機(jī)械專業(yè)英語課文翻譯
導(dǎo)語：“翻”是指的這兩種語言的轉(zhuǎn)換，即先把一句甲語轉(zhuǎn)換為一句乙語，然后再把一句乙語轉(zhuǎn)換為甲語；“譯”是指這兩種語言轉(zhuǎn)換的過程，把甲語轉(zhuǎn)換成乙語，在譯成當(dāng)?shù)卣Z言的文字中，進(jìn)而明白乙語的含義。以下是機(jī)械專業(yè)英語課文翻譯，希望大家喜歡！
機(jī)械專業(yè)英語課文翻譯
Lesson 2 力和力的作用效果
任何機(jī)器或機(jī)構(gòu)的研究表明每一種機(jī)構(gòu)都是由許多可動的零件組成。這些零件從規(guī)定的運(yùn)動轉(zhuǎn)變到期望的運(yùn)動。另一方面，這些機(jī)器完成工作。當(dāng)由施力引起的運(yùn)動時(shí)，機(jī)器就開始工作了。所以，力和機(jī)器的研究涉及在一個(gè)物體上的力和力的作用效果。
力是推力或者拉力。力的作用效果要么是改變物體的形狀或者運(yùn)動，要么阻止其他的力發(fā)生改變。每一種力在它施加的零件上都會產(chǎn)生壓力。通過人使用力臂的作用或者通過帶有機(jī)械運(yùn)動的機(jī)器，就產(chǎn)生了力的作用。
力在發(fā)生物理或者化學(xué)的改變，重力，或者在運(yùn)動中改變時(shí)就產(chǎn)生了。當(dāng)力的作用是朝物體外延伸的，被稱為拉力。在承受拉力的時(shí)候時(shí)被稱為處于拉力狀態(tài)。力也可以使物體縮短或者擠壓。這樣的力稱為壓力。 或者由于力對物體進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，所以再一種力被稱為扭轉(zhuǎn)力或扭矩。還有另一種力是剪切力，它看起來可以使材料互相之間發(fā)生層或者分子發(fā)生滑動或者滑落。
每一種力可以單獨(dú)作用，也可以組合作用。例如，一個(gè)向下的力作用在一根垂直的鋼梁上，壓向此梁。如果此梁是水平放置的，那么負(fù)載作用在中間，梁的底部由于向外延伸，受到拉力。同時(shí)，梁的上部受到壓力。如果擠壓和拉伸的力足夠大，使材料的層發(fā)生相互滑動，剪切力就產(chǎn)生了。
幾個(gè)力作用的另外一個(gè)例子是在車床上對一個(gè)零件進(jìn)行車削加工。隨著工件的旋轉(zhuǎn)和刀具靠近工件的移動，切削刃的楔入作用產(chǎn)生一個(gè)剪切力。這個(gè)力使得金屬看起來像以切屑的形式從工件上流出來一樣。如果一個(gè)工件被安裝在車床的兩個(gè)頂尖之間，頂尖對工件施加一個(gè)壓力。車床夾頭驅(qū)動工件產(chǎn)生剪切力。作用在刀具的壓力產(chǎn)生拉力和壓力，同時(shí)還有剪切力。
在砂輪上離心力的作用受到相當(dāng)?shù)年P(guān)注。那就是，在輪上，包含研磨劑顆粒的粘合劑離心力必須比以高速飛轉(zhuǎn)的輪子旋轉(zhuǎn)起來的力要更有力。為此，在制造廠，砂輪的速度不能超過安全面速度的額定極限。離心力隨著速度的增加而增加，其他的通過離心鑄造離心力的原理通常用在離心力種類的機(jī)床設(shè)計(jì)中。一些離心力用來分力化學(xué)物質(zhì)，法在金屬中分離雜質(zhì)。離心力的原理也用在普通的裝置中，比如衣服甩干機(jī)和控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速和加速移動的設(shè)備中。
向心力使物體做圓周軌跡運(yùn)動。這個(gè)運(yùn)動是由不停的利用朝圓心的方向的拉力產(chǎn)生的。在其他的工件中，抗離心力的內(nèi)部的力稱為向心力。以不斷變化的速度旋轉(zhuǎn)的物體的向心力產(chǎn)生一個(gè)加速度，這個(gè)加速度指向圓心，和離心力的方向相同或者相反。
原料用在快速移動機(jī)器零件和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)上，必須足夠的有力，可以提供所要的向心力來保持零件做圓周軌跡。同時(shí)，材料必須能承受使零件分開的離心力的作用。
運(yùn)動和影響運(yùn)動的基本規(guī)律是非常重要的要考慮的事情，因?yàn)檫@些原理的很多用途通過機(jī)械設(shè)備可以生產(chǎn)產(chǎn)品。主要的兩種機(jī)械運(yùn)動：圓周運(yùn)動和直線運(yùn)動。這些術(shù)語表明圓周運(yùn)動時(shí)圓形的，在圓心四周運(yùn)動，而直線運(yùn)動是筆直的直線的運(yùn)動。對于圓周運(yùn)動或者直線運(yùn)動，隨著增加機(jī)械的設(shè)備，來形成其他形式的運(yùn)動是有這種可能的，例如，間歇運(yùn)動和交替運(yùn)動。
圓周運(yùn)動。一般的傳輸運(yùn)動時(shí)圓周運(yùn)動。產(chǎn)生這種類型的運(yùn)動可以使用手工刀具和動力刀具。鉆孔、在車床上車削零件、銑平面、驅(qū)動發(fā)電機(jī)或風(fēng)扇的皮帶都需要回轉(zhuǎn)運(yùn)動。
直線運(yùn)動。車上刀具的進(jìn)給，在電動鋸上切屑鋼條，或者在刨床上刨平面，都是用直線或者直線運(yùn)動來生產(chǎn)產(chǎn)品的工作。千分尺的螺桿和螺帽中的螺紋是把運(yùn)動方向從轉(zhuǎn)動變?yōu)橹本�的另外一些應(yīng)用實(shí)例。 諧振運(yùn)動和間歇運(yùn)動。任何簡單的震動，例如，擺的下端有規(guī)律的往復(fù)運(yùn)動是簡諧運(yùn)動。然而，很多制造的過程要求間歇或者不規(guī)律的運(yùn)動。例如，動力鋸的快速回程或者牛頭刨床滑枕就是最好的例子，因?yàn)樵诨爻讨袥]有進(jìn)行切削。因此，隨著在回程節(jié)約更多的時(shí)間，加工產(chǎn)品的刀具就能節(jié)約成本了。
圓周運(yùn)動和直線可得到的運(yùn)動組合是無限的，因?yàn)榱慵姆N類很多，比如齒輪、凸輪、滑輪、螺釘、連桿和皮帶，都能在多種裝置中組合起來。
Lesson 3工程力學(xué)概述
看一下我們周圍，這個(gè)世界充滿了物質(zhì)：機(jī)器、設(shè)備、工具；我們設(shè)計(jì)、建造和使用這些物質(zhì)；這些物質(zhì)由木頭、金屬、陶瓷和塑料制成。我們從經(jīng)驗(yàn)中獲知，有些事物要比其他的好；他們經(jīng)久耐用，花費(fèi)低，更加安靜，看起來更好，或者更便于使用。
然而，在理想的情況下，每一件產(chǎn)品都是設(shè)計(jì)人員根據(jù)其某些“功能”要求的理解而設(shè)計(jì)出來的，也就是說，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該回答這樣的問題，即“它應(yīng)該具有哪些確切的功能？”在工程領(lǐng)域里，例如重量、慣性、壓力的作用，通常主要的功能是承受一些種類的載荷。從家里的房梁到飛機(jī)的機(jī)翼，材料、尺寸和連接件必須有一個(gè)恰當(dāng)?shù)慕M合，使生產(chǎn)出來的設(shè)備能可靠地實(shí)現(xiàn)功能，因?yàn)楹侠淼某杀境^適度的使用期限。
實(shí)際中，工程力學(xué)的方法通常用在兩個(gè)比較不同的方面：
�。�1）任何新設(shè)備的研發(fā)過程，對結(jié)構(gòu)、尺寸、材料、載荷，耐久性、安全和成本都需要一個(gè)交互的、反復(fù)的考慮過程。
�。�2）當(dāng)一個(gè)裝置意外地失效后，通常需要進(jìn)行研究，找出失效的原因和確定可能的改正措施。 對于大部分的工程師，以上的兩個(gè)過程能完全地檢驗(yàn)，更不用說，偶爾獲利。
對于任何實(shí)際的問題，總是缺乏足夠完整和有用的信息。我們很少準(zhǔn)確地知道實(shí)際載荷的和工作狀（然而）我們所做的整個(gè)態(tài)，因此，所作的分析工作也很少是精確的。盡管我們的數(shù)學(xué)分析可能是精確的，分析通常只能是近似估算而已，并且得到的結(jié)論是因人而異的。在工程力學(xué)的研究中，很多問題都被理想化，為了得到一個(gè)唯一的結(jié)論，但是，我們要認(rèn)識到現(xiàn)實(shí)生活中遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是那樣理想化的，然而，為了得到一個(gè)結(jié)論，你通常需要做出一些理想化的假設(shè)。
在技術(shù)領(lǐng)域我們所考慮的一般被稱作“靜力學(xué)”和“材料力學(xué)”，“靜力學(xué)”涉及的研究是力作用在“材料力學(xué)”涉及的是這些力對結(jié)構(gòu)的作用（變形，負(fù)載極限等）。 靜止的設(shè)備上 ，然而，實(shí)際上很多的設(shè)備并不是靜止的，如果把與動力學(xué)相關(guān)的外負(fù)載一起考慮進(jìn)去，（那么）靜力學(xué)發(fā)展的理論也可以完美應(yīng)用到動力學(xué)中。不管什么時(shí)候，當(dāng)動態(tài)力與靜載荷之間只存在很小的關(guān)聯(lián)時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)通常被認(rèn)為是處于靜態(tài)的。
在工程力學(xué)中，我們非常重視與實(shí)際問題本質(zhì)有關(guān)的各種類型的近似方法：
首要的，我們假定要討論的東西處于平衡，也就是說，沒有加速度。然而，如果我們仔細(xì)觀察，就可以發(fā)現(xiàn)任何東西都是處于加速狀態(tài)中的。我們會認(rèn)為許多設(shè)備組成是無重量的，但它們的確是有重量的。我們會處理一些作用在質(zhì)點(diǎn)上的力，但所有的力都是作用在一定的受力面上的。我們會認(rèn)為某些零件是剛性的，但是所有的物體在載荷下都會發(fā)生變形。
