哈工大2010机械工程专业课作业

哈工大2010机械工程专业课作业（精选4篇）

1.哈工大2010机械工程专业课作业 篇一

黑龙江省2013专业技术人员继续教育知识更新培训课程作业

黑龙江省专业技术人员继续教育知识更新培训

机械工程专业2013年作业

说明：

初级职称学员“专业课作业一”为第1-8题；“专业课作业二”为9-15题。

中、高级职称学员“专业课作业”为1-20题；同时提交3000字左右“学习心得”一篇。

所有学员均需按要求提交“公需课作业”。

作业提交时间：以网站通知为准。

9、利用橡胶弹性变形的微型气动驱动器的特点主要有：构造简单，易于小型化、无滑动部位，受摩擦影响较小、利用空气压力产生的力为表面力，力/自重比随着微小化将得以提高、随着微小化，作为橡胶构造体的固有频率上升，易于得到受振动影响小的稳定动作、柔软的构造，可动，作为微机械应用领域，有望在医疗、生物领域找到适用化背景。另外，用在管线内检查用机器人的情况下，1)不伤害管内壁；2)对于管道内径的变化有适用性等优点、不用电，有防爆性和耐水性。这非常适用于煤气管道、下水道、自来水管道等的检查作业，也适于体内检查作业等。

10、臂式FMA的结构为：由呈扇形分布的三个压力室的纤维强化橡胶管组成。

11、纤维强化橡胶是一种纤维与橡胶合成的复合材料，在弹性特性上有很强的各向异性。因此，FMA的外壁沿L方向难以伸长，而沿着与其成直角的T方向易于伸长。

12、FMA的驱动控制方法是：作为压力控制方法，通过脉宽调制信号驱动高速电磁阀（开关阀）驱动、使用压力控制阀等即可以模拟量驱动FMA。

13、由FMA驱动特性及实验研究得知：FMA可应用于臂式操作手、机器人手爪、步行机器人、蛇形管内移动机器人等柔性驱动机器人上。

14、Bubbler驱动器可以设计制作成平板、圆筒型两种；该类驱动器作为移动机器人驱动机构具有如下特点：作为薄形驱动器结构使用、因其为柔软结构体，不损伤对象物体，还能适应形状、在水中及有粉尘等环境下也能使用、力/体积比大。

15、FMA的浇注加工一般步骤是：(1)材料（橡胶本体、硬化剂等）计量，搅拌，脱泡；(2)注型；(3)硬化（加硫）；(4)离型（脱模）。

20、从微小SCARA机器人、1英寸/2英寸管内移动机器人等微小机器人系统试制可以得出：对于集成化微小型机器人的研发，从微型伺服驱动器、微型摄像机、微型手爪三个大方面的都需要考虑特殊设计、特殊加工、装配工艺的技术问题，从而不断推进微小机器人技术进步。

2.哈工大2010机械工程专业课作业 篇二

1、试分析有制动通路的不可逆 PWM 变换器进行制动时，两个 VT 是如何工作的。

答：在简单的不可逆电路中电流不能反向，因而没有制动能力，只能作单象限运行。需要制动时，必须为反向电流提供通路，如图1所示的双管交替开关电路。当VT1 导通时，流过正向电流 + id，VT2 导通时，流过– id。应注意，这个电路还是不可逆的，只能工作在第一、二象限，因为平均电压 Ud 并没有改变极性。

：

主电路结构

图1有制动电流通路的不可逆PWM变换器

制动状态

在制动状态中，id为负值，VT2就发挥作用了。这种情况发生在电动运行过程中需要降速的时候。这时，先减小控制电压，使 Ug1的正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压Ud降低。但是，由于机电惯性，转速和反电动势E还来不及变化，因而造成E Ud 的局面，很快使电流id反向，VD2截止，VT2开始导通。

制动状态的一个周期分为两个工作阶段：

 在 0 ≤ t ≤ ton期间，VT2关断，－id沿回路 4 经 VD1 续流，向电源回馈制动，与此同时，VD1两端压降钳住 VT1 使它不能导通。

 在 ton ≤ t ≤ T期间，Ug2 变正，于是VT2导通，反向电流 id 沿回路 3 流通，产生能耗制动作用。

 因此，在制动状态中，VT2和VD1轮流导通，而VT1始终是关断的轻载电动状态

有一种特殊情况，即轻载电动状态，这时平均电流较小，以致在关断后经续流时，还没有到达周期T，电流已经衰减到零，此时，因而两端电压也降为零，便提前导通了，使电流方向变动，产生局部时间的制动作用。

轻载电动状态，一个周期分成四个阶段：

第1阶段，VD1续流，电流 – id沿回路4流通

第2阶段，VT1导通，电流 id 沿回路1流通

第3阶段，VD2续流，电流 id 沿回路2流通

第4阶段，VT2导通，电流 – id 沿回路3流通

2、为什么 PWM—电动机系统比晶闸管—电动机系统能够获得更好的动态性能？

答：PWM系统的优点

（1）主电路线路简单，需用的功率器件少。

（2）开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗及发热都较小。

（3）低速性能好，稳速精度高，调速范围宽，可达1:10000左右。

（4）若与快速响应的电机配合，则系统频带宽，动态响应快，动态抗扰能力强。

（5）功率开关器件工作在开关状态，导通损耗小，当开关频率适当时，开关损耗也不

大，因而装置效率较高。

（6）直流电源采用不控整流时，电网功率因数比相控整流器高 所谓的动态性能，就是电动机的输出特性。PWM控制系统，是仿照直

流电动机的输出特性，对异步电动机实现输出控制的。所以它所控制的动态性能要好。

(1)PWM变换器简单来讲调节的是脉冲串的宽度，直流成分没有受到破坏，也就是说其最大值=峰值是不变的，变的是平均值；

(2)晶闸管相控整流，是由交流整流得到的直流，虽然也是平均值在变，但是其最大值、峰值也是随着导通角的大小时刻在变，且导通角越小波形的畸变越严重。从而影响了电机的输出特性

3、调速范围和静差率的定义是什么？调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？

答： 1）调速范围——生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比叫做调速范围，用字母 D 表示，即

Dnmax

nmin（1-31）

其中nmin 和nmax 一般都指电动机额定负载时的转速，对于少数负载很轻的机械，例如精密磨床，也可用实际负载时的转速。

2）静差率——当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 nN，与理想空载转速 n0 之比，称作静差率 s，即

s= nN / n0（1-32）

或用百分数表示

s=(nN/ n0)×100（1-33）

式中nN = n0nN

例如：在1000r/min时降落10r/min，只占1%；在100r/min时同样降落10r/min，就占10%；如果在只有10r/min时，再降落10r/min，就占100%，这时电动机已经停止转动，转速全部降落完了。因此，调速范围和静差率这两项指标并不是彼此孤立的，必须同时提才有意义。调速系统的静差率指标应以最低速时所能达到的数值为准。

调速范围、静差率和额定速降之间的关系

设：电机额定转速nN为最高转速，转速降落为nN，则按照上面分析的结果，该系统的静差率应该是最低速时的静差率，即

snN

n0minnNnminnN

于是，最低转速为

nminnNsnN(1s)nNs

而调速范围为

Dnmax

nminnNnmin

将上面的式代入 nmin，得

DnNs

nN(1s)（1-34）

式（1-34）表示调压调速系统的调速范围、静差率和额定速降之间所应满足的关系。对于同一个调速系统，nN 值一定，由式（1-34）可见，如果对静差率要求越严，即要求 s 值越小时，系统能够允许的调速范围也越小。

按照上述关系可以看到D越小，S越小，D越大，S越大，D与S相互制约，所以说离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了

4、某一调速系统，测得的最高转速特性为 nO max = 1500r / min，最低转速特性为nO min = 150r / min，带额定负载时的速度降落nN = 15r / min，且在不同转速下额定速降nN不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？

解：系统能够达到的调速范围为： Dnmax

nminnO maxnO minnN1500150151

1系统SDnN

nNDnN 100%DnNnO maxDnN100%111515001115100%10%

5、某闭环调速系统的开环放大倍数为 15 时，额定负载下电动机的速降为 8r/min，如果将开环放大倍数提高到 30，它的速降为多少？在同样静差率要求下，调速范围可以扩大多少倍?

解：因为ncl

所以RId

Cencl(1K)8(115)128 RIdCe(1K)

K=30时，电动机额定负载下的降速为：ncl

又因为：DnNs

nN(1S)RIdCe(1K)=1281304.13r/min

所以在同样静差率要求下，且nN不变，D的变化只与nN有关，即调速范围D

扩大了8/4.13=1.49倍。

6、转速单闭环调系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速？为什么？

答：（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征

①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。②反馈控制系统的作用是：抵抗扰动，服从给定。扰动性能是反馈

控制系统最突 出的特征之一。

③系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度。

（2）改变给定电压会改变电动机的转速，因为反馈控制系统完全服从

3.哈工大2010机械工程专业课作业 篇三

【888】管理学

一、选择（1’*20）

马斯洛需求层次理论（最高层次、最低层次）

法约尔认为管理是计划、组织、指挥、协调、控制（出了两个题）企业的社会责任

有不同看法的人之间沟通的方法

下列哪项是不良状态下生理反应（语速加快、紧张、拖延）抵抗变革内部因素中个人因素除了利益因素还有（心理、人际）沟通障碍（个人因素、结构因素、人际因素、技术因素）化解冲突的方法有几种

企业有几种主要的社会道德

决策特点中最重要的是（可行性、动态性）适度控制是对什么而言（控制、管理）对人员态度、行为进行的变革是针对（个人）按劳获酬体现（公平理论、期望理论）需求得不到满足（离职+减少努力）

不属于激励方式（工作、成果、晋升、加薪）罚款属于哪种强化方式（正、负、惩罚、消退）领导下属有效方式（指挥、协调、控制、沟通）

二、名词解释（4’*5）1.管理

2.以企业流程为导向的改革 3.压力 4.冲突

三、简答（6’*5）1.创新职能

2.计划的性质 3.决策的特点

4.影响如何确定管理人员数量的因素有哪些 5.管理方法体系

四、论述（10’*3）1.制度分权与授权区别 2.影响企业变革外部因素

3.如何理解需求层次中的“安全需要”

五、案例分析（25’*2）

1.某施工公司合伙人和后进入管理层管理人员不能很好控制工程的质量、进度、安全，王经理决定利用冬停期解决问题，他该怎么做？

2.知道销售未来有好、中、差三种情况，可采取三种方案。（1）问这是一种什么决策

4.哈工大2010机械工程专业课作业 篇四

在任何工程结构中独立的部件或构件将承受来自于部件的使用状况或工作的外部环境的外力作用。如果组件就处于平衡状态,由此而来的各种外力将会为零,但尽管如此,它们共同作用部件的载荷易于使部件变形同时在材料里面产生相应的内力。

