哈工大版機(jī)電工程專(zhuān)業(yè)英語(yǔ)翻譯

1、Lesson 2 Lubrication潤(rùn)滑 盡管潤(rùn)滑的主要目的之一是為了減少摩擦力，任何可以控制兩滑動(dòng)表面之間的摩擦和磨損(wear) 的物質(zhì)不管是液體、固體或者氣體，都可以歸類(lèi)為(be classed as)潤(rùn)滑劑。經(jīng)過(guò)精心處理去除了所有雜質(zhì)(foreign material)的金屬在相互滑動(dòng)時(shí)，會(huì)粘附(seize)或熔接(weld)到一起. 當(dāng)達(dá)不到高的清潔度(cleanliness)時(shí)，吸附在表面的氣體、水蒸汽、氧化物(oxide)和污染物會(huì)降低摩擦力并減少黏附的趨勢(shì)，但通常會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為“無(wú)潤(rùn)滑”摩擦或干摩擦(dry sliding)。在滑動(dòng)面之間引入一層流體膜，把

2、潤(rùn)滑表面完全隔離開(kāi)，就產(chǎn)生了（result in）流體膜潤(rùn)滑。 這種流體可能是有意引入的，例如汽車(chē)主軸承中的潤(rùn)滑油；也可能是無(wú)意中引入的，例如在光滑的橡膠輪胎與潮濕的路面pavement之間的水。盡管流體通常是油、水和很多其它種類(lèi)的液體，也可以是氣體，最常用的氣體是空氣。 為了把零件隔離開(kāi)，潤(rùn)滑膜中的壓力必須和作用在滑動(dòng)面上的負(fù)載（荷）保持平衡。如果潤(rùn)滑膜的壓力來(lái)自于外界，這種系統(tǒng)被稱(chēng)為流體靜壓hydrostatically潤(rùn)滑.如果潤(rùn)滑表面之間的壓力是由于滑動(dòng)面本身的形狀和運(yùn)動(dòng)所共同產(chǎn)生的，這種系統(tǒng)就稱(chēng)為流體動(dòng)壓（hyrodynamically）潤(rùn)滑。第二種潤(rùn)滑與潤(rùn)滑劑的粘性密切相關(guān)。 處在

3、無(wú)潤(rùn)滑滑動(dòng)和流體膜潤(rùn)滑之間的狀態(tài)被稱(chēng)為邊界潤(rùn)滑，也可以被定義為這樣一種潤(rùn)滑狀態(tài)，在這種狀態(tài)中，表面之間的摩擦力取決于表面性質(zhì)和潤(rùn)滑劑中除粘度以外的其他因素。邊界潤(rùn)滑包括大部分的潤(rùn)滑現(xiàn)象，通常在機(jī)器的啟停時(shí)出現(xiàn)。 當(dāng)普通潤(rùn)滑劑沒(méi)有足夠的承載能力或者不能在極限溫度下工作時(shí)，石墨(graphite)和二硫化鉬 (molybdenum disulfide) 這類(lèi)固體潤(rùn)滑劑得到廣泛的應(yīng)用。但潤(rùn)滑劑不僅僅以油脂、粉末和氣體這樣一些為人們所熟悉的形態(tài)出現(xiàn)，在一些精密的機(jī)器中，金屬也常作為潤(rùn)滑面。 盡管潤(rùn)滑劑主要是用來(lái)控制摩擦和磨損的，能夠且通常也確實(shí)起到許多其他的作用，這些作用隨其用途的不同而不同，但通常是

4、相互聯(lián)系。 潤(rùn)滑面之間潤(rùn)滑劑的數(shù)量和性質(zhì)對(duì)摩擦力的產(chǎn)生有極大影響。例如不考慮熱和磨損這些相關(guān)因素，只考慮兩個(gè)油膜潤(rùn)滑表面間的摩擦力，它比兩個(gè)同樣表面但沒(méi)有潤(rùn)滑時(shí)小200倍。在流體膜潤(rùn)滑狀態(tài)下，摩擦力與流體的黏度成正比（be proportional to-與成正比）。 一些諸如石油衍生物這類(lèi)潤(rùn)滑劑，可以有很多種黏度，因此滿(mǎn)足廣泛的潤(rùn)滑要求。在邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，潤(rùn)滑劑粘度對(duì)摩擦力的影響不像其他化學(xué)性質(zhì)的影響那樣顯著。磨損發(fā)生在由擦傷（abrasion）、腐蝕(corrosion)引起的潤(rùn)滑表面以及固體與固體接觸的表面.適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑劑將能幫助克服上面提到的每種磨損現(xiàn)象 潤(rùn)滑劑通過(guò)增加滑動(dòng)面之間的距離，從

5、而減輕了由于磨料污染物和表面粗糙(asperity)造成的損傷。 潤(rùn)滑劑通過(guò)減少磨損和帶走(carry off)產(chǎn)生的熱量來(lái)控制溫度。其效果取決于潤(rùn)滑劑的用量，環(huán)境溫度和外部冷卻措施。 冷卻劑的種類(lèi)也會(huì)在較小程度上(to a lesser extent)，影響表面溫度。 潤(rùn)滑劑在控制表面腐蝕時(shí)有雙重作用。當(dāng)機(jī)器閑置不工作時(shí)潤(rùn)滑劑起防腐劑(preservative)的作用。當(dāng)機(jī)器工作時(shí)，潤(rùn)滑劑通過(guò)給被潤(rùn)滑零件涂上一層可能含有添加劑(additive)，能使腐蝕材料中和的保護(hù)膜來(lái)控制腐蝕.潤(rùn)滑劑控制腐蝕的能力與潤(rùn)滑劑保留在金屬表面的潤(rùn)滑膜的厚度和潤(rùn)滑劑的化學(xué)成分有直接關(guān)系。 除了減少摩擦外，潤(rùn)滑劑

6、還經(jīng)常有其他的用途。其中一些用途如下所述。 傳遞動(dòng)力：潤(rùn)滑劑被廣泛用來(lái)作為液壓傳動(dòng)中的工作液體。 絕緣：在像變壓器(transformer)和配電裝置(switchgear)這些特殊用途中，具有很高介電常數(shù)的潤(rùn)滑劑起絕緣材料的作用。為了獲得最高的絕緣性能，潤(rùn)滑劑中不能含有任何雜質(zhì)和水分。 減振：在像減振器這種能量傳遞裝置中和在承受很高的周期性載荷的齒輪這樣的機(jī)器零件的周?chē)瑵?rùn)滑劑被作為減振液使用。 密封(sealing)：潤(rùn)滑脂(grease)通常還有一個(gè)特殊作用，就是形成密封層以防止?jié)櫥瑒┩庑购臀廴疚镞M(jìn)入。 Lesson 3 Machine Tool Frames機(jī)床床身 機(jī)身是機(jī)器的基礎(chǔ)部

7、件。大多數(shù)機(jī)身是鑄鐵（cast iron）、焊接結(jié)構(gòu)鋼、復(fù)合材料、混凝土（concrete）材料制作而成。材料選擇由下列因素來(lái)決定。 材料必須能夠抵抗變形和斷裂。硬度必須與其彈性相平衡。機(jī)身必須能承受沖擊且在載荷作用下不能裂縫和永久性變形。 機(jī)身材料具有消除或阻止振動(dòng)（oscillation）傳遞的性能。以減輕降低精度和刀具壽命的振蕩。它必須面對(duì)不利的車(chē)間環(huán)境，包括冷卻液和潤(rùn)滑劑。材料的膨脹不能妨礙滑動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。在正常工作期間材料不能產(chǎn)生太多的熱量，應(yīng)能保護(hù)其形狀，且具有足夠大的密度以支承機(jī)床的其它部件。 鑄件和焊接件應(yīng)用都很廣泛，哪種形式最好由給定條件下的成本來(lái)決定。 鑄鐵：幾乎所有傳統(tǒng)機(jī)

