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2、应力和应变在任何工程结构中__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*109N/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__在结构上的影响尽管许多设备都没有,事实上,静态的,这里__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__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__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__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
0.0005LL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__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__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
10、PhysicalPropertiesof__terials(陈鹏文翻译,有错包含!)Oneoftheimportantconsiderationsin__terialselectionistheirphysicalpropertiesthatisdensitymeltingpointspecificheatther__lconductivityther__lexpansionandcorrosionresistan__.(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))Physicalpropertiescanh__eseveralimportantinfluen__son__nufacturingandtheservi__lifeofcomponents.(物理性质能对生产和零部件工作寿命有一些重要影响)Forexamplehigh-speed__chinetoolsrequirelightweightcomponentstoredu__inertialfor__sandthuskeep__chinesfromex__ssivevibration.(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)Thedensityofa__terialisits__ssperunitvolume.(材料的密度就是单位体积材料的质量)Anothertermisspecificgr__itywhichexpressesa__terial’sdensityinrelationtothatofwaterandthusithasnounits.(.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)Weights__ingisimportantparticularlyforaircraftandaerospa__structuresforautomotivebo___sandcomponentsandforotherproductswhereenergyconsumptionandpowerlimitationsare__jorcon__rns.(减轻重量是重要考虑的尤其对于__器,__结构,汽车零部件和那些能量消耗和功率受限的产品)Substitutionof__terialsforthesakeofweights__ingandeconomyisa__jorfactorinthedesignbothofadvan__dequipmentand__chineryandofconsumerproductssuchasautomobiles.(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.MeltingPoint(熔点)Themeltingpointofametaldependsontheenergyrequiredtoseparateitsatoms.(金属的熔点决定于分离金属原子所需的能量)Themeltingtemperatureofametalalloycanh__eawiderangedependingonitscompositionandisunlikethatofapuremetalwhichhasadefinitemeltingpoint.(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)Thetemperaturerangewithinwhichacomponentorstructureisdesignedtofunctionisanimportantconsiderationintheselectionof__terials.(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)Themeltingpointofametalhasanumberofindirecteffectson__nufacturingoperations.(金属的熔点在生产过程中有许多间接地影响)Becausetherecrystallizationtemperatureofametalisrelatedtoitsmeltingpointoperationssuchasannealingandheattreatingandhotworkingrequireaknowledgeofthemeltingpointsofthe__terialsinvolved.(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__操作中需要知道所涉及材料的熔点)
3.SpecificHeat(比热容)A__terial’sspecificheatistheenergyrequiredtoraisethetemperatureofaunit__ssbyonedegree.(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)Alloyingelementh__earelativelyminoreffectonthespecificheatofmetals.(合金元素在金属比热容中有一个相对较小的影响)Thetemperatureriseinaworkpie__resultingfrom__chiningoperationisafunctionoftheworkdoneandofthespecificheatoftheworkpie____terial.(一个工件温度的上升来源于机械__做功和工件材料的比热容)Temperatureriseinaworkpie__ifex__ssivecandecreaseproductqualitybyadverselyaffectingitssu_____roughnessanddimensionalaccuracycancauseex__ssivetoolwearandcanresultinundesirablemetallurgicalchangesinthe__terial.(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.Ther__lConductivity(热传导)Ther__lconductivityindicatestherateatwhichheatflowswithinandthrougha__terial.(热传导表示热量通流过材料的速率)Metalsgenerallyh__ehighther__lconductivitywhile__ramicsandplasticsh__epoorconductivity.(金属通常有高的热传导,然而陶瓷和塑料有差的热传导)Whenheatisgeneratedbyplasticdefor__tionorduetofrictiontheheatshouldbeconductedawayataratehighenoughtopreventasevereriseintemperature.(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__indifficultyexperien__din__chiningtitaniumforexampleiscausedbyitsverylowther__lconductivity.(在金属钛中主要的问题是由于它的差的热传导)Lowther__lconductivitycanalsoresultinhighther__lgra___ntsandinthiswaycauseinhomogeneousdefor__tionofworkpie__sinmetalworkingpro__sses.(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__过程中产生不均匀的变形)
5.Ther__lExpansion(热膨胀)Thether__lexpansionof__terialscanh__eseveralsignificanteffectsparticularlytherelativeexpansionorcontractionofdifferent__terialsinassembliessuchasmovingpartsin__chinerythatrequire__rtainclearan__sforproperfunctioning.(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)Shrinkfitsutilizether__lexpansionandcontraction.(过盈配合应用了热胀冷缩)Forexampleapartsuchasaflangeistobeinstalledoverashaft.(比如,一个零件如法兰,要__穿过一根轴)Itfirstisheatedandthenslippedoverashaftwhichisatroomtemperature.(首先将其加热,然后装进室温下的轴)Whenallowedtocoolthepartshrinksandtheassemblyeffectivelybecomesanintegralcomponent.(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.CorrosionResistan__(耐腐蚀性)Metals__ramicsandplasticsallaresu__ecttoformsofcorrosion.(金属,陶瓷和塑料都受到腐蚀)Thewordcorrosionitselfusuallyreferstothedeteriorationofmetalsand__ramicswhilesimilarphenomenainplasticsgenerallyarecalleddegradation.(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)Corrosionleadsnotonlytosu_____deteriorationofcomponentsandstructuresbutalsoredu__stheirstrengthandstructuralintegrity.(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)Corrosionresistan__isanimportantaspectof__terialselectionforapplicationsinthechemicalfoodandpetroleumindustriesaswellasin__nufacturingoperations.(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)Inadditiontovariouspossiblechemicalreactionsfromtheelementsandcompoundspresentenviro__entalcorrosionofcomponentsandstructuresisa__jorcon__rnparticularlyatelevatedtemperaturesandothertransportationvehicles.