機(jī)械工程專業(yè)英語翻譯

1、材料和熱加工1.機(jī)械學(xué)的基本概念功是力乘以該力作用在物體上使物體移動(dòng)的距離。功用公斤·米來表示。1公斤·米等于1公斤力作用于物體上使物體移動(dòng)1米的距離。例如，一項(xiàng)工作需要提升一臺(tái)300公斤重的設(shè)備到兩米半高的卡車上，那么就需要750公斤·米的功。由于沒有一個(gè)人能直接舉升300公斤重，因此必須使用一種裝置去調(diào)節(jié)所需要的可以控制的作用力。常見的裝置是一個(gè)斜面在這個(gè)例子中，一個(gè)傾斜在地面和卡車之間的承載斜板，如果斜板有10米長(zhǎng)，摩擦力忽略，那么就需要75公斤的力將機(jī)器滾上斜板?？偣θ匀皇?50公斤·米（用75公斤乘以10米），但作用力已經(jīng)被改變，于是乎其所需的

2、最大外力僅僅是75公斤。使所需的作用力減少，同時(shí)這個(gè)較小的作用力使所通過的距離增加，這樣的裝置被稱為力放大器。機(jī)器裝置也可放大速度和距離。掃帚就是一個(gè)速度和距離放大器的例子。因?yàn)樗言谑直陷斎氲牧途嚯x在掃帚的尾部轉(zhuǎn)變成較小的力和較長(zhǎng)的距離。由于與輸入距離的同樣時(shí)間里掃帚的尾部走過較大的距離，因此其速度也就增加了。機(jī)器裝置除了放大力和距離之外，也能改變運(yùn)動(dòng)的方向。效率和機(jī)械效益是用來測(cè)定機(jī)械裝置性能的。效率定義為輸出的相對(duì)有用的機(jī)械功，它以占輸入功的百分率來表示。效率總是要比100小，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)零件之間有摩擦損失。像剛才所舉的那部機(jī)器的例子那樣，如果某些人把該機(jī)器滾上斜板，他們可能發(fā)現(xiàn)那要花8

3、4公斤的力。這9公斤的差額就是需去克服滾子和軸承阻力的力。在這種情況下該機(jī)器裝置將具有89的效率。如果他們?cè)跊]有滾子情況下，把冷凍機(jī)滑移上斜板，所需的力可能是215公斤或更大，那么效率就小于35。理想機(jī)械效益是忽略摩擦損失并等于輸入力移動(dòng)的距離除以負(fù)載移動(dòng)的有效距離。作為力放大裝置，輸入的距離要比負(fù)載的距離大，而理想的機(jī)械效益是比1要大的。在承載斜板例子中，該理想機(jī)械效益是4，因?yàn)樵撦斎刖嚯x是10米，（斜板長(zhǎng)度）而有效負(fù)載移距是2.5米（該負(fù)載移動(dòng)的垂直距離）。斜面就是一個(gè)力放大裝置。作為速度放大裝置，輸入距離是要比負(fù)載距離小的，而理想的機(jī)械效益亦比1要小。簡(jiǎn)易改變運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)器裝置具有一個(gè)等

4、于1的理想機(jī)械效益。其實(shí)際機(jī)械效益包括了摩擦損失并等于實(shí)際輸出力除以實(shí)際輸入力。在承載斜板例子中的實(shí)際機(jī)械效益在有滾子條件下，大約是3.6，無滾子條件下，大約是1.4。2.塑性理論的基本假設(shè)在金屬成形中應(yīng)用塑性理論的目的是要探索金屬成形的塑性變形機(jī)理。這樣，調(diào)研可提供以下的分析和判斷：（a）金屬的流動(dòng)性（速度、應(yīng)變和應(yīng)變率），（b）溫度和熱傳導(dǎo)，（c）材料強(qiáng)度的局部變化或流動(dòng)應(yīng)力和（d）應(yīng)力，成形中的負(fù)載、壓力和能量。這樣變形機(jī)理就可提供決斷：金屬如何流動(dòng)，借助塑性成形可如何去獲得所希望的幾何形狀以及用成形方法生產(chǎn)出的零件具有什么樣的機(jī)械性能。為了建立金屬變形的可控制的數(shù)字模型（曲線圖形），作

5、出以下幾個(gè)簡(jiǎn)化的但是合理的假設(shè)：1）忽略彈性變形。然而當(dāng)必要時(shí)，彈性復(fù)原（例如，彎曲回彈情況）和加工中的彈性彎曲（例如，成形加工精度非常接近公差）定要考慮；2）作為一種連續(xù)體來考慮材料變形（如結(jié)晶，而晶間疏松和位錯(cuò)是不加考慮的）；3）單向拉伸或壓縮試驗(yàn)與多向變形條件下的流動(dòng)應(yīng)力相互有關(guān)；4）各向異性和Bauschinger效應(yīng)忽略不計(jì)；5）體積保持恒定；6）用簡(jiǎn)化法來表示摩擦，如用Coulomb's定律法或用恒剪切應(yīng)力法。這將在后面進(jìn)行討論。在壓縮應(yīng)力狀態(tài)下的金屬特性更加復(fù)雜。這可以從一金屬圓柱體試樣在兩個(gè)模板之間被壓縮時(shí)怎樣發(fā)生變化的分析中可以看得出來。當(dāng)工件達(dá)到金屬的屈服應(yīng)力的應(yīng)力

6、狀態(tài)時(shí)，塑性變形就開始發(fā)生。當(dāng)試樣高度降低時(shí)，試樣隨著橫截面的增加而向外擴(kuò)展。這種塑性變形在克服工件和模板的兩端之間的摩擦力中發(fā)生。該金屬變形狀態(tài)是受到其復(fù)雜應(yīng)力體系所支配。這應(yīng)力體系可從單一的、單向的到三維的即三向發(fā)生變化。有一個(gè)由模板施加的應(yīng)力和有兩個(gè)由摩擦反力引起的應(yīng)力。如果模板與工件間無摩擦，工件就在單向壓應(yīng)力下發(fā)生屈服，正像其受到拉伸載荷作用時(shí)的情形一樣。而且壓縮的屈服應(yīng)力跟拉伸屈服應(yīng)力極端一致。由于摩擦力的存在而改變了這一狀況，故需要更高的應(yīng)力才能引起屈服。為了找到拉伸屈服應(yīng)力與三向應(yīng)力狀態(tài)下產(chǎn)生屈服時(shí)的應(yīng)力值之間的數(shù)量關(guān)系，已經(jīng)做了很多嘗試。對(duì)于所有的金屬在三向載荷作用下的各種情

7、況下，包括各種塑性屈服試驗(yàn)情況中均未發(fā)現(xiàn)單一的（應(yīng)力、應(yīng)變）關(guān)系。已經(jīng)存在的若干個(gè)建議使用的塑性屈服理論，其中每一種理論只能在一定的范圍內(nèi)有效。在考慮使用這些理論之前，研究三向應(yīng)力體系并創(chuàng)立既利用數(shù)量關(guān)系又利用圖解技術(shù)的解題方法，那是必要的。對(duì)于三維應(yīng)力狀態(tài)，最方便而有效的方法就是利用莫爾圓，當(dāng)研究塑性屈服的各種復(fù)雜情況時(shí)，你可以很容易地運(yùn)算和進(jìn)行處理。3.有限元優(yōu)化的應(yīng)用在結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜的情況下，當(dāng)工程師們工作時(shí)，他們需要合理的、可靠的、快速而經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)工具。過去二十多年里，有限元分析法已經(jīng)成為判別和解決涉及這些復(fù)雜設(shè)計(jì)課題時(shí)的最常用方法。因?yàn)楣こ讨械拇蠖鄶?shù)設(shè)計(jì)任務(wù)都是可定量的，所以實(shí)踐上，為

8、了快速找到一些可供選擇的設(shè)計(jì)方案。計(jì)算機(jī)令繁瑣的重復(fù)設(shè)計(jì)過程發(fā)生了深刻的變革。但是，即使是現(xiàn)在，許多工程師仍然使用人工的試湊法。這樣一種方法使得即使是很簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)任務(wù)也變得困難，因?yàn)橥ǔＫǜL(zhǎng)的時(shí)間，需要廣泛的人機(jī)交互配合，且偏于用設(shè)計(jì)組的經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)。優(yōu)化設(shè)計(jì)是以理論數(shù)學(xué)的方法為基礎(chǔ)，改進(jìn)那些對(duì)于工程師來說過于復(fù)雜的設(shè)計(jì)，使其設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化。如果在一部臺(tái)式計(jì)算機(jī)平臺(tái)上能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，那就可以節(jié)省大量的時(shí)間和金錢。優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的就是要將對(duì)象極大化或極小化，例如，重量或基頻，主要受到頻響和設(shè)計(jì)參數(shù)方向的約束。尺寸和（或）結(jié)構(gòu)形狀決定著優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。觀察一下作為零件優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，使它變得更

