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附錄 附錄 1 外文原文 of ne of is to of on as a of as a of in be a of is is to be In to of to us to of in be to of of it OF is to of to in at of A to a in is of In be be in a or a of in we to of no to of on A on on A on a of on on at a of of of in of up of A is at or at or is ti as a by a is to or if is as be ,in as at of of is to ie is of a as s is we do a of in to of we te s to to do so we to of do as in to a at we to an as we A of be by of by s to a of be s we of we we a of It it as or of an It is a in a be by to to to do so in a a to in in to =to a of to to of in or is be to To do in it is to do we be to to in at on as he to be as in if is to a it be of to is a be he is if of or if is in in be in of of is it is by of (1)of or in an is (2)is in so a of is (3)is in is at or be so is (4) to be is to is to do to It is we be of is to to be in of no To of is to to of of or It is to of a to of is by in at at is to is to be of a is 0mm id a of of is of of at be as in of a it to is an in is it is a of of a it to be as a is to be to or is of is in a is to a or in to be is an to is be on is be or in as in A to be If be so to a on of in a 0 in as to be to of in of a in ft of In be to a of an be a of is .4 or in to of is in is a of as on by of of in be in to to If at a it is to of so be As a of be at 0 by or is on of of be in of a if by or id it be to as to it as it of an be of an of is of to is by as A is a of In to a is in it is to be of it be in an or of on if an is in a or a on a it is in A of of by to of to a of in by of a on of In to as an a of is a is in a as to of of to in to of to 譯文部分 機(jī)械運(yùn)動和動力學(xué) 運(yùn)動學(xué)的基本目的是去設(shè)計一個機(jī)械零件的理想運(yùn)動。然后再用數(shù)學(xué)的方法去描繪該零件的位置，速度和加速度，再運(yùn)用這些參數(shù)來設(shè)計零件 。 因?yàn)?，對于大部分固著在地球上的機(jī)械系統(tǒng)來說，與之聯(lián)系最密切的是時間，將加速度和動態(tài)力定義成時間作用的結(jié)果 力是作用在物體上的外力和慣性力的作用結(jié)果。所以機(jī)械設(shè)計的內(nèi)容是要建立一種在該機(jī)器的使用壽命內(nèi)保證其安全的系統(tǒng)，目的是要在一定的工況要求下，對材料進(jìn)行選擇，使材料的應(yīng)力在許用極限應(yīng)力之內(nèi)。