(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)Resistan__tocorrosiondependsonthecompositionofthe__terialandontheparticularenviro__ent.(耐腐蚀性取决于材料组成和所处的特殊的环境)Corrosivemedia__ybechemicalsacidalkalisandsaltstheenviro__entoxygenmoisturepollutionandacidrainandwaterfreshorsaltwater.(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))Nonferrousmetalsstainlesssteelsandno__etallic__terialsgenerallyh__ehighcorrosionresistan__Steelsandcastironsusuallyh__epoorresistan__andmustbeprotectedbyvariouscoatingsandsu_____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)Theusefulnessofsomelevelofoxidationisexhibitedinthecorrosionresistan__ofaluminumtitaniumandstainlesssteel.(某种程度的氧化用于铝,钛和不锈钢的耐腐蚀性)Aluminumdevelopsathinafewatomiclayersstrongandadherenthard-oxidefilmAl2O3thatbetterprotectsthesu_____fromfurtherenviro__entalcorrosion.(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)TitaniumdevelopsafilmoftitaniumoxideTiO
2.(钛形成了一层TiO2膜)Asimilarphenomenonoccursinstainlesssteelswhichbecauseofthechromiumpresentinthealloydevelopaprotectivefilmontheirsu_____s.(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))Whentheprotectivefilmisscratchedandexposesthemetalunderneathanewoxidefilmbeginstoform.(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)12SpindleBearings陈鹏文,有错包含A__chinetoolspindlemustproviderotationalspeedtransfertorqueandpowertothecuttingtoolandh__ereasonableloadcarryingcapacityandlife.(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)Thebearingsystemoneofthemostcriticalcomponentsofanyhigh-speedspindledesignmustbeabletomeetthesede__ndsorthespindlewon’tperform.(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-speedspindlebearing__ailabletodayincluderollertaperrollerandangularcontactballbearings.(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)Selectioncriteriadependonthespindlespecificationsandthespeedneededformetalcutting.(选择标准依靠主轴规格和金属切削所需的速度)Angularcontactbearingsarethetypemostcommonlyusedinveryhigh-speedspindledesign.(径向止推轴承在超高速主轴设计中是用得最普遍的)Thesebearingsprovideprecisionloadcarryingcapacityandthespeedneededformetalcutting.(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)Angularcontactballbearingsh__eanumberofprecisionballsfittedintoaprecisionsteelra__andprovidebothaxialandradialloadcarryingcapacitywhenproperlypreloaded.(径向止推轴承有许多__在精确钢槽里的精确滚珠,在正确__下提供轴向和径向的负载承受能力)Insomecasestaperedrollerbearingsareusedbecausetheyofferhigherloadcarryingcapacityandgreaterstiffnessthanballbearings.(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)Howevertaperedrollerbearingsdonotallowthehighspeedsrequiredby__nyspindles.(然而,锥型滚柱轴承不能保证许多主轴需要的高的速度)Angularcontactballbearingsare__ailablewithachoi__ofpreloading__gnitudetypicallydesignatedaslightmediumandhe__y.(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)Lightpreloadedbearingsallow__ximumspeedandlessstiffness.Thesebearingsareoftenusedforveryhigh-speedapplicationswherecuttingloadsarelight.(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)He__ypreloadingallowslessspeedbuthigherstiffness.(重载型轴承可以保证较低速度,较高刚度)Toprovidetherequiredloadcarryingcapacityforametalcutting__chinetoolspindleseveralangularcontactballbearingsareusedtogether.(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)Inthiswaythebearingssharetheloadsandincreaseoverallspindlestiffness.(用这种方法,轴承分担负载,而且提高了整个主轴的刚度)Hybrid__ramicbearingsareare__ntdevelopmentinbearingtechnologythatuses__ramicsiliconnitride__terialto__keprecisionballs.(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__ramicballswhenusedinanangular-contactballbearingofferdistinctadvantagesovertypicalbearing-steelballs(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).__ramicballsh__e60%less__ssthansteelballs.(陶瓷滚珠质量不到钢珠的60%)Thisissignificantbecauseasaballbearingisoperatingparticularlyathighrotationalspeedsshapeoftheball.(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)Thisdefor__tionleadstorapidwearandbearingdeterioration.(这种变形会导致快速的磨损和轴承的破会)__ramicballswithless__sswillnotbeaffectedasmuchatthesamespeed.(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)Infacttheuseof__ramicballsallowsupto30%higherspeedforagivenballbearingsizewithoutsacrificingbearinglife.(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)Duetothenearlyperfectroundnessofthe__ramicballshybrid__ramicbearingsoperateatmuchlowertemperaturesthansteelballbearingswhichresultsinlongerlifeforthebearinglubricant.(由于几近__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)Testsshowthatspindlesutilizinghybrid__ramicbearingsexhibithigherrigidityandh__ehighernaturalfrequencies__kingthemlesssensitivetovibration.(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)Bearinglubricantisne__ssaryforangularcontactballbearingtooperateproperly.(轴承润滑在径向止推轴承正确工作中是必要的)Thelubricantprovidesamicroscopicfilmbetweentherollingelementstopreventabrasion.(润滑剂在转动零件间提供了一层微观模来防止磨损)Inadditionitprotectssu_____sfromcorrosionandprotectsthecontactareafromparticlecontamination.(另外,它还防止平面腐蚀,保护接触平面受磨粒影响)Greaseisthemostcommonandmosteasilyappliedtypeoflubricant.(润滑油脂是在润滑剂中最普遍最简单的应用方式)Itisinjectedintothespa__betweentheballsandthera__sandisper__nent.(它被注射到滚珠和滚槽之间的缝隙中,是永久的)Greaserequiresmini__l__intenan__.(润滑油脂需要最小的维护)Generallyhigh-speedspindlesutilizinggreaselubricationdonotallowrepla__mentofthegreasebetweenbearingrepla__ments.(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)Duringabearingrepla__mentcleangreaseiscarefullyinjectedintothebearing.(在轴承替换中,情节的油脂是小心地注射到轴承中)Oftenathighrotationalspeedslubricationwithgreaseisnotsufficient.(通常在高转速中,油脂润滑是不够的)Oilisthenusedasalubricantanddeliveredinavarietyofways.