

式中pn——系统自由振动的角频率。

链条断面位移一般表达式为

当n=1时为基波，其周期为

链条作非匀速运动所引起的动载荷，其大小主要决定于其强迫振动的振幅。振幅的大小取决于系统自振频率与激励频率的比值，当外力的周期与系统自由振动的某阶主振周期相同时，系统产生共振，振幅达到最大值，该情况发生在链条某几种速度时。此时动载荷为最大。

对均布质量的链条求强迫振动

的振幅是较复杂的问题。因此可近似采用单自由度系统振动的方程来表达

式中u——折算到链轮端的链条质量;

P——系统的主自振角频率;

pB——激励的角频率;

AB——激励作用的位移周期。

此时由强迫振动产生动载荷的幅值为

式中m——折算到链轮端的链条质量。

动载荷的共振幅值在很大程度上取决于链条工作时的耗散力。耗散力主要有：

(1)外部的均布阻力，即链条与槽体，物料与槽体之间的摩擦阻力。

(2)内部的均市阻力，即链条内部的摩擦与变形产生的阻力。

(3)外部集中阻力，即弹性波在反射和拆射处损耗的阻力。

研究表明第三点导致链条振动衰减的主要因素。其原因是弹性波在驱动轮处反射时，由于传动箱的振动及驱动轮和传动机构的不可逆位移而产生的能量消耗比较大。而内外部的均布阻力一般使振动衰减很小。

3)降低动载荷的途径。虽然链条工作时有很大的耗散力，链条如果共振时，其动载荷还能使链子很快地疲劳损坏。因此，使链条在远离共振区工作是非常必要的。其办法可以采取提高链速，保持生产能力，既可减少链条中的静张力，又降低动张力;还可以采用弹性张紧装置和在电动机与减速器之间采用弹性联轴器，以降低链条整个系统的自振频率。研究还表明：合理选择整个输送机的参数，使链条的强迫振动与其自由振动作用的结果相互抵消，则动载荷明显减小。为此必须满足

式中m——链条自由振动周期与强迫振动周期之比(n=2，4，6，……)。

动载荷产生的主要原因是链条运动速度的不均衡，曾经有人提议采用均衡机构消除链速的不均衡性。这种看法在理论上看是正确的，因为它是从消除产生动力载荷根本原因出发的。均衡机构的原理是给驱动轴以不均匀圆周速度的传动，其不均匀的周期恰恰相当于链轮转动一个链环中心角的时间，同时它的运动规律恰好与无均衡机构时链条直线速度变

化规律相反。为此，均衡机构可以用偏心传动、椭圆轮、定形凸轮、曲线轮等。它的最大缺点是使驱动装置的构造复杂化，提高机器成本;许多类型的均衡机构虽然改善了链条的工作状况，但是，使驱动装置的其它零件工作条件变坏，因此迄今为止，均衡机构没有获得实际应用。

运动力学中机械结构设计应用探析论文 篇5

1 绿色理念应用于机械设计制造行业的重要意义

绿色理念是最符合当前社会发展的一种理念,机械设计制造中引入绿色理念,主要是保证产品有用性的基础上尽可能减少资源浪费,产品报废后还可以再次进行回收利用,从而彻底避免资源浪费。自然资源是有限的,国家在大力发展经济的过程中,应该站在长远发展的角度考虑机械设计制造的发展,从而促进机械设计制造行业的健康、可持续发展。机械设计制造中应用绿色理念,不仅有利于减少资源浪费现象,也有利于提高资源的有效利用率,帮助企业得到更多利益。因此非常有必要在机械设计制造中引入绿色理念。在产品设计阶段,相关工作人员就应该不断采用各种方式进行产品试验,以求筛选出最合理、科学、完善的产品设计方案,保证机械制造生产产品可以满足预期设计要求。这样不仅可以弥补设计工作中的一些不足之处,也有利于提高资源的有效利用率。