我們會做出很多明顯錯誤的假設(shè)。但是這些假設(shè)會使得問題變得更簡單，更容易處理。你會發(fā)現(xiàn)我們的目標(biāo)是在不嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果的前提下，做盡可能多的假設(shè)來使問題簡化。
一般來說，沒有明確的方法決定怎樣才能完整地或者精確地解決某個(gè)問題：如果我們的分析做得過于簡單，我們可能會得不到某個(gè)適當(dāng)?shù)拇鸢�；如果我們的分析過于細(xì)枝末節(jié)，我們可能會得不到任何答案。以一個(gè)相對簡單的分析入手，然后再增加更多的細(xì)節(jié)，最后得到一個(gè)實(shí)用的結(jié)論，這種做法通常是更可取的。
在過去的二十年里，在實(shí)用性方面有了極大的提高，因?yàn)槲覀冇辛舜罅坑?jì)算機(jī)化的方法來解決以前不能解決的問題，在以前要解決這些問題需要過多的時(shí)間。與此同時(shí)，計(jì)算機(jī)的成本和使用成本正以數(shù)量級在減少。我們正經(jīng)歷一個(gè)“個(gè)人電腦”大量涌入校園，家庭，和商業(yè)的時(shí)代。
Lesson 4 軸和聯(lián)軸器
實(shí)際上，幾乎所有的機(jī)器中都裝有軸。軸的最常見的形狀是圓形的，橫截面可以是實(shí)心的，或者是空心的（空心軸可以減少重量）。有時(shí)候也會使用方軸，例如，螺絲起子的頭部，套筒扳手和控制旋鈕的桿。
為了在傳遞扭矩時(shí)不發(fā)生過載，軸應(yīng)該具有適當(dāng)?shù)目古?qiáng)度。軸還應(yīng)該具有足夠的抗扭剛度，以使在同一個(gè)軸上的兩個(gè)傳動零件之間的相對轉(zhuǎn)角不會過大。一般來說，在長度等于軸的直徑的20倍時(shí)，軸的扭轉(zhuǎn)角不應(yīng)該超過1°。
軸安裝在軸承中，通過齒輪、皮帶輪、凸輪和離合器等零件傳遞動力。通過這些零件傳來的力可能會使軸發(fā)生彎曲變形。因此，軸應(yīng)該有足夠的剛度以防止支撐軸承受力過大�？偠灾趦蓚�(gè)軸承支撐之間，軸在每英尺長度上的彎曲變形不應(yīng)該超過0.01英寸。
此外，軸還必須能夠承受彎矩和扭矩的組合作用。因此，要考慮扭矩和彎矩的當(dāng)量載荷。因?yàn)榕ぞ睾蛷澗貢a(chǎn)生交變應(yīng)力，在許用應(yīng)力中也應(yīng)該有一個(gè)考慮疲勞現(xiàn)象的安全系數(shù)。
直徑小于3英寸的軸可以采用含碳量大約為0.4%的冷軋鋼，直徑在3-5英寸之間的周可以采用冷軋鋼或鍛造毛坯。當(dāng)軸的直徑大于5英寸時(shí)，則要采用鍛造毛坯，然后經(jīng)過機(jī)械加工達(dá)到所要求的尺寸。輕載時(shí)，廣泛采用塑料油。由于塑料是電的不良導(dǎo)體，在電器中采用塑料比較安全。
齒輪和皮帶輪等零件通過鍵連接在軸上。在鍵及軸上與之相對應(yīng)的鍵槽的設(shè)計(jì)中，必須進(jìn)行認(rèn)真的計(jì)算。例如，軸上的鍵槽會引起應(yīng)力集中，由于鍵槽的存在會使軸的橫截面積減少，會進(jìn)一步減弱軸的強(qiáng)度。
如果軸以臨界速度轉(zhuǎn)動，將會發(fā)生強(qiáng)烈的振動，可能會毀壞整臺機(jī)器。知道這些臨界速度的大小是很重要的，因?yàn)檫@樣可以避開它。一般憑經(jīng)驗(yàn)來說，工作速度與臨界速度之間至少應(yīng)該相差20%。
許多軸需要三個(gè)或更多的軸承來支撐，這就意味著它是一個(gè)超靜定問題。材料力學(xué)教科書中介紹求解這類問題的方法。但是，設(shè)計(jì)工作應(yīng)該與特定場合的經(jīng)濟(jì)型相符合。例如，需要一根由三個(gè)或更多個(gè)軸承來支撐的主傳動軸，可以對力矩做出保守的假定，按照靜定軸對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，其成本可能會更低一些。由于軸的尺寸增大所增加的成本可能會比進(jìn)行復(fù)雜。精細(xì)的設(shè)計(jì)分析工作所多花費(fèi)的成本要低一些。
軸的設(shè)計(jì)工作中的另一個(gè)重要方面是一根軸與另一根軸之間的直接連接方法。這是由剛性或者彈性聯(lián)軸器來實(shí)現(xiàn)的。
聯(lián)軸器是用來把相鄰的兩個(gè)軸端連接起來的裝置。在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，聯(lián)軸器被用來實(shí)現(xiàn)相鄰的兩根轉(zhuǎn)軸之間的半永久性連接。在機(jī)器的正常使用期間內(nèi)，這種連接一般不必拆開，在這種意義上，可以說聯(lián)軸器的連接是永久性的。但是在緊急情況下，或者在需要更換已磨損的零件時(shí)，可以先把聯(lián)軸器拆開，然后再連接上。
聯(lián)軸器有幾種類型，它們的特性隨其用途而定。如果制造工廠中或者船舶的螺旋槳需要一根特別長的軸，可以采用分段的方式將其制造出來，然后采用剛性聯(lián)軸器將各段連接起來。一種常用的聯(lián)軸器是由兩個(gè)配對的法蘭盤組成，這兩個(gè)法蘭盤借助靠鍵傳動的軸套連接到相鄰兩節(jié)軸的兩端，然后用螺栓穿過法蘭連接起來形成剛性接頭。相互連接的兩根軸通常是靠法蘭面上的槽口來對準(zhǔn)的。
在把屬于不同的設(shè)備（如一個(gè)電動機(jī)和一個(gè)變速箱）的軸連接起來的時(shí)候，要把這些軸精確地對準(zhǔn)是比較困難的，此時(shí)可以采用彈性聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器連接軸的方式可以把由于被連接的軸之間的軸線的不重合所造成的有害影響減少到最低程度。彈性聯(lián)軸器也允許被連接的軸在它們各自的載荷系統(tǒng)作用下產(chǎn)生偏斜或在軸線方向自由移動（浮動）而不致產(chǎn)生相互干擾。彈性聯(lián)軸器也可以用來減輕從一根軸傳到另一根軸上的沖擊載荷和振動的強(qiáng)度。
Lesson 5 軸和相關(guān)零件
軸通常是指旋轉(zhuǎn)的和傳遞動力的相對比較長的零件，它屬于輪的一部分。一個(gè)或多個(gè)諸如齒輪，鏈輪，皮帶輪和凸輪等類的構(gòu)件通常借助于銷，鍵，花鍵，卡環(huán)或其他裝置連接到軸上。后面提到的這些構(gòu)件在本篇課文中被稱為“相關(guān)零件”，還有聯(lián)軸器和萬向節(jié)，它們被用來實(shí)現(xiàn)軸與動力源或與載荷之間的連接。
軸可以不是圓形，并且它也不一定是旋轉(zhuǎn)的。軸可以是靜止的，用來支撐一個(gè)旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件，比如：在汽車上用來支撐從動輪的短軸。支撐惰輪的軸可以是旋轉(zhuǎn)的或者是靜止的，這取決于與軸配合或是由軸支撐的齒輪是否經(jīng)過軸承。
很顯然，軸將承受軸向，彎曲，扭轉(zhuǎn)等載荷的各種組合的作用。而且，這些載荷可能是靜態(tài)的，也可。并且能是波動的。典型的，一根旋轉(zhuǎn)軸傳遞能量要承受一個(gè)不變的扭矩（產(chǎn)生一個(gè)大小恒定的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力）還承受一個(gè)扭轉(zhuǎn)歪曲載荷（產(chǎn)生一個(gè)交替歪曲應(yīng)力）。
為了滿足強(qiáng)度條件，軸的設(shè)計(jì)必須保證其偏轉(zhuǎn)在可接受的極限范圍內(nèi)。過多的軸橫向偏轉(zhuǎn)會阻礙齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)并且引起令人不快的噪聲。相關(guān)的角度偏轉(zhuǎn)會對非自定心軸承造成破壞性損傷（不管是平動或滾動軸承）。扭矩偏轉(zhuǎn)會影響凸輪或齒輪驅(qū)動機(jī)制的精度。此外，柔性（橫向的或扭轉(zhuǎn)的）越大，則相應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速就越低。
有時(shí)一些零件如齒輪和凸輪是與軸造成一個(gè)整體，但更多的這類零件（包括滑輪和鏈輪）是單獨(dú)制造的，然后安裝到軸上。被安裝零件與軸接觸的部分叫輪轂。軸上輪轂的附件可以通過許多方法制造。一個(gè)齒輪可以用軸肩和墊圈進(jìn)行軸向固定，并通過鍵來傳遞扭矩。與鍵配合的軸上的凸槽和軸轂叫鍵槽。
一種更簡單的固定方式，它傳遞相對比較輕的載荷是通過銷進(jìn)行的。銷提供了一種相對比較經(jīng)濟(jì)的傳輸軸向載荷和周向載荷的方式。
軸向定位和輪轂限位以及軸承在軸上的安裝是通過定位環(huán)來實(shí)現(xiàn)的，它通常叫做卡環(huán)�？ōh(huán)需要在軸上開凸槽，而凸槽會削弱軸的承受能力，但如果凸槽開在應(yīng)力較小的地方，這就不是不利的。
可能最簡單的輪轂與軸之間的固定是借助于過盈配合來實(shí)現(xiàn)的。轂孔只是比軸的直徑小一點(diǎn)，安裝是通過對輪轂施壓或使其熱膨脹來完成的，有時(shí)也通過收縮軸來完成安裝，就如同干冰一樣---在溫度達(dá)到平衡之前完成組裝。有時(shí)候也把定位銷和過盈配合一起使用。
最好的傳遞扭矩的方式是借助于在軸和輪轂上加工出來的相對應(yīng)的花鍵來實(shí)現(xiàn)的。花鍵和普通平鍵都可以保證輪轂和軸一起滑向軸心。
旋轉(zhuǎn)的軸，尤其是那些高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，它們必須設(shè)計(jì)成避免在極限速度下工作。這通常意味著要保證足夠的橫向剛度使得軸工作時(shí)轉(zhuǎn)速可以明顯高于最低臨界速度。