這一點(diǎn)很明顯要求所有的系統(tǒng)要在理想的限制內(nèi)工作。在機(jī)械設(shè)計中，零件受到的最大力是取決于材料本身的動態(tài)性能。這些動態(tài)力引起了零件的加速度，加速度又要回到運(yùn)動學(xué)中去計算 ,這是機(jī)械設(shè)計的基礎(chǔ)。運(yùn)動分析是最基本的也是最早出現(xiàn)在設(shè)計的過程中的，它對與任何一個零件的成功設(shè)計夠起著至關(guān)重要的作用。在設(shè)計過程中很差的運(yùn)動學(xué)分析會帶來麻煩和錯 誤。 根據(jù)機(jī)構(gòu)所具有的自由度，任何機(jī)械系統(tǒng)都可以被分類。系統(tǒng)的自由度是在任何時候限制它的位置獨(dú)立的參數(shù)數(shù)目。 在通常情況下，剛體在相關(guān)的平面內(nèi)能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自由運(yùn)動。這個運(yùn)動同時包括轉(zhuǎn)動和平移。在三緯空間內(nèi)，在可以饒任何軸轉(zhuǎn)動的同時可以沿著三個坐標(biāo)平移。在一個平面或是一個二維的空間內(nèi)，復(fù)雜運(yùn)動變成了饒一個 (垂直與這個平面的 )軸線的轉(zhuǎn)動和同時發(fā)生的可以被分解為沿在這個平面內(nèi)的兩個坐標(biāo)軸的平移分量。為了簡化，我們將當(dāng)前的討論限制在二維的運(yùn)動系統(tǒng)中。接下來將要介紹相關(guān)的術(shù)語： 純轉(zhuǎn)動 物體圍繞著在相對于一個靜止的坐 標(biāo)系靜止的一點(diǎn) (回轉(zhuǎn)中心 )轉(zhuǎn)動。 其他所有物體上的點(diǎn)都可以用相對中心的弧來描述 有在角度方向上有變化。 純平動 所有在物體上的點(diǎn)在平行的路徑上平移。物體上的參考線在線性位置上有變化 ,而在角度方向上沒有發(fā)生變化。 復(fù)雜運(yùn)動 同時包含轉(zhuǎn)動和平動的運(yùn)動。在物體上的參考線在沿線性點(diǎn)平動的同時又在角度方向上有變化。物體上的點(diǎn)不會在沿著平行的路徑移動 ,他們在饒中心轉(zhuǎn)動的同時也不停著改變著位置。 鉸鏈?zhǔn)锹?lián)接所有機(jī)構(gòu)的基本的構(gòu)件。所有一般形式的機(jī)械 (齒輪、帶、鏈 )實(shí)際上都是不同類型的鉸鏈，鉸鏈 組成了聯(lián)接和運(yùn)動部件。 聯(lián)接是一個剛體和另外的連接件至少有兩個結(jié)點(diǎn)。 運(yùn)動部件 (也稱接頭 )是在兩個連接件的結(jié)合部分 ,這個結(jié)合允許相對的運(yùn)動，允許連接件之間潛在的運(yùn)動。 術(shù)語低副是用來描繪接頭間的面接觸。如針和孔的結(jié)合面 是如果在針和孔之間有間隙存在 (當(dāng)它們之間用于有相對運(yùn)動時 )當(dāng)針和孔只有一面接觸時，在針間的面聯(lián)接實(shí)際上已經(jīng)變成了線接觸。類似的，微觀上看 ,在平面滑動的桿件實(shí)際上只存在一些相關(guān)點(diǎn)的接觸 ,那是表面凹凸不平的突點(diǎn)，低副相對于高副的優(yōu)點(diǎn)是有利于接觸表面之間的潤滑， 這一點(diǎn)對于旋轉(zhuǎn)接頭來說是確實(shí)存在的。在高副中潤滑易被擠出來 延長壽命。 當(dāng)我們設(shè)計機(jī)械時，為了取得運(yùn)動部件的加速度信息必須首先對我們的設(shè)計進(jìn)行全面的運(yùn)動分析。接下來再運(yùn)用牛頓第二運(yùn)動定律去計算動態(tài)力。但是這樣做，我們需要知道所有運(yùn)動部件的質(zhì)量和加速度，這些零件還沒有存在，正如碰到的所有設(shè)計問題，我們在設(shè)計決定零件最佳尺寸和形狀時缺少足夠的信息。為了通過最初的計算我們必須估計零件的質(zhì)量和設(shè)計的其它部分。當(dāng)我們得到更多的信息時，再得到更好的解決方案。 在估計你設(shè)計的零件質(zhì)量的初期通過合 理的假設(shè)零件的形狀和尺寸及其合理選擇材料來獲得。然后計算每個零件的體積，再去乘以所選材料的質(zhì)量密度，去取得零件最初的合理質(zhì)量。