9、容易理解。第一步，包括預(yù)處理分析和后處理分析，正像慣常使用的有限元分析（FEA）和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）程序應(yīng)用。（CAD的特點(diǎn)在于根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)建立了課題的幾何圖形）。第二步，定義優(yōu)化目標(biāo)和響應(yīng)約束。而最后一步，反復(fù)自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)作業(yè)。優(yōu)化設(shè)計(jì)程序?qū)⒃试S工程師們監(jiān)督該設(shè)計(jì)步驟和進(jìn)度，必要時(shí)停止設(shè)計(jì)，改變?cè)O(shè)計(jì)條件和重新開始。一項(xiàng)優(yōu)化設(shè)計(jì)程序的功力取決于有效的預(yù)處理和分析能力。二維和三維設(shè)計(jì)的應(yīng)用既需要自動(dòng)進(jìn)行也需要設(shè)計(jì)參數(shù)的結(jié)網(wǎng)性能。因?yàn)樵趦?yōu)化循環(huán)過程中，課題的幾何條件和網(wǎng)格會(huì)改變，所以優(yōu)化程序必須包含誤差估計(jì)和自適應(yīng)控制。修改、重配網(wǎng)格和重新估算模式以期獲取特定設(shè)計(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是以輸入初始設(shè)計(jì)數(shù)

10、據(jù)開始的。接著，是規(guī)定合適的公差并形成約束條件以獲得最優(yōu)結(jié)果，或最后改進(jìn)設(shè)計(jì)，解決問題。為了使產(chǎn)品從簡(jiǎn)單輪廓圖形到三維實(shí)體模型系統(tǒng)化、系列化，設(shè)計(jì)者必須廣泛接觸設(shè)計(jì)目標(biāo)和特性約束條件。為了易于確定而利用下列參數(shù)作為約束和目標(biāo)函數(shù)的附加特性條件，也將是需要的：重量、體積、位移、應(yīng)力，應(yīng)變，頻率，翹曲安全系數(shù)、溫度、溫度梯度和熱通量。此外，工程師們應(yīng)該能夠通過多學(xué)科的不同類型的優(yōu)化分析使多種約束條件結(jié)合起來。例如設(shè)計(jì)者為了應(yīng)力分析，可以進(jìn)行熱力分析和加熱以變更溫度，也可將多種約束條件，諸如最高溫度、最大應(yīng)力和變形聯(lián)系在一起進(jìn)行研究，然后規(guī)定一個(gè)所希望的基本頻率范圍。目標(biāo)函數(shù)代表著整體模式或部分模式

11、。甚至更重要的是通過說明重量或者成本因素，就應(yīng)該能反映該模式的各個(gè)部分的重要性。4.金屬當(dāng)有了其他各種材料，特別是有了塑料的今天，人類為什么仍然要使用如此之多的金屬材料呢？那是有益的嗎？通常使用一種材料，是因?yàn)樗芴峁┧璧膹?qiáng)度，所需要的其他性能和低廉的費(fèi)用。外觀也是一個(gè)重要因素。金屬的主要優(yōu)點(diǎn)是它們所具有的強(qiáng)度和韌性。水泥可能是比較便宜的，并常用于建筑上，但就強(qiáng)度角度來說，即使是水泥仍然是取決于其內(nèi)里的鋼筋。然而，并不是所有金屬的強(qiáng)度都高，例如銅和鋁都頗為脆弱，但如果將銅、鋁混合在一起時(shí)，結(jié)果稱為銅、鋁合金即鋁青銅，這銅鋁合金比起純鋁來強(qiáng)度要高得多。合金化是獲得下列所需各種特殊性能的一種重要

12、方法：如強(qiáng)度，韌性，抗磨性，磁性，高電阻率或抗腐蝕性。以不同的方法生產(chǎn)不同的合金，但是幾乎所有的金屬都是以金屬礦的形式（鐵礦、銅礦等）被發(fā)現(xiàn)的。礦石是一種由金屬與某些雜質(zhì)相混合而組成的礦物質(zhì)。為了用金屬礦石來生產(chǎn)出一種金屬，我們必須將雜質(zhì)從金屬礦中分離出去，那就要靠冶煉來實(shí)現(xiàn)。提煉、生產(chǎn)和處理金屬的種種方法，各個(gè)時(shí)代都在研究和發(fā)展，以滿足工程的需要。這就意味著存在大量的各種各樣的金屬和有用的金屬物質(zhì)可供選擇利用。5.金屬和非金屬材料在材料選擇時(shí)所遇到的最普通的分類問題，大概是這種材料是金屬材料還是非金屬材料。最普遍的金屬材料是鐵，銅，鋁，鎂，鎳，鈦，鉛，錫和鋅以及這些金屬的合金，例如：鋼，黃銅

13、和青銅。它們具有金屬特性：光澤，熱傳導(dǎo)性和電傳導(dǎo)性，有相應(yīng)的延展性，而某些金屬還具有良好磁性。較普遍的非金屬有木頭，磚，水泥，玻璃，橡膠和塑料。他們性能變化很大，但它們通常幾乎沒有延展性，脆弱，比金屬疏松，而且它們不具有導(dǎo)電性，具有較差的導(dǎo)熱性。一種材料對(duì)于另一種材料常常借助于其物理性質(zhì)來加以區(qū)別，例如顏色、密度、比熱、熱膨脹系數(shù)，電、熱傳導(dǎo)性能，磁性和熔點(diǎn)。其中某些性能比如電、熱傳導(dǎo)性、密度，對(duì)于物種的確定的用途來說，在選擇材料時(shí)，其重要性是擺在首位的。描述一種材料在機(jī)械應(yīng)用中的表現(xiàn)的那些性能，對(duì)于工程師在設(shè)計(jì)中選擇材料來說，往往更為重要。這些機(jī)械性能關(guān)系到該材料在工作中對(duì)于各種載荷怎樣地起

14、作用。機(jī)械性能是材料對(duì)所施加的作用力的特性反應(yīng)（響應(yīng)）。這些性能主要?dú)w結(jié)到五大類：強(qiáng)度、硬度、彈性、延展性和韌性。1強(qiáng)度是材料抵抗外力作用的能力。升降機(jī)的鋼絲繩和建筑物的橫梁都必須具備這種性能。2硬度是材料抵抗穿透和磨損的能力。剪切工具（剪床）必須能抗磨損。軋鋼機(jī)上的金屬軋輥必須能抗穿透。3彈性是材料彈回到原有形狀位置的能力。所有的彈性材料都應(yīng)具備這種性質(zhì)。4延展性材料承受永久變形而無裂損的能力。沖壓和成形產(chǎn)品必須具備這種性能。5韌性是吸收所施力的機(jī)械能的能力。強(qiáng)度和延展性決定著材料的韌性。有軌電車、火車車廂、汽車軸、錘子和類似的產(chǎn)品都需要有韌性。6.塑料和其他材料塑料具有特殊的性能。對(duì)于某種

15、用途而言，這些性能使得塑料比傳統(tǒng)材料更為可取。例如，跟金屬相比較，塑料既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。金屬易受到無機(jī)酸的腐蝕，如硫酸和鹽酸。塑料能抵抗這些酸的腐蝕，但可被溶劑所溶解或引起變形，例如，溶劑四氯化碳與塑料具有同樣的碳基。顏色必定只能涂到金屬的表面，而它可以跟塑料混合為一體。金屬比大多數(shù)塑料剛性要好，而塑料則非常之輕，通常塑料密度在0.91.8之間。大多數(shù)塑料不易傳熱導(dǎo)電。塑料能緩慢軟化，而當(dāng)其還是在軟的狀態(tài)時(shí)，能容易成形。在某一溫度下塑料是處于塑性狀態(tài)的，這就使塑料具備超過許多其他材料的主要優(yōu)點(diǎn)。它容許大量生產(chǎn)單位成本低廉的模制式器件，例如，各種容器。于此，若用其他材料則需要大量勞力和往往需要很