考慮到橫向振動和臨界速度，制造以及運(yùn)行的現(xiàn)實(shí)考量是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的質(zhì)心永遠(yuǎn)不可能與其旋轉(zhuǎn)中心重合。因此隨著軸的旋轉(zhuǎn)速度增加，作用在質(zhì)心的離心力將會增加彎曲軸的趨勢。在軸的最低臨界（或額定）速度下，離心力與軸的彈力處于平衡狀態(tài)，而此時(shí)軸處于一個(gè)適當(dāng)?shù)淖冃螤顟B(tài)。在臨界速度下，此時(shí)平衡
理論要求用一個(gè)無限中心來代替質(zhì)心。阻尼使平衡會出現(xiàn)一個(gè)有限質(zhì)心。然而，這一質(zhì)心替代所產(chǎn)生的影響通常會大得使這根軸折斷。在臨界速度之上的足夠大的轉(zhuǎn)速可以得到質(zhì)心向旋轉(zhuǎn)中心移動的結(jié)果，得出一個(gè)令人滿意的平衡位置。在一些特殊情況下（如一些高速渦輪機(jī)），通過快速經(jīng)過臨界速度（卻沒有足夠的時(shí)間使得軸達(dá)到一個(gè)變形平衡），然后工作在臨界速度之上的方法可以得到令人滿意的運(yùn)行結(jié)果。
一些應(yīng)該牢記的基本原則是： 1. 度。
2.盡可能使必要的應(yīng)力集中源遠(yuǎn)離軸上承受較高應(yīng)力的區(qū)域�？煽紤]采用局部表面強(qiáng)化工藝（諸軸越短越好，并且使軸承靠近外載荷。如此便可以減少變形和彎矩，并且提升軸的最大臨界速如噴丸強(qiáng)化和常溫滾壓）。
3. 用廉價(jià)鋼材來制造撓度臨界軸，因?yàn)樗械匿摬亩季哂邢嗤瑥椥阅Ａ俊?當(dāng)重量是最重要的因素情況下，可以考慮中空的軸。
軸的最大允許撓度通常是由臨界速度，齒輪或者軸承相關(guān)要求決定的。臨界速度的要求會隨著具體的應(yīng)用發(fā)生很大的改變。齒輪和軸承的運(yùn)行時(shí)隨著齒輪或者軸承的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用發(fā)生改變，但是以下內(nèi)容可以用作一般性指導(dǎo)：
1. 0.03°在滑動軸承中，軸（軸頸）的偏轉(zhuǎn)必須小于油膜厚度。
2.如果沒有采用調(diào)心軸承，軸在球軸承或滾子軸承中的角度偏轉(zhuǎn)通常不能超過0.04°。
3.軸的偏轉(zhuǎn)不應(yīng)造成相互嚙合的齒輪輪齒間間隙超過0.13mm，也不應(yīng)造成齒輪軸心傾斜變化超過
Lesson 6 皮帶、離合器、制動器和鏈條
皮帶、離合器、制動器和鏈條是利用摩擦作用在機(jī)器組成上的一個(gè)例子，皮帶提供一種方便的方式，用來傳遞從一根軸到另一根軸上的動力。通常，有必要使皮帶降低馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)的速度，來降低機(jī)械設(shè)備所需的花費(fèi)。當(dāng)軸需要經(jīng)常連接和拆開的時(shí)候，就需要用到離合器。制動的作用使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱量。摩擦設(shè)備的設(shè)計(jì)取決于必須用到的摩擦系數(shù)值的不確定性。鏈輪在平行軸之間傳遞動力能提供一個(gè)方便和有效的方式。
人造纖維和橡膠V帶廣泛用來進(jìn)行動力傳送。V帶有兩種系列：標(biāo)準(zhǔn)V帶和高負(fù)荷V帶。帶的其他種類可用于動力傳遞的目的。同步帶上的齒可以使軸與軸之間實(shí)現(xiàn)完全同步。
當(dāng)設(shè)計(jì)V帶驅(qū)動的時(shí)候，計(jì)算兩種或三種帶和帶輪的不同布局所帶來的費(fèi)用差異，用來確定哪種布局所花費(fèi)用最少，這種方法是一個(gè)很好的方案。各種V帶制造廠的目錄包含很多有用的信息。
V帶在動力傳遞領(lǐng)域中是一個(gè)很重要的組成。經(jīng)過各種制造廠不斷的改進(jìn)提高，需要時(shí)不時(shí)修正負(fù)荷的數(shù)值。通常設(shè)計(jì)師被當(dāng)前廣告的印刷品所影響，尤其是他想期望使用的帶的牌子。要考慮前述的發(fā)展，方法是顯示比如通過彎曲、離心力作用和動力傳遞，如何影響帶的疲勞壽命。
離合器是一個(gè)用來使從動軸與位于同一軸線上的主動軸進(jìn)行快速和順利的連接或脫開的裝置。離合器通常放置在到機(jī)器的輸入軸和從驅(qū)動電動機(jī)的輸出軸之間，為啟動和停止機(jī)器提供一個(gè)方便的方式，而且允許啟動馬達(dá)或發(fā)動機(jī)以空載運(yùn)行。
電動機(jī)里的輪子有轉(zhuǎn)動慣性，需要扭矩，使電動機(jī)從啟動運(yùn)行到正常工作的速度。如果電動機(jī)的軸與具有很大轉(zhuǎn)動慣量的負(fù)載剛性地連接在一起，當(dāng)合上開關(guān)使電動機(jī)突然啟動時(shí)，有可能在電動機(jī)沒有來得及足夠的扭矩，使電動機(jī)軸達(dá)到應(yīng)有的轉(zhuǎn)速之前，電動機(jī)內(nèi)的線圈就會因?yàn)檫^大的電流而被燒毀。在電動機(jī)和負(fù)載軸之間的離合器限制電動機(jī)啟動扭矩只是用來加速輪子和離合器的零件。在一些機(jī)床上，通過離合器，能很方便地驅(qū)動電動機(jī)不停地運(yùn)轉(zhuǎn)和啟動、停止機(jī)床。
制動器和離合器很相似，除了其中一根軸被固定的元件所代替。制動器的功能就是吸收能量（那就是，把動能和勢能轉(zhuǎn)化為摩擦熱）和在沒有破壞的持續(xù)高溫下散熱。離合器也可以吸收能量和散熱，但以低速率進(jìn)行。使用制動器（或離合器）地方通常持續(xù)一個(gè)周期，做好快速散熱到周圍空氣的準(zhǔn)備。對于間歇的操作，零件的熱容量能存儲更多的熱量，然后經(jīng)過很長的周期散熱。設(shè)計(jì)制動器和離合器的零件必須避免這種要不得的熱量壓力和熱量的扭曲。
在摩擦面之間單位面積上所產(chǎn)生熱的速率等于正壓力，摩擦系數(shù)和摩擦速度三者的乘積。制動和制動材料的里料制造商引導(dǎo)化驗(yàn)和累積經(jīng)驗(yàn)，以便他們能達(dá)到PV實(shí)驗(yàn)上的數(shù)值（正常壓力次數(shù)和摩擦速度），和在摩擦表面的單位面積動力，摩擦表面是適當(dāng)明確了制動的設(shè)計(jì)，制動材料的里料和服務(wù)情況的類型。
鏈傳動集中了皮帶和齒輪驅(qū)動的一些優(yōu)點(diǎn)。對于任意實(shí)際軸的距離，鏈傳動能提供任意速率。他們超過齒輪主要的優(yōu)勢是鏈傳動能以任意中心距來工作。和帶傳動相比較，鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)制（無滑動）傳動，因此具有更大的傳遞動的能力。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是單條的鏈傳動，以不同的速度，甚至能同步運(yùn)動，不但能驅(qū)動兩根軸，而且能驅(qū)動多根軸。主要應(yīng)用在輸送帶系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備、紡織機(jī)械和摩托車。
最簡單的鏈傳動的形式，包括兩個(gè)任意大小的鏈輪和一個(gè)鏈環(huán)。帶有外部齒形的鏈輪以便它們能安裝到驅(qū)動鏈上。齒形有很多齒組成。在最近的汽車應(yīng)用領(lǐng)域里，通過修改齒的形狀和/或大小來降低噪音。
鏈傳動可以應(yīng)用在一定精確的范圍內(nèi)，從優(yōu)質(zhì)鏈傳動到普通鏈傳動的范圍內(nèi)。普通鏈的成本低，主要用于額定功率在40KW以下的非關(guān)鍵性的傳動中。與之相反，優(yōu)質(zhì)鏈傳動被設(shè)計(jì)用于高速和傳遞大功率的場合。
Lesson 7 緊固件和彈簧
緊固件是將一個(gè)零件與另一個(gè)零件連接的零件。因此，幾乎所有的設(shè)計(jì)都要用到緊固件。人們對任何產(chǎn)品的滿意程度不僅取決于所選的零件，還取決于它們連接的方式。緊固件為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供以下特征：
�。�1） 為檢查和維修提供拆卸的方便為由很多組件組成的組合設(shè)計(jì)提供方便。（2）組合設(shè)計(jì)有助于制造和運(yùn)輸。
緊固件有3種主要分類，如下所示： （1）可拆式的。采用這種緊固件連接的零件很容易被拆開，而且不會對緊固件造成損傷。例如普通的螺栓螺母連接。
（2）半永久式的。采用這種緊固件連接的零件雖然被拆開，但是已經(jīng)對緊固件產(chǎn)生一定的損壞。例如開口銷。
�。�3）永久式的。當(dāng)使用這種緊固件時(shí)，永遠(yuǎn)都不能拆開。例如鉚釘和焊接。
對于一個(gè)特定的應(yīng)用，選擇緊固件時(shí)需要考慮以下的因素： 主要的功能、外觀。
大量的小型緊固件和小量的大型緊固件的確定（如螺栓） 操作環(huán)境，比如振動，負(fù)載和溫度 拆卸的頻率 零件位置的可調(diào)性 連接件的材料類型 緊固件失效和松動的后果。
通過復(fù)雜的產(chǎn)品，都可以意識到緊固件的重要程度。例如在汽車，是由成千上萬的零件連接在一起得到一輛汽車的。單個(gè)緊固件的失效或松落都能導(dǎo)致簡單的障礙，例如門發(fā)出咔吱響或者嚴(yán)重的故障例如車輪脫落。在特定應(yīng)用場合，選擇緊固件的類型時(shí)，需要考慮到這些可能性。
在外載荷作用下，彈簧是一個(gè)能產(chǎn)生相對大的彈性變形的機(jī)械零件。指出變形和負(fù)載成正比關(guān)系的胡克定律表明了彈簧的基本性能。然而，一些彈簧在負(fù)載和變形之間不是成正比的關(guān)系的。彈簧的重要性和應(yīng)用如下所述：