8、床的床身都是由鑄鐵制成，因?yàn)槠渌绞诫y以獲得的形狀都能鑄造而成。鑄件有好的剛度與重量比和好的減震(damp)性能。各種壁厚都容易澆注而成。 盡管鑄鐵是一種便宜的材料，但是每個(gè)鑄件都需要一個(gè)鑄型。鑄型要用螺栓緊固聯(lián)接，且鑄件需要退火處理使得大尺寸鑄件受到限制，這些條件也使得大尺寸鑄件制作困難，花費(fèi)大.尺寸小，大批量生產(chǎn)的機(jī)床由于分擔(dān)的鑄型費(fèi)用較低，常使用鑄鐵床身。單件小批生產(chǎn)的機(jī)床結(jié)構(gòu)用焊接或許是經(jīng)濟(jì)的。 焊接鋼結(jié)構(gòu)：當(dāng)鑄件不容易實(shí)現(xiàn)時(shí)，常用焊接鋼結(jié)構(gòu)制作床身。由于鋼具有高的模數(shù)，常設(shè)置肋提高剛度。焊接件的數(shù)量是設(shè)計(jì)時(shí)需權(quán)衡的因素。 焊接容易得到大尺寸零部件，而且既使最初的設(shè)計(jì)完成后也可以添加一

9、些特征，但是（焊接產(chǎn)生的）熱量會(huì)引起變形，增加費(fèi)用。焊件也有助于削弱振動(dòng)傳遞。制造有時(shí)通過(guò)冷卻液循環(huán)和在床身空腔內(nèi)加鉛和沙子，來(lái)抑制熱變形和減振。 復(fù)合材料：包括高分子材料、（優(yōu)質(zhì)）金屬材料、陶瓷在內(nèi)的這些新材料引起了機(jī)床設(shè)計(jì)的顯著變化。基體和強(qiáng)化材料都能滿(mǎn)足某一具體軸線(xiàn)方向的強(qiáng)度要求。 陶瓷：二十世紀(jì)八十年代，日本制作了陶瓷床身的試驗(yàn)機(jī)床。陶瓷具有足夠的強(qiáng)度、剛度，尺寸穩(wěn)定，耐腐蝕，低表面粗糙度，但脆性大，費(fèi)用高.低的傳導(dǎo)率有時(shí)是優(yōu)點(diǎn)，有時(shí)是缺點(diǎn)。復(fù)合材料和陶瓷的應(yīng)用是有限的。 鋼筋混凝土：盡管普通預(yù)應(yīng)力混凝土在簡(jiǎn)易零件中增大了質(zhì)量，減輕了振動(dòng)，另一種形式應(yīng)用更廣，這是一種碾碎的混凝土或花崗

10、石粘接到高分子基體上而成的高分子基復(fù)合材料。 這種復(fù)合材料較鑄鐵有好的減震性能，幾乎能澆注成各種形狀，不需消除應(yīng)力處理，可以嵌入緊固件和設(shè)置橫檔。但它強(qiáng)度不如金屬高、散熱性能較差。 設(shè)計(jì)者必須考慮相聯(lián)的復(fù)合材料件和金屬件的不同膨脹系數(shù)。這些材料常用于高精度機(jī)床和磨床。 基礎(chǔ)主要保證機(jī)床的剛度，吸振和隔振是次要因素。機(jī)器本身剛度不足時(shí)必須讓基礎(chǔ)彌補(bǔ)。選擇基礎(chǔ)時(shí)，設(shè)計(jì)者必須考慮機(jī)器的重量，產(chǎn)生的力，精度要求及相鄰機(jī)器傳到基礎(chǔ)上的載荷。由于地質(zhì)條件的時(shí)常變化會(huì)影響機(jī)器的穩(wěn)定，因此也是需要考慮的問(wèn)題。 如果一個(gè)小機(jī)床具有足夠的剛度，它就不需要由基礎(chǔ)再補(bǔ)充。載荷較小時(shí)，機(jī)床只需152203mm厚的混凝土

11、基礎(chǔ)。安裝到機(jī)床基礎(chǔ)上的彈性件常有助于隔離車(chē)間的其它力源。 澆筑到車(chē)間地板上的獨(dú)立固定的板支撐較重的機(jī)床。大多數(shù)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是固定板坯來(lái)與車(chē)間其它部分隔離，且該板坯上安裝有主動(dòng)和被動(dòng)的振動(dòng)隔離裝置。 床身設(shè)計(jì)的主要考慮因素有：載荷、阻尼、孔、熱變形、噪聲。 載荷：搞清機(jī)器產(chǎn)生的靜載和動(dòng)載是必不可少的?；眷o態(tài)載荷，有機(jī)床及其工件的重量。動(dòng)載是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的所有載荷。它包括加、減速，刀具切削產(chǎn)生的力，不平衡因素產(chǎn)生的不規(guī)則載荷。力和振動(dòng)相互作用產(chǎn)生的自激載荷。 阻尼：盡管床身材料和設(shè)計(jì)應(yīng)具有和考慮阻尼，但阻尼器常作為床身的一部分來(lái)處理一些具體問(wèn)題。 阻尼器最好設(shè)在幾乎沒(méi)有動(dòng)載的機(jī)床位置，且只有設(shè)

12、計(jì)者徹底搞清了所有涉及到的載荷，它們（阻尼器）才能有效工作。例如一個(gè)在靜載條件下工作良好的阻尼器在動(dòng)載條件下弊大于利。 孔：每個(gè)床身本應(yīng)是實(shí)體的，但機(jī)器需要裝配和維護(hù)。設(shè)計(jì)者必須處理好孔的數(shù)量、尺寸與剛度、強(qiáng)度的關(guān)系。 熱力因素：來(lái)自?xún)?nèi)部和外部的熱量是床身變形的主要原因。外部熱源源包括：周?chē)?chē)間條件，冷卻、潤(rùn)滑介質(zhì)和陽(yáng)光。 機(jī)器也有它自己的熱源：電機(jī)、機(jī)器運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦，刀具對(duì)工件的切削加工。理想的床身溫度要盡量低且保持恒定。 噪音：從健康和安全方面考慮，降低噪音是人們近來(lái)相當(dāng)關(guān)心的問(wèn)題。來(lái)自于運(yùn)動(dòng)部件和風(fēng)扇的空氣渦流是一特殊問(wèn)題。機(jī)殼阻止聲音傳遞，聲音阻尼材料有助于減少有害聲音。 Lesso

13、n 4 Threaded Fasteners螺紋緊固件 螺紋緊固件起著定位、加緊、調(diào)整和從一個(gè)機(jī)器零件向另一個(gè)傳遞力的作用。它們已經(jīng)完全標(biāo)準(zhǔn)化，且通常用于大批量生產(chǎn)的機(jī)器上。 盡管存在其它先進(jìn)的聯(lián)接方式，螺紋緊固件的應(yīng)用仍保留了機(jī)器設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中基本的裝配方法。因此，設(shè)計(jì)者在滿(mǎn)足使用要求時(shí)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)型和尺寸的螺紋緊固件。 螺紋緊固件是這樣一個(gè)裝置，在切線(xiàn)方向上施加一個(gè)較小的力，能在軸線(xiàn)方向上有效地產(chǎn)生并保持一個(gè)較大的力。所有這些都是基于單頭螺紋螺釘?shù)?，它是一個(gè)簡(jiǎn)單機(jī)械，可以在最小的空間內(nèi)產(chǎn)生很大的機(jī)械增益，而且在理論上是自鎖的。而這一有效應(yīng)用，要借助兩個(gè)其它簡(jiǎn)單機(jī)械：杠桿和輪軸機(jī)械。扳手是一

14、種基本杠桿；螺絲刀是一種輪軸機(jī)械。 螺紋緊固件是尺寸較小，承受高拉應(yīng)力的零件。螺紋是通過(guò)在圓柱形棒料上切削加工或冷壓成型的溝槽形成的螺旋凸起物，這樣產(chǎn)生了大家所知的螺釘、螺栓、雙頭螺柱。 螺紋也可在孔的內(nèi)圓柱表面上生成，這就形成了螺母。內(nèi)外螺紋匹配是所有螺紋緊固件裝配的關(guān)鍵。相對(duì)靜止的螺栓，螺母的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿螺栓軸線(xiàn)方向的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。受到阻力時(shí)，螺紋產(chǎn)生軸向力的現(xiàn)象可由斜面原理來(lái)解釋。 再進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)需要增加扭矩（torque）同時(shí)軸向力也增大。這樣只要沒(méi)有像振動(dòng)、溫度變化這些外部因素改變初始條件，這種聯(lián)接就能維持緊固的狀態(tài)。 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（unified shandard）螺紋有三個(gè)基本系列

