1、Paragraph 4:為了把零件隔離開，潤滑膜中的壓力必須和作用在滑動面上的負載荷保持平衡。 如果潤滑膜的壓力來自于外界，這種系統被稱為流體靜壓hydrostatically潤滑。 如果潤滑外表之間的壓力是由于滑動面本身的形狀和運動所共同產生的，這種系統就稱為流體動壓hyrodynamically潤滑。 第二種潤滑與潤滑劑的粘性密切相關。 Paragraph 5處在無潤滑滑動和流體膜潤滑之間的狀態被稱為邊界潤滑，也可以被定義為這樣一種潤滑狀態，在這種狀態中，外表之間的摩擦力取決于外表性質和潤滑劑中除粘度以外的其他因素。 邊界潤滑包括大局部的潤滑現象，通常在機器的啟停時出現。 Paragrap

2、h 6當普通潤滑劑沒有足夠的承載能力或者不能在極限溫度下工作時，石墨(graphite)和二硫化鉬 (molybdenum disulfide) 這類固體潤滑劑得到廣泛的應用。 但潤滑劑不僅僅以油脂、粉末和氣體這樣一些為人們所熟悉的形態出現，在一些精密的機器中，金屬也常作為潤滑面。 Paragraph 7:盡管潤滑劑主要是用來控制摩擦和磨損的，能夠且通常也確實起到許多其他的作用，這些作用隨其用途的不同而不同，但通常是相互聯系。 Paragraph 8潤滑面之間潤滑劑的數量和性質對摩擦力的產生有極大影響。 例如不考慮熱和磨損這些相關因素，只考慮兩個油膜潤滑外表間的摩擦力，它比兩個同樣外表但沒有潤

3、滑時小200倍。 在流體膜潤滑狀態下，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潤滑劑，可以有很多種黏度，因此滿足廣泛的潤滑要求。在邊界潤滑狀態，潤滑劑粘度對摩擦力的影響不像其他化學性質的影響那樣顯著。 Paragraph 9磨損發生在由擦傷abrasion、腐蝕(corrosion)引起的潤滑外表以及固體與固體接觸的外表。 適當的潤滑劑將能幫助克服上面提到的每種磨損現象 潤滑劑通過增加滑動面之間的距離，從而減輕了由于磨料污染物和外表粗糙(asperity)造成的損傷。 Paragraph 10潤滑劑通過減少磨損和帶走(carry off)

4、產生的熱量來控制溫度。其效果取決于潤滑劑的用量，環境溫度和外部冷卻措施。 冷卻劑的種類也會在較小程度上(to a lesser extent)，影響外表溫度。 Paragraph 11潤滑劑在控制外表腐蝕時有雙重作用。 當機器閑置不工作時潤滑劑起防腐劑(preservative)的作用。 當機器工作時，潤滑劑通過給被潤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膜來控制腐蝕。 潤滑劑控制腐蝕的能力與潤滑劑保存在金屬外表的潤滑膜的厚度和潤滑劑的化學成分有直接關系。 Paragraph 12:除了減少摩擦外，潤滑劑還經常有其他的用途。 其中一些用途如下所述。 Parag

5、raph 13:傳遞動力：潤滑劑被廣泛用來作為液壓傳動中的工作液體。 Paragraph 14絕緣：在像變壓器(transformer)和配電裝置(switchgear)這些特殊用途中，具有很高介電常數的潤滑劑起絕緣材料的作用。 為了獲得最高的絕緣性能，潤滑劑中不能含有任何雜質和水分。 Paragraph 15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器零件的周圍，潤滑劑被作為減振液使用。 Paragraph 16密封(sealing)：潤滑脂(grease)通常還有一個特殊作用，就是形成密封層以防止潤滑劑外泄和污染物進入。 Paragraph 1機身是機器的根底

6、部件。大多數機身是鑄鐵cast iron、焊接結構鋼、復合材料、混凝土concrete材料制作而成。材料選擇由以下因素來決定。Paragraph 2: 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。 機身材料具有消除或阻止振動oscillation傳遞的性能。以減輕降低精度和刀具壽命的振蕩。它必須面對不利的車間環境，包括冷卻液和潤滑劑。 材料的膨脹不能阻礙滑動部件的運動。在正常工作期間材料不能產生太多的熱量，應能保護其形狀，且具有足夠大的密度以支承機床的其它部件。 Paragraph 3:鑄件和焊接件應用都很廣泛，哪種形式最好由給定條

7、件下的本錢來決定。 Paragraph 4:鑄鐵：幾乎所有傳統機床的床身都是由鑄鐵制成，因為其他方式難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。 Paragraph 5盡管鑄鐵是一種廉價的材料，但是每個鑄件都需要一個鑄型。鑄型要用螺栓緊固聯接，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，花費大。 尺寸小，大批量生產的機床由于分擔的鑄型費用較低，常使用鑄鐵床身。單件小批生產的機床結構用焊接或許是經濟的。 Paragraph 6焊接鋼結構：當鑄件不容易實現時，常用焊接鋼結構制作床身。由于鋼具有高的模數，常設置

