Page 41 - 机械技术运用及理论研究

第一章 机械设计的常见问题思考 29

于不同的金相组织有不同的密度，表面层金相组织变化引起体积变化，当表面层
体积膨胀时，因受到基体的限制，产生了压实力。表面层体积缩小，则产生拉应
力。以磨削淬火钢为例，淬火钢原来的组织是马氏体，磨削加工后，表面可能产
生回火。马氏体变为接近珠光体的屈氏体或索氏体，密度增大而体积减小，表面

层产生残余拉应力。如果表层产生二次淬火层（淬火烧伤），即原表层的残余奥
氏体转变为马氏体，密度减小而体积增大，工件表层就产生残余压应力。

二、机械方面的物理力学分析

（一）物理力学的定义

力学可以分为运动学、静力学和动力学三部分，其着重探索能量、力以及二
者与固液气三体之间的关系，是一门基础科学。力学发展极其久远，力学在古希
腊时代属于自然哲学中的一部分，并在其后来的不断发展中，逐步深入物理学的

领域之中。此后，牛顿定律的出现标志着力学开始成为一门独立的科学，随后以
动力学和运动学为主的经典力学蓬勃而起，并日趋完善。大机械的生产更是促进
了力学在工程领域的应用，并促进了结构力学、立体力学等领域的发展。
（二）物理力学在机械方面的应用

1. 弹力在机械设计中的应用
弹性力学是固体力学的主要组成部分，也可称为弹性理论。其主要研究方向
为弹性物体在外力作用下或温度变化下产生的位移、应力与应变，据此解决在机
械设计中可能出现或已经存在的问题。在机械设计中，由于多数机械的运行速度

较快，承载性较强，弹性变形对系统的作用不容小觑，因此对于机械系统而言，
必须严格按照弹性系统进行有效的分析与思考，才能确保系统的正确运行。多数
情况下，弹性力学在齿轮机构设计、凸轮结构设计等方面具有较为普遍的应用。
在设计齿轮机构时，使用了大量弹力的知识，并以渐开线作为齿廓曲线，对于齿

轮机构而言具有其优势性，但也存在一定弊端，如当两个齿轮在咬合转动时，根
据弹力定律可知，在其他条件相同的因素下，若想减少两轮齿廓在接触点处的最
大接触力，就必须增强两轮齿廓在接触点的综合曲率半径，而对于渐开线齿轮而
言，要增强两轮齿廓在接触处的最大接触力，就必须加大齿轮机构的尺寸，然而

两轮齿廓在接触点处的综合曲率半径能够增大的区间是有限度的，所以短时间内
很难达到齿轮机构尺寸较小，而高承载的目的。