2 机械设计制造中应用绿色设计理念的实际情况

2.1 机械制造中选择绿色材料

绿色设计理念相对于传统设计理念来说,机械设计制造的整个过程中都应该贯彻落实绿色设计理念,因此对设计人员具有很高的要求。想要在整个产品周期中都始终贯穿绿色设计理念,选择材料的过程中就需要注意做好协调管理工作。绿色材料不仅仅指的是环保,不会污染环境,同时还要求在产品生产制造、处理废物等各环节都能够和周围生态环境保持协调发展,并且也有助于确保人们的身体健康。其主要追求的是材料应该实用、可靠,虽然外表的光鲜美丽可以在短时间内抓住人们的眼球,但是人们最后更喜欢的是那些不会污染环境的绿色型材料,而且对人身体不会造成毒害的健康材料。如果想要完成的机械产品合格,就需要采用多种材料,如果有的材料具有很大危害的话,最终生产出来的机械产品也很容易污染周围环境。因此,机械制造产品生产的时候,首先一定要慎重选择材料,好产品选择的材料一定要具备健康性、安全性以及先进性等特点,这样才可以真正实现绿色选材。

2.2 产品的绿色设计

机械设计中假如引入绿色设计理念,应该注意将绿色设计理念始终贯穿于整个机械制造设计的产品生产周期中,而且应该全面考虑到产品的可维护性、可回收性、可拆卸性、可重复利用性等诸多产品环境属性,而且应该将其作为产品设计的主要目标,在确保机械产品功能及质量的基础上,尽可能减少资源消耗、环境污染等现象,确保能够循环利用零部件。这些要求对于设计者工作也提出了更高要求,因为产品设计方案不单单应该达到广大消费者提出的基本需求,同时应该注重产品的自然属性。按照机械产品可拆卸设计原理进行分析可知,机械产品的组成部分有多个,应该确保产品的每个零件都可以在确保不损坏产品的基础上拆卸下来,从而能够回收再利用材料,避免浪费资源,减少成本投入,最大限度的提高企业经济效益。为此,机械制造产品进行设计的过程中,需要强调产品的可回收性特点,尽可能利用各方面资源,从而减少产品废弃后可能会污染环境的一系列问题。

2.3 绿色制造

经过产品设计阶段后,通过反复多次检验以及实践后,确保产品设计达到最初的设计目标再正式投入生产。产品生产制造产品最重要的是尽可能不要浪费一些不必要的资源,降低对机械制造产品生产的资金投入,将绿色理念始终贯穿于整个机械产品生产周期中。现阶段,大多数企业为了能够提高产品的销售量,带动消费,往往会在产品设计阶段添加一些可能并没有很大使用价值的设计,这样实际上不仅会提高机械制造产品的生产成本,而且也会对周围环境造成一定影响。比如,产品包装也是产品生产制造的一个重要环节,但是产品包装并没有很强的实用性,但是有的企业为了从产品外观上给消费者带来强烈的视觉冲击,吸引消费者的注意力,带动消费,可能会将产品包装设计比较花俏,这样和绿色设计理念非常不符。近年来越来越多的人开始意识到这个问题,生产制造产品的过程中应该仍然把控制机械制造产品质量作为主要核心要素,尽可能减少各种外在因素对机械制造产品质量带来的影响。其次,生产制造产品的过程中需要应用各种施工材料,尤其是机械用品常常会应用到大量化学产品或者金属材料,这样的话当产品正式投入使用的时候就很容易污染周围环境,也会造成一些不必要的浪费,在机械制造生产过程中引入绿色理念设计后,会尽量采用无污染、无色材料,这样可以保证整个产品生产制造过程都是绿色、无污染的。

2.4 进行绿色机械设计制造的主要措施

机械设计制造工作相当繁杂,并不能仅仅依赖几句口号来实现绿色设计,一定要相应的技术支持以及人才支持,才可以更好的实现机械设计制造的绿色话设计。未来社会科技水平越来越高,教育依然是国家发展的重要基础,而核心关键要素仍然是人才,如果想将绿色设计理念得到更多人的认可和支持,国家就应该加大对绿色设计理念的宣传和推广,并且不断完善相关的配套措施。我国高等院校就可以设置专门的机械设计制造课程,使更多人了解机械制造知识,为社会培养更多高素质的机械制造方面的人才,从而提高机械产品设计水平,减少资源的不必要浪费,最大限度地提高产品的经济效益。

总而言之,绿色设计理念已经是未来机械设计制造的主流趋势,机械设计制造行业的设计师应该思考如何在机械设计制造行业中广泛推广绿色设计理念,在产品整个生命周期都能够实现绿色设计,尽可能避免资源浪费,提高产品经济效益。

参考文献

[1]张生泉.机械产品绿色设计与制造技术[J].中国科技纵横,2012(9):12-13.