�。�1）控制機(jī)構(gòu)運(yùn)動。這類應(yīng)用占彈簧應(yīng)用的主要部分，如在離合器和制動器中起操縱力的作用。彈簧也用來保持凸輪和從動件的連接。
�。�2）緩沖和減振。這類應(yīng)用包括汽車懸架系統(tǒng)彈簧和緩沖彈簧。
�。�3）儲存能量。這類應(yīng)用于鐘、攝像機(jī)和割草機(jī)。很多停車計(jì)費(fèi)使用彈簧裝置來實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。
�。�4）測量力的大小。用來稱重量是最普遍的用途。
大部分的彈簧用鋼制造，但是也有用硅青銅，黃銅和銅鈹合金制造而成。彈簧通常由專業(yè)從事生產(chǎn)的廠家完成。圓柱螺旋彈簧是最常用的一種；扭桿和板彈簧也經(jīng)常應(yīng)用。對于圓柱螺旋彈簧，如果彈簧絲直徑小于8mm，通常用冷拔鋼絲或者由回火鋼絲通過冷卷法制成。如果彈簧絲直徑較大，采用熱軋鋼筋卷制彈簧。
選擇彈簧，尤其是遇到重載、高溫、需要承受交變應(yīng)力或者需要具有抗腐蝕性的時(shí)候，應(yīng)該向彈簧制造廠家進(jìn)行咨詢。為了正確選擇彈簧，應(yīng)該對彈簧的各種使用要求，包括空間限制進(jìn)行全面研究。有許多不同種類的專用彈簧可以滿足一些特殊要求或用途。
Lesson 8 螺紋連接件
螺紋連接件起著定位、夾緊、調(diào)整和從一個(gè)機(jī)器零件向另一個(gè)傳遞力的作用。螺紋連接件是標(biāo)準(zhǔn)化，通常在大規(guī)模設(shè)計(jì)機(jī)器中使用。不管其他連接方法的改進(jìn)，螺紋緊固件在設(shè)計(jì)中保持了基本的裝配方法和機(jī)器的結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到效果，每一個(gè)應(yīng)用需要合適的設(shè)計(jì)和安裝，因?yàn)閱我痪o固件的失效帶來破壞性，甚至是災(zāi)難性的。所以，工程師必須選擇合規(guī)格的連接件的類型和大小，這樣能適合即將到來的應(yīng)用。
通過在另一個(gè)方向上（切向）作用的小規(guī)模的力，螺紋連接件能有效運(yùn)用和保持在一個(gè)方向上（軸向）
多個(gè)力的作用。所有這些都是基于單頭螺紋螺釘?shù)模且粋�(gè)簡單機(jī)械，可以在最小的空間內(nèi)產(chǎn)生很大的機(jī)械效益，而且在理論上是自鎖的。然而，有效的使用需要另外兩個(gè)簡單的機(jī)構(gòu)的幫助：杠桿和輪軸機(jī)構(gòu)。扳手就是一個(gè)基本的杠桿；螺絲刀是一個(gè)輪軸機(jī)構(gòu)。
螺紋連接件基本上是小型，高拉力的零件。螺紋是螺旋狀的隆起物，在圓柱體的表面通過切削和冷成型形成一個(gè)槽，所以加工出螺釘，螺栓和雙頭螺柱。當(dāng)加工出個(gè)別在形狀上對稱，圓柱體內(nèi)表面形成的螺紋，稱為螺母。內(nèi)外螺紋配合是所有的螺紋連接件裝配的關(guān)鍵。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的螺母安裝在靜止的螺釘上，首先沿著螺釘傳遞一個(gè)軸向的運(yùn)動、當(dāng)遇到的阻力的時(shí)候，螺紋要求通過楔作用，產(chǎn)生一個(gè)軸向力。隨著軸向力的增加，更多的旋轉(zhuǎn)要求增加更多的努力（扭矩）。所以，連接時(shí)很緊湊的，除非受到外部的影響，比如振動或者氣溫變化超過了初期的條件。
統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)螺紋有三個(gè)基本系列的直徑—螺距組合。對于普通的裝配使用，在振動不影響和需要經(jīng)常拆卸的地方，粗牙系列是應(yīng)用最廣泛和推薦使用的。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋在強(qiáng)度上有所提高，而且更適用于那些要求精密調(diào)整的場合。這個(gè)系列通常用在飛機(jī)的裝配中。因?yàn)槁菁y很小，在高載荷應(yīng)用里，螺母的設(shè)計(jì)非常重要以防螺紋滑扣。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)超細(xì)牙螺紋應(yīng)用在那些和外螺紋配合的地方，是薄壁的一個(gè)部分。這類螺紋更能抵抗振動，而且能提供更精密調(diào)整。
統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)螺紋在圖樣，材料清單等標(biāo)注，用一個(gè)簡化的符號包括大小、螺紋的系列，配合級別和內(nèi)外螺紋符號（A是外螺紋，B是內(nèi)螺紋），還有螺紋的旋向。例如，符號1- 20UNC -2A – RH 4標(biāo)注帶有外螺紋的零件，零件具有1英寸的直徑，每英寸有20個(gè)螺紋、公差等級2級和右旋的統(tǒng)一粗牙43- 16UNC -2B – LH 4螺紋。通常，右旋可以省略，因?yàn)樗菢?biāo)準(zhǔn)的。另一個(gè)例子符號為內(nèi)螺紋，左旋，有基本主要的3英寸的直徑，沒英寸長度上有16個(gè)統(tǒng)一細(xì)牙螺紋。 4ISO標(biāo)準(zhǔn)包括多種直徑-螺距的組合，但是美國標(biāo)準(zhǔn)就只指定了一種直徑-螺距系列。用毫米表示的大徑基本尺寸的數(shù)字跟在公制螺紋用字母M表示的后面，后面繼續(xù)跟著毫米為單位的螺距，用符號×分隔。例如M4×0.7表示，一個(gè)公制螺紋的大徑基本尺寸為4毫米，螺距0.7毫米。
大部分的螺釘連接件都是可拉伸的零件，容易受彎曲載荷的影響。墊片經(jīng)常被與螺紋緊固件一同使用，為螺母和螺栓頭提供更好的支撐面，為支撐面提供更大的間隙孔或者槽，把負(fù)荷分布在一個(gè)大的面積內(nèi)，防止在裝配過程中損壞零件，改進(jìn)扭矩-拉力的比例（通過減少摩擦力），通過彈簧的作用在某些情況下鎖緊。平墊圈很薄，環(huán)形的圓盤，主要用來在支撐面和負(fù)載分布，沒有鎖緊的能力。錐形彈簧圈是由淬火后
又經(jīng)過回火處理的鋼制成的，它的形狀稍微有一點(diǎn)像碟子。當(dāng)螺桿太緊圓錐墊圈發(fā)生變形，由于熱漲或者由于墊圈的壓縮，用彈簧可以補(bǔ)償在螺桿拉力作用下的變形。彈簧墊圈基本上是單圈螺旋形彈簧，在負(fù)載作用下變平。彈簧的作用能促進(jìn)螺桿負(fù)載的維持，通過咬入支撐面上，分開的邊緣提供一些鎖定的作用。這些有鎖定功能的墊圈一般由淬火鋼制成。
螺紋連接件通常由于疲勞失效：所以，碳鋼和碳合金通常作為螺紋連接件材料。對用于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和公制螺紋連接件的材料，美國材料試驗(yàn)學(xué)會和美國汽車工程學(xué)會建立了標(biāo)準(zhǔn)。美國汽車工程學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)把材料劃分等級，必須要滿足最小拉力強(qiáng)度，試驗(yàn)載荷和結(jié)構(gòu)和加工要求。另外，美國汽車工程學(xué)會的等級被分級系統(tǒng)所認(rèn)可，能在螺桿端部找到。美國汽車工程學(xué)會等級標(biāo)準(zhǔn)需要符合大量不同的鋼。這樣，緊固件生產(chǎn)廠家可以在一定的范圍內(nèi)選擇最適合他們特定的生產(chǎn)設(shè)備的材料。
除碳鋼之外，在抗腐蝕的地方能用很多不銹鋼合金來做螺紋連接件。由于經(jīng)濟(jì)的原因，雖然鐵素體合金例如430經(jīng)常使用，但是奧氏體不銹鋼，例如304和316具有更好的耐腐蝕性。鎳基高溫合金，例如蒙乃爾銅鎳合金、鉻鎳鐵耐熱耐腐蝕合金在高溫，抗腐蝕性的場合也經(jīng)常用作螺紋連接件。鋁、青銅和黃銅也用作螺紋連接件。在腐蝕性的環(huán)境里，在強(qiáng)度要求不高的地方，連接件用尼龍和其他塑料來做成，又適用有便宜。
Lesson 9 滾動軸承
對于球軸承和滾子軸承，一個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮下面五個(gè)方面：（a）壽命與載荷的關(guān)系；（b）剛度，也就是在載荷作用下的變形；（c）摩擦；（d）磨損；（e）噪聲。對于中等載荷和轉(zhuǎn)速，根據(jù)額定載荷選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)軸承，通常都可以保證其具有令人滿意的工作性能。當(dāng)載荷較大時(shí)，軸承零件變形，盡管它通常小于軸和其他與軸承一起工作的零部件的變形，將會變得重要起來。在轉(zhuǎn)速高的場合需要有專門的冷卻裝置，而這可能會增大摩擦阻力。磨損主要是由于污染物的進(jìn)入引起的，必須選用密封裝置以防周圍環(huán)境的不良影響。
因?yàn)榇笈可a(chǎn)這種方式?jīng)Q定了球軸承和滾子軸承不但質(zhì)量高，而且價(jià)格低，因而機(jī)器設(shè)計(jì)人員的任務(wù)是選擇而不是設(shè)計(jì)軸承。滾動接觸軸承通常是采用硬度約為900HV、整體淬火的鋼來制造的。但在許多
機(jī)構(gòu)中不使用專門的套圈，而將相互作用的表面淬硬到大約600HV。滾動軸承由于在工作中會產(chǎn)生高的應(yīng)力，其主要失效形式是金屬疲勞，這一點(diǎn)并不奇怪，目前正在進(jìn)行大量的工作以求改進(jìn)這種軸承的可靠性。軸承設(shè)計(jì)可以基于能夠被人們所接受的壽命值來進(jìn)行。在軸承行業(yè)中，通常將軸承的承載能力定義為這樣的值，即所承擔(dān)的載荷小于這個(gè)值時(shí)，一批軸承中將有90%的軸承具有超過一百萬轉(zhuǎn)的壽命。