16、費(fèi)錢的加工工藝，比如，切割、成形、加工、裝配和裝飾。塑料器件可能需要與用其他材料，比如與金屬或木材制作的類似的器件加以區(qū)別，這不僅是由于塑料的性能不同的原因，也是由于制造塑料產(chǎn)品所用的技術(shù)不同所致。這些技術(shù)包括注塑模制，吹塑模制，壓模，擠壓和真空成形等。對(duì)粉末冶金所下的定義是：粉末冶金是制造金屬粉末并將單一的、混合的或合金化的粉末通過成形的方法制成產(chǎn)品的技術(shù)。這一制造過程可添加或不添加非金屬成份；可通過加壓或模壓成形；可在壓制時(shí)同時(shí)加熱或在制造后再進(jìn)行加熱，能使金屬粉末形成一個(gè)粘結(jié)牢固的整體；加熱過程中粉末可不熔化，或只有低熔點(diǎn)成分熔化。首先，必須生產(chǎn)合適的粉末。盡管理論上可以用粉末冶金的方法

17、制造任何晶體材料，但在許多情況下，生產(chǎn)合適的粉末已經(jīng)帶來限制，或者是因難于獲得足夠純度的粉末或者是因?yàn)榻?jīng)濟(jì)上的原因。選擇和配制好粉末并制造好所要生產(chǎn)產(chǎn)品形狀的模具后，就把粉末模壓成符合尺寸和形狀的產(chǎn)品。應(yīng)用晶體生長(zhǎng)中的熱效應(yīng)而生產(chǎn)出均勻的結(jié)晶體來。利用熱和壓力的各種結(jié)合，某些粉末冶金就是在室溫和高壓下進(jìn)行。然而在稍低于任一組分的最低熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行粉末冶金，通常緊跟著的就是施于冷壓。在模壓過程中，可利用介質(zhì)的溫升，然后是在較高的溫度條件下，模壓的成形品就從壓模中脫出。在熱模壓過程中，同時(shí)施加壓力以提高最終的粉末冶金的溫度。7.模具的壽命和失效正確的選擇模具材料和模具的制造技術(shù)，在很大程度上決定

18、著成形模具的使用壽命。為著某些原因，模具可能不得不更換。例如，由于磨損或塑性變形而使尺寸發(fā)生改變，表面損壞、光潔度降低、潤(rùn)滑故障和裂紋即破裂。在熱壓模鍛中，模具失效的主要模式是腐蝕作用、熱疲勞、機(jī)械疲勞和永久性即塑性變形。腐蝕，通常也叫做模具磨損，實(shí)際上模具由于受到壓力后模具表面上的材料發(fā)生剝落。變形材料的滑移、模具材料的抗磨性，模具表面溫度、模具和材料接觸表面的相對(duì)滑動(dòng)速度以及接觸層的性質(zhì)，都是影響模具磨損的最主要的因素。熱成形加工中會(huì)發(fā)生熱裂效應(yīng)，熱疲勞都發(fā)生在模具模腔的表面。由于跟熱變形材料接觸，就在周期性屈服的模具表面引起了熱疲勞。由于溫度梯度的急劇變化，這種接觸引起表面層的膨脹，而且

19、表面層受到壓應(yīng)力的影響。在溫度足夠高的時(shí)刻，這些壓應(yīng)力可引起表面層的破壞。當(dāng)模具表面冷卻時(shí)，可發(fā)生反向應(yīng)力，因而表面層將處于拉應(yīng)力狀態(tài)。這種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)將引起形成龜裂的模面，那就是作為識(shí)別熱裂紋的特征。模具破裂或產(chǎn)生裂紋是由于機(jī)械疲勞，并且是在模具過載和局部應(yīng)力高等情況下發(fā)生的。在變形加工過程中，由于加載、減載，模具承受著交變應(yīng)力作用，這就將引起開裂并發(fā)生重大破壞。在給定的成形工藝條件下，模具材料的機(jī)械性能對(duì)模具壽命和模具的損壞影響很大。一般而言，最具影響的性能是取決于加工過程的溫度。這樣，用于冷卻成形加工工藝的模具材料與用于熱成形加工的材料有著極大的區(qū)別。對(duì)于金屬成形加工工藝的小批、單件生產(chǎn)

20、，模具的設(shè)計(jì)、制造和模具材料的選擇是非常重要的。為著提供成本合理和具有令人滿意的壽命的模具，必須用合適的模具材料和用現(xiàn)代的制造方法來制造模具。成形加工的經(jīng)濟(jì)效益常常是取決于模具壽命和所制造的每件模具的成本。根據(jù)上述應(yīng)用，合適的模具材料的選擇取決于以下三方面的因素：（a）與加工工藝本身有關(guān)的因素，包括模腔尺寸、所用機(jī)器形式和變形速度，毛坯尺寸和溫度，要用的模具溫度、潤(rùn)滑、生產(chǎn)率和要生產(chǎn)的零件數(shù)量。（b）與模具加載形式相關(guān)的因素，包括加載速度，即模具與正在變形的金屬之間的沖擊時(shí)間或逐漸接觸的時(shí)間（在熱變形加工中，這種接觸時(shí)間顯得特別重要），在模具上的最大載荷和壓力，最大和最小的模具溫度以及模具將要

21、承受的加載周期的數(shù)目。（c）模具材料的機(jī)械性能，包括硬度、沖擊強(qiáng)度、熱強(qiáng)度（如果考慮熱成形加工的話）和抵抗熱疲勞和機(jī)械疲勞的性能。8.冷加工和熱加工上述考慮原則提供了鍛造溫度系列的分類基礎(chǔ)，換句話說，分熱加工（熱鍛）和冷加工（冷鍛）。要在再結(jié)晶溫度以上才能完成塑性變形加工的就考慮熱加工。使用“熱加工”這一術(shù)語通常意示著材料一般要加熱，但并不總是要加熱。例如鉛的再結(jié)晶就是在很低的溫度下進(jìn)行。根據(jù)以上定義，在室溫條件下鍛造鉛也是在進(jìn)行熱加工。在再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工被定義為冷加工。幾種普通金屬或他們的合金其再結(jié)晶溫度大約是750900。為了改善性能，這些合金中的某些合金是在550700溫度范

22、圍內(nèi)通過鍛造來進(jìn)行應(yīng)變硬化處理的。盡管根據(jù)定義，這是實(shí)實(shí)在在的“冷加工”，但它常常被看作“熱加工”。進(jìn)行加熱主要是為了減少流動(dòng)應(yīng)力進(jìn)而減少所需的鍛造力。如果材料性質(zhì)最終要獲得改善，就必須非常嚴(yán)密地控制所謂“加熱的加工”操作。實(shí)行以上操作工藝之后接著就要在低于鍛造溫度以下的溫度中進(jìn)行消除應(yīng)力處理。對(duì)于奧氏體不銹鋼、高溫合金鋼和許多有色金屬合金的再結(jié)晶溫度可在超出相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化。影響再結(jié)晶溫度的因素包括：目前的應(yīng)變硬化程度、退火時(shí)間，變形前的晶粒度，以及固溶體中溶質(zhì)原子的濃度。在再結(jié)晶瞬間，再結(jié)晶晶粒度與變形程度成反比。9.鑄造鑄造是人類所掌握的最古老的金屬加工技術(shù)之一。我國(guó)早在公元前2000

23、年就已把金屬制成鑄件。而所使用的工藝從原理上和今天的工藝沒有多大的區(qū)別。鑄造工藝由制模、備料和金屬熔煉，金屬液澆注入模和鑄件清砂等。鑄造的產(chǎn)品是鑄件，鑄件可能從零點(diǎn)幾公斤到幾百噸范圍變化。實(shí)際上所有金屬在成分上也是變化的，而合金也可以鑄造。最常鑄造的金屬是鑄鐵、鋼、鋁等等。這些金屬中，鑄鐵，由于其低熔點(diǎn)，低價(jià)格和易控制，因而其鑄造適應(yīng)性是最突出的，而且使用也遠(yuǎn)比所有其他金屬多。鑄造工藝是一種廣泛應(yīng)用的生產(chǎn)金屬制件的方法。實(shí)際上鑄造工藝方法是復(fù)雜的。由于熔融的物料能容易取得被澆注進(jìn)去的容器（模型）的形狀，因此，幾乎像生產(chǎn)簡(jiǎn)單形狀鑄件那樣頗為容易地鑄造出復(fù)雜形狀的鑄件。鑄造金屬的地方叫做鑄造車間。