运动力学中机械结构设计应用探析论文 篇6

一、运动生物力学的研究内容

(一) 基础理论研究

通过基础理论研究, 总结运动生物力学中带普遍性、规律性的理论, 包括运动生物力学的定理、公理等。

(二) 人体运动器官力学特性的研究

更好地揭示和掌握人体运动器官的力学特性, 更科学有效地进行各项运动技术的生物力学研究以及为防止运动创伤等提供理论依据。

(三) 各项运动技术的生物力学研究

揭示运动技术实质, 验证动作技术的科学性、先进性和合理性。为探索和创新动作, 为最优化的训练方案、最有效的训练手段, 包括选才和预测运动成绩提供理论依据。

(四) 研究运动器械的力学特性

对跑道、运动装备、投掷器械的力学特性的研究特别是随着材料科学技术的发展, 改进和研制各种新型器械和装备, 直接为提高运动技术服务。

(五) 运动生物力学研究方法和测试手段的研究

科学技术的飞速发展, 尤其是电子技术的日新月异, 不断为运动生物力学研究提供新技术、新手段, 固而必须重视方法学的研究。各项体育运动成绩不断提高, 运动技术的不断更新, 为运动生物力学的研究和发展开辟了广阔的前景, 运动生物力学的发展又促进了各项体育运动攀登新的高峰。

二、生物力学测试方法在体育教学中的应用

体育教学涉及了田径、球类、体育舞蹈等多种项目, 以田径为例进行阐述。例如跑步时腿向后下方用力蹬地, 腿部的肌肉力量作用在地面上, 地面同时给人体以反作用力, 这个力对身体来说就是外力, 正是这种外力推动身体向前运动;我们在体育教学中运用高速摄像机等设备对学生的运动技术动作 (跑、跳、投等) 进行现场拍摄, 并运用专门的生物力学软件对其进行生物力学分析, 就会了解哪些动作是正确的, 是符合力学原理的, 哪些动作是错误的, 是违背力学原理的。

人体的运动必须符合力学规律, 但又不能千篇一律地去套用力学公式, 人体具有物所具有的属性但又不同于物体, 人体是有生命运动的有机体, 人与人之间存在生理上和心理上的个体差异, 因而必须根据人体的生物学特征具体分析研究, 这些就是运动生物力学所要研究和解决的问题。

体育教师运用运动生物力学知识对运动技术进行生物力学分析, 能加深对教材的理解, 在教学中结合力学知识来讲解动作要领能收到事半功倍的教学效果。特别是给大学、中学的学生上体育课, 他们具有一定的物理力学知识, 既能帮助学生加深对田径技术要领的理解和掌握, 又能丰富和巩固学生的力学知识。

三、生物力学测试方法在运动训练中的应用

过去长期的运动训练工作中, 教练员们运用视觉手段和凭经验的传统训练方法, 这种训练方法对教授运动技术和提高运动成绩是非常宝贵的、不可缺少的。但在现今各项运动技术水平趋于极限, 又非极限的高水平情况下, 传统的训练方法有很大的局限性, 已不能适应运动技术的发展和技术水平的提高, 如果在训练工作中借助于迅速发展起来的现代科学技术, 运用先进的测试、分析手段取得科学的理论依据, 对指导运动训练和提高运动成绩是非常重要的。

(一) 静力学分析

静力学分析, 是研究人体在静止状态下, 身体平衡的条件、肌肉工作的条件, 身体受哪些外力和力系之间的关系等。人体处于静止状态下在力学上必须符合两个条件, 即合外力等于零合外力矩等于零。例如对起跑动作应用静力学知识进行分析研究, 起跑动作是人体由静止状态转变为运动状态的准备动作, 这个准备动作能帮助人体迅速实现运动状态的转变, 特别是在短距离项目的比赛中起跑动作占有很重要的位置。

