连衣裙的英语机械工程专业英语原文翻译 哈工版

2021年1月19日发(作者：reality是什么意思)

2
、应力和应变

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< br>,
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, < br>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。< br>
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。< br>
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< br>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，< br>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< br>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
,< br>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
,< br>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。
< br>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< br>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< br>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< br>,
从而以
一种恒定的角速度比例。


然而
,< br>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< br>,
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
、
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
resistanc e).
（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.< br>（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。
）

ic 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 materia l.
（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 materi al.
（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 proc esses.
（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。
）

l 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。
）

12 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. < br>（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 contam ination.
（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< br>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。
< br>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