24、最重要的鑄造金屬是鑄鐵，鑄鐵是用生鐵在一個(gè)特殊的熔爐叫沖天爐的爐子中重新熔煉而制造出來的。從沖天爐中出來的鐵水流入到不同規(guī)格的鐵水包中，并從這些鐵水包中被澆注到模型中。模型有兩種類型：砂模和金屬模。金屬模是由兩個(gè)中空的部件組成，它們應(yīng)被聯(lián)結(jié)在一起以便將金屬液澆入模箱中。這模腔的內(nèi)側(cè)是要涂以碳粉或石墨，因此金屬不致于粘貼到型腔壁上。當(dāng)金屬液凝固后，這中空的型箱部件被打開并取出鑄件。也有一種特殊模型，在該模型中可以鑄造大型鋼塊。這些模型通常用鑄鐵來制造，并被稱為錠模。而澆注金屬液到這些模子中生產(chǎn)出的鋼塊被稱為鋼錠。該工藝過程叫錠鑄。相當(dāng)大量的有色金屬合金可以進(jìn)行模鑄。所用的主要而基本的金屬，按其在

25、工業(yè)上應(yīng)用的重要性的順序是鋅、鋁、銅、錳、鉛和錫。這些合金可以進(jìn)一步進(jìn)行分類為低溫類合金和高溫類合金。鑄造溫度低于538的那些合金，就像鋅、錫和鉛，是屬于低溫類合金。低溫類合金具有低生產(chǎn)成本和低的模具維修費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)鑄造溫度上升時(shí)，需要最佳條件下處理過的合金鋼和其他特種鋼來抵抗腐蝕及防止模具表面的熱裂紋。高溫在模具上的損壞作用已經(jīng)成為阻礙、延緩高溫模鑄發(fā)展的主要因素?？刂七x擇合金的另外一個(gè)因素就是熔融的金屬在相關(guān)的機(jī)器零件上和模具上的腐蝕或溶解作用。這種作用隨著溫度的升高而增加，甚至某些合金比另一些合金更為明顯。特別是，鋁對(duì)黑色金屬有一種破壞作用，為此，鋁幾乎不熔混于機(jī)器零件中，而銅基合金是

26、決不能熔混于機(jī)器構(gòu)件中的。10.制造中的金屬成形工藝金屬成形是基礎(chǔ)制造工藝之一。它在冶金、機(jī)器制造、電力、汽車、鐵路、航空、船舶制造、武器工業(yè)、化工、電子、儀器儀表制造和輕工業(yè)中起著重要作用。金屬成形加工包括：（a）笨重型成形工藝，例如鍛造，擠壓，輥軋、拉拔。（b）輕薄型成形加工，例如，壓彎成形，深沖（壓）和張拉成形加工等。早先討論過的一組制造工藝中，對(duì)金屬成形加工生產(chǎn)制造工業(yè)、軍工零部件加工工業(yè)和消費(fèi)品加工工業(yè)而言是具有重大意義的一套工藝加工方法。成形加工工藝分類的一般方法是考慮冷成形加工（室溫）和熱成形加工（再結(jié)晶溫度以上）。大多數(shù)材料在不同的溫度條件下其性能是有區(qū)別的。在冷成形加工中，通

27、常金屬的屈服應(yīng)力是隨著應(yīng)變值增加而增大，而熱成形加工中，則隨著應(yīng)變率（即變形率）的增加而增大。然而在各種溫度條件下，控制成形加工的一般原則基本上是相同的。因此，以材料的初始溫度為依據(jù)的成形加工工藝，對(duì)于了解和改進(jìn)這些工藝并沒有多大的促進(jìn)作用。事實(shí)上，以成形前后的特殊幾何形狀而言，以所用材料和生產(chǎn)率為依據(jù)而不是以溫度為依據(jù)的分類方法，可以更好地考慮工具設(shè)計(jì)，設(shè)備使用，自動(dòng)化程度，制品輸送及潤(rùn)滑等問題。設(shè)計(jì)、分析和成形加工工藝的優(yōu)化要求需要：（a）關(guān)于金屬流動(dòng)、應(yīng)力和熱傳導(dǎo)的分析知識(shí)以及（b）關(guān)于潤(rùn)滑、加熱和冷卻技術(shù)，材料處理、模具設(shè)計(jì)和制造、成形加工設(shè)備的技術(shù)資料。關(guān)于成形加工的總體情況的了解，

28、文獻(xiàn)著作中的大量資料都是有用的。11.鍛造鍛造是借助于人工或動(dòng)力錘，壓力機(jī)或Spiel鍛壓機(jī)所施加的確定壓力來進(jìn)行的金屬塑性加工過程，它既可是熱鍛也可以是冷鍛。然而，當(dāng)其是冷鍛的時(shí)候，通常就給予該工藝以專門的名稱。因此，一般講的術(shù)語“鍛造”指的是再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的熱鍛。現(xiàn)代的鍛造是由盔甲制造者和不朽的鄉(xiāng)村鍛工所實(shí)踐的古代工藝發(fā)展而來的。高動(dòng)力鍛錘和機(jī)械壓力機(jī)代替了強(qiáng)有力的手臂、錘頭和砧座。而現(xiàn)代冶煉知識(shí)在控制加熱和金屬運(yùn)送方面充實(shí)了技工的工藝技術(shù)。已經(jīng)研制出各種類型鍛造工藝，這給生產(chǎn)提供了巨大的靈活性。它使得單件的或數(shù)以千計(jì)的相同零件的批量鍛造生產(chǎn)變得經(jīng)濟(jì)成為可能。金屬可能是（1）被拉拔，增

29、加其長(zhǎng)度而減小其橫截面，（2）鐓粗，增加其橫斷面，而減小其長(zhǎng)度，（3）在閉式鍛模中擠壓迫使金屬各向流動(dòng)。與錘鍛的快速?zèng)_擊不同，壓力機(jī)鍛造是用緩慢的擠壓作用使塑性金屬變形。這擠壓作用完全被施加到正在被壓鍛的零件中心位置上，直至徹底使整個(gè)工件得到加工。這些壓力機(jī)都是立式的，可能是機(jī)械操作也可能是液壓操作的。機(jī)械操作壓力機(jī)，操作速度比較快，使用最普遍，鍛造能力從5000噸到10000噸范圍。對(duì)于小型壓力鍛使用閉式鍛模。通常要求鍛錘僅一個(gè)沖程就完成鍛造工藝。在沖程終端產(chǎn)生最大壓力，該沖擊壓力迫使金屬成形。模具可由各自獨(dú)立的單元裝配而成，即把所有個(gè)別模腔都放到一起，組成整體。對(duì)于小型鍛件使用分模裝置更為

30、方便。對(duì)于不同的金屬在模具設(shè)計(jì)上有些區(qū)別，銅合金鍛件比鋼件用較小的拔模斜度，因此可生產(chǎn)更加復(fù)雜形狀的鍛件。這些合金在該種模具中流動(dòng)性好，而且能快速擠壓成形。鍛壓機(jī)比落錘鍛，輸入到機(jī)器里的總能量中有更大部分的能量被傳輸?shù)浇饘倥髁仙稀Ｂ溴N鍛的沖擊能量被機(jī)器和基礎(chǔ)吸收得較多（比起壓力機(jī)來）。金屬上的壓力衰減較快，因此生產(chǎn)成本比較低。大多數(shù)壓力鍛鍛件形狀、產(chǎn)生的表面都是對(duì)稱的，而且表面非常光滑，并比落錘鍛件的公差尺寸更加精確。然而落錘鍛造可以鍛制形狀復(fù)雜而不規(guī)則的鍛件，因而較為經(jīng)濟(jì)。鍛壓機(jī)常常用來為其他鍛造工藝所生產(chǎn)的鍛件進(jìn)行整形和校正加工用。在落錘鍛中，一塊金屬坯料，粗糙的即大體像所要求零件形狀那樣

31、，被放入到具有成品件那樣精確形狀的模面之間，然后施加壓力使模具緊緊結(jié)合在一起以鍛取模腔形狀。這一方法廣泛用來制造鋼件和黃鋼件。大型金屬錠現(xiàn)在幾乎都是用液壓壓力機(jī)來鍛造的，而不用蒸汽錘。因?yàn)橛脡毫C(jī)鍛造，變形更加深透。將來壓力機(jī)可對(duì)付冷金屬錠并能加工得到更加精確的尺寸。鍛造將在大約與輥軋同樣的溫度下進(jìn)行，這種工藝正像軋制那樣可改善金屬的物理性能。最后火鍛時(shí)，不使鋼太熱很重要，因?yàn)檫^熱鋼冷卻后，其機(jī)械性能較差。為鍛件加熱，溫度通常是以肉眼來判斷的，但在生產(chǎn)大量相同鍛件的場(chǎng)合，要鍛造的坯件是在有高溫計(jì)指示溫度的爐子中來加熱，并且常常是自動(dòng)控制的。12.鍛造的優(yōu)點(diǎn)和工作原理鍛造用鍛錘或壓力機(jī)成形制品的