(二) 运动学分析

运动技术的运动学分析就是研究运动员的身体或各环节的运动状态的变化, 利用各种测试方法测出运动员身体或各环节的速度、加速度、角速度、角加速度等各种运动学参数, 并研究它们的规律。

例如在田径运动中, 除了起跑动作 (站立式起跑、蹲踞式起跑) 以外, 所有的项目进行运动生物力学分析时, 都要运用运动学方面的原理, 分析运动员身体和投掷器械的运动特征、运动状态的改变以及它们的内在规律等。

如径赛中的60米、100米、100米栏、110米栏, 运动员的身体是做直线的位移运动, 200米以上项目运动员的身体除了做直线 (直道) 运动外, 还要做曲线 (弯道) 运动。田赛中的跳远、三级跳远项目, 运动员身体要腾越一定的远度, 即做斜抛运动, 为了腾越得越高越远, 起跳前运动员必须助跑, 助跑时身体做直线运动, 个别项目如背越式跳高, 运动员做曲线运动。投掷项目是为了把投掷器械投得更远, 推铅球、投标枪助跑时身体主要做直线运动, 投铁饼和链球时身体主要做旋转及水平直线移动的复合运动。投掷器械都做斜抛运动。由于器械形状的不同, 飞行的轨迹也各异, 铅球和链球飞行轨迹的曲率半径较大、铁饼和标枪飞行轨迹的曲率半径较小, 趋于平直。

除了研究田径项目运动形式特征外, 还要研究运动员身体和投掷器械运动状态变化的特点。可以利用高速摄影、录像等方法, 测出运动员身体和投掷器械的速度、加速度, 身体转动时的角速度、角加速度、线速度、重心速度等。根据人体形态的解剖特点, 在任何田径运动项目中臂、手、腿、脚相对于身体的运动都是转动, 相对于地面的运动都是曲线运动。

对任何一个运动项目, 只要运动状态发生改变, 就能测出或计算出它的速度和加速度, 每一项运动过程中速度、加速度的改变必须符合力学的客观规律。因而我们可以根据力学原理分析哪些技术是正确的, 是科学的, 哪些技术是错误的, 是违背科学道理的。也可以用国内外优秀运动员的速度、加速度等数据对比, 在对比中发现运动员技术上的优缺点, 找出提高运动成绩的途径。

(三) 动力学分析

运动中的动力学分析, 是研究运动员运动状态改变的原因, 测出各种力的大小、方向及变化情况, 并研究它们的规律。

根据力学理论, 任何物体产生运动或运动速度发生变化, 都是在力的作用下实现的。如铅球、铁饼等投掷器械在空中飞行, 是运动员的力量作用在投掷器械上的缘故。运动员的身体由静止到运动, 运动速度发生改变, 都是力量作用的结果。如运动员跑步时, 腿的力量向后下方蹬出, 地面同时产生一个向前上方的力, 推动身体向前运动。

在田径技术的动力学分析中只测出力量的大小是不够的, 还必须测出或计算出用力的方向和随时间变化的情况。只有测出用力的大小、方向, 时间和变化情况才能分析出运动技术的优缺点。如跳高运动员的跳高技术, 就必须测出或计算出踏跳力量的大小、踏跳角度的大小、踏跳腿用力的时间及踏跳力量的变化情况等。推动身体运动的力在许多情况下不是一个力作用的结果, 而是两个或两个以上的力作用的结果。如运动员跑步时, 既有地面弹力的作用, 又有地面摩擦力的作用, 它们对身体作用的大小和方向都是不同的。如何才能更有效地发挥地面弹力和地面摩擦力的作用, 这就是动力学分析的内容。

国外许多科学技术先进的国家同时又是体育发达的国家, 就是因为他们把各项科学技术成果及时应用于体育领域。当今奥运会等世界大赛的金牌之争也是科学技术之争, 是科学家之争。当然在运动场上科学技术代替不了运动员的拼搏, 但事实已充分证明科学技术与现代体育运动技术有着不可分割的关系。