盡管球軸承和滾子軸承的基本設(shè)計(jì)責(zé)任在軸承制造廠家，機(jī)器設(shè)計(jì)人員必須對軸承所要完成的任務(wù)作出正確的評價(jià)，不僅要考慮軸承的選擇，而且還要考慮軸承的正確安裝條件。
軸承套圈與軸或軸承座的配合非常重要，因?yàn)樗鼈冎g的配合不僅應(yīng)該保證所需要的過盈量，而且也應(yīng)該保證軸承的內(nèi)部間隙。不正確的過盈量會產(chǎn)生微動腐蝕從而導(dǎo)致嚴(yán)重的故障。內(nèi)圈通常是通過緊靠在軸肩上進(jìn)行軸向定位的。軸肩處的圓弧半徑主要是為了避免應(yīng)力集中。在軸承內(nèi)圈上加工出一個(gè)圓弧或者倒角，用來提供容納軸肩處圓弧半徑的空間。
在使用壽命不是設(shè)計(jì)中的決定因素的場合，通常根據(jù)軸承受載荷時(shí)的產(chǎn)生的變形量來確定其最大載荷。因此，“靜態(tài)承載能力”這個(gè)概念可以理解為對處于靜止?fàn)顟B(tài)的或者進(jìn)行緩慢轉(zhuǎn)動的軸承所能夠施加的載荷。這個(gè)載荷對軸承在隨后進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)的質(zhì)量沒有不利影響。按照實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定，靜態(tài)承載能力是這樣一個(gè)載荷，當(dāng)它作用在軸承上時(shí)，滾動體與滾道在任何一個(gè)接觸點(diǎn)處的總變形量不超過滾動體直徑的0.01%。這相當(dāng)于直徑為25mm的球產(chǎn)生0.0025mm的永久變形。
只有將軸承與周圍環(huán)境適當(dāng)?shù)馗綦x開，許多軸承才能成功地實(shí)現(xiàn)它們的功用。在某些情況下，必須保護(hù)環(huán)境，試其不受潤滑劑和軸承表面磨損生成物的污染。軸承設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分是使密封裝置起到應(yīng)有作用。此外，對摩擦學(xué)研究人員來說，為了任何目的而應(yīng)用于運(yùn)動零部件上的密封裝置都是他們感興趣的。因?yàn)槊芊庋b置時(shí)軸承的一部分，只有根據(jù)適當(dāng)?shù)妮S承理論才能設(shè)計(jì)出令人滿意的密封系統(tǒng)。
雖然它們很重要，與軸承其他方面的研究工作相比，在密封裝置的研究方面所做的工作還是比較少的。
Lesson 10 超高溫渦輪發(fā)動機(jī)軸承
在下世紀(jì)初期用于航天動力的先進(jìn)汽油渦輪發(fā)動機(jī)已經(jīng)處于設(shè)計(jì)階段。這些發(fā)動機(jī)將具有非常高的效率，而且在很多例子中，能使航天飛機(jī)的速度超過3馬赫。這些發(fā)動機(jī)的主軸軸承的工作條件要求非常高�？梢灶A(yù)測到，主軸轉(zhuǎn)速超過30000r/min，而軸承的溫度超過650°C。
在需要有較長的軸承壽命的用途中，對于采用液體潤滑的鋼制軸承來說，目前的溫度極限是200°C。對于軸承壽命短的應(yīng)用中，有可能達(dá)到450°C。即使使用在技術(shù)上最先進(jìn)的液體潤滑劑和金屬合金，在軸承工作極限壽命中，軸承的工作溫度是500°C。
越過常規(guī)軸承的設(shè)計(jì)理念，利用最新的研究成果應(yīng)用到高溫材料和固體潤滑劑的新想法是需要的。在目前的溫度極限下，預(yù)計(jì)極高的工作溫度（800°C -900°C）是不可能達(dá)到的。陶瓷軸承帶來了能提高工作溫度達(dá)到相當(dāng)于650°C的希望，但是發(fā)生在高速高溫陶瓷滾動軸承中的摩擦的相互作用是復(fù)雜和變化的。軸承和潤滑劑材料的有效選擇取決于他們熱量的、物理的、化學(xué)的和機(jī)械的特性，也包括應(yīng)用的工作環(huán)境和工程技術(shù)約束。
滾動體和滾道的材料
對于高溫軸承的滾動體和滾道，評價(jià)材料的最重要標(biāo)準(zhǔn)是高溫強(qiáng)度（硬度），機(jī)械特性和氧化性。工具鋼是目前制造航天發(fā)動機(jī)軸承的最常用材料，它的實(shí)際溫度極限大約是400°C。在這種溫度下，正常軸承用鋼會快速失去硬度。
超高溫軸承是一組高性能陶瓷材料。在溫度高于1100°C時(shí)，這些陶瓷材料比常規(guī)的軸承工具鋼具有更高的硬度。在過去的10年里，開發(fā)了一種具有高速高溫的陶瓷材料制成的滾動軸承：熱壓的或熱等靜壓的氮化硅。當(dāng)有足夠的潤滑劑的時(shí)候，氮化硅是合用的，因?yàn)榫哂泻玫母邷貜?qiáng)度和硬度，在強(qiáng)度/重量關(guān)系上有優(yōu)勢，而且還能具有極好的防止?jié)L動體發(fā)生疲勞性能。
然而，氮化硅有缺點(diǎn)，包括較低的抗拉強(qiáng)度，較低斷裂韌度和非常低的熱膨脹系數(shù)。由于具有這些性能，在陶瓷軸承的制造和應(yīng)用方面需要做大量的開發(fā)工作。
其他的陶瓷材料，例如碳化硅和碳化鈦，已經(jīng)被評為合適的滾動體和滾圈的材料。盡管不像氮化硅那么普及和成熟，它們確實(shí)具有某些能夠使其成為高溫滾動軸承備選材料的性能。例如，在做40000r/min的軸承測試中，把碳化硅作為滾動體的材料，雖然溫度沒有達(dá)到極限，但是它已經(jīng)超過了液體潤滑劑的范圍。潤滑系統(tǒng)僅僅包含了一層固體潤滑劑膜。
碳化硅有利于在高溫軸承中應(yīng)用的性能是其良好的導(dǎo)熱率和熱擴(kuò)散率，抗氧化性和高純度（性能幾乎不受雜質(zhì)的影響）。這種材料的一個(gè)缺點(diǎn)是它具有較高的彈性模量。它的彈性模量比熱壓氮化硅高出50%，
因?yàn)楦吆掌澖佑|應(yīng)力的危險(xiǎn)，使這一特性作為一個(gè)潛在的問題。
固體潤滑劑
值得注意的是，對于大多數(shù)的合成潤滑劑，它的溫度極限幾乎等于最先進(jìn)的軸承用鋼的溫度。對于未來渦輪發(fā)動機(jī)，計(jì)算的工作溫度是大大超過了這些材料的溫度極限。唯一的解決辦法就是利用非常規(guī)的潤滑劑。
如果滾動軸承充分潤滑劑和并且有良好的密封性，阻擋污染物進(jìn)入，軸承的壽命一般取決于材料的疲勞極限。如果不能采用液體潤滑劑，則有必要采用某種形式的邊界潤滑來減少摩擦熱和磨損。軸承接觸部分表面形成的氧化層可以提供有限周期的潤滑。
當(dāng)選擇了固體潤滑劑之后，發(fā)現(xiàn)困難在于找到一種復(fù)合物，它的耐熱和抗氧化性都超過溫度范圍，例如，從-50°C到+980°C。在低溫條件下工作良好的固態(tài)潤滑劑經(jīng)常會在高溫情況下被損壞或變得有磨蝕性，反之亦然。
潤滑膜的重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不過分，即使采用陶瓷材料時(shí)也是這樣。無潤滑的氮化硅或碳化硅既沒有固有的低摩擦性，也沒有良好的抗磨損性。這些特性可以通過與材料相適宜的固態(tài)潤滑劑的幫助而獲得。用包含高溫添加劑的石墨潤滑氮化硅，可以形成一層減小摩擦系數(shù)的摩擦化學(xué)膜，因此，便減少了熱量的產(chǎn)生。摩擦力的減小取決于：油膜與基體材料相比，它是否更容易被撕裂。
對于工作在超高溫—--高于550℃情況下的軸承，更要考慮較之于石墨潤滑劑更具熱穩(wěn)定性的固態(tài)潤滑劑。在充分理解各式各樣元件之間的摩擦學(xué)關(guān)系的前提下，來進(jìn)行復(fù)雜潤滑系統(tǒng)的開發(fā)，如：高溫潤滑劑，陶瓷制軸承，是絕對必要的。
Lesson 11機(jī)床構(gòu)造
機(jī)架是機(jī)床的基本組成。大部分的機(jī)架是由鑄鐵、焊接鋼、復(fù)合材料或者混凝土制成的。以下因素決定材料的選擇：
這些材料必須抗變形和抗破裂。其剛性必須與彈性平衡。機(jī)架必須能夠承受沖擊，在載荷作用下不產(chǎn)生裂縫和永久變形。機(jī)架材料必須能消除或阻止振動的傳遞，從而減小使機(jī)床精度及壽命下降的擺動。機(jī)架必須能抵抗不利的車間環(huán)境，其中包括新的冷卻液和潤滑劑。機(jī)架材料不能產(chǎn)生過多的熱，必須能在其額定壽命內(nèi)不發(fā)生變形，必須擁有足夠的密度使力分布均勻。
各種機(jī)架材料的利與弊
鑄件或焊件都可用于大部分應(yīng)用場合。要決定哪一個(gè)最好，還要看給定的設(shè)計(jì)環(huán)境下所用成本而定。 鑄鐵。幾乎全部的機(jī)床架都由傳統(tǒng)的鑄鐵來制造，因?yàn)槿魏纹渌椒ǘ茧y以獲得的特征都可通過鑄造獲得。鑄鐵擁有較好的剛度/重量比以及較好的阻尼特性。在有需要的地方改變鑄件壁厚和添加其它金屬，都是相當(dāng)容易實(shí)現(xiàn)的。
盡管鑄鐵比較便宜，但鑄件都需要有一個(gè)鑄模。因?yàn)殍T模的成本，想要獲得更大尺寸的鑄件則成為一個(gè)限制因素。螺栓接合問題，鑄鐵需要退火，這些都是難以滿足的，而且隨著鑄件尺寸增加，制造成本也隨之增加。小尺寸，大批量的機(jī)器通常產(chǎn)用鑄鐵機(jī)架，因?yàn)樗鼈兛梢院苋菀椎爻袚?dān)鑄模成本。對于小批量的機(jī)器來說，焊接件機(jī)架會更便宜。
焊接鋼。在不利于使用鑄件的場合下，機(jī)器制造商則用焊接鋼來制造機(jī)架。因?yàn)楹附愉摀碛懈叩膹椥阅Ａ浚ǔ诤附愉撋鲜褂眉訌?qiáng)筋以提高其剛度。確定要使用焊接鋼的數(shù)量是一個(gè)設(shè)計(jì)權(quán)衡的過程：雖然使用焊接鋼可以容易獲得較大面積截面，甚至可以在原設(shè)計(jì)完成后再增加其它特征，但熱量可導(dǎo)致其變形并且制造成本也隨之增加。另外，焊接鋼通過鋼架也可以阻止振動的傳遞。機(jī)架制造商有時(shí)會通過向焊接鋼結(jié)構(gòu)通循環(huán)冷卻水或向鑄造型腔添加鉛或沙的方法來增大阻尼。