32、技術(shù)無疑是壓力加工工藝中最古老的加工方法。它利用了金屬最有價(jià)值的性能之一的優(yōu)點(diǎn)在高溫下的塑性，即靠機(jī)械加工可使之變形的能力。熱鍛是對(duì)塑性狀態(tài)金屬的加工。作為靠壓力加工成形的金屬件，它能獲得致密、均勻、流線特性好、強(qiáng)度高，為鑄造和焊接成形所無法達(dá)到的質(zhì)量。自由鍛質(zhì)量高，生產(chǎn)各種形狀、尺寸鍛件的通用性強(qiáng)，它已成為一種最基本的現(xiàn)代加工技術(shù)。對(duì)金屬每施加一次載荷，該金屬就承受一次變形。隨著施加的外力增加，這種改變就由小變大。如果所施外力消失后金屬回復(fù)到原有的形狀就說明其是彈性的，并且一旦外力作用消失就沒有永久性效應(yīng)。然而如果所施加外力消失，金屬保持著形狀的改變，則結(jié)果已發(fā)生了某些塑性變形或稱非彈性變形

33、。熱加工的主要方法是錘擊、施壓、輥軋和擠壓，自由鍛有別于其他鍛造工藝在于金屬始終沒有被完全約束或限制。槽（?。┠?，閉合?；蚵溴N鍛都將金屬完全限制在模腔中。所陳述的各種類型的錘擊鍛機(jī)和壓力機(jī)也都是用于模鍛的。當(dāng)熱鍛把坯料轉(zhuǎn)變成所需尺寸和形狀時(shí)，這是從鍛造中僅僅獲得一次調(diào)質(zhì)處理。通過熱鍛鑄件的內(nèi)部構(gòu)造被打亂并為更精細(xì)的晶粒所代替。低密度區(qū)，顯微縮孔和氣隙疏松被固結(jié)起來。這樣通過消除鑄件結(jié)構(gòu)缺陷，提高密度，改善均勻性而使機(jī)械性能提高。鍛造方法的選擇提供了調(diào)整晶粒流向以獲得最佳的所希望的定向性能的手段。13.焊接焊接技術(shù)已經(jīng)變得如此通用以致今天定義“焊接”都感到困難。以前說焊接是“用熔焊把金屬連接起來

34、”，就是靠熔合，但這一定義將不再使用。盡管熔合方法仍然是最普遍的，但它們并不是總在使用。后來又曾定義焊接為“用熱把金屬連接起來”，但這也不再是正確的定義。不僅金屬能焊接，許多塑料也能焊接。而且，幾種焊接方法不需要熱。每個(gè)機(jī)械工作者都熟悉無熱焊接。冷壓焊在某些情況下是一個(gè)合適的焊接方法。除壓力焊接之外，我們還可用聲焊和用著名的激光焊。面對(duì)年復(fù)一年地發(fā)展的焊接方法多樣性，這里我們必須采用以下焊接定義：焊接是一種無須用固緊裝置而使金屬和塑料連接在一起的方法。不存在焊接工藝統(tǒng)一命名的方法。許多焊接工藝是根據(jù)熱源或防護(hù)方法來命名。但某種特殊工藝品則是在生產(chǎn)出焊縫的形式后才命名的。點(diǎn)焊和對(duì)接焊就是例子?？?/p>

35、體分類不能考慮這個(gè)方法。因?yàn)橥瑯拥暮缚p類型可能由各種工藝方法來產(chǎn)生。點(diǎn)焊可以用電阻、電弧、電子束等工藝來實(shí)現(xiàn)，對(duì)接焊可用電阻焊、燒焊或若干其他方法中的一種方法來實(shí)現(xiàn)。把金屬件連接在一起的方法有若干個(gè)，用哪一種方法，要根據(jù)金屬種類和所要求的焊縫強(qiáng)度來決定。軟焊是要用熔融狀態(tài)的第三種金屬來使兩件金屬連接在一起的工藝。焊料由錫和鉛組成。而常常含有鉍和鎘，目的是要降低熔點(diǎn)。軟釬焊中最重要的工序之一就是清理焊縫表面。這可以用某種酸性清除劑來進(jìn)行。軟釬焊能為輕型鋼件、銅件和黃銅件生產(chǎn)滿意的焊縫，但軟釬焊的焊縫強(qiáng)度比起硬釬焊、鉚接和焊接來要弱些。連接金屬的這些方法，通常用來產(chǎn)生強(qiáng)固的永久性的焊縫。把兩件金屬

36、焊在一起的最簡(jiǎn)單的方法稱做壓力焊。用火焰把金屬兩端加熱到白熾狀態(tài)鐵的焊接溫度為1300左右在這一溫度下，金屬變成塑性，然后對(duì)兩端施壓或錘擊使之結(jié)合在一起。最后再將焊縫清理干凈。必須注意首先保證表面完全清潔，因臟物將會(huì)使焊縫強(qiáng)度削弱。此外，加熱鑄鐵或鋼到高溫會(huì)引起氧化并在焊接表面形成氧化皮。因此用助焊劑施于加熱的金屬上。達(dá)到焊接溫度時(shí)刻，助焊劑熔化，將氧化物粒子跟任何其他可能存在的雜質(zhì)一起都熔解于助焊劑中。金屬表面被壓合在一起，而助焊劑就從焊縫中間被擠出?？赡苁褂萌舾刹煌愋偷暮缚p，但對(duì)于頗為粗厚的金屬件，通常使用V型焊縫。該焊縫比起普通的對(duì)接焊縫來要強(qiáng)固些。14.熱處理熱處理是鍛后進(jìn)行一次或多

37、次重新加熱和冷卻操作的熱循環(huán)過程，以便使鍛件獲得所需的顯微組織和機(jī)械性能。生產(chǎn)出的絕大多數(shù)鍛件都需要進(jìn)行某種形式的熱處理。不熱處理的鍛件，相對(duì)來說是為了非臨界應(yīng)用的低碳鋼零件或者是打算進(jìn)一步熱機(jī)械加工而后再熱處理的鍛件。鋼的化學(xué)成分、產(chǎn)品的規(guī)格和形狀以及所希望的性質(zhì)是后面要用到的決定生產(chǎn)循環(huán)的重要因素。 普遍使用的工業(yè)熱處理有球化處理、正火、退火、淬火、和回火。它們包括加熱材料到某一預(yù)定的溫度，在此溫度下進(jìn)行均熱即進(jìn)行保溫，并在規(guī)定速度下于空氣中、液體中或于保溫介質(zhì)中冷卻。以下各項(xiàng)處理可簡(jiǎn)要地定義如下：球化處理在略低于臨界溫度范圍下，對(duì)鐵基合金持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間加熱，緊接著以相對(duì)慢的速度在

38、空氣中冷卻。在臨界溫度以上和略低于此溫度相互交替長(zhǎng)時(shí)間加熱，高碳鋼小件更迅速地球化。這一熱處理的目的是使碳化物生成球狀。正火加熱鐵基合金到臨界溫度以上50，緊接著在低于臨界溫度下空冷。其目的是使金屬的組織結(jié)構(gòu)，通過消除因某種加工操作產(chǎn)生的全部?jī)?nèi)應(yīng)力、內(nèi)應(yīng)變而處于正常狀態(tài)。退火是用于熱處理的綜合性術(shù)語，退火可用于消除應(yīng)力，使金屬變軟，改變可鍛性，消除氣隙以構(gòu)成某一顯微組織。處理的溫度和冷卻的速率取決于處理的工件和要進(jìn)行處理的材料的組分。淬火加熱或者到臨界溫度內(nèi)或者到臨界溫度以上而后冷卻某件鐵基合金。熱處理的溫度及其持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度，即“保溫周期”，那是取決于材料組分。所用的冷卻介質(zhì)可根據(jù)組分、所希望

39、的硬度和零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性來決定?；鼗鹗氰F基合金淬火后再加熱到低于臨界溫度以下的某一溫度，緊跟著以所要求的任一速率冷卻?；鼗鸬哪康氖窍龖?yīng)力、應(yīng)變及降低硬度和減少脆性。機(jī)構(gòu)和機(jī)器原理 MECHANISMS AND MACHINE THEORYalign=centerb機(jī)構(gòu)和機(jī)器原理/b/alignb機(jī)構(gòu)介紹/b機(jī)構(gòu)的功用是作為機(jī)械作用的一個(gè)部分從一個(gè)剛體到另一個(gè)剛體傳送即傳遞運(yùn)動(dòng)。一般能用作機(jī)構(gòu)基本零件的機(jī)械裝置有三種類型：1齒輪裝置。那是在回轉(zhuǎn)軸之間進(jìn)行接觸傳動(dòng)的嚙合構(gòu)件。2凸輪裝置。把輸入構(gòu)件的均勻運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成輸出構(gòu)件的非均勻運(yùn)動(dòng)的裝置。3平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)也是能使一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)剛體產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)