四、小结

在体育教学和运动训练中, 经常需要应用运动生物力学的理论知识和它的分析方法, 如应用生物力学知识讲解运动技术要领, 绘制运动技术力学分析图和力学模型教具等, 对运动技术进行生物力学分析以及运动技术最优化的研究, 对新技术的科学论证、设计和建立运动技术的数学模型等。在科学迅猛发展的今天, 体育教师与教练员只有掌握有关的科学知识, 运用科学的训练方法, 才能使学生更快更好地掌握技术动作, 运动员才能更好地提高运动技术水平。

摘要：本研究从运动学、动力学等方面对运动生物力学测试方法在体育教学与运动训练中的应用进行阐述, 旨在说明此方法在教学及训练中的重要性, 以期为体育教师和教练员在教学与训练中提供有价值的参考。

关键词：测试方法,运动学,动力学,应用

参考文献

[1]王新.运动生物力学方法在运动分析中的应用[J].沈阳体育学院学报, 2004 (01) .

[2]刘霞, 曾志坚.运动生物力学在体育教学中的应用[J].湖南工业职业技术学院学报, 2007 (02) .

运动力学中机械结构设计应用探析论文 篇7

根据牛顿第一定律, 在进行挥杆击球过程中, 击球前瞬间的高尔夫球有保持原来静止状态的属性, 而高尔夫球杆头快速前挥, 杆头碰到弹性的高尔夫球, 实质上经过三个阶段:在第一和第二阶段, 球杆头动能的一部分将球压缩出一个平面, 并以弹性势能储存在球中, 在球反弹离开杆面时, 球将和杆头以同样的速度移动, 并与球杆头在瞬间结合在一起。第三个阶段, 球开始复原时, 球里的弹性势能被释放出来, 将其自身从杆面弹出。

在第一和第二阶段主要是球杆头给球一个向前的推力, 使球在杆头的轨迹方向飞行。根据惯性定律, 球将获得和球杆头轨迹方向一致的飞行方向。因为高尔夫球杆杆面倾角的存在, 球受到两个方向的力量, 第一、球杆面的弹力, 方向为球杆面的指向;第二、在碰撞的第一和第二个阶段使球产生了形变, 使球杆面和球之间产生强烈的摩擦力。在碰撞的第三个阶段摩擦力和反弹力将共同作用于高尔夫球, 摩擦力发生在球杆面与球的接触点, 导致高尔夫球在强烈的摩擦力作用下, 产生强烈的旋转既倒旋, 旋转的方向与合外力方向相同, 而合外力方向与球杆杆面指向方向相同。

根据惯性定律、高尔夫球在击球碰撞时第一和第二阶段给球一个与杆头轨迹方向相同的飞行速度, 并且球保持该方向的飞行, 同时第三阶段高尔夫球受到和杆面垂直方向的反弹力。高尔夫球以两个方向中间的某个角度飞离击球面, 并且带有强烈的旋转, 旋转方向与击球时杆面的指向密切相关。

2、马格努斯效应在高尔夫球运动中的应用

在高尔夫球飞行过程中, 球的实际飞行弹道并非简单的抛物运动, 而是在空气动力学的共同作用下, 产生的一个不对称的轨迹如图3。高尔夫球在向前飞行的过程中

球前方的空气, 被微凹的高尔夫表面带到球的上方, 同时因空气本身有质量而产生离心力的存在, 导致球上方的空气流速度加快, 产生气压较周围更小。相反高尔夫球下方空气速度慢, 而产生气压较周围更大。因飞行中高尔夫球上下压力差的存在, 导致高尔夫球在飞行过程中受到一个垂直飞行方向的升力。同时高尔夫球在飞行中球正前方的气流速度慢, 球后方速度快, 形成球在飞向中妨碍球前进的阻力, 阻力与球的旋转和表面粗糙有关。