8、肋提高剛度。焊接件的數量是設計時需權衡的因素。 焊接容易得到大尺寸零部件，而且既使最初的設計完成后也可以添加一些特征，但是焊接產生的熱量會引起變形，增加費用。焊件也有助于削弱振動傳遞。 制造有時通過冷卻液循環和在床身空腔內加鉛和沙子，來抑制熱變形和減振。Paragraph 7:復合材料：包括高分子材料、優質金屬材料、陶瓷在內的這些新材料引起了機床設計的顯著變化。基體和強化材料都能滿足某一具體軸線方向的強度要求。 Paragraph 8陶瓷：二十世紀八十年代，日本制作了陶瓷床身的試驗機床。陶瓷具有足夠的強度、剛度，尺寸穩定，耐腐蝕，低外表粗糙度，但脆性大，費用高。低的傳導率有時是優點，有時是缺點

9、。復合材料和陶瓷的應用是有限的。 Paragraph 9鋼筋混凝土：盡管普通預應力混凝土在簡易零件中增大了質量，減輕了振動，另一種形式應用更廣，這是一種碾碎的混凝土或花崗石粘接到高分子基體上而成的高分子基復合材料。 這種復合材料較鑄鐵有好的減震性能，幾乎能澆注成各種形狀，不需消除應力處理，可以嵌入緊固件和設置橫檔。但它強度不如金屬高、散熱性能較差。 Paragraph 10設計者必須考慮相聯的復合材料件和金屬件的不同膨脹系數。這些材料常用于高精度機床和磨床。 Paragraph 11根底主要保證機床的剛度，吸振和隔振是次要因素。機器本身剛度缺乏時必須讓根底彌補。 選擇根底時，設計者必須考慮機器

10、的重量，產生的力，精度要求及相鄰機器傳到根底上的載荷。由于地質條件的時常變化會影響機器的穩定，因此也是需要考慮的問題。 Paragraph 12:如果一個小機床具有足夠的剛度，它就不需要由根底再補充。載荷較小時，機床只需152203mm厚的混凝土根底。安裝到機床根底上的彈性件常有助于隔離車間的其它力源。 澆筑到車間地板上的獨立固定的板支撐較重的機床。大多數復雜的結構是固定板坯來與車間其它局部隔離，且該板坯上安裝有主動和被動的振動隔離裝置。 Paragraph 13:床身設計的主要考慮因素有：載荷、阻尼、孔、熱變形、噪聲。 Paragraph 14載荷：搞清機器產生的靜載和動載是必不可少的。根本

11、靜態載荷，有機床及其工件的重量。動載是機器運轉時產生的所有載荷。 它包括加、減速，刀具切削產生的力，不平衡因素產生的不規那么載荷。力和振動相互作用產生的自激載荷。 Paragraph 15阻尼：盡管床身材料和設計應具有和考慮阻尼，但阻尼器常作為床身的一局部來處理一些具體問題。 阻尼器最好設在幾乎沒有動載的機床位置，且只有設計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。 例如一個在靜載條件下工作良好的阻尼器在動載條件下弊大于利。 Paragraph 16孔：每個床身本應是實體的，但機器需要裝配和維護。設計者必須處理好孔的數量、尺寸與剛度、強度的關系。Paragraph 17熱力因素：來

12、自內部和外部的熱量是床身變形的主要原因。外部熱源源包括：周圍車間條件，冷卻、潤滑介質和陽光。 機器也有它自己的熱源：電機、機器運動產生的摩擦，刀具對工件的切削加工。理想的床身溫度要盡量低且保持恒定。 Paragraph 18噪音：從健康和平安方面考慮，降低噪音是人們近來相當關心的問題。來自于運動部件和風扇的空氣渦流是一特殊問題。 機殼阻止聲音傳遞，聲音阻尼材料有助于減少有害聲音。 Paragraph 1螺紋緊固件起著定位、加緊、調整和從一個機器零件向另一個傳遞力的作用。它們已經完全標準化，且通常用于大批量生產的機器上。 盡管存在其它先進的聯接方式，螺紋緊固件的應用仍保存了機器設計和制造過程中根

13、本的裝配方法。 因此，設計者在滿足使用要求時應用標準類型和尺寸的螺紋緊固件。 Paragraph 2: 螺紋緊固件是這樣一個裝置，在切線方向上施加一個較小的力，能在軸線方向上有效地產生并保持一個較大的力。 所有這些都是基于單頭螺紋螺釘的，它是一個簡單機械，可以在最小的空間內產生很大的機械增益，而且在理論上是自鎖的。 而這一有效應用，要借助兩個其它簡單機械：杠桿和輪軸機械。扳手是一種根本杠桿；螺絲刀是一種輪軸機械。 Paragraph 3:螺紋緊固件是尺寸較小，承受高拉應力的零件。螺紋是通過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，這樣產生了大家所知的螺釘、螺栓、雙頭螺柱。 螺紋也

14、可在孔的內圓柱外表上生成，這就形成了螺母。內外螺紋匹配是所有螺紋緊固件裝配的關鍵。 相對靜止的螺栓，螺母的旋轉運動會產生一個沿螺栓軸線方向的直線運動。受到阻力時，螺紋產生軸向力的現象可由斜面原理來解釋。 再進一步旋轉需要增加扭矩torque同時軸向力也增大。這樣只要沒有像振動、溫度變化這些外部因素改變初始條件，這種聯接就能維持緊固的狀態。 Paragraph 4:統一標準unified shandard螺紋有三個根本系列的直徑螺距組合。 統一標準粗牙螺紋系列是最普通的，推薦用于一般的裝配場合振動較小，頻繁拆卸。 統一標準細牙螺紋系列具有較大張緊力，較適用于精密調整的場合。該系列常用于航空器的裝