復(fù)合材料。使用上述材料的改良材料，包括高分子材料，合金材料，以及陶瓷基體材料，都有可能使機(jī)床的設(shè)計(jì)發(fā)生巨大變化。可以使基體和增強(qiáng)材料在某一個(gè)指定的軸線方向上具有所需要的強(qiáng)度。
陶瓷。日本于20世紀(jì)80年代提出了試驗(yàn)性的陶瓷機(jī)架機(jī)器概念。陶瓷擁有較高的強(qiáng)度，剛度，尺寸穩(wěn)定性及良好的抗腐蝕性和極好的表面粗糙度，但陶瓷易碎并且價(jià)格較高。其較弱的傳導(dǎo)率既可能是其優(yōu)勢也可能是其劣勢。復(fù)合材料及陶瓷的使用都是有限的。
鋼筋混凝土。盡管用于簡單截面的常規(guī)鋼筋混凝土增加了質(zhì)量并減小了振動，但另一種形式的鋼筋混凝土，它際上是由被粉碎的混凝土或花崗巖粘合在高分子基體上形成的高分子基體復(fù)合材料更受歡迎。這種復(fù)合材料擁有比鑄鐵更好的阻尼特性，它幾乎可以被鑄成任何形狀，而不需要釋放應(yīng)力，如果使用鑲嵌件，它還可以容納緊固件及軌道。然而，它的強(qiáng)度及熱擴(kuò)散率都不及金屬材料。
設(shè)計(jì)者必須考慮與復(fù)合材料及金屬材料相連接的材料的不同膨脹系數(shù)。這類材料最常用于高精度機(jī)床及磨床中。
基礎(chǔ)
基礎(chǔ)應(yīng)該保證機(jī)器的剛度，減震和隔離是次要的考慮事項(xiàng)。如果機(jī)床剛度不足，基礎(chǔ)必須要能提供必要的剛度支持。在選擇基礎(chǔ)的時(shí)候，設(shè)計(jì)者必須考慮機(jī)床的重量，它所產(chǎn)生的力，精確度要求，以及向與機(jī)器毗鄰的地面?zhèn)鬟f的載荷。地面土壤環(huán)境是一個(gè)問題，因?yàn)�，長時(shí)間的改變會影響機(jī)床穩(wěn)定性。
機(jī)架設(shè)計(jì)
在機(jī)架設(shè)計(jì)中考慮的主要問題是：載荷，阻尼，檢測孔的數(shù)量，熱變形和噪音。
載荷。了解機(jī)床產(chǎn)生的動態(tài)及靜態(tài)載荷是最基本的。基本載荷是靜態(tài)力：包括機(jī)床及工件的質(zhì)量。動態(tài)載荷指的是，機(jī)床一經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)就產(chǎn)生的各種載荷。它們包括：產(chǎn)生加速度和減速度的載荷，刀具作用載荷，由于不平衡所產(chǎn)生的載荷，由載荷和振動之間引起的自激載荷。
阻尼。
盡管機(jī)架材料及其設(shè)計(jì)方案應(yīng)能使其阻尼減小，然而有時(shí)候也需要安裝阻尼器來解決某個(gè)具體問題。減振器只有在機(jī)器動態(tài)力很小的地方才會工作良好并且僅當(dāng)設(shè)計(jì)者完全了解系統(tǒng)所涉及的所有載荷情況下才會有效率的工作。例如，當(dāng)在靜態(tài)條件下工作良好的減振器，工作在動態(tài)力條件下，它的影響是弊大于利。
檢測孔。雖然每個(gè)機(jī)架應(yīng)該是實(shí)心的，但是，機(jī)器都需要一定的開口以便組裝和維修。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合考慮檢測孔的數(shù)量和尺寸與剛度和強(qiáng)度之間的關(guān)系。
熱力學(xué)方面的'考量.如果機(jī)架發(fā)生變形，那么內(nèi)部熱源或者外部熱源都是一個(gè)造成錯誤的主要因素。外部熱源包括車間的環(huán)境條件，冷卻劑與潤滑劑和陽光。機(jī)床本身也有熱源：電動機(jī)，機(jī)器運(yùn)動帶來的摩擦以及刀具在工件上的切削運(yùn)動。理想情況下，應(yīng)使機(jī)架產(chǎn)生的熱量減小到最小并保持一定。
噪音.鑒于健康和安全方面的因素考慮，如何減小噪音成為近年來比較受關(guān)注的話題。工件飛速轉(zhuǎn)動引起的空氣湍流以及飛速旋轉(zhuǎn)的卡盤，都是值得注意的問題。給機(jī)床加上防護(hù)罩阻止噪音傳遞及使用阻尼衰減材料，都可以減小噪音。
Lesson 12直齒圓柱齒輪
齒輪，是帶齒的零件，從一根軸到另一根傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，它是在人類歷史中最古老的設(shè)備和發(fā)明。大約公元前2600年，中國人使用一系列的齒輪和戰(zhàn)車做成一體已經(jīng)被世人所知道。在公元前第4世紀(jì)，亞里斯多德記述了齒輪，那時(shí)候似乎齒輪是很普通的。在公元第5世紀(jì)，達(dá)芬奇設(shè)計(jì)了大量的設(shè)備和各種齒輪合成一體。
在機(jī)械動力（主要包括齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動）的各種傳遞方式中，齒輪一般是最牢固和持久耐用的。它們的動力傳遞效率能達(dá)到98%。另一方面，齒輪的費(fèi)用比鏈傳動和帶傳動的費(fèi)用要多�？梢灶A(yù)料，齒輪制造的成本隨著精度的提高將會快速增加，精度指高速、重載和低噪音的組合要求。（對于各種加工精度等級而言，標(biāo)準(zhǔn)公差必須由AGAM，美國齒輪制造協(xié)會來制定。）
直齒圓柱齒輪在齒輪類型中是最簡單和使用最廣泛的一種。它們被用來在平行軸之間傳遞運(yùn)動，它們的齒與軸線平行。
齒形幾何學(xué)的最基本要求是提供齒形的角速率，這個(gè)速率是一個(gè)常數(shù)。例如，角速率在20齒和40齒（例如，不是1.99個(gè)齒形作為給定的一對齒輪來嚙合，也不的齒輪必須在每個(gè)位置精確到2個(gè)齒形嚙合。
是2.01個(gè)齒形，那樣已經(jīng)已經(jīng)超出了嚙合范圍）。當(dāng)然，制造誤差和齒形變形將引起速率的輕微偏差；但是可接受的齒形是以理論曲線為基礎(chǔ)的，這樣可以滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。
當(dāng)齒輪嚙合時(shí)，會同時(shí)產(chǎn)生滾動和滑動，引起點(diǎn)蝕和磨損。點(diǎn)蝕是由滾動接觸造成的，而磨損是由滑動接觸造成的。當(dāng)接觸應(yīng)力很高的時(shí)候，最初的時(shí)候會產(chǎn)生點(diǎn)蝕；通過滑動能加速點(diǎn)蝕。雖然滑動引起磨損，也能產(chǎn)生流體力學(xué)的作用抵消磨損。這個(gè)相對的運(yùn)動能充分提供流體力學(xué)所必須的環(huán)境條件，這個(gè)作用非常微小，也就是在表面之間有窄的，楔形的間隙，有相關(guān)運(yùn)動。每次，齒輪發(fā)生嚙合的同時(shí)，發(fā)生齒輪的滾動和滑動，表面和次表面的材料受壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和拉應(yīng)力的作用。結(jié)果是使表面以麻點(diǎn)和金屬腐蝕的形式減緩破壞。清楚地，這些現(xiàn)象通常被描述為單獨(dú)存在，但是在實(shí)際中并不是這樣的。兩種或多種作用可以同時(shí)發(fā)生。實(shí)際上，一種作用會促進(jìn)另一種作用。結(jié)果是牙型表面變粗糙，改變牙型輪廓，和喪失共軛物運(yùn)動。當(dāng)工作性能不是很令人滿意的時(shí)候，失效肯定發(fā)生了，因?yàn)樵胍簦駝踊蛘哌^熱。
在齒輪節(jié)線首先發(fā)生點(diǎn)蝕，在那些不存在滑落因素的地方，早期的故障由于缺少油膜的保護(hù)。引起表面疲勞的過多的接觸應(yīng)力，是產(chǎn)生點(diǎn)蝕的最真正的原因。這是由于（1）狹窄的齒寬，（2）漸開線表面半徑太小，而且（3）頻繁過載。任意表面的半徑越小，接觸帶越狹窄，單位應(yīng)力越大。在那些經(jīng)常有大量重復(fù)應(yīng)力的地方，就發(fā)生表面失效。微小的裂紋在表面和表面以下生成，然后擴(kuò)展并連接到一起。最后，金屬的咬合被分開和擠掉，剩下點(diǎn)蝕。
最不昂貴的齒輪的材料通常是一般的鑄鐵，從ASTM（或AGMA）等級20，等級30、40、50和60，逐漸具有越來越高的強(qiáng)度和越來越昂貴。典型的鑄鐵齒輪擁有比彎曲疲勞強(qiáng)度更好的表面疲勞強(qiáng)度。鑄鐵齒輪內(nèi)部的阻尼使它們比鋼制齒輪的傳聲小。球墨鑄鐵齒輪實(shí)際上擁有更好的彎曲強(qiáng)度，和較好的表面耐用性。一種好的組合通常是鋼制小齒輪和鑄鐵大齒輪嚙合。
沒有經(jīng)過熱處理的鋼制齒輪相對便宜，但是具有較低的表面耐久能力。熱處理鋼制齒輪必須抗扭曲；所以，通常更傾向于合金鋼和油淬火材料的齒輪。當(dāng)硬度超過250~350Bhn時(shí)，通常在淬火前完成切削加工。如果在熱處理后形成表面，那么，通過磨削，能得到更好的輪廓精度。但是如果完成了磨削，必須要注意避免在表面上形成殘余拉應(yīng)力。
在有色金屬里，青銅是最常見用于制造齒輪的材料。非金屬齒輪（尼龍和其他塑料）通常噪聲小，持久耐用的，合理價(jià)格，而且經(jīng)常在沒有潤滑劑的輕載下工作。它們的牙形比那些相應(yīng)的金屬齒輪更容易變形。這樣，在發(fā)生接觸的時(shí)候，促進(jìn)有效載荷分布在齒形上。因?yàn)榉墙饘俨牧暇哂休^低的熱導(dǎo)率，所以需要提供特定的冷卻液。而且，這些材料具有相對高的熱膨脹系數(shù)，這需要在安裝時(shí)比金屬齒輪具有更大的嚙合間隙。
非金屬齒輪通常和鑄鐵或鋼制小齒輪嚙合。如果有最好的抗磨損能力，嚙合的小齒輪的硬度至少在300Bhn。對于由塑料做成的齒輪的設(shè)計(jì)過程，和用金屬制的齒輪設(shè)計(jì)過程非常相似，但是還不具備更高的可靠性。所以，對塑料齒輪，原型測試比金屬齒輪更重要。
Lesson 13 材料的物理特性