40、的有用裝置。運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)且粋€(gè)構(gòu)件系統(tǒng)裝置即若干個(gè)剛體，它們或者彼此鉸接或者互相接觸，方式上是允許它們彼此間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。如果構(gòu)件中的某一構(gòu)件被固定而使任何其他一個(gè)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)到新的位置將會(huì)引起其他各個(gè)構(gòu)件也運(yùn)動(dòng)到確定的預(yù)期的位置上的話，該系統(tǒng)裝置就是一個(gè)可約束的運(yùn)動(dòng)鏈。如果構(gòu)件中的某一構(gòu)件仍保持固定而使任一運(yùn)動(dòng)到達(dá)一新的位置而不會(huì)使其他各個(gè)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)到一個(gè)確定的預(yù)期的位置上的話，則該系統(tǒng)裝置是一個(gè)非約束運(yùn)動(dòng)鏈。機(jī)構(gòu)或連桿構(gòu)件是一個(gè)可約束的傳動(dòng)鏈而且是一個(gè)從輸入到輸出以傳遞運(yùn)動(dòng)和（或）力為目的的機(jī)械裝置。連桿機(jī)構(gòu)是由通常被認(rèn)為是剛體構(gòu)件或桿組成的，它們是以銷軸鉸接的，例如用柱銷（圓形的）或棱柱體銷軸鉸接，

41、以便成形開式或閉式（回環(huán)式）的運(yùn)動(dòng)鏈。這樣的運(yùn)動(dòng)鏈在至少有一個(gè)構(gòu)件被固定的條件下：（1）如果至少有兩個(gè)構(gòu)件能保持運(yùn)動(dòng)，就變?yōu)闄C(jī)構(gòu)，（2）如果沒有一個(gè)構(gòu)件能夠運(yùn)動(dòng)，則就成為結(jié)構(gòu)。換句話說，機(jī)構(gòu)是允許其“剛性構(gòu)件”之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而結(jié)構(gòu)則不能。由于連桿機(jī)構(gòu)做成一簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)而且能設(shè)定實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的任務(wù)，例如非線性運(yùn)動(dòng)和力的傳遞運(yùn)動(dòng)。它們?cè)跈C(jī)構(gòu)學(xué)研究中將受到更多的關(guān)注。機(jī)構(gòu)被用于許多許多的機(jī)器和裝置中。最簡(jiǎn)單的封閉式的連桿機(jī)構(gòu)就是四桿機(jī)構(gòu)，四桿機(jī)構(gòu)有三個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件（加上一個(gè)固定構(gòu)件）并且有四個(gè)銷軸。連接動(dòng)力源的構(gòu)件即原動(dòng)件，而具有一個(gè)移動(dòng)鉸和一個(gè)固定鉸者叫做輸入構(gòu)件。輸出構(gòu)件將一個(gè)移動(dòng)鉸和另一個(gè)固定鉸連系起來。

42、連接構(gòu)件即浮動(dòng)構(gòu)件將兩個(gè)移動(dòng)的鉸（回轉(zhuǎn)副）連系起來，因而連接構(gòu)件就將輸入傳送到輸出。四桿機(jī)構(gòu)若使一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件無限長(zhǎng)而產(chǎn)生某些特殊的構(gòu)造。曲柄滑塊（即曲柄和滑塊）機(jī)構(gòu)就是一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)特例。其以一個(gè)滑塊替換一個(gè)無限長(zhǎng)的輸出件。內(nèi)燃機(jī)就是建立在這一機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上。有著另一種形式的四桿機(jī)構(gòu)，其中滑塊是在一運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件上導(dǎo)移運(yùn)動(dòng)而不是在一固定構(gòu)件上。這些就被稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的變換，它是其中一個(gè)構(gòu)件（曲柄、連桿或滑塊）被固定時(shí)形成的。雖然四桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是非常有用而且在成千上萬的應(yīng)用中都可找到。但是我們還看到，這些連桿機(jī)構(gòu)其性能水平的發(fā)揮已經(jīng)受到限制。具有更多構(gòu)件的連桿機(jī)構(gòu)常常用于更多要求的情況中。然而

43、可以設(shè)想多回環(huán)的連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)常常是更為困難的，特別是當(dāng)其他零件出現(xiàn)在同一圖中的時(shí)候，要進(jìn)行更復(fù)雜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析：第一步是繪制一等效運(yùn)動(dòng)圖即示意圖。這示意圖用于電路圖解類似的目的，即僅僅表示機(jī)構(gòu)的主要本質(zhì)的意圖，然而它要體現(xiàn)影響其運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵的尺寸。運(yùn)動(dòng)圖可用兩種形式中的一種：一是草圖（按比例畫出，但放大比例不精確），二是比例準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)圖（通常用于進(jìn)一步分析其位置、位移、速度，加速度，力和扭矩傳遞等等）。為了便于參考，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行順序編號(hào)，（以靜止構(gòu)件編號(hào)為1開始編寫），而回轉(zhuǎn)副則以字母表示。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的第二步：畫一個(gè)圖解圖，是要確定機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。依據(jù)自由度，可意指需要若干個(gè)獨(dú)立輸入的運(yùn)動(dòng)的數(shù)

44、目，以確定機(jī)構(gòu)所有的構(gòu)件相對(duì)于地面的位置。人們可以想象存在數(shù)以千計(jì)的不同類型的連桿機(jī)構(gòu)。你可想象一個(gè)袋子包容大量的連桿機(jī)構(gòu)的組元：二桿組，三桿組，四桿組等等，以及構(gòu)件，回轉(zhuǎn)副，移動(dòng)副，凸輪隨動(dòng)件，齒輪，齒鏈，鏈輪，皮帶，皮帶輪等等。（球形運(yùn)動(dòng)副，螺旋副以及允許三維相對(duì)運(yùn)動(dòng)的其他連接尚未包括進(jìn)去，這里，僅僅討論平行平面內(nèi)的平面運(yùn)動(dòng)）。而且你可以想象一下把這些組元放在一起而形成的各種類連桿機(jī)構(gòu)的可能性。存在如何幫助人們控制所形成這些機(jī)構(gòu)的規(guī)律嗎？實(shí)際上，大多數(shù)機(jī)構(gòu)的任務(wù)是要求一個(gè)單一的輸入被傳遞到一個(gè)單一的輸出。因此單一自由度的機(jī)構(gòu)是使用最多的一種機(jī)構(gòu)類型。例如，由直覺即可以看出：四桿機(jī)構(gòu)就是一個(gè)

45、單一自由度的連桿機(jī)構(gòu)。畫運(yùn)動(dòng)圖和確定機(jī)構(gòu)自由度的過程，就是運(yùn)動(dòng)分析和綜合過程的第一個(gè)階段。在運(yùn)動(dòng)分析中，根據(jù)機(jī)構(gòu)的幾何形狀加上可能知道的其特性（如輸入角、速度，角加速度等）來研究確定具體的機(jī)構(gòu)。另一方面，運(yùn)動(dòng)綜合則是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)以完成一個(gè)所要求的任務(wù)的過程。于此，選擇新機(jī)構(gòu)的類型和尺寸是運(yùn)動(dòng)綜合的一個(gè)部分。設(shè)想相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力，能推想出之所以這樣設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu)的原因和對(duì)一個(gè)具體設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)的能力是一個(gè)成功的機(jī)構(gòu)學(xué)家的標(biāo)志。雖然這些能力來自先天的創(chuàng)造性，然而更多的是因?yàn)檎莆樟藦膶?shí)踐中提高的技術(shù)。b運(yùn)動(dòng)分析/b最簡(jiǎn)單最有用的機(jī)構(gòu)之一是四桿機(jī)構(gòu)。以下論述中的大部分內(nèi)容集中討論連桿機(jī)構(gòu)上，而該程序也適用于

46、更復(fù)雜的連桿機(jī)構(gòu)。我們已經(jīng)知道四桿機(jī)構(gòu)具有一個(gè)自由度。關(guān)于四桿機(jī)構(gòu)，有沒有要知道的有用的更多內(nèi)容呢？的確是有的！這些包括格拉肖夫準(zhǔn)則，變換的概念，死點(diǎn)的位置（分歧點(diǎn)），分支機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)角，和他們的運(yùn)動(dòng)特征，包括位置，速度和加速度。四桿機(jī)構(gòu)可具有一種稱作曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的形式，一種雙搖桿機(jī)構(gòu)，一種雙曲柄（拉桿）機(jī)構(gòu)，致于稱作哪一種形式的機(jī)構(gòu)，取決于跟機(jī)架（固定構(gòu)件）相連接的兩桿的運(yùn)動(dòng)范圍。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的輸入構(gòu)件，曲柄可旋轉(zhuǎn)通過360°并連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而輸出構(gòu)件僅僅作搖動(dòng)（即搖擺的桿件）。作為一個(gè)特例，在平行四桿機(jī)構(gòu)中，輸入桿的長(zhǎng)度等于輸出桿的長(zhǎng)度，連接桿的長(zhǎng)度和固定桿（機(jī)架）的長(zhǎng)度，也是相等的。