15、的直徑螺距組合。 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)粗牙螺紋系列是最普通的，推薦用于一般的裝配場(chǎng)合振動(dòng)較小，頻繁拆卸。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)細(xì)牙螺紋系列具有較大張緊力，較適用于精密調(diào)整的場(chǎng)合。該系列常用于航空器的裝配。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)超細(xì)牙螺紋用于薄壁零件的外螺紋配合。該系列用于要求抗振動(dòng)性強(qiáng)的場(chǎng)合，及更精密調(diào)整的場(chǎng)合。 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)螺紋用一個(gè)簡(jiǎn)化符號(hào)標(biāo)識(shí)在圖形零件的細(xì)表等場(chǎng)合。該符號(hào)包括：尺寸，螺紋系列，配合等級(jí)，內(nèi)外螺紋符號(hào)（A外螺紋，B內(nèi)螺紋）及旋向。 如標(biāo)示：，表示：一外螺紋零件，公稱(chēng)直徑英寸，20牙/英寸的統(tǒng)一粗牙螺紋，公差等級(jí)2，及右旋螺紋。 右旋螺紋由于是標(biāo)準(zhǔn)旋向，其右旋標(biāo)示常省略。另一例子：表示：內(nèi)螺紋，左旋，公稱(chēng)尺寸（直徑）英

16、寸，統(tǒng)一細(xì)牙螺紋16牙/英寸，公差等級(jí)2。 ISO標(biāo)準(zhǔn)包含許多直徑螺距組合系列，但推薦的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)指定了單一的直徑螺距組合系列。公制螺紋標(biāo)示為：字母M后接公稱(chēng)直徑（mm）X螺距（mm）。 例如M4×0.7表示公制螺紋公稱(chēng)直徑4mm，螺距0.7mm。 墊片經(jīng)常與螺紋緊固件一同使用，為螺母和螺栓頭提供一個(gè)較好的支撐面；為在大的清潔的孔和狹槽上提供一個(gè)支撐面；為了在較大的面上分布載荷；為裝配時(shí)免于零件損壞；為了改善扭矩張緊比（通過(guò)減少摩擦），為了在某些情況下通過(guò)彈簧（墊片）作用提供自鎖。 平墊圈是薄的環(huán)片，主要用于提供支撐面，分布載荷，無(wú)自鎖性能。彈簧墊片實(shí)際是在載荷作用下變平的單圈螺旋形彈

17、簧。彈簧作用有助于維持螺栓受力，同時(shí)開(kāi)口咬入支承面提供自鎖作用。鎖緊墊圈通常由淬硬鋼(hardened steel)制作。 碳鋼和合金鋼是緊固件最常用的材料。在要求較好抗腐蝕性能的場(chǎng)合，許多不銹鋼(stainless)也常用于螺紋緊固件。像蒙乃爾銅合金和因科合金，這樣的鎳高溫合金常用于高溫下強(qiáng)度不變及抗腐蝕性能好的緊固件。 鋁（aluminum）、青銅(bronze)、黃銅(brass)也用于螺紋緊固件。在腐蝕環(huán)境中且強(qiáng)度要求不高時(shí)，尼龍和其它塑性材料制作的緊固件既適用又經(jīng)濟(jì)。 Lesson 5 Working Drawing 生產(chǎn)圖紙 工作圖是將設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品所依據(jù)的圖樣。所有的正投影（o

18、rthographic projection）原理和繪圖技術(shù)都可用來(lái)在工作圖中表達(dá)項(xiàng)目中的細(xì)節(jié)。 零件圖(detail drawing)是在一整套工作圖中一個(gè)零件（或細(xì)節(jié)）的工作圖。 技術(shù)要求（specificaion）是工作圖中所附的文字說(shuō)明部分。當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)方案需要用幾張圖紙來(lái)表示時(shí)，通常將技術(shù)要求以統(tǒng)一(consolidate)的格式寫(xiě)在工作圖上 。 在繪制零件圖之前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)工作圖進(jìn)行透徹的分析，以保證每個(gè)零件與其他零件有適當(dāng)?shù)呐浜?，所?biāo)注的公差（tolerance）準(zhǔn)確無(wú)誤，接觸表面具有適當(dāng)?shù)拇植诙?，零件之間可以產(chǎn)生正確的運(yùn)動(dòng)。 在準(zhǔn)備工作圖時(shí)，大部分工作由繪圖員來(lái)完成，但設(shè)計(jì)人

19、員通常是工程師，要對(duì)圖紙的正確與否負(fù)責(zé)。正是工作圖使產(chǎn)品得以生產(chǎn)或建造出來(lái)。 工作圖是法律合同，記錄了在工程師的指導(dǎo)下，制定的設(shè)計(jì)細(xì)則和技術(shù)要求。因此圖紙必須盡可能地清楚、準(zhǔn)確和詳盡。 對(duì)于一個(gè)項(xiàng)目，在生產(chǎn)或建造時(shí)進(jìn)行修改（revision）或更改(modification)所付出的代價(jià)遠(yuǎn)比在設(shè)計(jì)初始階段進(jìn)行這項(xiàng)工作花費(fèi)更多的費(fèi)用。 質(zhì)量較差的工作圖將會(huì)浪費(fèi)時(shí)間和資源，且會(huì)增加實(shí)施成本。為了在經(jīng)濟(jì)上有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，圖紙必須盡可能地沒(méi)有差錯(cuò)（error-free）。 英寸是英制的基本單位，實(shí)際上在美國(guó)所有的生產(chǎn)圖紙中卻用英寸來(lái)標(biāo)注尺寸。 毫米是公制的基本單位。標(biāo)注尺寸時(shí)可以省略去數(shù)字后面公制單位的縮

20、寫(xiě)，因?yàn)闃?biāo)題欄附近的SI符號(hào)表明所有單位卻是公制的。 有些工作圖同時(shí)使用英寸和毫米兩種單位標(biāo)注尺寸，通常將用毫米標(biāo)注的尺寸放在圓括號(hào)或方括號(hào)中。單位也可以先用毫米給出。然后換算成英寸，并且將其放在方括號(hào)中表示，兩種單位之間的換算會(huì)產(chǎn)生必須舍入的數(shù)位誤差。每張圖紙所用的主要單位制，必須在標(biāo)準(zhǔn)欄中加以說(shuō)明。 在實(shí)踐中標(biāo)題欄中通常包括標(biāo)題或零件名稱(chēng)、制圖員、日期、比例、公司和圖號(hào)。 另外，還可以包含公差、審核者和材料等信息，在第一次制圖之后，任何為改進(jìn)設(shè)計(jì)方案而做的修改和更正都應(yīng)該在修改欄中標(biāo)明。 根據(jù)項(xiàng)目復(fù)雜度的不同，一套工作圖和圖紙數(shù)量少則一張，多至一百多張。因此在每張圖紙上標(biāo)注上序號(hào)和這套圖紙

21、的總數(shù)是重要的。例如6張一套中的第2張，6張一套中的第3張，等等。 在零件明細(xì)表中，零件的序號(hào)和名稱(chēng)必須與工作圖中的同一個(gè)零件一致。還要給出所需要的圖樣零件的數(shù)量和制造零件所用的材料。 如果一套工作圖中每一張圖紙都采用同一種比例，只要在每張圖的標(biāo)題欄中標(biāo)明一次即可。如果一張工作圖上有幾個(gè)不同比例的零件圖，要在每組視圖上標(biāo)明其比例。在這種情況下，在標(biāo)題欄中對(duì)應(yīng)比例的位置上標(biāo)明“如圖所示”。當(dāng)圖紙沒(méi)有按照比例繪制時(shí)，將縮寫(xiě)NTS（不按比例）放在標(biāo)題欄中。 零件名稱(chēng)和序號(hào) 給每個(gè)零件一個(gè)名稱(chēng)和序號(hào)，所用的字母和數(shù)字的高度為1/8英寸（3mm）。將零件序號(hào)放在圓圈內(nèi)，這種圓圈稱(chēng)balloons（氣球）

22、，其直徑大約是數(shù)字高度的4倍。 將零件的序號(hào)放在該零件視圖附近，以便清楚地表明它們之間的關(guān)系（association）。在裝配圖中，圓圈是非常重要的，以為同樣的零件序號(hào)將用在零件明細(xì)表內(nèi)。 圖紙的審核人員應(yīng)該具有特殊的素質(zhì)，他們能夠發(fā)現(xiàn)圖中的錯(cuò)誤，提出修改和改進(jìn)意見(jiàn)，以便制造出物美價(jià)廉的產(chǎn)品 。審核人員可以是在制圖和加工工藝方面有豐富經(jīng)驗(yàn)的主任制圖員，或是創(chuàng)始該項(xiàng)目的工程師或者設(shè)計(jì)人員。在一些較大的公司中，圖紙要由有關(guān)的各個(gè)生產(chǎn)車(chē)間會(huì)同評(píng)審，確保為每個(gè)零件指定最有效的生產(chǎn)方法。 審核人員從不審核原圖，而是用彩色鉛筆在藍(lán)圖上進(jìn)行修改。并將修改后的圖紙退還給制圖員，讓其對(duì)原圖進(jìn)行修改，并準(zhǔn)備另一張