15、配。 統一標準超細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性強的場合，及更精密調整的場合。 Paragraph 5統一標準螺紋用一個簡化符號標識在圖形零件的細表等場合。該符號包括：尺寸，螺紋系列，配合等級，內外螺紋符號A外螺紋，B內螺紋及旋向。 如標示：，表示：一外螺紋零件，公稱直徑英寸，20牙/英寸的統一粗牙螺紋，公差等級2，及右旋螺紋。 右旋螺紋由于是標準旋向，其右旋標示常省略。另一例子：表示：內螺紋，左旋，公稱尺寸直徑英寸，統一細牙螺紋16牙/英寸，公差等級2。 Paragraph 6ISO標準包含許多直徑螺距組合系列，但推薦的美國標準指定了單一的直徑螺距組合系列。 公制螺紋

16、標示為：字母M后接公稱直徑mmX螺距mm。 例如M4×0.7表示公制螺紋公稱直徑4mm，螺距0.7mm。 Paragraph 7:墊片經常與螺紋緊固件一同使用，為螺母和螺栓頭提供一個較好的支撐面；為在大的清潔的孔和狹槽上提供一個支撐面；為了在較大的面上分布載荷；為裝配時免于零件損壞；為了改善扭矩張緊比通過減少摩擦，為了在某些情況下通過彈簧墊片作用提供自鎖。 平墊圈是薄的環片，主要用于提供支撐面，分布載荷，無自鎖性能。彈簧墊片實際是在載荷作用下變平的單圈螺旋形彈簧。 彈簧作用有助于維持螺栓受力，同時開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。

17、Paragraph 8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。在腐蝕環境中且強度要求不高時，尼龍和其它塑性材料制作的緊固件既適用又經濟。 Paragraph 1工作圖是將設計變為實際產品所依據的圖樣。所有的正投影orthographic projection原理和繪圖技術都可用來在工作圖中表達工程中的細節。 零件圖(detail drawing)是在一整套

18、工作圖中一個零件或細節的工作圖。 Paragraph 2: 技術要求specificaion是工作圖中所附的文字說明局部。當一個設計方案需要用幾張圖紙來表示時，通常將技術要求以統一(consolidate)的格式寫在工作圖上 。Paragraph 3:所有的零件都必須在某種程度上與其他零件相互影響，以產生設計方案中要求的功能。 在繪制零件圖之前，設計人員應該對工作圖進行透徹的分析，以保證每個零件與其他零件有適當的配合，所標注的公差tolerance準確無誤，接觸外表具有適當的粗糙度，零件之間可以產生正確的運動。 Paragraph 4:在準備工作圖時，大局部工作由繪圖員來完成，但設計人員通常是

19、工程師，要對圖紙的正確與否負責。正是工作圖使產品得以生產或建造出來。 Paragraph 5工作圖是法律合同，記錄了在工程師的指導下，制定的設計細那么和技術要求。因此圖紙必須盡可能地清楚、準確和詳盡。 對于一個工程，在生產或建造時進行修改revision或更改(modification)所付出的代價遠比在設計初始階段進行這項工作花費更多的費用。 Paragraph 6質量較差的工作圖將會浪費時間和資源，且會增加實施本錢。為了在經濟上有競爭優勢，圖紙必須盡可能地沒有過失error-free。英寸是英制的根本單位，實際上在美國所有的生產圖紙中卻用英寸來標注尺寸。Paragraph 7Paragra

20、ph 8毫米是公制的根本單位。標注尺寸時可以省略去數字后面公制單位的縮寫，因為標題欄附近的SI符號說明所有單位卻是公制的。Paragraph 9有些工作圖同時使用英寸和毫米兩種單位標注尺寸，通常將用毫米標注的尺寸放在圓括號或方括號中。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中表示，兩種單位之間的換算會產生必須舍入的數位誤差。每張圖紙所用的主要單位制，必須在標準欄中加以說明。 Paragraph 10 在實踐中標題欄中通常包括標題或零件名稱、制圖員、日期、比例、公司和圖號。 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，任何為改良設計方案而做的修改和更正都應該在

21、修改欄中標明。 Paragraph 11根據工程復雜度的不同，一套工作圖和圖紙數量少那么一張，多至一百多張。因此在每張圖紙上標注上序號和這套圖紙的總數是重要的。例如6張一套中的第2張，6張一套中的第3張，等等。 Paragraph 12 在零件明細表中，零件的序號和名稱必須與工作圖中的同一個零件一致。還要給出所需要的圖樣零件的數量和制造零件所用的材料。 Paragraph 13如果一套工作圖中每一張圖紙都采用同一種比例，只要在每張圖的標題欄中標明一次即可。如果一張工作圖上有幾個不同比例的零件圖，要在每組視圖上標明其比例。 在這種情況下，在標題欄中對應比例的位置上標明“如下圖。當圖紙沒有按照比例