有很多不同负载可以应用于构件的方式。负荷根据相应时间的不同可分为:(a)静态负荷是一种在相对较短的时间内逐步达到平衡的应用载荷。

(b)持续负载是一种在很长一段时间为一个常数的载荷, 例如结构的重量。这种类型的载荷以相同的方式作为一个静态负荷;然而,对一些材料与温度和压力的条件下,短时间的载荷和长时间的载荷抵抗失效的能力可能是不同的。

(c)冲击载荷是一种快速载荷(一种能量载荷)。振动通常导致一个冲击载荷, 一般平衡是不能建立的直到通过自然的阻尼力的作用使振动停止的时候。(d)重复载荷是一种被应用和去除千万次的载荷。

(e)疲劳载荷或交变载荷是一种大小和设计随时间不断变化的载荷。

上面已经提到，作用于物体的外力与在材料里面产生的相应内力平衡。因此,如果一个杆受到一个均匀的拉伸和压缩，也就是说, 一个力,均匀分布于一截面,那么产生的内力也均匀分布并且可以说杆是受到一个均匀的正常应力,应力被定义为 应力==负载 P /压力 A, 因此根据载荷的性质应力是可以压缩或拉伸的,并被度量为牛顿每平方米或它的倍数。如果一个杆受到轴向载荷，即是应力，那么杆的长度会改变。如果杆的初始长度L和改变量△L已知，产生的应力定义如下: 应力==改变长△L /初始长 L 因此应力是一个测量材料变形和无量纲的物理量 ,即它没有单位;它只是两个相同单位的物理量的比值。

一般来说,在实践中,在荷载作用下材料的延伸是非常小的, 测量的应力以*10-6的形式是方便的, 即微应变, 使用的符号也相应成为ue。

从某种意义上说，拉伸应力与应变被认为是正的。压缩应力与应变被认为是负的。因此负应力使长度减小。

当负载移除时，如果材料回复到初始的，无负载时的尺寸时，我们就说它是具有弹性的。一特定形式的适用于大范围的工程材料至少工程材料受载荷的大部分的弹性, 产生正比于负载的变形。由于载荷正比于载荷所产生的压力并且变形正比于应变, 这也说明,当材料是弹性的时候, 应力与应变成正比。因此胡克定律陈述, 应力正比于应变。这定律服从于大部分铁合金在特定的范围内, 甚至以其合理的准确性可以假定适用于其他工程材料比如混凝土，木材，非铁合金。

当一个材料是弹性的时候，当载荷消除之后，任何负载所产生的变形可以完全恢复,没有永久的变形。

材料的弹性范围即是适用于胡克定律的范围，已经表明, 应力/应变==常数

常数被赋予符号E，被称为弹性模量或杨氏模量。因此 E =应力/应变

杨氏模量E一般认为在拉伸和压缩里是一样的，大多数工程材料有一个高的数值。典型的，钢的E = 200 * 109 N / m2,所以它将被观察到,Eq.应变通常是非常小的。在最常见的工程应用中应变很少会超过0、1%。对任何材料，杨氏模量的实用价值,通常是提供了一个标准的材料测试标本。

4、工程机械概述

正如我们环顾四周，我们看到世界的“东西”：机器全，设备，工具;事情，我们已经设计，建造和使用;木材，金属，陶瓷制成的东西，和塑料。我们从经验知道，有些事情是比别人做得更好，他们去年更长，成本更低，更安静，看起来更好，或者更容易使用。理想的情况，但是，每个这样的项目已按设计一些“功能要求，”由设计者认为，也就是说，它的设计，以回答这个问题，“究竟是什么职能应是执行？在工程世界”，频繁的主要功能是如此的支持，由于一些装载重量，惯性，压力式，从我们家中的光束，飞机的一个机翼等，必须对产品的材料，尺寸适当的融合，和紧固件生产结构，将执行一个较合理的成本合理的一生中其职能可靠。在实践中，工程力学方法用于在两个完全不同的方式：

1.任何新设备的发展需要一个互动，形式，尺寸，材料，载荷，耐久性，安全性和cost.2.迭代审议。当一个设备出现故障，往往是要进行一项研究，以查明故障原因，并找出潜在的纠正措施。我们最优秀的设计往往演变的薄弱环节，通过逐步消除。

对许多工程师，上述过程都可以被证明是绝对精彩和愉快的，更不用提有利可图。在任何“真正”的问题从来就没有足够好的，有用的信息，我们很少知道实际的载荷和精确操作的任何条件，准确的分析很少。虽然我们可以精确的数学，综合分析，一般只是近似，不同技能的人可以得到不同的解决方案。在工程力学研究中，大多数问题都将得到充分的“理想化”允许独特的解决方案，但应该清楚，“现实世界”远不如理想，而且你通常会在命令必须执行一些理想化获得一个解决方案。

在技术领域中，我们将考虑的是通常称为“静”与“材料力学”，“静”指的是对固定设备作用力学风和“材料力学”指的是这些部队在结构上的影响。

尽管许多设备都没有，事实上，静态的，这里开发的方法是完全适用于动态的情况如果与动态相关联的额外负荷，考虑。每当动态势力相对较小的静态负荷，系统通常被认为是静态的。

在工程力学，我们赞赏逼近了在任何类型的固有的各种现实问题： 首先，我们将要讨论的事情，这是在“均衡”，即没有加速。但是，如果我们仔细观察的话，一切都正在加速。我们会考虑很多构件是“失重”，但是他们从来没有的。我们将按照部队的这种行为在一个“点”，但所有力量在一个区域的行为。我们会考虑的某些部分“刚性”，但所有机构将在负荷下变形。

我们会作出这样的假设显然是错误的。但是，这些假设应始终呈现的问题更容易，更容易处理。你会发现，他们的目标是使尽可能多的简化假设没有严重退化的结果。

一般来说，没有明确的方法来确定如何彻底，或如何精确地说，对待一个问题：如果我们的分析过于简单，我们可能无法获得相关的答案，如果我们的分析过于详细，我们可能无法获得任何答案。它通常是最好先从相对简单的分析，然后添加更多的细节，因为需要得到实际的解决办法。

在过去的二十年来，一直在为解决以往无法解决的问题，进行电脑化方法的途径巨大增长，因为所需的时间来解决这些问题将被禁止。在同一时间内，计算机能力和使用成本下降了几个数量级。我们正经历一个“个人电脑”校园涌入，在家里，和商业活动中。

6、轴的设计

轴是一个旋转或者说是固定的构件,通常是圆形截面,轴上安装有齿轮、滑轮、飞轮和其他能量传递构件。如果一个轴上装有几个齿轮或者滑轮，轴的不同部分将受到不同的扭矩，因为总能量在轴的不同的点逐渐损失。因此，必须要标注出轴的各个部分承受的扭矩。然后研究弯矩的分布,最好画出剪力和弯矩的草图。(徒手画也行)

就使用方面来说，轴通常是一种旋转构件用来传递能量。尤其在过去的使用中,是一个固定轴带动旋转的车轮，滑轮等等。然而,一般用法的话是不区分轴是否旋转的。另一方面,在一个驾马车的时代里,我们所说的轴就是汽车上的车轴。总轴或主轴,首先有一个力推动,能量被从皮带或链条上传递下来。—皮带和链条通常是沿着轴的方向排着。放在主轴和发动机之间的轴通常被称为传动轴。机器中较短的轴通常被称为梭。

从这个初步检查,在机械学中有这样一个问题,我们标示出扰度最大和扭矩最大的截面。如果这些最大值发生在同一截面,那么那段截面所需要的直径也就确定了,当整根轴需要同样直径那么就取最大值。如果最大值不发生在同一区段,那么比较两个最值处所确定的直径大小，取较大的作为轴的直径。轴的直径在各个截面通常不同,有时因为结构的原因。在这种情况下,就要检查应力或确认每段所需要的直径。设计师使确定所有的部分在应力的作用下安全运行,并且要注意孔，键槽和其他的应力突变。

中空的轴有时候也很有用处，尽管它们比实心的要贵。它们有自身的优点，相比较之下它们强度更大。因为外部纤维在抵抗应力方面更有效，同时在热处理上反映更好因为同时在内外表面淬火。所以所谓的空心轴也偶尔有需要，但是它们的边缘通常是做成大倾角的，为了去除锐边，这方面存在缺陷。

偏差在轴的设计中有重要的意义，标准的扭矩偏差从机械轴的每米0.25度到传动轴的1度每米或者直径20偏差1度。甚至短轴在硬度上也成为了一个特殊的问题，当施加一个突然地冲击，例如汽车上的曲轴。这个冲击产生了一个扭转振动，通常是由汽车上的扭振阻尼器抵消的。

准许的偏差的数值很少，可能是因为数值的范围大并且每种情况都有其独特性，按照经验来说对于一个传动轴的偏差不允许超过0.0005L。L表示支撑端面之间的距离。尽管需要更高的刚度。最理想的情况是，在传动轴上，把齿轮，滑轮安装在轴承附近以便减小力矩。如果厚膜润滑应用在轴承上,轴承的宽度偏差应只是一小部分的油膜厚度;如果斜度过多,轴颈上会出现咬合。一个调心轴承可以消除这种麻烦如果偏差可以接受。

在机械工具方面，刚度是一个需要特殊考虑的问题,因为它关系到精度。如果一个轴支持一个齿轮需要比它携带v型滑轮更多的考虑偏差。

质心是对称的和旋转体的旋转中心点并不一致。这是因为a从一个实际的观点出发是不可能使质量分布均匀使质心和几何中心重合b轴,在荷载作用下,使身体转动,而移动的质心离开真正的轴,经过轴承的中心线。旋转先从几何轴线开始,但在一些速度下，质心便宜的离心力将和偏轴力相等,轴和与它相接触的部分会剧烈震动，因为离心力变更了轴旋转地方向。这样的速度被称为临界速度。在临界转速以上,运行平衡再次达到，那是的旋转中心是质心（因为平衡了离心力）。高速涡轮机经常操作临界转速以上。额外的临界速度,高于先前,成功的获得,但相应的振动的振幅逐渐减少。

许多轴有三个或更多的轴承支撑,这意味着这个问题是静不定。材料强度的资料上给出了求解方法。设计觉得一个问题应该同时考虑经济问题。举例来说,如果一行三人或三人以上的轴轴承支持是必要的,保守的假设的制造成本可能更低--给予力矩的设计，一个略粗的轴的额外费可能比一份精心的设计分析要低。