23、圖紙供最后核準(zhǔn)用。 審核人員通過(guò)工作圖、零件圖檢查設(shè)計(jì)方案是否正確無(wú)誤。此外他們還負(fù)責(zé)檢查圖紙的完整性、質(zhì)量、易讀性和清晰度 。 除了(in addition to)對(duì)每處修改卻做好記錄外，制圖員應(yīng)該記錄整個(gè)項(xiàng)目期間所做的一切更改。隨著項(xiàng)目的進(jìn)行，制圖員應(yīng)該將所有的更改日期和有關(guān)人員記錄下來(lái)。 這樣的記錄使得任何人員在將來(lái)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行復(fù)核時(shí)，很容易清楚地了解獲得最后設(shè)計(jì)方案所經(jīng)理的過(guò)程。 在圖紙的準(zhǔn)備過(guò)程中，經(jīng)常要進(jìn)行許多計(jì)算。如果計(jì)算結(jié)果丟失或者計(jì)算工作完成的不好，則必須重新進(jìn)行計(jì)算，因此，它們作為記錄的永久組成部分 。Lesson 6 Engineering Design工程設(shè)計(jì)

24、工程設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)（systematic）的過(guò)程，通過(guò)它可以解決人類(lèi)需要解決的問(wèn)題。這一過(guò)程被用于解決許多變化的復(fù)雜性的問(wèn)題。 例如，機(jī)械工程師應(yīng)用這一設(shè)計(jì)過(guò)程去找到一種有效的高效的方法，把用于動(dòng)力傳送系統(tǒng)（drive train）的內(nèi)燃機(jī)中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電力工程師應(yīng)用這一設(shè)計(jì)過(guò)程去設(shè)計(jì)用落水做動(dòng)力源的發(fā)電系統(tǒng)；材料工程師應(yīng)用這一設(shè)計(jì)過(guò)程研制燒蝕材料，使宇航員能安全地重返地球（大氣層）。 現(xiàn)代高技術(shù)社會(huì)的大量復(fù)雜問(wèn)題的解決，不是取決于單一的工程學(xué)科，而是取決于由工程師、科學(xué)家、環(huán)境保護(hù)專(zhuān)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、社會(huì)學(xué)家和法律專(zhuān)家組成的團(tuán)隊(duì)。解決問(wèn)題不僅依靠技術(shù)的合理應(yīng)用，而且要考慮通過(guò)政府法

25、規(guī)和政治影響引起的大眾情緒。作為工程師被授權(quán)利用專(zhuān)門(mén)技術(shù)來(lái)研究和改進(jìn)產(chǎn)品和系統(tǒng)，但同時(shí)我們必須知道我們的行為一般對(duì)社會(huì)和環(huán)境的影響，并考慮所有相關(guān)因素，盡責(zé)的工作，找出最好的解決辦法。設(shè)計(jì)是工程教育過(guò)程的制高點(diǎn)；正是這一顯著特征把(工程設(shè)計(jì))和其他職業(yè)區(qū)分開(kāi)來(lái)。 工程設(shè)計(jì)的正式定義可以在工程技術(shù)鑒定合格委員會(huì)（ABET）的課程指導(dǎo)方針中找到。ABET安排工程學(xué)校的課程，ABET的成員人數(shù)來(lái)自各種工程專(zhuān)業(yè)協(xié)會(huì)。每一門(mén)授權(quán)的課程有一個(gè)解釋清楚的設(shè)計(jì)部分，該部分包含在ABET指導(dǎo)方針中。ABET對(duì)設(shè)計(jì)的解釋如下： 工程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)系統(tǒng)、元件的過(guò)程，或者是滿(mǎn)足希望要求的過(guò)程。 它是一個(gè)決策指定的過(guò)程（經(jīng)

26、常需要反復(fù)），在此過(guò)程中為了達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)，最佳地應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程科學(xué)，把它們轉(zhuǎn)化成資源。 課程的工程設(shè)計(jì)部分必須包括以下大部分特性：學(xué)生創(chuàng)造性的培養(yǎng)、能適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的問(wèn)題使用、現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的發(fā)展和應(yīng)用、設(shè)計(jì)問(wèn)題的陳述和詳細(xì)說(shuō)明、其它解決問(wèn)題方法的考慮、可行性研究、生產(chǎn)過(guò)程、并行工程設(shè)計(jì)以及詳細(xì)的系統(tǒng)描述。另外，還必須包括許多實(shí)際約束，如經(jīng)濟(jì)因素、安全、可靠性(reliability)、美學(xué)(aesthetis)、道德(ethics)和社會(huì)反響等。 如果說(shuō)二十世紀(jì)下半葉可以提到的大的事情，那就是信息的爆炸。對(duì)大多數(shù)課題可以揭示的數(shù)據(jù)量是勢(shì)不可擋的。在大部分組織的高層次人才都配有助

27、手，這些助手把他們必須讀到、聽(tīng)到和看到的大部分事情進(jìn)行精簡(jiǎn)。當(dāng)你查找一些信息資料時(shí)，如果這些資料很重要，做好準(zhǔn)備瀏覽大量資料并記下它們的位置，這樣做你能容易地獲得。 可得到的一些資源如下： 1、現(xiàn)有的解決方案。如果實(shí)際的產(chǎn)品可以被確定、研究，以及在某些情況下可以買(mǎi)到以用于詳細(xì)的分析，則從現(xiàn)有的解決方案到特定的需要可以知道許多事情。除非完全理解現(xiàn)有的解決方案，否則不能找到一個(gè)改進(jìn)的或革新的解決方案。 2、你的圖書(shū)館。許多大學(xué)設(shè)有教你如何使用你的圖書(shū)館的課程。這些課程與化學(xué)和微積分學(xué)課程相比是容易的，但不能低估它們的重要性。在圖書(shū)館里有很多資源能幫你找到你所要搜索的信息。在一個(gè)索引中可以找到你想要

28、的東西，例如在工程索引中。你的問(wèn)題的性質(zhì)將直接告訴你誰(shuí)可以幫助你。不要不好意思請(qǐng)求圖書(shū)管理員的幫助。你應(yīng)該充分利用圖書(shū)館的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)（database）和經(jīng)常通過(guò)光盤(pán)只讀存儲(chǔ)器（CD-ROM）來(lái)獲取信息。 3、專(zhuān)業(yè)組織。美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（The American Society of Mechanical Engineers）是一個(gè)技術(shù)協(xié)會(huì)，它對(duì)機(jī)械專(zhuān)業(yè)的學(xué)生非常有吸引力。你學(xué)院的每一個(gè)專(zhuān)業(yè)不僅與一個(gè)而且經(jīng)常與好幾個(gè)這樣的會(huì)有聯(lián)系（be associated with）。國(guó)家專(zhuān)業(yè)工程師協(xié)會(huì)是一個(gè)組織，大部分工程方面的學(xué)生最終要加入這一組織，以及至少一個(gè)技術(shù)協(xié)會(huì)如美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)（ASCE

29、）、美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）或十二個(gè)協(xié)會(huì)中的任何一個(gè)都對(duì)許多專(zhuān)業(yè)技術(shù)感興趣，專(zhuān)業(yè)實(shí)踐似乎與這些專(zhuān)業(yè)有非常緊密的聯(lián)系。許多工程師是幾個(gè)協(xié)會(huì)和學(xué)會(huì)的會(huì)員。 4、行業(yè)雜志（trade journal）。 錢(qián)和經(jīng)濟(jì)是工程設(shè)計(jì)和決策制定的一部分。我們生活在一個(gè)以經(jīng)濟(jì)和競(jìng)爭(zhēng)為基礎(chǔ)(be based on)的社會(huì)。許多好的想法不能實(shí)施無(wú)疑(no doubt)是真的，因?yàn)檫@些想法被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上是不可行的。我們中的大部分人都知道我們每天的生活條件。我們的父母給我們解釋為什么我們不能得到某些我們想要的東西，是因?yàn)檫@些東西太貴。同樣，我們也不能把某些非?？释臇|西加入到我們的設(shè)計(jì)中，因?yàn)槲覀儷@得的價(jià)值與