22、繪制時，將縮寫NTS不按比例放在標題欄中。 Paragraph 14 零件名稱和序號給每個零件一個名稱和序號，所用的字母和數字的高度為1/8英寸3mm。將零件序號放在圓圈內，這種圓圈稱balloons氣球，其直徑大約是數字高度的4倍。 Paragraph 15將零件的序號放在該零件視圖附近，以便清楚地說明它們之間的關系association。在裝配圖中，圓圈是非常重要的，以為同樣的零件序號將用在零件明細表內。Paragraph 16圖紙的審核人員應該具有特殊的素質，他們能夠發現圖中的錯誤，提出修改和改良意見，以便制造出物美價廉的產品 。審核人員可以是在制圖和加工工藝方面有豐富經驗的主任制圖員，

23、或是創始該工程的工程師或者設計人員。 在一些較大的公司中，圖紙要由有關的各個生產車間會同評審，確保為每個零件指定最有效的生產方法。 Paragraph 17審核人員從不審核原圖，而是用彩色鉛筆在藍圖上進行修改。并將修改后的圖紙退還給制圖員，讓其對原圖進行修改，并準備另一張圖紙供最后核準用。 Paragraph 18審核人員通過工作圖、零件圖檢查設計方案是否正確無誤。此外他們還負責檢查圖紙的完整性、質量、易讀性和清晰度 。Paragraph 19除了(in addition to)對每處修改卻做好記錄外，制圖員應該記錄整個工程期間所做的一切更改。隨著工程的進行，制圖員應該將所有的更改日期和有關人

24、員記錄下來。 這樣的記錄使得任何人員在將來對工程進行復核時，很容易清楚地了解獲得最后設計方案所經理的過程。 Paragraph 20在圖紙的準備過程中，經常要進行許多計算。如果計算結果喪失或者計算工作完成的不好，那么必須重新進行計算，因此，它們作為記錄的永久組成局部 。Paragraph 1工程設計是一個系統systematic的過程，通過它可以解決人類需要解決的問題。這一過程被用于解決許多變化的復雜性的問題。 例如，機械工程師應用這一設計過程去找到一種有效的高效的方法，把用于動力傳送系統drive train的內燃機中的往復運動轉化為旋轉運動；電力工程師應用這一設計過程去設計用落水做動力源的

25、發電系統；材料工程師應用這一設計過程研制燒蝕材料，使宇航員能平安地重返地球大氣層。 Paragraph 2: 現代高技術社會的大量復雜問題的解決，不是取決于單一的工程學科，而是取決于由工程師、科學家、環境保護專家、經濟學家、社會學家和法律專家組成的團隊。 解決問題不僅依靠技術的合理應用，而且要考慮通過政府法規和政治影響引起的群眾情緒。 作為工程師被授權利用專門技術來研究和改良產品和系統，但同時我們必須知道我們的行為一般對社會和環境的影響，并考慮所有相關因素，盡責的工作，找出最好的解決方法。 Paragraph 3:設計是工程教育過程的制高點；正是這一顯著特征把(工程設計)和其他職業區分開來。

26、Paragraph 4:工程設計的正式定義可以在工程技術鑒定合格委員會ABET的課程指導方針中找到。 ABET安排工程學校的課程，ABET的成員人數來自各種工程專業協會。 每一門授權的課程有一個解釋清楚的設計局部，該局部包含在ABET指導方針中。ABET對設計的解釋如下： Paragraph 5工程設計是設計系統、元件的過程，或者是滿足希望要求的過程。 它是一個決策指定的過程經常需要反復，在此過程中為了到達規定的目標，最正確地應用根底科學、數學和工程科學，把它們轉化成資源。 課程的工程設計局部必須包括以下大局部特性：學生創造性的培養、能適應未來開展的問題使用、現代設計理論和方法的開展和應用、設

27、計問題的陳述和詳細說明、其它解決問題方法的考慮、可行性研究、生產過程、并行工程設計以及詳細的系統描述。另外，還必須包括許多實際約束，如經濟因素、平安、可靠性(reliability)、美學(aesthetis)、道德(ethics)和社會反響等。 Paragraph 6如果說二十世紀下半葉可以提到的大的事情，那就是信息的爆炸。對大多數課題可以揭示的數據量是勢不可擋的。 在大局部組織的高層次人才都配有助手，這些助手把他們必須讀到、聽到和看到的大局部事情進行精簡。當你查找一些信息資料時，如果這些資料很重要，做好準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：Para

28、graph 7Paragraph 81、現有的解決方案。如果實際的產品可以被確定、研究，以及在某些情況下可以買到以用于詳細的分析，那么從現有的解決方案到特定的需要可以知道許多事情。除非完全理解現有的解決方案，否那么不能找到一個改良的或革新的解決方案。 Paragraph 9你的圖書館。許多大學設有教你如何使用你的圖書館的課程。這些課程與化學和微積分學課程相比是容易的，但不能低估它們的重要性。 在圖書館里有很多資源能幫你找到你所要搜索的信息。在一個索引中可以找到你想要的東西，例如在工程索引中。 你的問題的性質將直接告訴你誰可以幫助你。不要不好意思請求圖書管理員的幫助。 你應該充分利用圖書館的計算

29、機數據庫database和經常通過光盤只讀存儲器CD-ROM來獲取信息。 Paragraph 10專業組織。美國機械工程師協會The American Society of Mechanical Engineers是一個技術協會，它對機械專業的學生非常有吸引力。你學院的每一個專業不僅與一個而且經常與好幾個這樣的會有聯系 國家專業工程師協會是一個組織，大局部工程方面的學生最終要參加這一組織，以及至少一個技術協會如美國土木工程師協會ASCE、美國電氣與電子工程師協會IEEE或十二個協會中的任何一個都對許多專業技術感興趣，專業實踐似乎與這些專業有非常緊密的聯系。 .政府設立了一個消費者保護機構。許多