8、带传动和链传动

除了齿轮、皮带、链是广泛应用。皮带、链代表主要类型的柔性传动构件。Fig.8.1显示这些构件和齿轮减速器结合一个典型的工业应用。在这个应用程序说明了皮带,齿轮传动,链都是可以用来使之达到最佳效果。

转缸式发动机是由电力马达发展而来的,但是马达通常运转在很高的速度而传出的扭矩又太低和最终传动的应用不匹配。对于一个给定的能量传递,扭矩值增加和转速的降低是成比例的。

所以有些减速技术往往是可取的。一般来说,皮带传动应用在转速相对比较高的场合,一级减速是从电动机或马达上直接的减速。一个较小的驱动滑轮连接到马达轴,而大直径滑轮被连接到一个平行轴上同时具有较低的速度。带传动的驱动滑轮也被称为滑轮。带传动的线性速度通常是10-30m/s,也导致了作用在皮带上的拉力相对较小。

这是四个主要带传动类型:平坦的、圆的、V、同步。平带轮可以用于中心距离较长的带滑轮驱动之间。另一方面,V和同步带是用于短中心的距离。不含同步带，在滑轮和皮带只间会发生滑动，滑轮是用铸铁或钢制成的。

V型带传动一种被广泛使用的类型的带,尤其是在工业传动和车辆应用上。V型传动将皮带紧紧嵌到滑轮槽内，增加了摩擦力并且允许传送更大的扭矩在滑动发生之前。平皮带驱动产生很噪音小、并且从系统中吸收更多的振动比起v型或其他传动。一个平皮带传动效率约为98%,这是几乎和齿轮传动一样。然而,V型传动的效率驱动在70%至96%之间变化。

一个同步带,有时被称为定时皮带,在内部圆周表面安有齿型。一个同步带不会打滑,从而以一种恒定的角速度比例。

然而,如果非常大的比例降低速度在传动上需求,齿轮减速机是很好的,因为他们能在相对小的空间内完成大幅度减速。齿轮减速的终端轴通常是高扭矩并且低速的。如果对速度和转矩的应用都有需求。它可以直接耦合到驱动的机器。

齿轮减速器只应用在独立的减速中,在未传到符合条件的机器之前输出必须被减少。在低速、高扭矩条件、链条驱动成为可取的。高扭矩会引起高拉伸力促使开发了链条。链条传动的构件通常是用金属制造的,能够承受较大的力。当在旋转地轴之间传输能量的时候，链条由齿啮合，它提供了积极的没有滑动传动。Fig.8.3显示了典型的链条传动。

链条结合了齿轮和皮带传动的一些有利特点。链条驱动提供几乎所有的速比。他们相比于齿轮传动的主要优势是可以用于任意中心的距离。比起带传动,链条传动的优势链提供积极传动,因此具有更大传递能量的能力。

最常见的链是滚子链,其中每一节的滚子在链条和链轮齿中提供较低的摩擦。对于其不同的应用,最熟悉的是在自行车里的传动链条。通常一个链条是有淬硬钢做成的而链轮由铸铁或钢制作。不过,不锈钢和铜链锁在需要抗腐蚀的环境里面有需要。、Physical Properties of Materials（陈鹏文翻译，有错包含！）

One of the important considerations in material selection is their physical properties(that is, density, melting point, specific heat, thermal conductivity, thermal expansion, and corrosion resistance).（在材料选择中重要考虑因素之一是它们的物理性质（如：密度，熔点，比热容，热传导性，热膨胀和耐腐蚀性）。）Physical properties can have several important influences on manufacturing and the service life of components.（物理性质能对生产和零部件工作寿命有一些重要影响。）For example, high-speed machine tools require lightweight components to reduce inertial forces and, thus, keep machines from excessive vibration.（比如说，高速机床需要重量轻的部件来减小惯性力由此让机床不会产生过高的振动。）

1.Density（密度）

The density of a material is its mass per unit volume.（材料的密度就是单位体积材料的质量。）Another term is specific gravity, which expresses a material’s density in relation to that of water, and thus, it has no units.（.另外一个术语叫做比重，它表示材料相对于水的密度，由此它没有单位。）Weight saving is important particularly for aircraft and aerospace structures, for automotive bodies and components, and for other products where energy consumption and power limitations are major concerns.（减轻重量是重要考虑的尤其对于航天器，航天结构，汽车零部件和那些能量消耗和功率受限的产品。）

Substitution of materials for the sake of weight saving and economy is a major factor in the design both of advanced equipment and machinery and of consumer products, such as automobiles.（为了减轻重量和经济成本，在设计现先进机械设备和消费品比如汽车中，材料的代替是一个主要的因素。）

2.Melting Point（熔点）

The melting point of a metal depends on the energy required to separate its atoms.（金属的熔点决定于分离金属原子所需的能量。）The melting temperature of a metal alloy can have a wide range(depending on its composition)and is unlike that of a pure metal, which has a definite melting point.（金属合金的熔解温度有一个宽的范围（取决于它的组成物）而且不像纯金属有一个确定的溶解温度。）The temperature range within which a component or structure is designed to function is an important consideration in the selection of materials.（一个部件和结构设计功能时，其里面的温度在此案料选择中需要重要考虑。）

The melting point of a metal has a number of indirect effects on manufacturing operations.（金属的熔点在生产过程中有许多间接地影响。）Because the recrystallization temperature of a metal is related to its melting point, operations such as annealing and heat treating and hot working require a knowledge of the melting points of the materials involved.（因为金属的再结晶温度与熔点相关，比如在退火，热处理和热加工操作中需要知道所涉及材料的熔点。）

3.Specific Heat（比热容）

A material’s specific heat is the energy required to raise the temperature of a unit mass by one degree.（一种材料的比热容是单位质量材料每升高一度所需要的能量。）Alloying element have a relatively minor effect on the specific heat of metals.（合金元素在金属比热容中有一个相对较小的影响。）

The temperature rise in a workpiece resulting from machining operation is a function of the work done and of the specific heat of the workpiece material.（一个工件温度的上升来源于机械加工做功和工件材料的比热容。）Temperature rise in a workpiece, if excessive, can decrease product quality by adversely affecting its surface roughness and dimensional accuracy, can cause excessive tool wear, and can result in undesirable metallurgical changes in the material.（工件温度的上升，假如温度过高，将会以平面粗糙度和尺寸精度的不利影响来影响产品质量，而且会导致材料中不需要的相变。）

4.Thermal Conductivity（热传导）

Thermal conductivity indicates the rate at which heat

flows within and through a material.（热传导表示热量通流过材料的速率。）Metals generally have high thermal conductivity, while ceramics and plastics have poor conductivity.（金属通常有高的热传导，然而陶瓷和塑料有差的热传导。）

When heat is generated by plastic deformation or due to friction, the heat should be conducted away at a rate high enough to prevent a severe rise in temperature.（在热量由塑性变形和摩擦引起的时，热量应该以足够高的速度传递开以防止温度过快升高。）The main difficulty experienced in machining titanium, for example, is caused by its very low thermal conductivity.（在金属钛中主要的问题是由于它的差的热传导。）Low thermal conductivity can also result in high thermal gradients and, in this way, cause inhomogeneous deformation of workpieces in metalworking processes.（差的热传导也能导致高的热梯度，通过这种方式，导致在金属加工过程中产生不均匀的变形。）

5.Thermal Expansion（热膨胀）

The thermal expansion of materials can have several significant effects, particularly the relative expansion or contraction of different materials in assemblies such as moving parts in machinery that require certain clearances for proper functioning.（材料的热捧场有一些有益的影响，尤其是在装配中不同材料的热胀冷缩比如机械中得活动件需要特定的空隙来完成特定的功能。）

Shrink fits utilize thermal expansion and contraction.（过盈配合应用了热胀冷缩。）For example, a part, such as a flange, is to be installed over a shaft.（比如，一个零件如法兰，要安装穿过一根轴。）It first is heated and then slipped over a shaft which is at room temperature.（首先将其加热，然后装进室温下的轴。）When allowed to cool, the part shrinks and the assembly effectively becomes an integral component.（当冷却时，零件收缩而且这个实际装配体变成了一个整体部件。）

6.Corrosion Resistance（耐腐蚀性）

Metals, ceramics, and plastics all are subject to forms of corrosion.（金属，陶瓷和塑料都受到腐蚀。）The word corrosion itself usually refers to the deterioration of metals and ceramics, while similar phenomena in plastics generally are called degradation.（腐蚀这个词本身指的是金属和陶瓷的退化，然而在塑料中类似的现象叫做降解。）Corrosion leads not only to surface deterioration of components and structures but also reduces their strength and structural integrity.（腐蚀不仅导致部件和结构平面的破坏而且减小了结构的强度和完整性。）

Corrosion resistance is an important aspect of material selection for applications in the chemical, food, and petroleum industries, as well as in manufacturing operations.（耐腐蚀性在化学，食物和石油工业材料选择中是一个重要方面，生产制造中也一样。）In addition to various possible chemical reactions from the elements and compounds present, environmental corrosion of components and structures is a major concern, particularly at elevated temperatures and other transportation vehicles.（另外，多种可能的由元素，化合物，部件结构环境腐蚀引起的化学反应是主要考虑的，尤其是在高的温度和其他运输工具上。）

Resistance to corrosion depends on the composition of the material and on the particular environment.（耐腐蚀性取决于材料组成和所处的特殊的环境。）Corrosive media may be chemicals(acid, alkalis, and salts), the environment(oxygen, moisture, pollution, and acid rain), and water(fresh or salt water).（腐蚀介质可以是化学品（酸，碱，盐），环境（氧气，水，污染物和酸雨）和水（淡水和盐水）。）Nonferrous metals, stainless steels, and nonmetallic materials generally have high corrosion resistance, Steels and cast irons usually have poor resistance and must be protected by various coatings and surface treatments..（有色