30、它的成本相比(in relation to)不能獲得足夠的效益。 工業(yè)正在不斷地尋找(look for)所有類(lèi)型的新產(chǎn)品。某些產(chǎn)品是渴望的，因?yàn)楝F(xiàn)有的產(chǎn)品在市場(chǎng)中不具有很好的競(jìng)爭(zhēng)力。其它的產(chǎn)品被簡(jiǎn)單的試做，因?yàn)樗坪跞藗儗①I(mǎi)它們。生產(chǎn)廠(chǎng)商如何知道其生產(chǎn)的新產(chǎn)品是否受歡迎呢？他們很少能知道確切答案。在市場(chǎng)分析時(shí)，統(tǒng)計(jì)數(shù)字是重要的考慮。你們中的大部分人將會(huì)發(fā)現(xiàn)，概率和統(tǒng)計(jì)是你們所選課程的一個(gè)整體部分。數(shù)學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)可以使我們做出推論，即多大人群將根據(jù)少數(shù)人的反應(yīng)而反應(yīng)。 Lesson 7 Engineering Design and safety factors工程設(shè)計(jì)和安全系數(shù) 工程材料和應(yīng)用材料

31、的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)最初都會(huì)涉及材料的墨菲法則和材料應(yīng)用法則。墨菲法則：如果任何材料有可能出問(wèn)題，它（系統(tǒng)）終將出問(wèn)題。材料應(yīng)用法則：（1）任何材料都是不牢固的；（2）材料系統(tǒng)的強(qiáng)度和牢固程度僅僅像它最薄弱的、最不牢固的部分。 雖然這些法則是顯見(jiàn)的、不容置疑的，我們還要詳細(xì)描述這些法則，特別是材料應(yīng)用法則。所有材料確實(shí)是不牢固的。即使像白金（platinum）這樣的材料在特殊環(huán)境中也會(huì)性能減弱。 在壓力作用下，所有材料都會(huì)有變化。蠕變(creep)是一個(gè)例子。在蠕變壓力作用下，若有足夠的時(shí)間，所有材料一定會(huì)產(chǎn)生屈服。 Creep deformation蠕變變形Creep fracture蠕變斷裂蠕變

32、：在恒定溫度恒定拉伸載荷下，試件變形隨時(shí)間緩慢增大的現(xiàn)象。壓力和環(huán)境共同（in concert）作用會(huì)造成屈服，例如，應(yīng)力腐蝕裂紋。蠕變溫度影響和應(yīng)力溫度影響都會(huì)導(dǎo)致性能降低、零件和系統(tǒng)失敗。 設(shè)計(jì)過(guò)程通常從解決方案的詳細(xì)描述開(kāi)始。有時(shí)我們把設(shè)計(jì)過(guò)程說(shuō)成是設(shè)計(jì)循環(huán)，但它或許是一個(gè)設(shè)計(jì)循環(huán)外加依賴(lài)于設(shè)計(jì)而進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)的設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程。 設(shè)計(jì)循環(huán)涉及最初的構(gòu)想、草圖、在詳細(xì)描述階段繪制工作圖的知識(shí)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)現(xiàn)在已用于設(shè)計(jì)過(guò)程，各種設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)思想能被檢驗(yàn)和仿真。 即使在早期的設(shè)計(jì)循環(huán)中，具有一些材料的概念也是有用的。除非開(kāi)發(fā)出新的材料，否則由于材料不具有必要的性能而不能實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)只能是一個(gè)永遠(yuǎn)不

33、能成為現(xiàn)實(shí)的概念。在制造之前必須依據(jù)設(shè)計(jì)要求給出材料的技術(shù)要求（specification）。 如果現(xiàn)存的材料不具備必要的性能，或者只有新材料開(kāi)發(fā)出來(lái)才能制造，在設(shè)計(jì)仿真階段就必須改動(dòng)這些材料的技術(shù)要求。在設(shè)計(jì)中材料是現(xiàn)實(shí)的。 圖1所示為一個(gè)包括設(shè)計(jì)實(shí)施的設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)圖（schematic representation）。由于材料使設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)，因此其地位當(dāng)然是至關(guān)重要的。 圖1示意圖或許不能描述最終產(chǎn)品。設(shè)計(jì)之初或許要構(gòu)想一個(gè)用于檢驗(yàn)和進(jìn)一步完善的原型，以開(kāi)發(fā)最終產(chǎn)品。 一般來(lái)講，最終產(chǎn)品要求工作可靠、經(jīng)濟(jì)（有利可圖）和安全。 安全系數(shù)常用于估算和考慮用于設(shè)計(jì)中的材料強(qiáng)度。安全系數(shù)一般用于材料

34、的屈服強(qiáng)度（yield strength），也能用于極限抗拉強(qiáng)度。屈服應(yīng)力是超過(guò)它以后材料（尤其是金屬、合金）會(huì)產(chǎn)生永久性變形的應(yīng)力。超過(guò)屈服應(yīng)力或屈服強(qiáng)度，材料開(kāi)始蠕變。也就是產(chǎn)生位移(dislocation)，即連續(xù)施加一超過(guò)屈服強(qiáng)度的載荷材料將產(chǎn)生滑移。 再過(guò)一段時(shí)間或許會(huì)產(chǎn)生裂紋（slip）。所以始終在不超過(guò)極限應(yīng)力的狀態(tài)下工作，材料不會(huì)屈服。人們有時(shí)以屈服強(qiáng)度的一部分（幾分之一）為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，假設(shè)材料永遠(yuǎn)不會(huì)超過(guò)屈服應(yīng)力值的一半，并在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)用，這樣安全系數(shù)為2。在極限狀態(tài)下，人們或許允許最大應(yīng)力為y/4，這時(shí)安全系數(shù)為4。 顯然，一個(gè)設(shè)計(jì)讓材料連續(xù)工作在極限抗拉應(yīng)力附近

35、是不安全的。另一方面，由于沒(méi)有材料具有規(guī)定的強(qiáng)度，很大的安全系數(shù)將使設(shè)計(jì)不能實(shí)施。另外即使該強(qiáng)度可以實(shí)現(xiàn)，材料選用也是不合理的。為了這種想要的應(yīng)用，從其它方面講，材料或許太貴、易腐蝕、不穩(wěn)定?；蛟S除高強(qiáng)度外，需要高的導(dǎo)電率。 最后，讓我們看一下材料系統(tǒng)的概念。一個(gè)系統(tǒng)大多數(shù)情況下包括構(gòu)成整體的要素和要素間的聯(lián)系。 機(jī)器是相互聯(lián)系的零件構(gòu)成的機(jī)械系統(tǒng)。材料也是材料之間相互聯(lián)系構(gòu)成的系統(tǒng)。系統(tǒng)可以分成相互聯(lián)系的不同材料部分，在大多數(shù)理想系統(tǒng)中，材料由連接不同部分或在不同區(qū)域（regim）過(guò)渡的接觸面或邊界面分開(kāi)。斷裂會(huì)在晶粒接觸面間產(chǎn)生，所以即使一個(gè)多晶的金屬或合金材料也認(rèn)為是一個(gè)相互聯(lián)系的晶粒系

36、統(tǒng)。 我們討論屈服時(shí)，這種認(rèn)識(shí)是非常重要的：屈服不但產(chǎn)生在相互聯(lián)接的區(qū)域，而且發(fā)生在聯(lián)系本身。接觸面也是系統(tǒng)的一部分，所以在最薄弱環(huán)節(jié)界面分離是必然結(jié)果，符合墨菲法則。 防止失效不是沒(méi)有希望的，即使在很復(fù)雜的材料系統(tǒng)中，它需要大量的實(shí)驗(yàn)、計(jì)算、弄清各種條件下材料的變化。選擇最優(yōu)（optimum）條件，不使用極限狀態(tài)（面向最薄弱環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，使用安全系數(shù)），引入安全系數(shù)，考慮環(huán)境變化，甚至特殊條件的應(yīng)用，所有這些都有利于產(chǎn)品的成功使用.人們只要看一下我們身邊的技術(shù)，就會(huì)欣賞到：我們?cè)O(shè)計(jì)的有效的、可靠的、用途廣泛的產(chǎn)品和設(shè)備是多么的成功！ Lesson 8 Mechanical Design機(jī)械設(shè)計(jì)