在高尔夫挥杆击球瞬间, 当高尔夫球杆面指向与挥杆轨迹相同时, 只产生垂直水平面的后旋没有侧旋即单纯的回旋, 根据马格努斯效应此时球的旋转只产生垂直向上的升力, 不会产生偏转力。但事实上高尔夫球手在击球时很难控制击球瞬间时杆面的指向是否与挥杆轨迹方向相同,

当杆面指向和杆头的挥杆轨迹出现不一致时, 高尔夫球产生的旋转方向与飞行速度方向不重合时, 导致曲线球的产生。根据马格努斯效应, 快速旋转的高尔夫球将产生与旋转方向一致的偏转力, 高尔夫球在有侧旋飞行时, 侧旋产生的偏转力在球飞行的后半程将影响球的飞行路径, 出现高尔夫球飞行时前后方向不一致的曲线球。

3、高尔夫球飞行过程中受力分析

高尔夫球在飞行过程中, 由于空气阻力的存在, 特别是球自身快速的旋转, 在空气中产生马格努斯效应, 使球在飞行中受到的力非常复杂。下面对飞行中的高尔夫球4种受力情况进行分析。1、阻力取决于球的飞行速度, 阻力方向始终与球的飞行方向相反;2、升力取决于球的后旋, 升力方向与球的飞行方向垂直;3、偏转力通常取决于多余的侧旋, 方向与侧旋的方向密切相关;4、高尔夫本身的重力, 在垂直平面向下作用而始终保持不变。高尔夫球飞行过程中的阻力、升力、偏转力, 这三个空气动力随着高尔夫球飞行中速度减慢而一起变小, 高尔夫球在整个飞行过程中受到以上所说的4个不同方向的空气动力共同作用而使球飞行。在球刚击出时由于快速的后旋产生大于重力的升力, 所以高尔夫球在击球后有爬坡上升飞行趋势, 同时因为球的飞行速度很快, 导致侧旋所产生的偏转力, 对球的飞行影响不是特别明显。高尔夫球在空气中向前的速度比它的旋转速度减少得更快, 甚至在一个完全击球的最后, 一个球仍然保持最初被击出时旋转速度的75%【1】。在球飞行的后阶段随着飞行速度的减慢, 导致飞行阻力明显减小;其中重力始终不变, 而此时侧旋所产生的偏转力作用在球上的作用越来越明显, 导致飞行的高尔夫球在偏转力的作用下产出曲线的飞行路径, 飞行路径的曲线的偏转方向和偏转力方向相同。

结论

根据力学原理和马格努斯效应在高尔夫球运动中的分析和研究可以得出以下结论:高尔夫球手击球时杆头运动轨迹影响高尔夫球飞行路径方向, 击球时球杆面指向影响球的最终落点。优秀的球员能掌握控制自己的球路, 并能结合球场球道、旗位的实际情况, 对挥杆轨迹和杆面指向做相应调整, 打出即安全又有利于攻果岭的球路;这种控制球路的击球技术正是优秀高尔夫球员和普通高尔夫球员区别标志。

摘要：文章应用动力学原理, 根据高尔夫球运动技术的挥杆原理, 对击球时高尔夫球杆对球的作用力进行分析, 并结合高尔夫球飞行过程中产生的马格努斯效应, 对高尔夫球的飞行轨迹进行分析, 并对高尔夫球运动的飞行轨迹成因进行分析, 以期高尔夫球员、教练员能在教学训练中得到理论上的指导。

关键词：动力学,马格努斯效应,飞行轨迹

参考文献

[1][英]阿拉斯坦尔.考西仑, 约翰.斯托勃斯/著, 杨万荣, 袁运平/译, 陈世才/审校.追求完美的挥杆-高尔夫球科学入门基础[M].北京:人民体育出版社, 2003.299页.

[2][英]马尔柯姆.坎贝尔 (Malcolm Campbell) 著, 凌云译.高尔夫学习百科[M].汕头:汕头大学出版, 2007.

[3][英]提姆.贝克编著, 谭颖文译.高尔夫进阶手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社, 2007.

[4]《运动生物力学》编写组.运动生物力学[M] (第二版) .北京:高等教育出版社, 2000.