30、工程師是幾個協會和學會的會員。 Paragraph 11行業雜志trade journal。行業雜志有幾百種，通常研究一定級別的產品和效勞。Paragraph 12錢和經濟是工程設計和決策制定的一局部。我們生活在一個以經濟和競爭為根底(be based on)的社會。許多好的想法不能實施無疑(no doubt)是真的，因為這些想法被認為在經濟上是不可行的。我們中的大局部人都知道我們每天的生活條件。我認為幫助窮人是我的職責。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，是因為這些東西太貴。同樣，我們也不能把某些非常渴望的東西參加到我們的設計中，因為我們獲得的價值與它的本錢相比(in

31、relation to)不能獲得足夠的效益。 Paragraph 13工業正在不斷地尋找(look for)所有類型的新產品。某些產品是渴望的，因為現有的產品在市場中不具有很好的競爭力。其它的產品被簡單的試做，因為似乎人們將買它們。 生產廠商如何知道其生產的新產品是否受歡送呢？他們很少能知道確切答案。在市場分析時，統計數字是重要的考慮。你們中的大局部人將會發現，概率和統計是你們所選課程的一個整體局部。 數學領域的技術可以使我們做出推論，即多大人群將根據少數人的反響而反響。 Paragraph 1工程材料和應用材料的系統工程設計最初都會涉及材料的墨菲法那么和材料應用法那么。 墨菲法那么：如果任何

32、材料有可能出問題，它系統終將出問題。材料應用法那么：1任何材料都是不牢固的；2材料系統的強度和牢固程度僅僅像它最薄弱的、最不牢固的局部。 Paragraph 2: 雖然這些法那么是顯見的、不容置疑的，我們還要詳細描述這些法那么，特別是材料應用法那么。所有材料確實是不牢固的。即使像白金platinum這樣的材料在特殊環境中也會性能減弱。 在壓力作用下，所有材料都會有變化。蠕變(creep)是一個例子。在蠕變壓力作用下，假設有足夠的時間，所有材料一定會產生屈服。 蠕變：在恒定溫度恒定拉伸載荷下，試件變形隨時間緩慢增大的現象。壓力和環境共同in concert作用會造成屈服，例如，應力腐蝕裂紋。蠕變

33、溫度影響和應力溫度影響都會導致性能降低、零件和系統失敗。 Paragraph 3:設計過程通常從解決方案的詳細描述開始。有時我們把設計過程說成是設計循環，但它或許是一個設計循環外加依賴于設計而進行實際生產的設計實施過程。 他沒提你的名字, 但是我確信他是暗指你的。設計循環涉及最初的設想、草圖、在詳細描述階段繪制工作圖的知識。計算機輔助設計現在已用于設計過程，各種設計和設計思想能被檢驗和仿真。 Paragraph 4:即使在早期的設計循環中，具有一些材料的概念也是有用的。除非開發出新的材料，否那么由于材料不具有必要的性能而不能實現的設計只能是一個永遠不能成為現實的概念。 他們未能贏得所必須的2/

34、3 多數票。在制造之前必須依據設計要求給出材料的技術要求specification。 如果現存的材料不具備必要的性能，或者只有新材料開發出來才能制造，在設計仿真階段就必須改動這些材料的技術要求。在設計中材料是現實的。 Paragraph 5圖1所示為一個包括設計實施的設計過程簡圖由于材料使設計成為現實，因此其地位當然是至關重要的。 圖1示意圖或許不能描述最終產品。設計之初或許要設想一個用于檢驗和進一步完善的原型，以開發最終產品。 一般來講，最終產品要求工作可靠、經濟有利可圖和平安。 Paragraph 6平安系數常用于估算和考慮用于設計中的材料強度。平安系數一般用于材料的屈服強度yield s

35、trength，也能用于極限抗拉強度。 屈服應力是超過它以后材料尤其是金屬、合金會產生永久性變形的應力。超過屈服應力或屈服強度，材料開始蠕變。 也就是產生位移(dislocation)，即連續施加一超過屈服強度的載荷材料將產生滑移。 再過一段時間或許會產生裂紋slip。 所以始終在不超過極限應力的狀態下工作，材料不會屈服。 人們有時以屈服強度的一局部幾分之一為根底進行設計。 例如，假設材料永遠不會超過屈服應力值的一半，并在實際設計中應用，這樣平安系數為2。在極限狀態下，人們或許允許最大應力為y/4，這時平安系數為4。 顯然，一個設計讓材料連續工作在極限抗拉應力附近是不平安的。 另一方面，由于沒

36、有材料具有規定的強度，很大的平安系數將使設計不能實施。另外即使該強度可以實現，材料選用也是不合理的。 為了這種想要的應用，從其它方面講，材料或許太貴、易腐蝕、不穩定。或許除高強度外，需要高的導電率。 最后，讓我們看一下材料系統的概念。一個系統大多數情況下包括構成整體的要素和要素間的聯系。Paragraph 7機器是相互聯系的零件構成的機械系統。材料也是材料之間相互聯系構成的系統。 系統可以分成相互聯系的不同材料局部，在大多數理想系統中，材料由連接不同局部或在不同區域regim過渡的接觸面或邊界面分開。 斷裂會在晶粒接觸面間產生，所以即使一個多晶的金屬或合金材料也認為是一個相互聯系的晶粒系統。