37、歷史上大部分時(shí)間內(nèi)，機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科需要的知識(shí)僅僅局限于機(jī)械零件及其裝配。但在二十世紀(jì)早期，電的部分被引入到機(jī)械設(shè)備中。 從那時(shí)起，這門(mén)學(xué)科經(jīng)歷了從純粹的機(jī)械產(chǎn)品到機(jī)電產(chǎn)品的平穩(wěn)轉(zhuǎn)變。然而，設(shè)備無(wú)論電子設(shè)備如何發(fā)展，仍然需要機(jī)械設(shè)備用來(lái)制造和裝配，需要箱體類(lèi)的機(jī)械零件用來(lái)安裝。另外所有產(chǎn)品都需要機(jī)械的界面與人類(lèi)交互。 在二十世紀(jì)六、七十年代，另外一個(gè)學(xué)科又加入到電動(dòng)機(jī)械設(shè)計(jì)中來(lái)，也就是軟件設(shè)計(jì)。許多機(jī)電產(chǎn)品現(xiàn)在都有作為它們控制系統(tǒng)一部分的微處理器。 想想看！例如照相機(jī)、復(fù)印機(jī)及許多“聰明”的玩具。具有機(jī)械的、電的、軟件部分的產(chǎn)品稱(chēng)為機(jī)電設(shè)備。這些設(shè)備設(shè)計(jì)的難度在于需要機(jī)、電、軟三個(gè)相互交叉卻又明顯

38、屬不同學(xué)科的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)。當(dāng)我們按照傳統(tǒng)的方式將機(jī)械工程分為各個(gè)方面時(shí)，我們將其分為各個(gè)學(xué)科：流體力學(xué)、熱力學(xué)、機(jī)械學(xué)等。 在對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行分類(lèi)時(shí)，這種面向?qū)W科的方法已不再適用。想一想！例如一種最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)選擇設(shè)計(jì)。選擇設(shè)計(jì)意思是在滿(mǎn)足某種要求的供選擇項(xiàng)目中選擇一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目。一般的例子是：選擇合適的軸承；為光學(xué)設(shè)備選擇合適的透鏡；為制冷設(shè)備選擇合適的風(fēng)扇；為某一過(guò)程選擇合適的熱交換器。即使學(xué)科不同，這些問(wèn)題的每一個(gè)解決過(guò)程基本上是一樣的。 本文的目的是描述獨(dú)立于某一學(xué)科的設(shè)計(jì)的不同類(lèi)型。首先我們必須認(rèn)識(shí)到大部分設(shè)計(jì)是各種類(lèi)型問(wèn)題的綜合。例如，我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)新型的消費(fèi)品，該設(shè)備能放進(jìn)一

39、個(gè)生雞蛋，打碎它，油煎到預(yù)設(shè)的某種程度，最后傳遞到盤(pán)子里。由于這是一個(gè)新產(chǎn)品有許多創(chuàng)新設(shè)計(jì)工作要做。隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)行，我們發(fā)現(xiàn)必須配置各零部件；分析油煎部分的熱傳遞，這就需要參數(shù)設(shè)計(jì)；選擇加熱元件和各種緊固件將各部分連接成一體。每一個(gè)用斜體印刷的術(shù)語(yǔ)都包含了一種不同類(lèi)型的設(shè)計(jì)問(wèn)題。很難找到一個(gè)問(wèn)題純屬于一種類(lèi)型。 選擇設(shè)計(jì)：選擇設(shè)計(jì)是從相似項(xiàng)目列表中選擇一個(gè)或幾個(gè)項(xiàng)目。我們每次做這種類(lèi)型的設(shè)計(jì)都要從目錄中選一項(xiàng)。聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但是如果目錄中包含多個(gè)項(xiàng)目而且某一項(xiàng)目有許多不同的特征，那么問(wèn)題就很復(fù)雜了。 為了解決好選擇設(shè)計(jì)問(wèn)題，必須一開(kāi)始就有明晰的需求。這樣選項(xiàng)的目錄或列表才能產(chǎn)生問(wèn)題的可能解決方案

40、。我們必須評(píng)估潛在的解決方案和我們的具體需求，以做出正確的選擇。一個(gè)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的設(shè)計(jì)類(lèi)型稱(chēng)為配置設(shè)計(jì)。在這種設(shè)計(jì)中，所有的組成部分都已設(shè)計(jì)好，問(wèn)題是如何將它們裝配成一個(gè)完整的產(chǎn)品。 Configuration Design 配置性設(shè)計(jì) Paragraph 7 Parametric design 參數(shù)性設(shè)計(jì) 參數(shù)設(shè)計(jì)是找到一個(gè)表達(dá)研究物體特征的變量或參數(shù)。這看起來(lái)非常容易，正像找到一個(gè)滿(mǎn)足方程的值。但是讓我們看一個(gè)很簡(jiǎn)單的例子。我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)容納4m3液體的立式圓柱形儲(chǔ)油罐。這一個(gè)罐可以用參數(shù)r-半徑和l-長(zhǎng)度來(lái)描述。 cylindrical tank    立式圓柱形油罐

41、這樣體積由 V = ×r2×l 來(lái)決定 ，給定容積等于4m3，則 r2×l = 1.273 我們可以發(fā)現(xiàn)有無(wú)窮多個(gè)半徑和長(zhǎng)度值滿(mǎn)足這個(gè)方程。 參數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確的確定為何值？答案是不明確的，應(yīng)該用已知信息進(jìn)一步清楚地定義。 任何時(shí)候如果一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題需要開(kāi)發(fā)一個(gè)前所未有的工藝、零件或裝配件，那么它就需要進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)（它也能描述為：如果我們發(fā)明了一個(gè)以前未曾有的車(chē)輪，那么我們就是在進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)）。 大多數(shù)的選擇、配置和參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題能通過(guò)方程、規(guī)則或其它一些合乎邏輯的方案給出答案，而創(chuàng)新設(shè)計(jì)問(wèn)題不能概括成任何算法。每個(gè)問(wèn)題都有新的、獨(dú)到的東西。 在許多情況下，其它種類(lèi)的設(shè)計(jì)選擇

42、、配置、參數(shù)都可以簡(jiǎn)單限定為創(chuàng)新設(shè)計(jì)的子問(wèn)題。可能的解決方案可以被局限在一個(gè)列表、一個(gè)零件組合、一系列相關(guān)特征值。這樣如果我們有一套完成創(chuàng)新設(shè)計(jì)的方法，那么我們就能通過(guò)多種可能的解決方法解決所有問(wèn)題。 Lesson 9 Grinding Machines 磨床 磨削是切屑加工的金屬切削過(guò)程，除了切屑小得難以發(fā)現(xiàn)和識(shí)別以外其加工過(guò)程完全像車(chē)削（turning）和銑削(milling )。磨削與形成大尺寸切屑的切削方法相比另一個(gè)最基本的不同是磨削刀具，它是磨料顆粒，在載體上形狀和方向均不一致，是砂輪形狀、石頭或其它裝置。 從金屬切削角度講，磨削是車(chē)削和銑削的綜合。像銑削一樣，磨削刀具（高速）運(yùn)動(dòng)，

43、像車(chē)削一樣，工件雖不一定旋轉(zhuǎn)但也總是運(yùn)動(dòng)的。 與工件旋轉(zhuǎn)的相比，在磨削刀具下面直線(xiàn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工件及其安裝方式的差別形成了磨削的各基本類(lèi)型。前者稱(chēng)為外圓磨削，后者稱(chēng)為平面磨削，兩種形式都能加工出粗糙工件的高精度表面。 工件和刀具通常都是運(yùn)動(dòng)的這一事實(shí)使得磨削的分析與控制與車(chē)削和銑削相比復(fù)雜得多。這也是磨削生產(chǎn)者傾向于設(shè)計(jì)和制造磨削（專(zhuān)用的）CNC系統(tǒng)的主要原因之一。 許多外圓磨床（cylindrical grinder）設(shè)計(jì)成與車(chē)床相似的樣式。代替刀夾（toolholder），由一個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磨削砂輪的進(jìn)給(feed)，而所有其它部件主軸箱(headstock)、尾架(tailstock)、導(dǎo)軌

44、(ways)和床身(bed)，通常都可以在車(chē)床上找到一個(gè)相似的部件。 主要區(qū)別在于整個(gè)工件夾持系統(tǒng)安裝在一組導(dǎo)軌上，因此可以相對(duì)砂輪做軸向進(jìn)給。 在外圓磨床上，砂輪沿徑向?qū)ぜM(jìn)給，工件或許保持靜止或許（軸向）往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工件往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，徑向進(jìn)給只是在每個(gè)行程(stroke)的端部進(jìn)行。 第三種主要形式的磨床是無(wú)心(centerless)磨床，所有車(chē)床沒(méi)有與它相似的。在無(wú)心磨床上工件既不通過(guò)中心也不用卡盤(pán)夾持，而是放在砂輪和導(dǎo)輪之間的托板上，導(dǎo)輪控制它的旋轉(zhuǎn)。導(dǎo)輪控制工件的旋轉(zhuǎn)速度，它是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，砂輪使工件的速度增大時(shí)，它又是一個(gè)制動(dòng)器。 托板使工件在兩輪間就位。 平面磨床也有幾種基本的設(shè)計(jì)?；?/p>