在選擇材料最重要考慮的問題之一是材料的物理性質(zhì)（那就是密度，熔點(diǎn)，比熱，導(dǎo)熱率，熱膨脹率和耐蝕性）。物理性質(zhì)在零件的制造和工作壽命中，有幾個(gè)重要的影響。例如，高速機(jī)床需要采用重量輕的部件以減少慣性力，使機(jī)床不會產(chǎn)生過大的振動。
1.密度
材料的密度是每單位體積里的質(zhì)量。另一個(gè)關(guān)系，比重，表達(dá)材料的密度與水的關(guān)系，所以，它沒有單位。對于自動的物體和部件，節(jié)省重量是很重要的，尤其在飛機(jī)和航空航天設(shè)備中，對于其他的產(chǎn)品，在能量消耗和動力有限的地方更受到極大的關(guān)注。在合計(jì)先進(jìn)的設(shè)備與機(jī)器和設(shè)計(jì)諸如汽車等消費(fèi)品的過程中，采用新的替代材料來減輕重量和降低成本是一個(gè)應(yīng)該著重考慮的問題。
2.熔點(diǎn)
金屬的熔點(diǎn)取決于分離原子所需要的能量。合金熔點(diǎn)的溫度有一個(gè)很寬的范圍（取決于合金的組成），而不像純金屬那樣，有一個(gè)固定的熔點(diǎn)。設(shè)計(jì)組成要素和結(jié)構(gòu)在功能內(nèi)的溫度范圍是在選擇材料中一個(gè)很重要考慮的因素。
金屬的熔點(diǎn)在制造過程中產(chǎn)生一個(gè)間接的影響。因?yàn)榻饘僭俳Y(jié)晶的溫度涉及到它的熔點(diǎn)，例如退火、熱處理和熱加工要求所含材料的熔點(diǎn)知識。
3.比熱
材料的比熱是要求一個(gè)單位質(zhì)量的溫度升高一度所需要的能量。合金組成在材料的比熱上產(chǎn)生相對較小的影響。在機(jī)械加工過程中，工件溫度的提升是所做的功和工件材料比熱的函數(shù)。如果工件溫度提升過多，通過降低表面粗糙度和尺寸精度的不利影響來降低產(chǎn)品的質(zhì)量，能引起過多的刀具磨損，也能導(dǎo)致在材料上發(fā)生不想要的冶金學(xué)變化。
4.熱導(dǎo)率
熱導(dǎo)率表明在材料內(nèi)部傳遞熱量的速率。金屬一般具有較高的熱導(dǎo)率，而陶瓷和塑料具有較差的熱導(dǎo)率。
當(dāng)熱量由塑性變形或者由于摩擦產(chǎn)生的時(shí)候，熱量以足夠高的速率被傳遞走，防止溫度劇烈升高。例如，加工鈦的主要的困難，由它的較低的熱導(dǎo)率引起的。較低的熱導(dǎo)率可以產(chǎn)生高的溫度梯度，因此，在金屬加工過程中會引起工件的不均勻變形。
5. 熱膨脹
材料的熱膨脹具有幾種顯著的影響，尤其是在裝配具有不同的膨脹和壓縮性質(zhì)的不同材料，例如電子和計(jì)算機(jī)元件，玻璃-金屬密封，和在機(jī)床上移動的工件，對于合理的功能都要求具有某些間隙。例如，陶瓷元件在鑄鐵引擎的使用中也要求考慮到它們相對的膨脹性。
收縮配合利用熱漲和壓縮的作用。例如，一個(gè)零件，比如是法蘭，要安裝到軸上。法蘭首先加熱，然后滑動安裝到為室溫的軸上。當(dāng)冷卻的時(shí)候，零件收縮，就把零件裝配成一個(gè)整體的部件。
6.抗腐蝕
金屬、陶瓷和塑料都受到腐蝕的作用。腐蝕本身通常涉及到金屬和陶瓷的變形，然而類似的情況在塑料中通常稱為降解。腐蝕不但引起零件和設(shè)備表面劣化，而且還降低它們的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性。
對于在化學(xué)、食品和石油工業(yè)，也包括制造業(yè)，抗腐蝕性在材料選擇上是一個(gè)很重要的方面。此外，各種可能的化學(xué)反應(yīng)，從當(dāng)前的組成或者復(fù)合物，零件和設(shè)備的環(huán)境腐蝕，是一個(gè)主要關(guān)注的方面，尤其在溫度提升上。環(huán)境（氧、潮濕、抗腐蝕取決于材料的構(gòu)成和特定的環(huán)境。腐蝕的介質(zhì)可能是化學(xué)品（酸、堿和鹽、污染和酸雨）和水（清水或鹽水）。有色金屬，不銹鋼和非金屬材料都具有較高的抗腐蝕性。鋼和鑄鐵通常具有較差的抗腐蝕性，必須通過各種涂層或者表面處理來保護(hù)鋼和鑄鐵。牢固的某些等級的氧化物的有用性表明鋁、鈦和不銹鋼的抗腐蝕性。鋁形成一個(gè)薄的（一些原子層）和粘附著氧化鋁層，它具有較好的保護(hù)表面免受環(huán)境的腐蝕作用。鈦形成氧化鈦保護(hù)膜。相似的現(xiàn)象發(fā)生在不銹鋼上，它在表面形成一層保護(hù)膜（因?yàn)楝F(xiàn)在的不銹鋼中含有鉻）。當(dāng)保護(hù)膜刮破，保護(hù)膜下面的金屬顯露出來的時(shí)候，一層新的氧化膜就形成了。
Lesson 14 運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)
運(yùn)動學(xué)的目標(biāo)原則是產(chǎn)生（設(shè)計(jì)）目標(biāo)零件所要求的運(yùn)動，然后精確地計(jì)算位移、速度和加速度，那些運(yùn)動就作用在零件上。因?yàn)�，大多�?shù)固著在地球上的機(jī)械系統(tǒng)，隨著時(shí)間變化，質(zhì)量基本上保持常數(shù)，加速度定義為和時(shí)間的函數(shù)，也定義動力為和時(shí)間的關(guān)系。應(yīng)力，輪流是作用力和慣性力的函數(shù)關(guān)系。由于工程設(shè)計(jì)是為了建立一些不會在其預(yù)期使用壽命內(nèi)失效的系統(tǒng)，所以目標(biāo)是保證應(yīng)力對于所選用的材料和使用環(huán)境均處于安全的限度內(nèi)。這樣很明顯要求規(guī)定所有系統(tǒng)力，而且使系統(tǒng)力保持在期望的范圍內(nèi)。在機(jī)構(gòu)中，最大的力經(jīng)常是那些由于機(jī)械本身產(chǎn)生的動態(tài)力。動態(tài)力經(jīng)常和加速度成比例，把我們拉回到運(yùn)動學(xué)，它是機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。包含了運(yùn)動學(xué)準(zhǔn)則，在設(shè)計(jì)過程中最基本和最早的決定在成功的進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)中是很重要的。較差的運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)將引起麻煩和很差的工作。
任何機(jī)械系統(tǒng)能根據(jù)擁有的自由度的數(shù)目來區(qū)分。系統(tǒng)的自由度等于獨(dú)立參數(shù)的數(shù)目，在任意時(shí)間中，需要唯一確定它在空間位置的參數(shù)。
在一個(gè)參考系內(nèi)自由運(yùn)動的物體，通常會做復(fù)雜運(yùn)動，即同時(shí)進(jìn)行回轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動。在三維空間里，它們可能繞著軸旋轉(zhuǎn)，能同時(shí)解決零件沿著3根軸平移。在平面上或者二維空間，復(fù)雜運(yùn)動變成了繞一個(gè)（垂直于這個(gè)平面的）軸線的轉(zhuǎn)動和同時(shí)發(fā)生的可以被分解為沿在這個(gè)平面內(nèi)的兩個(gè)坐標(biāo)軸的平移分量。簡單而言，我們限定現(xiàn)在所討論的情況是在二維平面的運(yùn)動學(xué)系統(tǒng)。我們將定義以下關(guān)系，在平面運(yùn)動：
單純轉(zhuǎn)動
物體擁有一個(gè)點(diǎn)（旋轉(zhuǎn)中心），這個(gè)點(diǎn)沒有運(yùn)動，關(guān)于“靜止”框架為參考系。物體上的其他點(diǎn)被描述為以它為圓心的圓弧。通過圓心畫在物體上的基準(zhǔn)直線僅改變它的點(diǎn)的方向。
單純平移
物體上所有點(diǎn)的軌跡為直線。在物體上所畫出的一條基準(zhǔn)線，只會改變它的位置，而不會改變它的角度方向。
任何在物體上所畫出的一條基準(zhǔn)線將改變它的線性位置和它的復(fù)雜運(yùn)動 轉(zhuǎn)動和平移的同時(shí)組合運(yùn)動。
角度方向。在物體上的點(diǎn)將沿不平行的軌跡運(yùn)動，在每個(gè)時(shí)刻，有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的中心，不停改變位置。
連桿機(jī)構(gòu)是所有機(jī)構(gòu)的基本組成模塊。所有一般機(jī)構(gòu)的形式（凸輪、齒輪、帶輪、鏈輪）實(shí)質(zhì)上都是連桿機(jī)構(gòu)的演變。連桿機(jī)構(gòu)由桿件和運(yùn)動副組成。
桿件是一個(gè)剛體，擁有至少2個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)是和其他桿件連接的點(diǎn)。
運(yùn)動副（也稱為接頭）是連接兩個(gè)或多個(gè)連桿（在它們的節(jié)點(diǎn)），在連接桿之間用來連接一些確定的運(yùn)動，或者潛在的運(yùn)動。
低副的關(guān)系用來描述和表面接觸的接頭，如在孔內(nèi)安裝銷。高副的關(guān)系用來描述點(diǎn)或者線接觸的連接。但是如果在孔和銷之間有任意間隙（用于運(yùn)動），在鉸鏈中所謂表面接觸實(shí)際上變?yōu)橹本�接觸，因?yàn)殇N僅接觸孔的一側(cè)。同樣地，在微小精度的水平下，一個(gè)物體在平面上滑動實(shí)際上只在幾個(gè)離散點(diǎn)上接觸，就是表面粗糙的頂端。相比高副，低副的優(yōu)點(diǎn)最主要是它們在包絡(luò)面上具有較好的潤滑能力。尤其對于旋轉(zhuǎn)的鉸鏈效果更好。潤滑劑更容易在高副中被擠出。結(jié)果，鉸鏈具有較低的磨損和較長的壽命。