47、其輸入和輸出都可以作整周轉(zhuǎn)動(dòng)或者轉(zhuǎn)換成稱作反平行四邊形機(jī)構(gòu)的交叉結(jié)構(gòu)。格拉肖夫準(zhǔn)則（定理）表明：如果四桿機(jī)構(gòu)中，任意兩桿之間能作連續(xù)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，那么，其最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度與最短桿長(zhǎng)度之和就小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。應(yīng)該注意：相同的四桿機(jī)構(gòu)，可有不同的形式，這取決于哪一根桿被規(guī)定作為機(jī)架（即作固定桿）。運(yùn)動(dòng)變換的過程就是固定機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈中的不同的桿件以產(chǎn)生不同的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程。除了具備關(guān)于構(gòu)件回轉(zhuǎn)范圍的知識(shí)之外，還要具備如何使機(jī)構(gòu)在制造之前就能“運(yùn)轉(zhuǎn)”的良好措施，那將是很有用的。哈登伯格（Hartenberg）說到：“運(yùn)轉(zhuǎn)”是一個(gè)術(shù)語，其意義是傳給輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)的有效性。它意味著運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，其中能在輸出構(gòu)件中

48、產(chǎn)生一個(gè)力或扭矩的最大分力是有效的。雖然最終的輸出力或扭矩不僅是連桿幾何圖形的函數(shù)，而且一般也是動(dòng)力或慣性力的結(jié)果，那常常是大到如靜態(tài)力的幾倍。為了分析低速運(yùn)轉(zhuǎn)或?yàn)榱艘子讷@得如何能使任一機(jī)構(gòu)“運(yùn)轉(zhuǎn)”的指數(shù)，傳動(dòng)角的概念是非常有用的。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)期間，傳動(dòng)角的值在改變。傳動(dòng)角0°可發(fā)生在特殊位置上。在此特殊位置上輸出桿將不運(yùn)動(dòng)而與施加到輸入桿上的力多大無關(guān)。事實(shí)上，由于運(yùn)動(dòng)副摩擦的影響，一般根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，用比規(guī)定值大的傳動(dòng)角去設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)。衡量連桿機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)能力的矩陣基礎(chǔ)的定義已經(jīng)研究出來。一個(gè)決定性因素的值（它含有對(duì)于某個(gè)給定機(jī)構(gòu)圖形，位置的輸出運(yùn)動(dòng)變量對(duì)輸入變量的導(dǎo)數(shù)）是該連桿機(jī)構(gòu)在具

49、體位置中的可動(dòng)性的一個(gè)尺度。如果機(jī)構(gòu)具有一個(gè)自由度（例如四桿機(jī)構(gòu)），則規(guī)定的一個(gè)位置參數(shù)，如輸入角，就將完全確定該機(jī)構(gòu)休止的位置（忽視分支機(jī)構(gòu)的可能性）。我們可研究一個(gè)關(guān)于四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件絕對(duì)角位置的分析表達(dá)式。當(dāng)分析若干位置和（或）若干不同機(jī)構(gòu)時(shí)候，這將是比幾何圖形分析程序要有用得多，因?yàn)樵摫磉_(dá)式將使自動(dòng)化計(jì)算易于編程。實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)速度分析的相對(duì)速度法即速度多邊形是幾種有效的方法之一。這端（頂）點(diǎn)代表著機(jī)構(gòu)上所有的點(diǎn)，具有零速度。從該點(diǎn)到速度多邊形上的各點(diǎn)畫的線代表著該機(jī)構(gòu)上相應(yīng)各點(diǎn)的絕對(duì)速度。一根線連接速度多邊形上的任意兩點(diǎn)就代表著作為該機(jī)構(gòu)上兩個(gè)對(duì)應(yīng)的點(diǎn)的相對(duì)速度。另外的方法就是瞬時(shí)中心法，即瞬

50、心法，該方法是非常有用的而且常常是在復(fù)雜連桿機(jī)構(gòu)分析時(shí)較快的方法。瞬心是一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)在那一瞬間，機(jī)構(gòu)上的兩構(gòu)件之間不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為了找出已知機(jī)構(gòu)某些瞬心的位置，肯尼迪（Kennedy）三中心理論就非常有用。它是說：彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的三個(gè)物體的三個(gè)瞬心必定是在一直線上。機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的加速度是令人感興趣的，因?yàn)樗绊憫T性力，繼而影響機(jī)器零件的應(yīng)力、軸承載荷、振動(dòng)和噪音。由于最終的目的是機(jī)器和機(jī)構(gòu)慣性力的分析，所有加速度的各分量都應(yīng)一次性地畫在同一坐標(biāo)系中機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件的慣性坐標(biāo)系中表示出來。應(yīng)注意的是：相對(duì)于固定回轉(zhuǎn)副的回轉(zhuǎn)剛體上的一點(diǎn)加速度分量通常有兩個(gè)。一個(gè)分力方向切于該點(diǎn)的軌跡，其指向與該物體的

51、角加速度方向相同，并被稱為切向加速度。它的存在完全是由于角速度的變化率引起的。另一個(gè)分量，總是指向物體的回轉(zhuǎn)中心，被稱為標(biāo)準(zhǔn)的向心加速度，這個(gè)分量由于速度矢量的方向發(fā)生改變而存在。b運(yùn)動(dòng)的綜合/b機(jī)構(gòu)是形成許多機(jī)械裝置的基本幾何結(jié)構(gòu)單元，這些機(jī)械裝置包括自動(dòng)包裝機(jī)、打印機(jī)、機(jī)械玩具、紡織機(jī)械和其他機(jī)械等。典型的機(jī)構(gòu)要設(shè)計(jì)成使剛性構(gòu)件相對(duì)基準(zhǔn)構(gòu)件產(chǎn)生所希望的運(yùn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)即運(yùn)動(dòng)的綜合，第一步常常是先設(shè)計(jì)整部機(jī)器。當(dāng)考慮受力時(shí)，要提出動(dòng)力學(xué)方面的問題，軸承的荷載、應(yīng)力、潤(rùn)滑等類似的問題，而較大的問題是機(jī)器結(jié)構(gòu)問題。運(yùn)動(dòng)學(xué)家把運(yùn)動(dòng)學(xué)定義為“研究機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和創(chuàng)建機(jī)構(gòu)的方法”。這個(gè)定義的第一部分就

52、涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。已知一個(gè)機(jī)構(gòu)，其構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)特性將由運(yùn)動(dòng)學(xué)分析來確定。敘述運(yùn)動(dòng)分析的任務(wù)包含機(jī)構(gòu)的主要尺寸、構(gòu)件間的相互連結(jié)和輸入運(yùn)動(dòng)的技術(shù)特性或驅(qū)動(dòng)方法。目的是要找出位移、速度、加速度、沖擊或跳動(dòng)（二階加速度），和可能發(fā)生的各構(gòu)件的高階加速度以及所描述徑跡和由某些構(gòu)件來實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)。定義的第二部分可用以下兩方面來解釋：1研究借助機(jī)構(gòu)來產(chǎn)生給定運(yùn)動(dòng)的方法2研究建造能產(chǎn)生給定運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方法，在兩個(gè)方案中，運(yùn)動(dòng)是給定的而機(jī)構(gòu)是創(chuàng)建的。這就是運(yùn)動(dòng)綜合的本質(zhì)。這樣運(yùn)動(dòng)綜合涉及到為給定性能的機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。運(yùn)動(dòng)綜合方面又可歸結(jié)為以下兩類：1類型綜合。規(guī)定所要求的性能，怎樣一種類型的機(jī)構(gòu)才是合適的？（齒輪系，