金属和非金属材料通常有高的耐腐蚀性，钢和铸铁常有较差的耐腐蚀性而且必须通过各种膜和表面处理来防止腐蚀。）

The usefulness of some level of oxidation is exhibited in the corrosion resistance of aluminum, titanium, and stainless steel.（某种程度的氧化用于铝，钛和不锈钢的耐腐蚀性。）Aluminum develops a thin(a few atomic layers), strong, and adherent hard-oxide film(Al2O3)that better protects the surface from further environmental corrosion.（铝形成一层薄（几个原子层）而强的紧贴的Al2O3膜，它能更好地防止平面被进一步地腐蚀。）Titanium develops a film of titanium oxide(TiO2).（钛形成了一层TiO2膜。）A similar phenomenon occurs in stainless steels, which(because of the chromium present in the alloy)develop a protective film on their surfaces.（不锈钢应用了类似的现象，在它表面形成了一层保护膜（由于合金中铬的出现）。）When the protective film is scratched and exposes the metal underneath, a new oxide film begins to form.（当保护膜被刮伤那么下面的金属暴露出来，一个新的氧化膜开始形成。）Spindle Bearings

(陈鹏文，有错包含)A machine tool spindle must provide rotational speed, transfer torque and power to the cutting tool, and have reasonable load carrying capacity and life.（机床主轴必须提供转速、传递力矩和公路到切削工具上，而且具有一个合理的负载承受能力和寿命。）The bearing system, one of the most critical components of any high-speed spindle design, must be able to meet these demands or the spindle won’t perform.（轴承系统，是任何高速主轴设计中最需要主要考虑的部件之一，它必须能够满足这些需要或者是主轴不能实现的需要。）

High-speed spindle bearing available today include roller, taper roller, and angular contact ball bearings.（当今可以用的高速主轴轴承包括滚珠轴承、锥型滚柱轴承和径向止推滚珠轴承。）Selection criteria depend on the spindle specifications and the speed needed for metalcutting.（选择标准依靠主轴规格和金属切削所需的速度。）

Angular contact bearings are the type most commonly used in very high-speed spindle design.（径向止推轴承在超高速主轴设计中是用得最普遍的。）These bearings provide precision, load carrying capacity, and the speed needed for metalcutting.（这些轴承提供精确度，伏在承受能力和金属切削所需的速度。）Angular contact ball bearings have a number of precision balls fitted into a precision steel race, and provide both axial and radial load carrying capacity when properly preloaded.（径向止推轴承有许多安装在精确钢槽里的精确滚珠，在正确安装下提供轴向和径向的负载承受能力。）

In some cases, tapered roller bearings are used because they offer higher load carrying capacity and greater stiffness than ball bearings.（在某些情况下，锥型滚珠轴承被用是因为它能提供较滚珠轴承更大的负载承受能力和更大的刚度。）However, tapered roller bearings do not allow the high speeds required by many spindles.（然而，锥型滚柱轴承不能保证许多主轴需要的高的速度。）

Angular contact ball bearings are available with a choice of preloading magnitude, typically designated as light, medium, and heavy.（径向止推滚珠轴承可以选择预装载大小，典型的有轻载型，种载型和重载型。）Light preloaded bearings allow maximum speed and less stiffness.These bearings are often used for very high-speed applications, where cutting loads are light.（轻载型轴承能保证最大速度和较小的刚度。这些轴承通常在超高速，切削力小的的情形下应用。）

Heavy preloading allows less speed, but higher stiffness.（重载型轴承可以保证较低速度，较高刚度。）To provide the required load carrying capacity for a metalcutting machine tool spindle, several angular contact ball bearings are used together.（为了给机床提供金属切削所需要的负载承受能力，一些径向止推滚珠轴承被结合使用。）In this way, the bearings share the loads, and increase overall spindle stiffness.（用这种方法，轴承分担负载，而且提高了整个主轴的刚度。）

Hybrid ceramic bearings are a recent development in bearing technology that uses ceramic(silicon nitride)material to make precision balls.（混合的陶瓷轴承是在轴承科技中最近发展起来的，是利用陶瓷（氮化硅）材料制做精确的滚珠。）The ceramic balls, when used in an angular-contact ball bearing, offer distinct advantages over typical bearing-steel balls（应用于径向止推滚珠轴承中的陶瓷滚珠提供了较钢珠轴承中钢珠明显的优点。）.Ceramic balls have 60% less mass than steel balls.（陶瓷滚珠质量不到钢珠的60%。）This is significant because as a ball bearing is operating, particularly at high rotational speeds, shape of the ball.（这是有意义的，因为一个转动的滚珠轴承尤其是在高速旋转中，滚珠的形状会发生变化。）This deformation leads to rapid wear and bearing deterioration.（这种变形会导致快速的磨损和轴承的破会。）Ceramic balls, with less mass, will not be affected as much at the same speed.（陶瓷滚珠具有较小的质量，在相同速度下陶瓷滚珠受到影响不如钢珠大。）In fact, the use of ceramic balls allows up to 30% higher speed for a given ball bearing size, without sacrificing bearing life.（事实上，利用陶瓷滚珠可以保证给定尺寸的滚珠在超过30%速度上工作而不牺牲轴承寿命。）

Due to the nearly perfect roundness of the ceramic balls, hybrid ceramic bearings operate at much lower temperatures than steel ball bearings, which results in longer life for the bearing lubricant.（由于几近完美圆度的陶瓷滚珠，混合的陶瓷轴承工作在较钢珠轴承低得温度，这些导致在轴承润滑中有较长的寿命。）Tests show that spindles utilizing hybrid ceramic bearings exhibit higher rigidity and have higher natural frequencies, making them less sensitive to vibration.（实验表明主轴利用混合陶瓷轴承体现出更高的刚度个更高的固有频率，使主轴对振动不那么敏感。）

Bearing lubricant is necessary for angular contact ball bearing to operate properly.（轴承润滑在径向止推轴承正确工作中是必要的。）The lubricant provides a microscopic film between the rolling elements to prevent abrasion.（润滑剂在转动零件间提供了一层微观模来防止磨损。）In addition, it protects surfaces from corrosion, and protects the contact area from particle contamination.（另外，它还防止平面腐蚀，保护接触平面受磨粒影响。）Grease is the most common and most easily applied type of lubricant.（润滑油脂是在润滑剂中最普遍最简单的应用方式。）It is injected into the space between the balls and the races, and is permanent.（它被注射到滚珠和滚槽之间的缝隙中，是永久的。）Grease requires minimal maintenance.（润滑油脂需要最小的维护。）Generally, high-speed spindles utilizing grease lubrication do not allow replacement of the grease between bearing replacements.（通常情况下，高速主轴应用油脂润滑不能保证润滑油脂在轴承替换件中的替换。）During a bearing replacement, clean grease is carefully injected into the bearing.（在轴承替换中，情节的油脂是小心地注射到轴承中。）

Often at high rotational speeds, lubrication with grease is not sufficient.（通常在高转速中，油脂润滑是不够的。）Oil is then used as a lubricant, and delivered in a variety of ways.（那么油液就用作为润滑剂，以多种方式传递。）Maintenance of the lubrication system is vital, and must be closely monitored to ensure that proper bearing conditions are maintained.（润滑维护系统式非常重要的，而且必须严密检测来保证维护中正确的轴承维护条件。）Also, use of the correct type, quantity, and cleanliness of lubricating oil is critical.另外，正确的用法，用量和润滑油清洁度也重要。How much life can be expected?（预测寿命是多长呢？）All bearings will have a useful life, defined as operation time until the bearing specifications are lost, or a complete failure of the bearing occurs.（所有的轴承都将有一个使用寿命，被定义为从工作开始时间到轴承规格破坏时间或者到轴承完全地实效。）The most common cause of bearing failure is fatigue, in which the races become rough, leading to heating, and eventual mechanical failure.（导致轴承失效的最普遍的原因是疲劳，在疲劳状态下滚槽变得粗糙导致摩擦热和最终的机械故障。）Bearing life, in general, is affected by axial and radial bearing loads, vibration levels, lubrication quality and quantity, maximum speed, and average bearing temperature.（通常情况下，轴承的寿命受轴向和径向的负载、振动程度、润滑质量、最高速度和平均轴承温度影响。）From these influences, bearing life can be calculated from standard equations.（由于这些影响，轴承寿命能通过标准方程来计算。）Today, computer models are often used to forecast bearing life.（现在，计算机模型经常用于预测轴承寿命。）

14、机构的基本概念

一些有关联的部分综合起来能够实现一定运动并能完成有用的工作叫做机器。一个机构是一个由两个以上的部分装配成的机器的一个组件以实现一个部件的运动带动其他部分运动。运动学是研究机构的运动而不涉及施加在机构上的力。动力学是研究运动的部分和受力和力矩影响的机构。研究静止系统的力和力矩叫做静力学（或者说是惯性影响对系统是微不足道的）。

综合分析是设计产品以满足一定的性能需求的一个步骤，如果一个产品配置先初步指定，然后检查产品以确定是否他的性能规格是否能满足需要。这个过程叫分析。机器的设计包括综合和分析两个方面。

设计过程开始于先认识到一些需求，然后一部分需求被列出来，详细的分析位移、速度和加速度经常是必须的，这部分设计步骤是在力和力矩的分析之后。这个设计步骤可能包括了重新设计那些影响速度、加速度、力和力矩的部件。为了一年又一年的有竞争力，大多数制造者必须被反复的修改他们的产品和他们的制造方法。增加生产率，升级产品功能，重新设计使造价和重量降低是常常需要的，成功可能取决于这个运动学和动力学的分析的精确性。

许多基本的连接配置已经被列入机械设计之内几个世纪前，我们用的一些术语改变了很多年，因此，这些定义和术语在大多数情况下，他的意义可以清晰地从上下文的关联中猜出来，一些术语尤其是和我们研究机械的运动学和动力学有关的将在下面被定义。

杆件： 一个杆件是一种刚体或者许多部分组成在一起形成一个的运动链。这个术语刚体或者简单杆件，是被理想化了的用作研究那些忽略由于机器组件间拉力所产生的微小变形的机构。对于典型的机器部分，在直径上最大的改变只与这部分的千分之一相似，我们忽略掉微小的运动当考虑大多数机构更大的运动特征时是合理的。这个单词link被用作除了曲柄、连杆和一些其他的铰接机构之外的一般的定义包括凸轮、齿轮和其他的机器部分。

机架：在机构中固定的或者静止的杆件叫做机架，当没有杆件实际上被固定时，我们假设一个固定然后决定其他部分杆件相对于这个固定杆件的运动。例如，在汽车发动机上，引擎装置被考虑成固定的，尽管汽车可能在运动。

自由度：连接杆自由度的数量是指定每一个杆件关于机架或固定杆件的位置所需要的独立参数的数目。如果一个系统的瞬间配置可能完全被定义根据一个独立的变量，这个系统有一个自由度，大多数实际的机器都有一个自由度。

按个自由的刚体有六个自由度，在三个直线方向移动和三个轴方向转动，如果物体仅限于在一个平面内移动，那么他就只有三个自由度，两个移动方向和一个在这个平面内的转动方向。