(那么油液就用作为润滑剂,以多种方式传递)__intenan__ofthelubricationsystemisvitalandmustbecloselymonitoredtoensurethatproperbearingconditionsare__intained.(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)Alsouseofthecorrecttypequantityandcleanlinessoflubricatingoiliscritical.另外,正确的用法,用量和润滑油清洁度也重要Howmuchlifecanbeexpected(预测寿命是多长呢?)Allbearingswillh__eausefullifedefinedasoperationtimeuntilthebearingspecificationsarelostoracompletefailureofthebearingoccurs.(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)Themostcommoncauseofbearingfailureisfatigueinwhichthera__sbecomeroughleadingtoheatingandeventualmechanicalfailure.(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)Bearinglifeingeneralisaffectedbyaxialandradialbearingloadsvibrationlevelslubricationqualityandquantity__ximumspeedand__eragebearingtemperature.(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)Fromtheseinfluen__sbearinglifecanbecalculatedfromstandardequations.(由于这些影响,轴承寿命能通过标准方程来计算)Todaycomputermodelsareoftenusedtoforecastbearinglife.(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__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__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__和三个轴方向转动,如果物体仅限于在一个平面内__,那么他就只有三个自由度,两个__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__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__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,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__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
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__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、__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__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__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__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Thefactorofone-halfarises,becausethelastdigitofanumberrepresentstherounding-offpro__sseitherhigherorlowerofthetailingdigits.
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__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__在工作台上,尽管有时一个特制的虎钳用来固定工件要__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__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__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__操作相当灵活它可能是手工操作或自动,一旦正确__,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__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__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__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__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__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__一个平台,只可以在纵向方向__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__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__步骤使工件旋转到指定角度典型的用途是__铣削有多边形表面的零件和__齿轮齿龙门刨床和牛头刨床,这些机床一般用于__大平面,虽然其他形状,如凹槽,也可以__在龙门刨床,工件上在装有刀具的下轨__,而在牛头刨床,工具__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__凹槽和键槽拉床这些机器推或拉拉刀,水平或垂直,从而__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__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__之前将摩擦工件然而,__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__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__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__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__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__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__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__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__精度基础__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__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__过程,按产品类型也可以按产量和差异程度分类按__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,____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__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__过程中的__、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__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__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__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__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__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__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__了同类机器的客户__这份__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__几个制造商的客户,并直接证实操__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__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__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-固态,液态和气态-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__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(即引力或自由振动)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__,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___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构中,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__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__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__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__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__至少从是产地的地方__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__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Wn=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__50微米,向侧__180微米在第二个小时,主轴向上运动10微米,向侧__
2.5微米__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__80微米一个熟练的操__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引起变形的热源可能存在周围环境、制造或__过程和机械元件中如轴承、电机等一个明显的补救方法是工作在__空调的__或在冷却剂、冷却油、冷却液工作区域内精密操作的机器最好是在工作前开启同时在休息或午餐时保持其运行如电机等热源可以从机器内部移到机器外部良好的机械设计需要考虑的热变形以这种方式提供充分散热加热元件的维护工作温度并利用多种低膨胀合金。