53、連桿機(jī)構(gòu)？還是凸輪機(jī)構(gòu)？）而機(jī)構(gòu)應(yīng)具有多少構(gòu)件？需要多少個(gè)自由度？怎樣的輪廓結(jié)構(gòu)才是所希望的？等等。關(guān)于桿件數(shù)目和自由度的考慮通常被認(rèn)為是類型綜合中被稱作為數(shù)量綜合的一個(gè)分支領(lǐng)域。2尺寸綜合。運(yùn)動(dòng)綜合的第二個(gè)主要類型是通過目標(biāo)法來確定的最佳方法。尺寸綜合試圖確定機(jī)構(gòu)的重要尺寸和起動(dòng)位置，該機(jī)構(gòu)是為著實(shí)現(xiàn)規(guī)定的任務(wù)和預(yù)期的性能而事先設(shè)想的。所謂重要的尺寸意思是指關(guān)于兩桿、三桿等的長(zhǎng)度或桿間距離，構(gòu)件數(shù)和軸線間的角度，凸輪輪廓尺寸，凸輪隨動(dòng)件的直徑，偏心距，齒輪配額等等。預(yù)想機(jī)構(gòu)類型可能是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、四桿機(jī)構(gòu)，帶盤型從動(dòng)件的凸輪機(jī)構(gòu)，或者是以拓?fù)鋵W(xué)方法而非因次分析法所確定的具有某種結(jié)構(gòu)形狀更為復(fù)

54、雜的連桿機(jī)構(gòu)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)綜合，慣例上有三個(gè)任務(wù)：函數(shù)生成，軌跡生成和運(yùn)動(dòng)生成。在函數(shù)生成機(jī)構(gòu)中輸入和輸出構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)必須是相互關(guān)聯(lián)的。對(duì)于一個(gè)任意函數(shù)yf（x），一個(gè)運(yùn)動(dòng)綜合的任務(wù)可能是設(shè)計(jì)一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)使輸入和輸出建立起關(guān)系以便使得在xoxxn-1的范圍內(nèi)輸入按x運(yùn)動(dòng)，而輸出按yf（x）運(yùn)動(dòng)。在輸入和輸出件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況下，轉(zhuǎn)角和分別是x和y的線性模擬。當(dāng)輸入件回轉(zhuǎn)到一個(gè)獨(dú)立x值時(shí)，在一個(gè)“黑箱”的機(jī)構(gòu)中，使輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)到相對(duì)應(yīng)的由函數(shù)yf（x）決定的數(shù)值上。這可被認(rèn)為是機(jī)械模擬計(jì)算機(jī)的最簡(jiǎn)單的情形。各種不同的機(jī)構(gòu)都可以包含在這個(gè)“黑箱”內(nèi)，然而對(duì)于任意函數(shù)的無誤差生成，四桿機(jī)構(gòu)是無能為力的，僅

55、僅可能在有限精確度內(nèi)與之相匹配。它廣泛用于工業(yè)上，因?yàn)樗臈U機(jī)構(gòu)在構(gòu)建和維修上都是簡(jiǎn)單的。在軌跡生成機(jī)構(gòu)中，在“浮動(dòng)桿”上一個(gè)點(diǎn)要描畫一條相對(duì)于一個(gè)固定坐標(biāo)系確定的軌跡。如果該軌跡點(diǎn)是既要與時(shí)間相關(guān)又要與位置相關(guān)，該任務(wù)被稱之為預(yù)定周期的軌跡生成。軌跡生成機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子就是設(shè)計(jì)來投擲棒球或網(wǎng)球的四桿機(jī)構(gòu)。在這種情況下，點(diǎn)P的軌跡將是這樣：在預(yù)定的位置撿起一個(gè)球，并在預(yù)定的時(shí)間周期內(nèi)沿著預(yù)定的徑跡把球傳送出去，能達(dá)到合適的速度和方向。機(jī)械裝置設(shè)計(jì)中有著許多情形，在這些情形中既要導(dǎo)引剛體通過一系列規(guī)定的、受限制的獨(dú)立位置，又要在減少受限制而且獨(dú)立的位置的數(shù)目時(shí)，對(duì)運(yùn)動(dòng)體的速度和（或）加速度加以約束，

56、那是必要的。運(yùn)動(dòng)生成或剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)要求：一個(gè)完整的物體要被導(dǎo)引通過一預(yù)定的運(yùn)動(dòng)序列。作為被導(dǎo)引的物體通常是“浮動(dòng)構(gòu)件”的一部分，那不僅是預(yù)定點(diǎn)P的軌跡，也是通過該點(diǎn)并嵌入該物體內(nèi)的線的轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，該線可能代表自動(dòng)化機(jī)械中的一個(gè)載體件，那是在載體件上的一個(gè)點(diǎn)具有一個(gè)預(yù)定的軌跡而該載體件又具有一個(gè)預(yù)定的角度方位。預(yù)定方式裝料機(jī)的吊斗的運(yùn)動(dòng)是運(yùn)動(dòng)生成機(jī)構(gòu)的另一個(gè)例子。吊斗端的軌跡是有極限的。因?yàn)槠涠丝诒仨殞?shí)現(xiàn)挖掘的運(yùn)動(dòng)軌跡，緊跟著要實(shí)現(xiàn)提升和傾瀉的軌跡。吊斗的角度方位對(duì)保證斗中物料從正確的位置傾瀉（倒）同樣是重要的。b凸輪和齒輪/b凸輪裝置是把一種運(yùn)動(dòng)改變成另一種運(yùn)動(dòng)的方便裝置。這種機(jī)器零件具有曲面

57、或槽面，該曲面或槽面與從動(dòng)件相配合并將運(yùn)動(dòng)傳給從動(dòng)件。凸輪的運(yùn)動(dòng)（通常是轉(zhuǎn)動(dòng)）被傳遞給從動(dòng)件作搖動(dòng)或移動(dòng)，或兩者均有。由于各種各樣的幾何體和大量的凸輪與從動(dòng)件相結(jié)合，因此凸輪是一種極多功能的萬用的機(jī)械零件。雖然凸輪和從動(dòng)件可以為運(yùn)動(dòng)、軌跡和功能生成而設(shè)計(jì)，但其主要是用于利用凸輪和從動(dòng)件作為功能生成構(gòu)件。根據(jù)凸輪形狀，最普遍的凸輪種類是：盤形傳動(dòng)凸輪（兩維的，即平面的）和圓柱形凸輪（三維的，即空間的）機(jī)構(gòu)。從動(dòng)件可以用幾個(gè)方法分類：根據(jù)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)，例如移動(dòng)或搖動(dòng)來分類，根據(jù)平移式（直線）從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)是沿徑向的還是從凸輪軸中心偏心的和根據(jù)從動(dòng)件接觸面的形狀（比如平面、輥?zhàn)?、點(diǎn)刀尖式，球面，平面曲線

58、或空間曲面）。對(duì)于一個(gè)對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪，可畫出的與凸輪表面相切且與輪軸同心的最小圓是基圓。隨動(dòng)件的點(diǎn)就是產(chǎn)生節(jié)線的輥?zhàn)又行牡狞c(diǎn)。壓力角就是輥中心軌跡方向線和通過輥?zhàn)又行牡墓?jié)線的法線之間的夾角而且是傳動(dòng)角的余角。忽略摩擦影響，這法線方向跟凸輪與從動(dòng)件之間接觸力方向是重合一致的。像在一連桿機(jī)構(gòu)中，壓力角在循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中變化且是凸輪把運(yùn)動(dòng)作用力傳遞到從動(dòng)件去的一種量度。大壓力角將產(chǎn)生施加到從動(dòng)件桿上的側(cè)向力，因摩擦力存在，那將勢(shì)必把從動(dòng)件限制在導(dǎo)槽中。在自動(dòng)化機(jī)械中的許多應(yīng)用需要間歇運(yùn)動(dòng)。一個(gè)典型的例子將要求一個(gè)含有上升一停歇一返回和可能另一個(gè)停歇的周期，每階段經(jīng)過一個(gè)指定的角度，伴隨著一個(gè)所要求的從動(dòng)件的位移，這個(gè)位移以厘米或度來度量。設(shè)計(jì)者的工作就是相應(yīng)地設(shè)計(jì)出該凸輪。首先要做的決策就是要選擇凸輪從動(dòng)件的類型。規(guī)定的應(yīng)用可能要求凸輪和從動(dòng)件相結(jié)合。轉(zhuǎn)化為決策的某些因素有：幾何形狀條件，動(dòng)力條件，環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)因素。一旦凸輪與從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)副類型被選定，則從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)就必定選定。因此，速度、加速度和在某些情況下，從動(dòng)件位移的進(jìn)一步的方案實(shí)屬極端重要。齒輪是借助于輪齒成功嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)的機(jī)器零件。齒輪從一根回轉(zhuǎn)軸到另一回轉(zhuǎn)軸傳遞運(yùn)動(dòng)或傳遞運(yùn)動(dòng)到一傳動(dòng)齒條。多數(shù)應(yīng)用中