這些質(zhì)量值在牛頓方程中可以運(yùn)用。 我們?nèi)绾蝸砼袛辔覀兯x擇的尺寸和形狀是否合理呢？很不巧，我們要到分析完所受應(yīng)力和失效分析后才能知道，特別是細(xì)長零件，如軸、細(xì)長的連桿，甚至在很小的應(yīng)力條件下，零件在動載的的失效形式將限制我們的設(shè)計。這種情況我們經(jīng)常碰到。 我們可能將會發(fā)現(xiàn)零件在動載荷的情況下會失效 寸和材料，重新來選擇設(shè)計。然后重復(fù)力，應(yīng)力 和失效分析。設(shè)計不可避免地成為一個迭代過程。 值得注意的是 ,在靜力作用下，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)計變?yōu)楹细?，而在動態(tài)力作用的情況下，這樣做可能產(chǎn)生有害的后果。在相同的加速度條件下，更大的質(zhì)量將會產(chǎn)生更大的力，隨即也會有更大的應(yīng)力。為了降低應(yīng)力和失效 ,設(shè)計者要從零件上去除一些質(zhì)量。同時設(shè)計者需要對材料的特性和應(yīng)力實(shí)效分析都要有很好的了解才能通過用合理的形狀和尺寸來達(dá)到最小的質(zhì)量。與此同時，抵御動態(tài)力的強(qiáng)度和剛度最大。 在設(shè)計任何機(jī)器或者機(jī)構(gòu)時，所考慮的主要事件之一是其強(qiáng)度應(yīng)該比它所承受的應(yīng)力要大的多，以確保安全可靠性。要保證機(jī)械零件在使用過程中不發(fā)生失效 ,就必須知道它們在某些時候會發(fā)生失效的原因，然后，才能將應(yīng)力和強(qiáng)度聯(lián)系起來，以確保其安全。 設(shè)計任何機(jī)械零件的理想情況為，工程師可以利用大量的他所選的這種材料的強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些試驗(yàn)應(yīng)該采用與所設(shè)計是零件有著相同是熱處理 ,表面粗糙度和尺寸大小的試件進(jìn)行，而且試驗(yàn)應(yīng)該在與零件使用過程中承受的載荷完全相同的情況下進(jìn)行。這表明，如果零件將要承受彎曲載荷，那么就應(yīng)該進(jìn)行彎曲載荷的試驗(yàn)。如果零件將要受彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合載荷，那么就應(yīng)該進(jìn)行彎曲和扭轉(zhuǎn) 復(fù)合載荷的試驗(yàn)，這些種類的試驗(yàn)可以提供非常有效和精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。它們可以告訴工程師應(yīng)該使用的安全系數(shù)和對于給定的壽命時的可靠性。在設(shè)計過程中，只要能夠獲得這種數(shù)據(jù)，工程師就可以盡可能好地進(jìn)行工程設(shè)計工作。 如果零件的失效可能危害人的生命安全，或者零件有足夠大的產(chǎn)量，則在設(shè)計前收集這樣廣泛的數(shù)據(jù)所花費(fèi)的費(fèi)用是很值得的。例如，汽車和冰箱的零件的產(chǎn)量非常的大，可以在生產(chǎn)之前對它們進(jìn)行大量的試驗(yàn)，使其具有較高的可靠性。如果把進(jìn)行這些試驗(yàn)的費(fèi)用分?jǐn)偟剿a(chǎn)的零件上的話，則攤到所生產(chǎn)每個零件的費(fèi)用是非常低的。 你可以對下列 四種類型的設(shè)計作出評價。 (1)零件的失效可能危害人的生命安全，或者零件的產(chǎn)量非常大 ,因此在設(shè)計時安排一個完善的試驗(yàn)程序會被認(rèn)為是合理的。 (2)零件的產(chǎn)量足夠大，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)南盗性囼?yàn)。 (3)零件的產(chǎn)量非常小，以至于進(jìn)行試驗(yàn)根本不合算；或者要求很快地完成設(shè)計，以至于沒有足夠的時間進(jìn)行試驗(yàn)。 (4)零件已經(jīng)完成設(shè)計，制造和試驗(yàn)，但其結(jié)果不能令人滿意 我們將主要對后三種類型進(jìn)行討論。這就說，設(shè)計人員通常只能利用那些公開發(fā)表的屈服強(qiáng)度，極 限強(qiáng)度和延伸率等數(shù)據(jù)資料。