高副和低副：刚体之间连接组成基本的高副和低副，这两个基本的构建组成低副理论上是面接触，而高副在两个构件间使点接触或者线接触。

运动链：运动链是一个运动副和杆件的组合体，每一个杆件在闭环运动链中都和其他两个或者更多的杆件关联，一个一个没有形成闭环的连接就是开环运动链。

联动装置：由于我们希望去检查运动链而不考虑他最终的应用，那是非常方便的去确定许多组合关于刚体连接成联动装置，在许多参考书中，无论怎样，这个术语linkage是仅限于由低副组成的运动链。

平面运动和品面连杆机构：如果所有的点如果可以被描述为一个平面联动。如果我们检查这个联动机构由曲柄、连杆和在活塞发动机中的活塞组成，我们把它看做是平面运动，大多数机构通常都可以被看做平面运动。

空间运动和空间连杆机构：大多数情况下运动不能被描述成发生在同一平面上的我们称作空间运动，连杆机构可能被描述成空间的或者散文的机构装置。

机构变换：一个连杆机构的绝对运动取决于哪个连杆是固定的，换言之，那个杆件被选作固定的机架，如果其他两个相等的连杆机构有不同的固定杆件方式，那么每一个连杆机构都是一个的倒置，在两种连杆机构中关系运动将相同。

16、磨损与润滑

磨损可以被定义为材料从工作表面逐渐损失以在工作表面相对运动的形式。摩擦发生在有负载还有表面接触且运动的地方，因此在工程实践中是非常重要的，是机器寿命和性能的最大影响因素。摩擦的组要集中形式有：

粘着磨损：当两个表面由于加载而互相靠在一起，整个接触载荷作用在面积很小的表面凸起的接触面。真正的接触压力在凸起部分是非常大的，粘着磨损就发生在这些地方。如果一个切向力作用于模型如图fig.16.1，剪切可以发生在接触面或接触面下面或上方，造成粘着磨损。例如以下因素：机械硬化发生在凸起的接触部分，粘着力往往比基本金属大很多。因此，在滑动中，破碎通常发生在较弱或软组件，并产生磨损碎片。虽然这个碎片属于较硬组件（如图16的上表面）最终由于接触面的进一步摩擦使碎片分离，并成为松散的磨粒。

磨料磨损：这种磨损的方式是硬的粗糙的表面相对于另一表面的运动（表面有硬的凸起的颗粒），最后产生细小的磨削，因此在较软的表面留下沟槽或者划痕（如图16.2）.事实上，过程如同锉、磨的方式。不同的是，在这些过程中，过程参数用来通过磨损控制生产出想要的形状和表面，然而磨料磨损得到的不是计划想得到的产品。

腐蚀磨损。也被称为氧化或化学磨损，这种类型的磨损由于化学或电化学反应在工件表面和环境之间。这些在工件表面形成的细小腐蚀性产物就是这种磨损生成的磨粒。当腐蚀层被破坏或移动通过工件的滑动，另一层也开始形成，这样磨损成反复的移除和形成。

疲劳磨损：疲劳磨损是材料表面受到交变荷载；这方面的一个例子是轴承的滚动接触。磨损颗粒通常是通过剥落或点蚀。另一种类型的疲劳磨损是热疲劳。通过热循环的热应力在表面产生裂纹，比如当一个冷锻模热反复作用工件时。这些裂缝先结合然后表面开始剥落，产生疲劳磨损。

虽然磨损通常改变零件的表面的一些形貌并可能导致严重的表面破坏，但它也可以产生有利的影响。在磨合期各种机器和发动机通过磨损使突出部分从突出面移除。（如图16.3）因此，在控制条件下，磨损可以被视为一种平滑或抛光工艺。

通过在两个相互运动的固体之间添加润滑剂来显著的减少他们之间的摩擦和磨损的过程成为润滑。这儿是四种在工程实践运用最广泛的液态润滑剂：

1.厚膜润滑，通过连续流体膜使两个表面完全分离。流体膜可以产生静水压或经常通过楔子作用在一个滑动的粘性流体的表面。

2.随着两表面负载的增加或者滑动速度和流体粘度降低，润滑油膜变薄（薄膜润滑）。这种情况在滑动表面引起摩擦并形成轻微的磨损。

3。在混合润滑中，虽然接触面通过一层薄的润滑膜分离，微凸体接触也可能发生。总的外加载荷被认为是大部分由粗糙的接触部分作用而小部分由水动力作用。

4。在边界润滑中，接触表面通过一边界润滑薄膜覆盖而承受负载（fig.16.4d）。这是一个薄（分子）的润滑层，吸附在金属地整个表面，从而防止金属与金属的接触的机构和减少磨损。

18、机械设计者的责任

一台新机器的产生是由于对它有一个实际或者假象的需求。它的发展是从某人对能完成特定目的的设备的构思开始。构思之后是对元件间的协调的研究，杆件的位置和长度(这其中可能包括了连杆的运动学研究)，齿轮、螺栓、弹簧、凸轮、和机械元件的放置。由于所有的想法都会受到改善，所以通常会得到几种解决方案，最后选择看上去最好的方案。

一个设计的实际应用，是根据科学原理和经验基础上的精明判断相结合的。一个设计问题很少会只有一个正确的答案，这通常会令机械设计的初学者很苦恼。

设计问题通常不止一个解决方案。给定一个一般的设计问题，比如设计一个能在家里自动洗衣的机器，因为有很多的设计团队，所以会有很多不同的方案——这个可以从市场上的洗衣机数量得到证明。

工程实践问题通常需要折衷的办法。竞争可能就需要违背某人最好的工程判断而做出一个勉强的决定；生产上的困难可能迫使对设计做出更改，等等。

一个好的设计者要有很多特征，比如：

（1）对材料的强度有很好的了解，这样应力分析才合理。机器的构件应有足够的强度和刚度，或其它所需的特性。

（2）熟知在机器中使用的材料的特性。

（3）熟悉各种制造过程的主要特点和经济效益，因为组成机器的构件的制造必须在一个有竞争性的价格之上。对某个制造工厂而言经济效益高的设计，对另一个工厂而言经济效益可能不高。比如，在一个有很好的焊接车间但没有铸造车间的工厂会发现，在某一特定的情况下焊接是最经济的制造方法；然而，面对同一问题，另一个工厂因为有铸造车间（可能有也可能没有焊接车间），可能会选择铸造。

（4）对各种各样的情况都有很好的专业知识，例如在有腐蚀性的环境、温度很低或相对高温的条件下材料的性质。

（5）做出明智决定前的准备：a、什么时候使用样本、购买原料或相对可靠的东西、什么时候进行客户定制设计是需要的；b、什么时候用经验来判别设计；c、在开始加工之前什么时候进行设计的使用性能测试；d、什么时候采取特殊的措施来控制振动和噪音。

（6）一定的审美观，因为如果产品用于销售，需具有“顾客吸引力”。

（7）了解经济效益和比较成本，因为工程师存在的最大理由就是是替雇佣他们的人省钱。任何会提高成本的东西都应该合理，例如，（产品）性能的提高，添加有吸引力的特征，或者更持久的耐用性。

（8）创造性和善于创造的本能，这对最大效益是最重要的。创造性会出现，是因为一个有活力的头脑是不会满足于事物现状并愿意去创造。

当然，还有很多重要的考虑因素及许多的细节。操作机器是否安全？如果操作者失误

能否得到保护?振动会不会产生噪声？机器噪音是否过大？构件的安装是否相对简单？机器是否易于操作和维修？

当然，对每一个问题，没有一个设计者能具备足够的专业知识来考虑上述所有的特性而做出最佳的选择。较大的设计团队会有执行特定职能的专家，较小的设计团队可以雇佣顾问，然而，一个工程师越了解设计中的所有阶段，他就能做出越好的选择。设计是一个要求严格的专业，但当你有很广泛的经验知识，它也是相当有趣的。

20、工程问题的解决方法

多年来，在许多行业和技术领域，工程师注重细节及（针对问题）得到正确的解决方案，逐渐获得了良好的声誉,因为他们是思路非常清晰的思考者。工程师们得到了尊重，基于此，大众对他们设计和制造出来的产品给予了信任。

工程师希望彼此能用清楚、有说服力、证据充分的方法来呈现计算、测试结果和技术工作。

在机械工程中的每个量由两部分组成：数值和单位。没有另一个，其中一个（只有数值或只有单位）是毫无意义的，工程师在计算中会密切而谨慎地注意单位，他们对数值也是如此。

除了单位的问题，工程师必须得到问题的数字答案——多强？多重？温度是多少？——通常要面对不确定和不完整的信息。比如，在一个新设计的开始，最终产品的外形和尺寸是未知的；如果外形和尺寸已知，那它首先就没有设计的必要了。只可能是粗略的估计。然而，一个工程师仍然还有工作要做，设计过程肯定要从某处开始。

出于这个原因，为了给未知量指定数值，设计师就做出近似。这些近似值已知是不精确的，但总比随机猜测的一个数好，当然也比什么都没有的好。机械工程师利用他们的常识、经验、直觉、判断和物理规律经过一个叫数量级的近似过程来寻找答案。机械工程师乐于做出合理的近似。

在机械工程的研究中，你应该培养解决问题的能力，达到其他工程师对你的期望标准。适当的解决问题的方法，对你得到正确的答案和把结果令人信服地给交流 给他人是很重要的。为了达到解决问题的目的，以下的指导会很有帮助： 1.在每一页顶开始一个问题，尽管问题的解决方案会少于一页。通过这种方式将问题细化，可以使得他人很容易地定位和阅读你的每一个方案。每一页纸只写一面。这个习惯也会让你的成果在查阅时变得容易。

2.对于已知的问题和未知的问题，写一个一两句的小结。通过弄清楚问题的目标，你会忽略枝节信息而以更直接的方式抓住问题的主干。

3.在你开始下笔计算前请思考一下问题。用简短的话做一个总结，总体阐释你将采用的方法，列出你将用到的主要的概念，等式以及假设。

4.采用你正在分析的系统的图纸，对主要的零件进行标记，并且采用相关尺寸。工程师应将想法和知识图形化，你的图纸和图表就是快速传递复杂信息的最好方式。几乎在解决每一个工程问题时，非常重要的第一步就是用图表将问题呈现出来。

5.画出正在使用的坐标系，这样可以说明你采用的正方向。比如，如果你在方案中写“Fx=30N”，但是却没有在图纸是指明x方向，那么这样的方案对于查阅你成果的来的说就没有意义。