45、許最一般的是砂輪及其相關(guān)的安裝在往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)上或其它直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置上，用于夾持工件的機(jī)構(gòu)。 工件來(lái)回運(yùn)動(dòng)時(shí)，砂輪作軸向進(jìn)給。 從概念上講，這種類(lèi)型的磨床與（龍門(mén)）刨床(planer)相似，只是砂輪（裝置）代替了刀夾.在這種機(jī)床上，磨床是通過(guò)砂輪的圓周(periphery)來(lái)工作的。磨削是應(yīng)用相當(dāng)廣泛的工藝（方法），多年來(lái)開(kāi)發(fā)了許多基于基本設(shè)計(jì)的工藝方法，這里不可能全部涵蓋。 坐標(biāo)磨床、超高精軸承球磨床和其它所有專(zhuān)用磨床，每一個(gè)都很容易寫(xiě)成一篇長(zhǎng)于本文的文章。而原理基本上是一樣的，幾乎所有磨削加工余量都很小。 一種值得一提的專(zhuān)用磨床是工具磨床，顧名思義，它是用來(lái)磨切削刀具的。這種磨床集外圓磨床

46、和平面磨床于一身，對(duì)于我們要完成的一些特殊任務(wù)是非常必要的。不管哪種磨床，必須具有的最重要屬性是剛度和穩(wěn)定性。 在緩進(jìn)給磨削中表現(xiàn)尤為突出，這是一種特殊的磨削方式，單走刀完成加工，切削深度很大，工件（進(jìn)給）速度較低。緩進(jìn)給磨削削減全部磨削加工時(shí)間高達(dá)50%，而尺寸精度、形位精度和表面質(zhì)量不降低。為達(dá)到這一目的，磨床必須面向緩進(jìn)給磨削專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，因?yàn)殪o態(tài)或動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性對(duì)技術(shù)要求非常高，需要的主軸（砂輪）動(dòng)力可達(dá)傳統(tǒng)工藝的三倍。 緩進(jìn)給磨削同時(shí)還要求特殊的修整能力，特別是砂輪的硬度，好的冷卻系統(tǒng)，積累起來(lái)的豐富的工藝知識(shí)。像其它的金工技術(shù)一樣，緩進(jìn)給磨削在一些特殊場(chǎng)合有很大的優(yōu)越性.但它不是靈丹妙藥，

47、也不是任何磨削問(wèn)題都能解決。 從它相當(dāng)特殊的本質(zhì)上來(lái)看，建議你（選擇工藝方法）投資前必須非常謹(jǐn)慎地了解該工藝過(guò)程以做出正確的決策。同車(chē)床相比，磨床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有任何秘訣。 你可能看到磨床具有聚合物或混凝土基礎(chǔ)而比車(chē)床或加工中心穩(wěn)定性增強(qiáng)，振動(dòng)阻尼性能好，但總體來(lái)講，結(jié)構(gòu)為人們所熟悉，容易得到。 Lesson 15 Motors and Drivers 電機(jī)和驅(qū)動(dòng)所有機(jī)構(gòu)都需要某種形式的驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。有許多種選擇。像曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)，如果需要輸入連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，那么選擇發(fā)動(dòng)機(jī)是合理的。 發(fā)動(dòng)機(jī)最一般的能源是電，壓縮空氣和具有一定壓力的液體也常用于氣動(dòng)和液壓馬達(dá)。汽油機(jī)和柴油機(jī)是另一

48、選擇。電機(jī)也有像交流/直流電機(jī)、伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)幾種形式。 AC和DC分別指交流電和直流電。交流電一般由電廠(chǎng)（電力公司）提供，在美國(guó)交流電是60HZ、±110V或 ±220V 。 交流電機(jī)是得到連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的最經(jīng)濟(jì)選擇，有各種轉(zhuǎn)矩速度曲線(xiàn)適應(yīng)不同載荷。交流電機(jī)有有限的幾種速度，這是60HZ交流電源的作用結(jié)果。最普通的交流電機(jī)零負(fù)載時(shí)速度為1725和3450 rPm，這同較貴的速度為1800rPm和3600rPm的同步交流電機(jī)比有一定的轉(zhuǎn)差率。如果需要輸出其它速度，可在電機(jī)輸出軸上裝一齒輪減速器來(lái)解決。直流電機(jī)有幾種不同的配置，提供幾種不同的轉(zhuǎn)矩速度特性。轉(zhuǎn)矩速度描述了直流電

49、機(jī)如何與負(fù)載一致。 圖1a 所示為永磁直流電機(jī)特性曲線(xiàn)。轉(zhuǎn)矩隨速度變化較大，范圍從零轉(zhuǎn)速時(shí)最大轉(zhuǎn)矩到最大轉(zhuǎn)速時(shí)的零轉(zhuǎn)矩。這種關(guān)系來(lái)自于關(guān)系式：動(dòng)力 = 轉(zhuǎn)矩 × 角速度 因?yàn)閯?dòng)力是一定的，轉(zhuǎn)矩增大要求角速度減小，反之亦然。 我們談?wù)撍麄? 他們也談?wù)撐覀儭D 1b 所示為在電機(jī)轉(zhuǎn)矩速度曲線(xiàn)上的一組負(fù)載線(xiàn). 這些負(fù)載曲線(xiàn)表示電機(jī)提供的作用到機(jī)構(gòu)上的載荷變化。這一變化的根據(jù)是：隨著需要的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，電機(jī)輸出的速度必須減小來(lái)適應(yīng)這種變化。這樣速度將隨著負(fù)載變化。若需要速度恒定是不現(xiàn)實(shí)的。 一種可能的解決方案是使用速度控制的直流電動(dòng)機(jī)，它有一電路系統(tǒng)隨著電機(jī)負(fù)載的變化增大或減小輸入給電機(jī)的

50、電流以試圖保持恒定的速度。 控制器將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，因此這些直流電機(jī)的運(yùn)行需要交流電源，成本較高。另一種方案是在輸入軸上安裝飛輪，儲(chǔ)存動(dòng)能來(lái)平緩負(fù)載變化引起的速度波動(dòng)。這些交流和直流電機(jī)用于輸出連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。雖然電機(jī)負(fù)載增大時(shí)速度可降低，但不可能實(shí)現(xiàn)全電流、零速度停車(chē)超過(guò)幾分鐘而不過(guò)熱。 伺服電機(jī)是一種快速反應(yīng)，閉環(huán)控制的電機(jī)，具有可編程控制速度、加速度的功能，也可以通過(guò)固定位置來(lái)應(yīng)對(duì)載荷變化。 閉環(huán)的意思是移動(dòng)輸出裝置上的傳感器能給出位置、速度、加速度的反饋信息。電機(jī)控制裝置中電路通過(guò)增加或減小（反向）進(jìn)入電機(jī)的電流，對(duì)反饋信息作出反應(yīng)。這樣輸出裝置處于精確的位置是可能的。同時(shí)控制了速

51、度、對(duì)載荷變化和輸入指令的反應(yīng)時(shí)間。 這是一種很昂貴的裝置，一般用在像移動(dòng)在飛行器和巡航導(dǎo)彈中的飛行控制操作臺(tái)。和大直流/交流電機(jī)相比，這種電機(jī)體積小、功率和輸出轉(zhuǎn)矩也較小步進(jìn)電機(jī)用于定位輸出裝置。不像伺服電機(jī)它是開(kāi)環(huán)控制，意思是無(wú)論輸出裝置是否按要求動(dòng)作，都沒(méi)有反饋。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括在定子和轉(zhuǎn)子的圓周上分布的很多磁條。每接收一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一步（一定角度）到達(dá)下一個(gè)磁體。這樣它成為一個(gè)間歇運(yùn)動(dòng)裝置，不像其它電機(jī)一樣提供連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。磁條的數(shù)量決定了分度大小。和交直流電機(jī)相比，體積小、輸出轉(zhuǎn)矩小。它不算太貴，要求特殊的控制器。氣動(dòng)和液壓馬達(dá)和電機(jī)相比應(yīng)用很有限，是因?yàn)樗枰獕嚎s空氣和液壓源。