37、Paragraph 8我們討論屈服時，這種認識是非常重要的：屈服不但產生在相互聯接的區域，而且發生在聯系本身。 接觸面也是系統的一局部，所以在最薄弱環節界面別離是必然結果，符合墨菲法那么。 Paragraph 9防止失效不是沒有希望的，即使在很復雜的材料系統中，它需要大量的實驗、計算、弄清各種條件下材料的變化。 選擇最優optimum條件，不使用極限狀態面向最薄弱環節設計，使用平安系數，引入平安系數，考慮環境變化，甚至特殊條件的應用，所有這些都有利于產品的成功使用。 人們只要看一下我們身邊的技術，就會欣賞到：我們設計的有效的、可靠的、用途廣泛的產品和設備是多么的成功！ Paragraph 1歷

38、史上大局部時間內，機械設計學科需要的知識僅僅局限于機械零件及其裝配。但在二十世紀早期，電的局部被引入到機械設備中。 從那時起，這門學科經歷了從純粹的機械產品到機電產品的平穩轉變。然而，設備無論電子設備如何開展，仍然需要機械設備用來制造和裝配，需要箱體類的機械零件用來安裝。 另外所有產品都需要機械的界面與人類交互。 Paragraph 2: 在二十世紀六、七十年代，另外一個學科又參加到電動機械設計中來，也就是軟件設計。許多機電產品現在都有作為它們控制系統一局部的微處理器。 想想看！例如照相機、復印機及許多“聰明的玩具。具有機械的、電的、軟件局部的產品稱為機電設備。 這些設備設計的難度在于需要機、

39、電、軟三個相互交叉卻又明顯屬不同學科的專業知識和設計過程知識。 Paragraph 3:當我們按照傳統的方式將機械工程分為各個方面時，我們將其分為各個學科：流體力學、熱力學、機械學等。 在對機械設計進行分類時，這種面向學科的方法已不再適用。 想一想！例如一種最簡單的設計選擇設計。 選擇設計意思是在滿足某種要求的供選擇工程中選擇一個或多個工程。一般的例子是：選擇適宜的軸承；為光學設備選擇適宜的透鏡；為制冷設備選擇適宜的風扇；為某一過程選擇適宜的熱交換器。 即使學科不同，這些問題的每一個解決過程根本上是一樣的。 Paragraph 4:本文的目的是描述獨立于某一學科的設計的不同類型。 首先我們必須

40、認識到大局部設計是各種類型問題的綜合。 例如，我們設計一個新型的消費品，該設備能放進一個生雞蛋，打碎它，油煎到預設的某種程度，最后傳遞到盤子里。 由于這是一個新產品有許多創新設計工作要做。 隨著設計的進行，我們發現必須配置各零部件；分析油煎局部的熱傳遞，這就需要參數設計；選擇加熱元件和各種緊固件將各局部連接成一體。 每一個用斜體印刷的術語都包含了一種不同類型的設計問題。很難找到一個問題純屬于一種類型。 Paragraph 5選擇設計：選擇設計是從相似工程列表中選擇一個或幾個工程。我們每次做這種類型的設計都要從目錄中選一項。 聽起來簡單，但是如果目錄中包含多個工程而且某一工程有許多不同的特征，那

41、么問題就很復雜了。 為了解決好選擇設計問題，必須一開始就有明晰的需求。這樣選項的目錄或列表才能產生問題的可能解決方案。 我們必須評估潛在的解決方案和我們的具體需求，以做出正確的選擇。 一個稍微復雜一點的設計類型稱為配置設計。在這種設計中，所有的組成局部都已設計好，問題是如何將它們裝配成一個完整的產品。 Paragraph 7Paragraph 8參數設計是找到一個表達研究物體特征的變量或參數。這看起來非常容易，正像找到一個滿足方程的值。 但是讓我們看一個很簡單的例子。我們設計一個容納4m3液體的立式圓柱形儲油罐。這一個罐可以用參數r-半徑和l-長度來描述。 這樣體積由 V = ×r2

42、×l 來決定 ，給定容積等于4m3，那么 r2×l = 1.273 我們可以發現有無窮多個半徑和長度值滿足這個方程。 參數應準確確實定為何值？答案是不明確的，應該用信息進一步清楚地定義。 Paragraph 9任何時候如果一個設計問題需要開發一個前所未有的工藝、零件或裝配件，那么它就需要進行創新設計它也能描述為：如果我們創造了一個以前未曾有的車輪，那么我們就是在進行創新設計。 大多數的選擇、配置和參數設計問題能通過方程、規那么或其它一些符合邏輯的方案給出答案，而創新設計問題不能概括成任何算法。每個問題都有新的、獨到的東西。 Paragraph 10 在許多情況下，其它種類的

43、設計選擇、配置、參數都可以簡單限定為創新設計的子問題。 可能的解決方案可以被局限在一個列表、一個零件組合、一系列相關特征值。 這樣如果我們有一套完成創新設計的方法，那么我們就能通過多種可能的解決方法解決所有問題。 Paragraph 1磨削是切屑加工的金屬切削過程，除了切屑小得難以發現和識別以外其加工過程完全像車削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最根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。 Paragraph 2: 從金屬切削角度講，磨削是車削和銑削的綜合。 像銑削一樣，磨削刀具高速運動，像車削