6.在你计算的每一步和最后的结果中，要确保每一个数值后都带有单位。一个没有单位的数，正如没有数值的单位一样，都是无意义的。

7.要检查你结果中的有效数字，还要确保你的结果不要比真实的有效数字还多。数值的精确度是你使用的数据最后一位有效数字的一半。The factor of one-half arises，because the last digit of a number represents the rounding-off process, either higher or lower, of the tailing

digits.8.你的计算结果仅对你有意义还不够。你还要让你的结果对希望阅读你成果的人有意义。如果其他工程师不能审查和快速读懂你的结果，那么你的结果将不会被采用，原因就是混乱不清，不完整，或者不精确。要花时间写清楚步骤。

9.阐明你的结果的意义。这样的结果对你有多合理？是否你的来自经验、判断、直觉的结果的数量级有意义？

24、钻孔操作

钻床分类

钻孔操作可以通过使用手电钻或钻床实现。后者在形状和尺寸上不同。然而，刀具总是绕着它的轴线旋转而工件是牢牢固定的。这和车床上的钻孔操作是相反的，工件的放置位置和卡盘的旋转。以下是常用的钻床种类。

台式钻床：台式钻床是一种通用钻床，小的加工工具通常安放在工作台上。这种钻床有一个电动机作为动力源，运动经由滑轮和皮带传到安放刀具的主轴上。进给量由人工通过调节手柄改变，手柄设计来降低或升高主轴的。

工件安装在工作台上，尽管有时一个特制的虎钳用来固定工件。要加工的工件的最大高度限制于主轴和工作台的最大差距。

立式钻床：基于尺寸的机床，立式钻床刀具可以用于轻型、中型、甚至中型工件。它基本上和台式机床相似，主要区别是有一个长圆柱形床身固定在基部。沿着床身是一个附带的用于固定工件以使工件而已在任何理想高度锁定的滑动工作台。这种钻床需要的功率比台式钻床要大。

摇臂钻床：摇臂钻床特别适合于在不方便安放在立式钻床工作台上的又大又重的工件上钻孔。摇臂钻床有一个主要的床身固定在基部。携带钻头的悬臂引导手臂，能够沿着床身提高或降低，夹紧在任意位置。这个钻头沿引导臂滑动，提供旋转运动和轴向进给运动。此外，这个悬臂引导臂可以弯曲旋转，因此使刀具可以根据柱面坐标系统沿不同方向运动。

26、车床

在切割操作中使用的机床的一般特征，在这篇文章进行阐述。依据功能和所包含的配件，设备可分为不同类别。主要类别如下所述。

车床 车床通常被认为是最古老的机床，并在1750s产生.车床上进行基本操作有车削，镗，和端面车削。

最常见的车床（普通车床）的基本组成部分是床身，床头，尾座和.托架。工件的一端是被一个安装在主轴的夹头夹紧，主轴在床头旋转。工件的另一端是由尾座支撑。床头包含主轴转速传动齿轮，并通过适当的齿轮和进给杆，驱动车架，使滑动装配滑动。托架提供运动平行旋转轴，横滑板提供了正常的运动。切削刀具，连接到一个刀架和托架，沿床消除材料。切割操作是按工件所需的一定的外设速度，进给速度，切削深度运行。

进一步发展的是自动车床。通过各种机械手段，运动和控制更加精确。，如凸轮和数控和计算机控制，从而减轻了工人的劳动或要求不太熟练的劳动力。

转塔车床（在19世纪50年代开发的）能够进行了多种切割操作，如车削，镗，钻，线切割，端面车削。各种切削工具，通常在最多六个炮塔上安装。操作相当灵活。它可能是手工操作或自动，一旦正确安装，它并不需要熟练的劳动力。有种类繁多的炮塔车床可用于不同的目的

螺杆机（在18世纪70年代开发了第一个螺丝车床）是专为高产率，自动化生产螺钉和类似部件的设计的。所有的操作都由连接到一个特殊的炮塔的工具自动执行。每个螺丝加工成成品后，棒料自动送入。这些机器可能会配有单个或多个主轴，以减少循环时间

镗床 虽然镗操作可以在车床上进行，但镗床用于大型工件。这些机器是卧式或立

式，并有各种用于镗和端面车削操作的功能

坐标镗床是精度高的立式镗床和用于生产工装夹具，镗部分安装在夹具中。

铣床，铣床是最通用和最有用的工具机，因为它们能够执行各种切割操作。有大量的提供众多特性的铣床可供选择（在19世纪60年代开发的）。基本类型概述如下。

升降台式铣床是最常见的，用于一般用途的加工。连接铣刀的主轴，可水平（板坯铣削），或垂直（面铣）。

床身式铣床上安装一个平台，只可以在纵向方向移动。这些机器很简单，严格装配并用于高量产。主轴可水平或垂直，可以双工或三工类型（即有两个或三个主轴，同时加工两个或三个部分表面）。其他类型的铣削机也可用，如用于繁重的工作的龙门式和特殊用途的机器。

铣床，使用最广泛的配件是通用的分度头。这是一个夹具，在各个加工步骤使工件旋转到指定角度。典型的用途是加工铣削有多边形表面的零件和加工齿轮齿。

龙门刨床和牛头刨床，这些机床一般用于加工大平面，虽然其他形状，如凹槽，也可以加工。在龙门刨床，工件上在装有刀具的下轨移动，而在牛头刨床，工具移动和工件是固定的。

由于所涉及的工件的大小，龙门刨床是位于最大的机床之列。刨边机可水平或垂直，也用于加工凹槽和键槽。

拉床 这些机器推或拉拉刀，水平或垂直，从而加工各种内部或外部的表面。他们的构造相对简单，液压驱动可实现，拉刀只有直线运动。由于涉及的形状和部分种类繁多，拉床被制造成各式的设计和尺寸。

钻孔机，这些机器用于钻孔，攻丝，锪孔，铰孔，和其他通用的镗操作。它们通常是垂直的，最常见的一种是钻床。钻床制造成种类繁多的尺寸，从简单的板凳类型单元到摇臂钻床和有多个主轴的大型生产设备。

28、铣削

除了车床铣床是在制造业使用最为广泛。在铣削过程中，工件被送入一个旋转的铣刀，这是一种如图28.1所示的多刃工具。去除金属是通过铣刀和工件同时直线运动而相结合成旋转运动完成的。

在铣刀和工件接触时每一个铣刀刀刃都是单一的铣削。因此，每个切削刃都有适当的倾斜和救济角度。由于一次只有少数的切削刃与工件接触，所以重切削不影响刀具的使用寿命。事实上，允许的切削速度和进给速度是车削或钻的三到四倍。此外，铣削的表面质量大体上优于车削，塑造，钻的表面质量。铣削过程的特点是：

断续切削。每个切削刃去除材料只有旋转铣刀的一部分。因此，铣刀在再次进行铣削前有时间冷却。因此，铣削操作相比车削操作更为冷。

小尺寸的碎片。虽然碎片的尺寸很小，由于多个切削刃同时接触材料所以材料被切除很多，因此工件一般是在一个单一的行程中完成不像车削过程需要大量切割才能完成。碎片厚度的变化。这有助于非稳态循环条件下不同切削力作用时切削刃与碎片接触厚度从零到最大尺寸，反之亦然。这种周期性变化的力，可以激起机床系统的自然频率，这对刀具的寿命是有害的同时使表面粗糙度产生。

对于刀具旋转和工件进给的方向而言，铣削是通过以下两种方法之一完成的。

向上铣削（逆铣）。逆铣刀具的转向和工作台的移动方向相反，碎片厚度从零开始并逐渐增加到最大厚度，如图28.2所示。这有让工件离开工作台的趋势。有一种可能就是刀具在开始移动之前将摩擦工件。然而，加工过程中不涉及冲击载荷，从而确保机床的平滑操作。

在逆铣中最初的摩擦有让刀刃变顿的趋势，因此刀具具有较短的寿命。此外，由于刀具倾向于削减和滑动，所以通过这种方法获得的加工表面质量不是很高。然而，逆铣在工业中常用，特别是粗切削。

向下铣削（顺铣）。在顺铣中铣刀得转向和工作台的移动方向相同，碎片从最大厚度逐渐变为零，如图28.2（b）所示。这将导致一系列冲击或突然加载。因此，这种方法不能用于铣削加工除非工作台与丝杆间隙消除。最大切削深度是通过刀具切削工件并给很大一个力来实现的，这必须要一个刚性的丝杆来配合工作台的进给。

这种方法的优点是切削力下降所以能获得更高品质的加工表面同时工件的装夹更简单。顺铣比逆铣允许更大的进给撮合和拥有更长的刀具寿命。但是，它不能被用来加工铸件或热轧钢板，否则硬的刻度将损坏刀具。

30、齿轮材料

制造齿轮的材料多种多样,无论是金属还是非金属。作为设计所选用材料的根据，所选材料应该使一个特定的齿轮最便宜,同时确保有满意的性能。在做出一个选择前,设计师必须决定对这个问题手上的哪些条件是最重要的。如果高强度是首要考虑的, 应该经常选钢,而不是铸铁。如果耐磨性是最重要的考虑条件,一个有色金属比一个黑色金属好。还有一个如何做出选择的例子，对于降噪问题、非金属材料与金属材料的表现比较。然而,在大多数设计上的问题中,最后通常都是一个折中的选择材料。换句话说,选择合理的材料,符合所有的要求我们之前提到的,虽然在每一个方面它不一定是最好的。总的说这一次讨论中,我们将根据各种金属和非金属齿轮材料的一般分类来考虑他们的特点。

铸铁 铸造铸铁是一种最常用的齿轮材料。其成本低,易于铸造,有良好的切削性能,具有高的耐磨性和良好的降噪性能，使它成为一个较好的选择。铸铁作为一个齿轮材料主要的缺点是其抗拉强度低,这使齿轮容易屈曲而且需要相当大的齿牙。

另一种类型的铸铁是球墨铸铁,它是在铸铁里增加了诸如镁或铈。这样的合金化处理使得他们比普通铸铁有更强的抗拉强度的同时保留了良好的耐磨性和易于加工的特点。通常的设计是在铸铁齿轮和钢齿轮于成本、强度、磨损间取一个平衡。

钢 钢齿轮通常由碳素钢和合金钢制成。他们与铸铁相比有更高的强度和更低的成本。然而,为了达到满意的耐磨性他们通常需要经过表面热处理。不幸的是,热处理工艺通常会使齿轮产生变形,结果是齿轮负载不能均匀分布在整个齿轮齿面。通常更愿意选择合金钢因为他们热处理时变形比碳素结构钢小。