52、同利用電機(jī)直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能相比，這些裝置的能量利用率較低，這是因?yàn)槭紫然瘜W(xué)的或電的能量轉(zhuǎn)化為流體壓力，然后轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這些相關(guān)的轉(zhuǎn)換會(huì)有損耗。每種能量轉(zhuǎn)換都會(huì)有一些損失。在工廠(chǎng)和車(chē)間里，高壓空氣因有其它用途，可以方便獲取，所以氣動(dòng)馬達(dá)得到廣泛應(yīng)用。一個(gè)最普通的例子是在自動(dòng)化維修車(chē)間使用的氣動(dòng)扳手。 雖然氣壓缸和氣動(dòng)馬達(dá)都比較便宜，但計(jì)入所有輔助裝置的成本，這些氣動(dòng)系統(tǒng)是很貴的。液壓馬達(dá)常用于像建筑設(shè)備（起重機(jī)）、飛行器和輪船等機(jī)器和系統(tǒng)中，在這些系統(tǒng)中高壓液體有多種用途。 計(jì)入所有輔助設(shè)備的成本，液壓系統(tǒng)也是很貴的。 氣壓和液壓缸是一線(xiàn)性執(zhí)行機(jī)構(gòu)（活塞在缸體內(nèi)），它可實(shí)現(xiàn)有限行程的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，

53、由工作介質(zhì)為壓縮空氣或液壓油的加壓流體驅(qū)動(dòng)。如果你需要直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)這是一種選擇。然而它們都是成本高、效率低、具有像上述電機(jī)一樣的復(fù)雜因素。另一個(gè)問(wèn)題是它們的控制。大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)傾向于恒速運(yùn)行。在恒壓流體源典型的如大多數(shù)壓縮機(jī)作用下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將得到一個(gè)幾乎恒定的加速度，這意味著速度將隨時(shí)間線(xiàn)性增加。執(zhí)行機(jī)構(gòu)以最高速到達(dá)行程末端時(shí)，對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生劇烈的沖擊。為了放慢執(zhí)行機(jī)構(gòu)在行程末端的速度，用伺服閥控制流體流動(dòng)是可行的，但是很昂貴。 Lesson 17 Machine Tool Motor 機(jī)床電機(jī)電動(dòng)機(jī)是大多數(shù)機(jī)床的原動(dòng)機(jī)。所有電機(jī)都遵循磁極同極相斥，異極相吸的原理。電流通過(guò)線(xiàn)圈或永久磁鐵時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)。

54、交流電機(jī)中，電流會(huì)自動(dòng)從正極變到負(fù)極。將交流電供給定子線(xiàn)圈就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來(lái)。在許多應(yīng)用中，機(jī)床制造商仍然在使用機(jī)械傳動(dòng)，因?yàn)橛性S多的多用途電機(jī)可以調(diào)速，所以，以主軸、滑塊、附屬裝置的三種速度運(yùn)行的傳動(dòng)仍在廣泛應(yīng)用。在如今，人們會(huì)認(rèn)為轉(zhuǎn)速3600轉(zhuǎn)/分鐘是低速，高速一般為10000轉(zhuǎn)/分，甚至更高。同時(shí)，電機(jī)的設(shè)計(jì)和控制技術(shù)也取得了巨大的進(jìn)步?，F(xiàn)在，要感謝計(jì)算機(jī)技術(shù)，使快速調(diào)整電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩成為可能。異步交流感應(yīng)主軸電機(jī)也叫鼠籠式電機(jī)。按正弦波從正到付波動(dòng)的交變電流傳到定子繞組，產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。同時(shí)，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流也生成了另一個(gè)磁場(chǎng)。這兩種磁場(chǎng)形成的力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)?？刂齐娏鞣聪蛄鲃?dòng)可實(shí)

55、現(xiàn)停車(chē)。矢量控制也可以提供定位控制和實(shí)時(shí)電流反饋。電流反饋可以顯示主軸和刀具正在做什么（空轉(zhuǎn)或切削金屬）。這些信息也可測(cè)定刀具工作了多長(zhǎng)時(shí)間，這對(duì)自動(dòng)管理刀具非常重要。在一些換刀裝置中，主軸定位控制對(duì)刀架定位非常重要。自動(dòng)換刀裝置必須確定刀具位置才能正確工作。另一種正獲得人們的認(rèn)可的主軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是配有永磁轉(zhuǎn)子的直流無(wú)刷電機(jī)。這種電機(jī)低速時(shí)扭矩大，對(duì)使用大型刀具非常有用。直流無(wú)刷電機(jī)同交流電機(jī)比不會(huì)散發(fā)大量熱量，但體積更大，價(jià)格昂貴，還有速度限制。位置控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，使拖板帶著主軸和工作臺(tái)一起移動(dòng)。該電機(jī)的主要特征是良好的加速性、減速性、光滑度和準(zhǔn)確性，這樣拖板或主軸才能快速到達(dá)指定位置。

56、像主軸電機(jī)一樣，位置控制電機(jī)開(kāi)始也是用直流電刷。然后交流感應(yīng)電機(jī)開(kāi)始流行，隨后是液壓傳動(dòng)。由于質(zhì)量輕，液壓傳動(dòng)有著良好的加速性和功率重量比.盡管在一些高重復(fù)性的應(yīng)用中仍在使用，液壓傳動(dòng)基本被壽命長(zhǎng)、效率高和發(fā)熱量小的交流伺服電機(jī)所取代。電機(jī)通過(guò)編碼器和分解器來(lái)告知自己的位置。編碼器是一個(gè)裝在電機(jī)軸上的設(shè)備。它生成一個(gè)標(biāo)記電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)的數(shù)字信號(hào)。分解器是裝在電機(jī)上的裝置，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)生成一個(gè)正弦波?？刂破髯R(shí)別正弦波，計(jì)算波段數(shù)和正弦角來(lái)確定電機(jī)位置。如今，因?yàn)檩d荷和加速性要求，這兩種類(lèi)型電機(jī)的特性是重疊的。位置電機(jī)需要大扭矩，主軸電機(jī)的復(fù)雜操作需要更好的加速、減速性，還有在低速和高速都要求大

57、扭矩。Lesson 19 Numerical Control 數(shù)控?cái)?shù)字控制是指稱(chēng)為程序的一系列編碼指令對(duì)機(jī)床操作的控制，該程序主要由字母和數(shù)字符號(hào)組成。從定義中我們可以看到：這一系列的事情可以預(yù)先計(jì)劃也可以預(yù)報(bào)。換句話(huà)說(shuō)，一系列任何想要做的事情都可以通過(guò)編寫(xiě)適當(dāng)?shù)闹噶顏?lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)修改編碼指令來(lái)修正。數(shù)控的基本概念并不新鮮，時(shí)間可以追溯到工業(yè)革命早期約瑟夫捷克爾德開(kāi)發(fā)出一種通過(guò)穿孔卡片控制織布機(jī)的方法。然而當(dāng)他為自己的發(fā)明申請(qǐng)專(zhuān)利時(shí)，由于女王認(rèn)為它會(huì)造成工人失業(yè)(與今天的機(jī)器人很相似)而被否定。事實(shí)上，這些古老的發(fā)明是簡(jiǎn)單的、機(jī)械式數(shù)控的雛形?，F(xiàn)代數(shù)控1947年出現(xiàn)在密歇根州的帕森斯特拉弗斯城的工程公司，當(dāng)時(shí)公司主人約翰帕森斯根據(jù)合同要求盡快生產(chǎn)飛機(jī)螺旋槳葉片。后來(lái)帕森斯工程公司得到了與美國(guó)空軍裝備司令部簽訂的研究合同，來(lái)提高生產(chǎn)率和開(kāi)發(fā)連續(xù)軌跡加工，后來(lái)二次轉(zhuǎn)包給麻省理工學(xué)院。整個(gè)任務(wù)給了MIT，機(jī)器成功開(kāi)發(fā)是在1952年。在美國(guó)1953-1960年數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)與銷(xiāo)售量很小。由于（零件）尺寸一致接近公差的需要，這種機(jī)床后來(lái)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。Lesson 2 Lubrication潤(rùn)滑 盡管潤(rùn)滑的主要目的之一是為了減少摩擦力，任何可以控制兩滑動(dòng)表面之間的摩擦和磨損(wear) 的物質(zhì)不管是液體、固