44、一樣，工件雖不一定旋轉但也總是運動的。 與工件旋轉的相比，在磨削刀具下面直線或往復運動的工件及其安裝方式的差異形成了磨削的各根本類型。 前者稱為外圓磨削，后者稱為平面磨削，兩種形式都能加工出粗糙工件的高精度外表。 Paragraph 3:工件和刀具通常都是運動的這一事實使得磨削的分析與控制與車削這也是磨削生產者傾向于設計和制造磨削專用的CNC系統的主要原因之一。 Paragraph 4:許多外圓磨床cylindrical grinder設計成與車床相似的樣式。 代替刀夾toolholder，由一個機構實現磨削砂輪的進給(feed)，而所有其它部件主軸箱(headstock)、尾架(tailst

45、ock)、導軌(ways)和床身(bed)，通常都可以在車床上找到一個相似的部件。 主要區別在于整個工件夾持系統安裝在一組導軌上，因此可以相對砂輪做軸向進給。 Paragraph 5在外圓磨床上，砂輪沿徑向對工件進給，工件或許保持靜止或許軸向往復運動。工件往復運動時，徑向進給只是在每個行程(stroke)的端部進行。 Paragraph 6第三種主要形式的磨床是無心(centerless)磨床，所有車床沒有與它相似的。 在無心磨床上工件既不通過中心也不用卡盤夾持，而是放在砂輪和導輪之間的托板上，導輪控制它的旋轉。 導輪控制工件的旋轉速度，它是驅動機構，砂輪使工件的速度增大時，它又是一個制動器。

46、 托板使工件在兩輪間就位。 Paragraph 7Paragraph 8平面磨床也有幾種根本的設計。 或許最一般的是砂輪及其相關的安裝在往復運動的工作臺上或其它直線運動裝置上，用于夾持工件的機構。 工件來回運動時，砂輪作軸向進給。 Paragraph 9從概念上講，這種類型的磨床與龍門刨床(planer)相似，只是砂輪裝置代替了刀夾。 在這種機床上，磨床是通過砂輪的圓周(periphery)來工作的。 磨削是應用相當廣泛的工藝方法，多年來開發了許多基于根本設計的工藝方法，這里不可能全部涵蓋。 Paragraph 10坐標磨床、超高精軸承球磨床和其它所有專用磨床，每一個都很容易寫成一篇長于本文的

47、文章。 而原理根本上是一樣的，幾乎所有磨削加工余量都很小。 Paragraph 11 一種值得一提的專用磨床是工具磨床，顧名思義，它是用來磨切削刀具的。 這種磨床集外圓磨床和平面磨床于一身，對于我們要完成的一些特殊任務是非常必要的。 不管哪種磨床，必須具有的最重要屬性是剛度和穩定性。 在緩進給磨削中表現尤為突出，這是一種特殊的磨削方式，單走刀完成加工，切削深度很大，工件進給速度較低。 緩進給磨削削減全部磨削加工時間高達50%，而尺寸精度、形位精度和外表質量不降低。 為到達這一目的，磨床必須面向緩進給磨削專門設計，因為靜態或動態穩定性對技術要求非常高，需要的主軸砂輪動力可達傳統工藝的三倍。 Pa

48、ragraph 13 緩進給磨削同時還要求特殊的修整能力，特別是砂輪的硬度，好的冷卻系統，積累起來的豐富的工藝知識。 像其它的金工技術一樣，緩進給磨削在一些特殊場合有很大的優越性。 但它不是靈丹妙藥，也不是任何磨削問題都能解決。 Paragraph 14 從它相當特殊的本質上來看，建議你選擇工藝方法投資前必須非常謹慎地了解該工藝過程以做出正確的決策。 同車床相比，磨床結構設計沒有任何秘訣。 Paragraph 15 你可能看到磨床具有聚合物或混凝土根底而比車床或加工中心穩定性增強，振動阻尼性能好，但總體來講，結構為人們所熟悉，容易得到。 Paragraph 1所有機構都需要某種形式的驅動裝置提

49、供動力和運動。有許多種選擇。像曲柄滑塊機構、凸輪機構，如果需要輸入連續的旋轉運動，那么選擇發動機是合理的。 Paragraph 2: 發動機有各種各樣的類型。發動機最一般的能源是電，壓縮空氣和具有一定壓力的液體也常用于氣動和液壓馬達。 汽油機和柴油機是另一選擇。電機也有像交流/直流電機、伺服電機步進電機幾種形式。 Paragraph 3:AC和DC分別指交流電和直流電。交流電一般由電廠電力公司提供，在美國交流電是60HZ、±110V或 ±220V 。 Paragraph 4:交流電機是得到連續旋轉運動的最經濟選擇，有各種轉矩速度曲線適應不同載荷。交流電機有有限的幾種速度，這

50、是60HZ交流電源的作用結果。最普通的交流電機零負載時速度為1725和3450 rPm，這同較貴的速度為1800rPm和3600rPm的同步交流電機比有一定的轉差率。如果需要輸出其它速度，可在電機輸出軸上裝一齒輪減速器來解決。 Paragraph 5直流電機有幾種不同的配置，提供幾種不同的轉矩速度特性。轉矩速度描述了直流電機如何與負載一致。 圖1a 所示為永磁直流電機特性曲線。轉矩隨速度變化較大，范圍從零轉速時最大轉矩到最大轉速時的零轉矩。 Paragraph 6這種關系來自于關系式：動力 = 轉矩 × 角速度 因為動力是一定的，轉矩增大要求角速度減小，反之亦然。 我們談論他們, 他