虽然说讨论各种热处理方法和他们对材料特性的影响不是我们这里的目的，设计师同样应该意思到材料热处理可能带来的问题。

齿轮经常通体淬火或者用水或油淬火,以增加其耐磨性。回火通常是齿轮淬火后立即执行, 包括加热齿轮温度到200度至700度,然后慢慢在空气冷却到室温。如果较低的硬度就能满意,最好的方法可能是通体淬火，因为它廉价。

在许多情况下, 虽然表面必须有非常高的硬度但主体部位只需要适当强度。对于齿轮,例如,表面硬度必须较高,在齿轮的一生中齿牙将抵抗数百万次磨损。在每一个接触齿牙表面都会有很高的应力。如果真的需要的话对这种情况就采用表面淬火。表面0.25 ~ 1.00毫米深得部分被赋予一个较高的硬度,尽管对里面的部分(核心)只有轻微的影响。表面淬火的优势在于,当表面达到所需的耐磨硬度时、核心的部分仍然具有较好的的韧性、耐冲击和抗疲劳性。最常用的表面硬化过程为是火焰表面淬火、感应淬火、渗碳、渗氮、氰化, 碳氮共渗。图30.1:显示了一个典型的碳氮共渗齿轮的截面部分,清楚地显示出坚硬的表面围绕着柔软而有韧性的核心。

有色金属

用铜、锌、铝、钛是来获取的合金材料是有用的齿轮材料。铜合金,称为青铜器,也许是应用得最广泛的。他们在对耐腐蚀性有较高要求和需要较大滑动的场合非常有用，因为它们可以减少摩擦损耗,他们通常被用做蜗轮蜗杆的原料。在铝、锌合金用于制造重载齿轮。

非金属材料非金属材料制造齿轮已经很多年了。尼龙、各类塑料等都已被使用过。使用这些材料的优势有，运行平稳、内部润滑、减弱冲击和振动,而且制造经济。他们的主要缺点是承载能力低、导热率低,导致齿牙的热变形而且可能导致齿轮严重弱化。

近来热塑性树脂,与玻璃纤维加固和润滑油作为添加剂,已被用来在齿轮材料上。这些复合材料给予了更大的承载能力,降低了热膨胀,而且有更大的耐磨性和耐疲劳性。

32、机械加工精度基础

加工是通过最简单和最廉价的方式将原材料转变为有用的产品。因此，只为了加工某些原材料和获得预期的产品，这样还不够。事实上，通过采用最简单、最快以及最高效的方法来实现预期的目标是非常重要的。如果采用的技术不够高效，所得零件的成本将会很高，并且这样的零件会在和其他制造商生产的类似零件的竞争中失去优势。同时，产品的生产时间应尽量短以使厂家占据更大的市场份额。

可以通过不同的方式对现代工业进行分类。其分类方式可以是按加工过程，按产品类型也可以按产量和差异程度分类。按加工过程分类可以用铸造行业和冲压行业以及类似的行业来印证。当按产品分类时，产业可以分为汽车行业，航空航天产业以及电子产业。第三种方式，即按产量分类，可以分为三种类型，大批量生产，单件小批量生产和中批量生产。以下让我们简要介绍一下每一类的特点。

大批量生产的主要特点是相同或相似零件产量高，时间周期较长。年产量不高于5万件就不能认为是大批量生产。正如你所期望的那样，产量是基于一个预设的销量并且其不直接受每日或每月订单量的影响。典型的大批量生产行业就是汽车行业。

单件小批量生产是基于小批量的销售订单。每一小批可以同20到200或更多类似零件组成，取决于消费者的需求。很明显，这类产业主要适用于二级承包商，他们主要生产类型多变的零件以供应不同类型的行业。其使用的机器必须可调节以使其配置满足订单零件的需要，因为订单零件种类通常是变化的。同时，为了完成各种不同的任务，工人应该经验丰富，因为制造不同的零件，其任务通常是有差异的。

中批量生产介于单件小批量生产与大批量生产之间。其产量范围是1万件到2万件之间，其采用的机床主要是可调机床和多功能机床。由于用户定制生产量的增加，此类产业也正在逐渐流行。

制造中一个非常重要的事实就是在加工零件时几乎不可能使零件获得理想的公称尺寸。这通常是由于一些不可预期的，尽管非常小的机床固有偏差和各种复杂的因素，如工件的弹性变形和回复，或者是由于加工过程中的安装、温度，甚至有时还包括工人的技术等因素。由于分析和完全消除此类因素的影响非常困难，建立一个偏差容许度对于基本尺寸会更可行，只要这样的偏差不会以有害的方式影响到零件的正常工作。从基本尺寸到每一侧的尺寸偏差（即正负偏差）决定了分别决定了尺寸的上下极限，并且此上下极限的差值即为公差。公差是一个正值。你可能会想到，公差大小取决于基本尺寸，公差大小是一个有数字字母的符号，称为公差等级。在ISO标准体系中，公差有18个标准等级，公差可以通过公式计算得到或者从ISO公布的手册中查到。很明显，在制造零件过程中，越小的公差就越需要高精度的机床，因此也增加了成本。

在零件装配前，配合面的尺寸关系必须明确。换句话说，必须建立两配合面好偏差所参考的零位线的位置。这实际上决定了配合面相对运动的松紧度和自由度。在配合的分类主要有三种，即间隙配合、过渡配合、和过盈配合。在所有的间隙配合中，轴的上极限总是小于

配合孔的下极限。这在过盈配合中是不成立的，过盈配合中，轴的下极限必须大于配合孔的上极限。正如其名字所表示的那样，在过渡配合中，其属于中间配合。根据ISO标准，轴的制造总是参照内部零件，即轴的配合面是以孔为参照的。相应地，从配合位置看，键是以轴为参照的，键槽是以孔为参照的。

说明配合的类型的方式有两种，基轴制和基孔制。参照零位线的公差带是通过一个字母说明的，通常对轴用小写字母，对孔用大写字母，而公差等级是用一数字说明的，如先前提到的。因此一个配合方式可以表示为H7/h6，F6/g5，或者其他类似的方式。

当一个灯泡坏了的时候，你仅仅会买一个灯泡并且换掉原来的灯泡就行了。这个简单的操作并不需要一个装配工和一个机械师，但是如果没有两个重要的概念，互换性和标准化，这样的操作是不可能实现的。互换性即同一个零件必须可以互换，即是说这个零件可以替换其他的每一个零件，不管是在装配还是在维修过程中，都不需要任何配合操作。你很容易明白，互换性是通过建立一个可接受的公差来实现的，任何超出基本尺寸的偏差都是不允许的。

34、激光辅助切削和低温切削技术

为了满足产量和精度的要求，研究人员和设备制造商正在摆脱传统的铣削、钻孔、车削和磨削。新的切削和加工手段和调整传统技术的方法持续出现。

激光辅助切削：激光辅助切削是一个已经研究很久的手段，现在已经走出实验室投入使用了。在这种操作中，激光束通过置于刀具头部的光纤或者其他的光束传递介质投射到工件上。在一次切削过程中，激光功率是变化的以满足要切削的剖面。CO2激光通常用在功率为200到500瓦之间。激光热软化了工件使工件更容易切削。

这种切削手段可以用于非常难切削的材料比如高温合金和陶瓷。例如，通过这种方式你可以想切割黄油一样切割陶瓷。也可以得到很低的表面粗糙度。通常是0.5微米甚至更好。

由于热的激光束是紧密聚集在一起的，热量会产生在真实的切削区域周围。热量由切屑带走，材料的物理性质没有由于热量而改变。

这种切削过程有两个问题。物理问题是建立最初的切削参数（激光功率和聚焦度，切削速度和进给量等等），心理问题是说服人们这种切削手段工作优良，有很多优势。

低温切削技术：液氮的唯一使用是对传统切削进行修正以发展制造业的操作技术。用-195摄氏度的液氮作为冷却剂作为降低切削区域热量的方法有很多优点。在切削操作中低温冷却系统将-195摄氏度液氮直接喷射到刀片上。这提高了刀片的硬度，减小了刀片在硬切削时固有的高切削温度带来的热变形的影响。切屑和刀具界面之间巨大的温度梯度和刀片本身也帮助从切削区域移除热量。

传统上立方氮化硼和聚晶立方氮化硼刀片作为硬切削操作刀具的选择。但是他们对于很多操作都太昂贵了。低温切削技术也使低成本陶瓷刀片在硬切削操作中得到更广泛的使用。

立方氮化硼和聚晶立方氮化硼陶瓷刀片在硬态干式车削和使用水基冷却液或油基冷却液时趋向于磨损不均和破碎。低温液氮冷却产生的摩擦度提供了可预知的陶瓷刀片的后刀面磨损，提高切削速度到200%。这种可预知的后刀面磨损也使氧化铝陶瓷刀片用在要求严格的精加工中。

液氮可以存储在小型的专用圆柱形容器内，或者是补给箱，可以为很多机器服务。操作程序和传统冷却剂输送系统相似。一条柔性的液氮管通过一个旋转的管接头连接到车床塔架上。这条管子连接着一个喷嘴夹在刀具上，直接将液氮引到刀尖上。氮气是一种安全、不易燃、无腐蚀的气体。在接触刀片后它很快蒸发，回到大气中去，不会留下残留物污染工件、切屑、刀具和操作人员，同时它也消除了处理费用。这种操作特别有利于加工通常需要后续的工件清理操作以除去冷却剂残留物的多孔粉末金属件。

现在这两种加工手段已经商业化了。

36、非传统制造工艺的实施

1在过去的50年里,制造工具的使用方式有了显著改变，如计算机控制，柔性制造系统和机器人等创新发明就是实例。随着劳动力成本的上升，交货时间的减少，和客户对产品质量的需求越来越高，这些创新变得很有必要。不仅是制造工具使用方式的变化，而且由于新，难加工材料的快速发展和部分配置的日益复杂，复杂工具的改变也变得很有必要。

2非传统制造工艺需要更复杂的工具来创建一个新的，独特的家庭制造过程。一般来说，非传统的过程不同于传统工艺（例如，钻孔，车削，冲压），或者利用能源以新颖的方式，或者以申请迄今未使用的能源形式作为制造目的。如高速度材料喷气机，脉冲磁场，光束，和电化学反应，这些新的工具中，目前只有少数的用于执行 如切割，焊接，去毛刺，成形等操作。

3非传统制造工艺，目前应用于许多不同的行业，但很多厂家都不知道可以通过实施这些过程来获得利益。此外，这些人相信他们已经熟悉非传统流程，却往往不知道提供给他们所有选择的过程，或者因为缺乏信息上的最新进展，从而大幅增加成本效益，以及这些过程的能力。