人們期望工程師在利用那些公開發(fā)表的資料的基礎(chǔ)上，對靜載荷和動載荷，二維應(yīng)力狀態(tài)與三維應(yīng)力狀態(tài)，高溫與低溫以及大零件和小零件進(jìn)行設(shè)計！ 而設(shè)計中所能利用的數(shù)據(jù)通常是從簡單的拉伸試驗(yàn)中得到，其載荷是漸漸加上去的，有充分的時間產(chǎn)生應(yīng)變 必須利用這些數(shù)據(jù)來設(shè)計每分鐘承受幾千次復(fù)雜的動載的作用的零件,因此機(jī)械零件有時會失效是不足為奇的。 概括地說，設(shè)計人員所遇到的基本問題是，不論對于哪一種應(yīng)力狀態(tài)或者載荷情況，都能利用通過簡單拉伸試驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)并將其與零件的強(qiáng)度聯(lián)系起來。 可 能會有兩種具有完全相同的強(qiáng)度和硬度值的金屬，其中一種由于其本身的延搌性而具有很好的承受超載荷的能力，延搌性是利用材料斷裂時的延伸率來衡量的。通常將 5%的延伸率定義為延展性的分界線。斷裂時延伸率小于 5%的材料稱為脆性材料，大于 5%的稱為延性材料。 材料的伸長量通常是在 50為這并不是對實(shí)際應(yīng)變量的測量，所以有時也采用另一種測量延展性的方法，這個方法在試件斷裂后，測量其斷裂處的很截面的面積。因此，延展性可以表示為橫截面的收縮率。 延展性材料能夠承受較大的超載荷這個特性，是設(shè)計中的一個附加 的安全因素。延展性材料的重要性在于它是材料泠變形能的衡量尺度。諸如彎曲和拉伸這類金屬加工過程需要采用延性材料。 在選用抗磨損，抗侵蝕或者抗塑性變形的材料時，硬度通常是最主要的性能。有幾種可選用的硬度試驗(yàn)方法，采用哪一種方法取決于最希望測量的材料特性。最常用的四種硬度是布氏硬度，洛氏硬度，維氏硬度，努氏硬度。 大多數(shù)硬度試驗(yàn)系統(tǒng)是將一個標(biāo)準(zhǔn)的載荷加在與被試驗(yàn)材料相接觸的小球或者棱錐上。 因此，硬度可以表示為所產(chǎn)生的壓痕尺寸的函數(shù)。這表明由于硬度是非破壞性試驗(yàn)，而且不需要專門的試件，因而，硬度是一個容易測量的性 能。通常可以直接在實(shí)際的機(jī)械零件上進(jìn)行硬度試驗(yàn)。 實(shí)際上，幾乎所有的機(jī)器中都裝有軸。軸最常見的形狀是圓形，其截面可以是實(shí)心的， 也可以是空心的（空心軸可以減輕重量）。有時也采用矩形軸，例如，螺絲起子的頭部，套筒扳手和控制旋轉(zhuǎn)的桿。 為了在傳遞扭矩時不發(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，以使在同一個軸上的兩個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，軸的扭轉(zhuǎn)角不應(yīng)該超過 1度。 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 來的力可能會使軸產(chǎn)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離過大?？偠灾?，在兩個軸承之間，軸在每英尺長度上的彎曲變形不應(yīng)該超過 此外，軸還必須能夠承受彎矩和扭矩的組合作用。因此，要考慮考慮扭矩與彎矩的當(dāng)量載荷。因此扭矩和彎矩會產(chǎn)生交變應(yīng)力，在許用應(yīng)力中也應(yīng)該有一個考慮疲勞現(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 冷軋鋼，直徑在 3寸之間的軸可以采用冷軋鋼或鍛造鋼。當(dāng)直徑大于 5英寸時，則要采用鍛造毛坯，然后機(jī)械加工到所要求的尺寸。輕載時，廣泛采用塑料軸。 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聯(lián)接在軸上。在鍵及軸上與之對應(yīng)的鍵槽的設(shè)計中，必須進(jìn)行認(rèn)真的計算。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小，會進(jìn)一步減弱軸的強(qiáng)度。 如果以臨界速度轉(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