在設(shè)計(jì)機(jī)器的時(shí)候，我們必須首先完成有關(guān)設(shè)計(jì)的運(yùn)動學(xué)分析，為了獲得有關(guān)運(yùn)動物體的加速度。我們接下來想用牛頓第二定律進(jìn)行動力計(jì)算。但是這樣做，我們必須知道所有已知加速度的移動零件的質(zhì)量。這些零件不會分離！如同任何的設(shè)計(jì)問題一樣，我們在設(shè)計(jì)階段缺少足夠的信息來準(zhǔn)確的決定零件的最佳的大小和形狀。在設(shè)計(jì)中，我們必須估計(jì)連桿的和其他零件的質(zhì)量，為了在初次計(jì)算中通過。我們將反復(fù)驗(yàn)算得到越來越好的解決方案，以便我們得到更多的信息。
對于所有零件，通過假設(shè)一些合理的形狀和尺寸，和通過選擇合適的材料，獲得零件質(zhì)量的最初估計(jì)。每個(gè)零件的體積的計(jì)算等于它的（單位質(zhì)量上的）體積乘以材料的質(zhì)量密度（不是重量密度）來獲得最初的大概質(zhì)量。這些質(zhì)量值用在牛頓定理中。
我們怎么知道，我們選擇桿件的尺寸和形狀是否可以接受，更不用說（尺寸和形狀是）最優(yōu)了。遺憾的是，通過對零件的完整應(yīng)力和變形分析之后，我們用所有的方法計(jì)算才知道（桿件的大小和形狀哪些是可以接受的）。通常情況是，尤其在長的、薄的零件，比如軸或細(xì)長的桿件，即使在較低的應(yīng)力水平下，在它們的動態(tài)負(fù)載下的這些零件變形將限制到設(shè)計(jì)。
我們可能發(fā)現(xiàn)，在動態(tài)負(fù)載下發(fā)生零件的失效。然后，我們不得不又返回到最初的假設(shè)，有關(guān)形狀、大小和這些零件的材料，重新設(shè)計(jì)它們，重復(fù)進(jìn)行受力、應(yīng)力和變形的分析。設(shè)計(jì)不可避免地成為了一個(gè)迭代過程。
值得注意的是，在靜態(tài)力的作用下，可以通過增加零件的質(zhì)量來提高其強(qiáng)度，將不合格的設(shè)計(jì)變?yōu)楹细瘢趧討B(tài)力作用的情況下，這樣做可能產(chǎn)生有害的后果。具有相同加速度的更多質(zhì)量將產(chǎn)生更大的力的作用，所以有更大的應(yīng)力！由于F=ma，機(jī)器的設(shè)計(jì)師經(jīng)常需要減少零件的質(zhì)量，以便減少應(yīng)力和變形。所以，設(shè)計(jì)師需要具有較好的理解材料的特性和應(yīng)力及變形分析的能力，對于最小的質(zhì)量，以便得到合適的零件形狀和尺寸；從而得到承受動態(tài)力的最大的強(qiáng)度和剛度。
Lesson 15 機(jī)構(gòu)的基本內(nèi)容
具有確定運(yùn)動的相互關(guān)聯(lián)的零件和能執(zhí)行有效工作的組合稱為機(jī)器。機(jī)構(gòu)是機(jī)器的組成部分，由兩個(gè)或多個(gè)零件安排組成，以便一個(gè)運(yùn)動驅(qū)動另一個(gè)運(yùn)動。運(yùn)動學(xué)僅研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動，而不考慮作用在機(jī)構(gòu)上的力。在力和扭矩的影響下，動力學(xué)是研究單一物體和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。在靜止的系統(tǒng)里（可忽略慣性的系統(tǒng)），力和扭矩的研究稱為靜力學(xué)。
綜合是一個(gè)過程，通過開發(fā)產(chǎn)品（例如機(jī)構(gòu)）來滿足一系列的性能要求。如果產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)暫時(shí)確定下來，那么需要檢查，確定（這個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)）是否滿足工作性能要求，這個(gè)過程稱為分析。機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包含綜合和分析（兩個(gè)過程）。
設(shè)計(jì)的過程從需求認(rèn)識開始。然后，一系列的要求將羅列出來。通常要求位移、速度和加速度的詳細(xì)分析。零件的設(shè)計(jì)過程在分析受力和扭矩之后進(jìn)行。在第一個(gè)模型產(chǎn)生之后，設(shè)計(jì)過程持續(xù)很長，而且還包括對零件的速度、加速度、力、扭矩的重新設(shè)計(jì)。為了年復(fù)一年獲得更好的設(shè)計(jì)，大部分制造者必須不停的修改它們的產(chǎn)品和它們的生產(chǎn)方法。經(jīng)常需要提高生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品的性能，重新設(shè)計(jì)的費(fèi)用和減輕重量。對問題進(jìn)行正確的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析是成功的關(guān)鍵。
很久以前，大部分基本連桿的結(jié)構(gòu)合并到機(jī)器的設(shè)計(jì)中，我們用來描述（連桿和機(jī)器設(shè)計(jì)）的關(guān)系已經(jīng)變化了很多年。所以，定義和專門用語并不符合技術(shù)文獻(xiàn)的要求。然而，大多數(shù)情況下，具體的含義清楚的出現(xiàn)在解釋問題的語境中。尤其一些機(jī)器的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的關(guān)系研究在以下說明。
桿件
一根桿件是一個(gè)剛體或者連接到運(yùn)動鏈的接頭。剛性桿件的關(guān)系，或者有時(shí)候單一的桿件，在機(jī)構(gòu)的研究中是一種理想的應(yīng)用，由于機(jī)器中零件的（微小的）應(yīng)變，它不需要考慮一些微小的變形。一個(gè)絕對剛體或不可伸長的桿件只能作為真實(shí)機(jī)器零件在教科書上的模型存在。對于典型的機(jī)器零件，在尺寸上最大的變化是千分之一的零件長度。當(dāng)考慮大部分典型機(jī)構(gòu)發(fā)生較大運(yùn)動的時(shí)候，忽略小運(yùn)動是合理的。桿件是用作一般的意思，包括凸輪、齒輪和其他機(jī)械零件，還包括曲柄，連桿和其他銷連接件。
機(jī)架
在機(jī)構(gòu)中固定的或者靜止的桿件稱為機(jī)架。當(dāng)沒有實(shí)際固定的桿件的時(shí)候，我們需要考慮固定一根桿，決定和它相關(guān)的其他桿件的運(yùn)動。例如，在汽車發(fā)動機(jī)中，發(fā)動機(jī)汽缸體看做是一個(gè)機(jī)架，即使汽車是可以移動的。
自由度
連桿機(jī)構(gòu)中自由度的數(shù)目是等于機(jī)架或者固定桿件相連的每個(gè)桿件的指定位置所要求的獨(dú)立參數(shù)的數(shù)目。如果能完全地定義系統(tǒng)的瞬間結(jié)構(gòu)，通過指定一個(gè)獨(dú)立的變量，那么系統(tǒng)具有一個(gè)自由度。大部分實(shí)際機(jī)構(gòu)具有一個(gè)自由度。
一個(gè)自由的剛體具有6個(gè)自由度：在三個(gè)坐標(biāo)系上平移，和繞著三個(gè)坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)。如果在一個(gè)平面上剛體的運(yùn)動受到約束，它有3個(gè)自由度：兩個(gè)坐標(biāo)方向平移和在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
低副和高副
在剛體之間的連接包括零件的低副和高副。低副的2個(gè)組成具有和其他零件有理論表面接觸，而高副的兩個(gè)方面是具有理論點(diǎn)和線的接觸（如果我們忽略變形）。
運(yùn)動鏈
運(yùn)動鏈?zhǔn)菞U件和副（接頭）的裝配。運(yùn)動鏈?zhǔn)怯扇舾蓚�(gè)構(gòu)件和運(yùn)動副連接而成的。在閉式運(yùn)動鏈中，每一個(gè)構(gòu)件都同兩個(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件相連接。未能滿足閉環(huán)標(biāo)準(zhǔn)的連桿結(jié)構(gòu)是一個(gè)開環(huán)的運(yùn)動鏈。
連桿機(jī)構(gòu)
因?yàn)槲覀兿Ｍ麢z查運(yùn)動鏈，不用考慮它們的最終使用，這是很方便的，區(qū)分任意被連桿機(jī)構(gòu)用運(yùn)動接頭連接的剛體的裝配。所以，機(jī)構(gòu)和機(jī)器都被看做是連桿機(jī)構(gòu)。然而在某些參考文獻(xiàn)中，linkage這個(gè)詞只限于由低副構(gòu)成的運(yùn)動鏈。
平面運(yùn)動和平面連桿機(jī)構(gòu) 如果連桿機(jī)構(gòu)中所有點(diǎn)在平行平面中運(yùn)動，系統(tǒng)做平面運(yùn)動，而連桿也被稱為平面連桿。如果我們檢查連桿機(jī)構(gòu)由曲柄，連桿和活塞組成的活塞發(fā)動機(jī)，我們把它看做平面連桿機(jī)構(gòu)。大部分的機(jī)構(gòu)一般用作平面連桿。
空間運(yùn)動和空間連桿 在運(yùn)動中更常見的情況不能被描述為發(fā)生在平行平面的運(yùn)動稱為空間運(yùn)動，而相應(yīng)的連桿機(jī)構(gòu)就被認(rèn)為是空間連桿或者三維連桿。
(四桿機(jī)構(gòu)的)機(jī)架變換 連桿無約束的運(yùn)動取決于連桿是固定的，也就是說，所選的連桿作為機(jī)架。如果另外兩個(gè)相當(dāng)?shù)倪B桿具有不同的固定桿件，那么每一個(gè)都是另一個(gè)的機(jī)架變換。在兩個(gè)連桿中具有相同的相對運(yùn)動。