4近年来，许多文章，技术论文和报告已经提出了各种非传统制造工艺。这几乎是不可能的，然而，对于那些有兴趣了解所有可用的信息源，以及找时间适应这个非常广泛和迅速变化的主题。

5.如果你觉得在一个非传统的过程中，如果在您的实验室中要实施进一步的研究，并最大限度地减少遇到问题的机会，你可以通过这些常识指引来保证自己成功。

6在决定一个特定的过程的时候，为使您的应用程序是正确的，应该进行尽可能多的调查和与替代的工艺实验。如果该选项可用，选择和调查几个适用的过程，最好是通过自己正在考虑的硬件进行加工设备。

7若你要确定一个潜在供应商的经验与你的潜在设备的水平，你需要了解那些已经购买了同类机器的客户名单。这份名单将会反映重复的订单，这是一个客户满意度的良好的指示。如果您的设备是第一个你要建立一个特定的制造商之一提供的，你一定要极为谨慎。否则你可能以最终调试设备的生产配额为代价。

8联系几个制造商的客户，并直接证实操作者的水平和维护技能，他们需要正确的支持设备并询问关于停机的最常见的原因。设备也会出现长期重复性的问题。不断调整或更换组件需要保持重复性吗？请问您的设备的应用程序是否比原来要求的更好？

9如果您的设备是一个多部门公司的一部分，检查其他部门的人员以确定他们在制造商与制造人员论述中得到经验。如果他们有经验，并愿意与大家分享他们的信息，您的公司和母公司将节省时间和金钱，避免重复的努力。

10当您准备好让您的设备购置，制造商，供应与推荐的备件清单最大限度地减少停机时间，那么出现问题时，你应该在旁边。此外，要采用任何操作员，维护，或制造商提供的程序员培训课程的优势。培训不足会严重影响成功和盈利的机会。

38、振动的定义和术语

所有物质振动，如气体的振动发生在造成麻烦的噪音的喷气发动机尾管，有时发生在含有疲劳裂纹的金属中。振动在液体中几乎一直是纵向的，并可能导致很大的力，因为液体是不可压缩的，如管道输送水时，在突然关闭阀门或水龙头时可以受到高地惯性力（或“水锤”）。冲击力是由液体流量不平衡的旋转或往复运动部件所造成的，通常可以通过注重详细的设计和制造来解决。一个典型的机器有许多移动部件，这是每个振动或冲击激励的潜在来源。设计人员面临的问题，一个可接受的降低振动和噪音以及在减少冲击的成本之间找到一个折中办法。

处理的机械振动要么伴随着稳定谐波力（即服从正弦和余弦的力，在受迫振动的情况下），要么在一个初始扰动后，没有外部力量在自然的情况下，除了所谓的重量（即引力或

。如果只有一个频率为代表的正弦或余弦波的位移相对于时间的图表。就说振动是“简谐的”，物体的位置或从静态平衡位置的位移呈周期性变化的现象叫振动。与振动相关联的有物体的加速度，速度和位移，例如一个引起加速度的不平衡力在一个系统中通过抵制，诱使作为振动的响应（A = F / M）。我们将看到，振动或振荡运动可分为

（一）瞬态振动;（b）连续或稳态振动;及（c）随机振动

瞬态振动

瞬态振动逐渐衰弱通常是和不规则的干扰相关，例如.冲击或冲击力，承受滚动载荷的桥，经常有汽车通过的凹形孔，即不要重复定期的力。虽然瞬态振动是暂时的，且是振动的组成部分，它可以导致大振幅最初和随之而来的高压力，但在许多情况下，当瞬态振动时间非常短且为稳态振动时，瞬态振动可以忽略。

稳态振动

稳态振动往往和与连续运转的机器相关，虽然是周期性的，不一定是谐波或正弦波。由于振动需要能源产生，震动的减弱是因为能源的减少，如功耗的机器和机制的效率稳态振动摩擦和由此产生的热量转移到环境中，声波和噪音，应力波，通过机架等都会造成能源的减少，因此，总是需要一个连续的能量输入，以维持他们。

随机振动

随机振动是振动这是不是周期性时而采用的术语，即没有循环和定期重复的振动。

在以下段落中将会明确某些术语和定义-其中有几个可能是已知的工科专业的学生已经学习过的。

周期，循环，频率和幅度

一个稳定状态的机械振动系统的振动的一段时间间隔后重复的振动。在任何一断时间完成的动作被称为一个周期。每单位时间的周期数称为频率。该系统的任何一部分与其静态平衡位置的最大位移称为振幅，总行程等于的振幅的两倍。因此，“振幅”不是“位移”的代名词，但是振幅是从静态平衡位置为零点的位移的最大值。自然振动和受迫振动

自然振动是在没有任何外力（除了重力）的情况下发生的，通常表现弹性的系统中，是质点在距离稳定平衡位置一段位移处的静止和释放，例如：自然振动就发生恢复弹性系统原来状态的力的情况下，自然频率是一个系统的属性。

受迫振动是在外部力量的激发（或外部施加振动干扰）的情况下发生的，这个外部力量通常是一个时间的函数，例如不平衡的转动部件，齿轮和驱动器的制造缺陷。受迫振动的频率是在此类振动中具有影响力的因素，即受迫的频率是一个不同于自然振动的频率。共振

共振是描述最大振幅的条件。当外力的频率等于物体的固有频率时，共振就发生了，在这种情况下，可能产生大振幅和大应力，这在机械系统中是非常危险的，但是在电气，无线电和电视接收器的系统中，他们的设计旨在响应共振频率。自然频率的计算或估计在所有类型系统的振动和摆动是非常重要的。当共振发生时旋转轴和主轴的转速称为临界转速。因此，在没有减少阻尼或幅度的设备的情况下，一个谐振条件的提出或避免共振是至关重要的，共振系统在有限激励响应的条件产生了一个无限的响应 减震

阻尼振动是系统的能量耗散，从而防止过度响应。这是一个自然的振动幅度随着时间的推移而递减的现象，因此会由于一些限制或阻尼的影响而最终停止。因此，如果要维持持续振动，通过阻尼消耗的能量必须从外部补充。

能量耗散主要由一些组件或系统的元素之间的相对运动而产生的，例如摩擦阻力。如果在结

假设材料中的内耗和外部或所谓的“粘性”阻尼空气流体阻力引起的摩擦拖曳力是与运动部件之间的相对速度成正比。假设含有阻尼的设备中配备“缓冲器”，“缓冲器”是由活塞和气缸组成的，它使气流从一个侧面通过活塞与缸之间环形间隙空间流向另一侧。一个缓冲器不能储存能量，但只能耗散能量。

40、机床精度

现代机床是近乎完美的奇迹。考虑一个车床生产一个公差为50μm圆块，这是预期的性能,它意味着机器要保持滑动工具和旋转工件每边差25μm得关系,同时要做一遍又一遍。那个维度是不到一半的一根头发的厚度。

去车转一个一边宽差25μm圆快,工具必须先被调整,使之有12.5μm准确的尺寸。这样的一个微小数额是无法看见的,而现在的机器有夸大展示微小粗细视觉的操作。当金属被巨大的力在不同深度切割时,这台机器必须引导工具沿着一条确定的导轨并保持工件稳定，以便使工具和工件互不偏离超过12.5μm——这是不密切的工作。小于2.5微米的公差在某些操作中举行

在运行中的错误是由机械工件引起的，如(a)不准确施工,(b)偏斜,(c)穿,(d)热膨胀,(e)污垢,(f)操作人员失误。好的设计和机器工具的操作取决于遵守使误差小的原则。这些原则被发现于构件、轴承、直学位和旋转运动,测量装置、标准建设良好的机器工具。

对于自动化机床用于控制误差的设计尤其重要,如数控就比那些操作者可以弥补错误如简单的手动机器人更注意控制误差的设计

对于构件，一个明显的特征是各机床工具的刚性。许多标准机床组件常被cast？,但是一些,尤其是特殊单元,则是通过钢板和部分焊接在一起建立的。

机床设计弹性元件的刚度特性的一个目的是保持和维护真实小挠度的队列。在机械原理表明,机器构件的挠度与立方体它的深度方向的载荷成反比。因此,？？？（机部工具分是深的方向和重肋的主要力量,采取其他部队和宽的时刻）？？？。

机床部件设计不仅要求坚硬的,而是有更多的刚性与尽量少的重量。第一个显著的原因是机器必会被移动,至少从是产地的地方移动到使用它的地方。第二个原因是刚性而又质量小能避免振动,这能提高机器生产力。第三个原因则是移动的零件如果惯性小就比较容易精确控制, 在自动控制中特别重要。

对一个简单的情况下,任何一个单自由度的物体有一个自然频率即W n= k/m。因素m指的是构件的质量，而k则是与刚度成正比。因此,加强刚性与减小质量,能提高其固有频率。一个高固有频率是需求的,因为它不易被常规干扰影响。

导轨的制造对机械工具要求很高。导轨的要求是精度高，表面粗糙度低，摩擦力低价值和低磨损率

导轨的类型可分为存在滑动摩擦力的导轨也称为抗磨导轨和存在滚动摩擦的导轨也称为耐磨导轨。

有许多传统的导轨被用于机床上。它们是V型滑槽,平面滑槽,燕尾槽。

反摩擦导轨在滑动构件之间涉及中间滚动构件（滚珠或滚柱）,从而减少摩擦。

旋转工件或机床刀具被称为主轴。今天大多数机床工具主轴以滚动轴承运行。滚子轴承，通常是锥形的，用于在低速和中等速度时承重。球轴承运行自如,能承受高速,并适合于低重承载。球轴承的精度最高，预装和匹配套的选定都要尽量减少跳动。加压气体的高刚性，低摩擦滑动轴承用于高转速主轴。

在操作过程中，机械工具发热，温度上升是没有统一的规律。这意味着，一些工具的热变化比其他的大，也会引起路线和设置的变化。最引人注目的是机床操作的前两个小时，期间通常条件下温度平衡后才达到状态。转速运行在1000转的车床可以作为一个例子。在第一个小时，主轴箱气温上升约17℃，主轴向上移动50微米，向侧移动1 80微米。在第二个小时，主轴向上运动10微米，向侧移动2.5微米。房间温度的变化也有一定影响;据报道一天日夜温差4.5℃，引起了大型立式仿形车床移动80微米。一个熟练的操作者可以做很多，以补偿温度变化，但问题是自动化系统则很困难。