51、們也談論我們。Paragraph 7圖 1b 所示為在電機轉矩速度曲線上的一組負載線。這些負載曲線表示電機提供的作用到機構上的載荷變化。 這一變化的根據是：隨著需要的負載轉矩增加，電機輸出的速度必須減小來適應這種變化。這樣速度將隨著負載變化。假設需要速度恒定是不現實的。 一種可能的解決方案是使用速度控制的直流電動機，它有一電路系統隨著電機負載的變化增大或減小輸入給電機的電流以試圖保持恒定的速度。 Paragraph 8控制器將交流電轉化為直流電，因此這些直流電機的運行需要交流電源，本錢較高。另一種方案是在輸入軸上安裝飛輪，儲存動能來平緩負載變化引起的速度波動。Paragraph 9這些交流和直

52、流電機用于輸出連續的旋轉運動。雖然電機負載增大時速度可降低，但不可能實現全電流、零速度停車超過幾分鐘而不過熱。 Paragraph 10伺服電機是一種快速反響，閉環控制的電機，具有可編程控制速度、加速度的功能，也可以通過固定位置來應對載荷變化。 閉環的意思是移動輸出裝置上的傳感器能給出位置、速度、加速度的反響信息。電機控制裝置中電路通過增加或減小反向進入電機的電流，對反響信息作出反響。 這樣輸出裝置處于精確的位置是可能的。同時控制了速度、對載荷變化和輸入指令的反響時間。 這是一種很昂貴的裝置，一般用在像移動在飛行器和巡航導彈中的飛行控制操作臺。和大直流/交流電機相比，這種電機體積小、功率和輸出

53、轉矩也較小。 步進電機用于定位輸出裝置。不像伺服電機它是開環控制，意思是無論輸出裝置是否按要求動作，都沒有反響。 Paragraph 11內部結構包括在定子和轉子的圓周上分布的很多磁條。每接收一個脈沖，轉子轉動一步一定角度到達下一個磁體。這樣它成為一個間歇運動裝置，不像其它電機一樣提供連續的旋轉運動。磁條的數量決定了分度大小。和交直流電機相比，體積小、輸出轉矩小。它不算太貴，要求特殊的控制器。Paragraph 12氣動和液壓馬達和電機相比應用很有限，是因為它需要壓縮空氣和液壓源。 利用電機直接轉化為機械能相比，這些裝置的能量利用率較低，這是因為首先化學的或電的能量轉化為流體壓力，然后轉化為機

54、械能，這些相關的轉換會有損耗。 每種能量轉換都會有一些損失。在工廠和車間里，高壓空氣因有其它用途，可以方便獲取，所以氣動馬達得到廣泛應用。一個最普通的例子是在自動化維修車間使用的氣動扳手。 雖然氣壓缸和氣動馬達都比擬廉價，但計入所有輔助裝置的本錢，這些氣動系統是很貴的。 液壓馬達常用于像建筑設備起重機、飛行器和輪船等機器和系統中，在這些系統中高壓液體有多種用途。 計入所有輔助設備的本錢，液壓系統也是很貴的。 Paragraph 13氣壓和液壓缸是一線性執行機構活塞在缸體內，它可實現有限行程的直線運動，由工作介質為壓縮空氣或液壓油的加壓流體驅動。 如果你需要直線運動這是一種選擇。然而它們都是本錢

55、高、效率低、具有像上述電機一樣的復雜因素。 另一個問題是它們的控制。大多數發動機傾向于恒速運行。在恒壓流體源典型的如大多數壓縮機作用下，執行機構將得到一個幾乎恒定的加速度，這意味著速度將隨時間線性增加。Paragraph 14執行機構以最高速到達行程末端時，對驅動機構產生劇烈的沖擊。為了放慢執行機構在行程末端的速度，用伺服閥控制流體流動是可行的，但是很昂貴。 Paragraph 1電動機是大多數機床的原動機。Paragraph 2: 所有電機都遵循磁極同極相斥，異極相吸的原理。電流通過線圈或永久磁鐵時產生磁場。Paragraph 3:交流電機中，電流會自動從正極變到負極。將交流電供應定子線圈就

56、會產生磁場使轉子旋轉起來。Paragraph 4:Paragraph 5 在許多應用中，機床制造商仍然在使用機械傳動，因為有許多的多用途電機可以調速，所以，以主軸、滑塊、附屬裝置的三種速度運行的傳動仍在廣泛應用。在如今，人們會認為轉速3600轉/分鐘是低速，高速一般為10000轉/分，甚至更高。Paragraph 6同時，電機的設計和控制技術也取得了巨大的進步。現在，要感謝計算機技術，使快速調整電機速度和轉矩成為可能。Paragraph 7 異步交流感應主軸電機也叫鼠籠式電機。按正弦波從正到付波動的交變電流傳到定子繞組，產生了旋轉磁場。Paragraph 8同時，轉子中的感應電流也生成了另一個磁場。這兩種磁場形成的力使轉子旋轉。控制電流反向流動可實現停車。Paragraph 9Paragraph 10矢量控制也可以提供定位控制