哈工大版機電工程專業(yè)英語翻譯

1、Lesson 2 Lubrication潤滑 盡管潤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，都可以歸類為(be classed as)潤滑劑。經(jīng)過精心處理去除了所有雜質(zhì)(foreign material)的金屬在相互滑動時，會粘附(seize)或熔接(weld)到一起. 當(dāng)達(dá)不到高的清潔度(cleanliness)時，吸附在表面的氣體、水蒸汽、氧化物(oxide)和污染物會降低摩擦力并減少黏附的趨勢，但通常會產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，這種現(xiàn)象被稱為“無潤滑”摩擦或干摩擦(dry sliding)。在滑動面之間引入一層流體膜，把

2、潤滑表面完全隔離開，就產(chǎn)生了（result in）流體膜潤滑。 這種流體可能是有意引入的，例如汽車主軸承中的潤滑油；也可能是無意中引入的，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，潤滑膜中的壓力必須和作用在滑動面上的負(fù)載（荷）保持平衡。如果潤滑膜的壓力來自于外界，這種系統(tǒng)被稱為流體靜壓hydrostatically潤滑.如果潤滑表面之間的壓力是由于滑動面本身的形狀和運動所共同產(chǎn)生的，這種系統(tǒng)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(guān)。 處在

3、無潤滑滑動和流體膜潤滑之間的狀態(tài)被稱為邊界潤滑，也可以被定義為這樣一種潤滑狀態(tài)，在這種狀態(tài)中，表面之間的摩擦力取決于表面性質(zhì)和潤滑劑中除粘度以外的其他因素。邊界潤滑包括大部分的潤滑現(xiàn)象，通常在機器的啟停時出現(xiàn)。 當(dāng)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(yīng)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(tài)出現(xiàn)，在一些精密的機器中，金屬也常作為潤滑面。 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

4、相互聯(lián)系。 潤滑面之間潤滑劑的數(shù)量和性質(zhì)對摩擦力的產(chǎn)生有極大影響。例如不考慮熱和磨損這些相關(guān)因素，只考慮兩個油膜潤滑表面間的摩擦力，它比兩個同樣表面但沒有潤滑時小200倍。在流體膜潤滑狀態(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(tài)，潤滑劑粘度對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)引起的潤滑表面以及固體與固體接觸的表面.適當(dāng)?shù)臐櫥瑒⒛軒椭朔厦嫣岬降拿糠N磨損現(xiàn)象 潤滑劑通過增加滑動面之間的距離，從

5、而減輕了由于磨料污染物和表面粗糙(asperity)造成的損傷。 潤滑劑通過減少磨損和帶走(carry off)產(chǎn)生的熱量來控制溫度。其效果取決于潤滑劑的用量，環(huán)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)，影響表面溫度。 潤滑劑在控制表面腐蝕時有雙重作用。當(dāng)機器閑置不工作時潤滑劑起防腐劑(preservative)的作用。當(dāng)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留在金屬表面的潤滑膜的厚度和潤滑劑的化學(xué)成分有直接關(guān)系。 除了減少摩擦外，潤滑劑

6、還經(jīng)常有其他的用途。其中一些用途如下所述。 傳遞動力：潤滑劑被廣泛用來作為液壓傳動中的工作液體。 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(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器零件的周圍，潤滑劑被作為減振液使用。 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?jié)櫥瑒┩庑购臀廴疚镞M入。 Lesson 3 Machine Tool Frames機床床身 機身是機器的基礎(chǔ)部

7、件。大多數(shù)機身是鑄鐵（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(huán)境，包括冷卻液和潤滑劑。材料的膨脹不能妨礙滑動部件的運動。在正常工作期間材料不能產(chǎn)生太多的熱量，應(yīng)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。 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決定。 鑄鐵：幾乎所有傳統(tǒng)機

8、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。 盡管鑄鐵是一種便宜的材料，但是每個鑄件都需要一個鑄型。鑄型要用螺栓緊固聯(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，花費大.尺寸小，大批量生產(chǎn)的機床由于分擔(dān)的鑄型費用較低，常使用鑄鐵床身。單件小批生產(chǎn)的機床結(jié)構(gòu)用焊接或許是經(jīng)濟的。 焊接鋼結(jié)構(gòu)：當(dāng)鑄件不容易實現(xiàn)時，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)計時需權(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)計完成后也可以添加一

9、些特征，但是（焊接產(chǎn)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(huán)和在床身空腔內(nèi)加鉛和沙子，來抑制熱變形和減振。 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床設(shè)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。 陶瓷：二十世紀(jì)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(wěn)定，耐腐蝕，低表面粗糙度，但脆性大，費用高.低的傳導(dǎo)率有時是優(yōu)點，有時是缺點。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)力混凝土在簡易零件中增大了質(zhì)量，減輕了振動，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。但它強度不如金屬高、散熱性能較差。 設(shè)計者必須考慮相聯(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床和磨床。 基礎(chǔ)主要保證機床的剛度，吸振和隔振是次要因素。機器本身剛度不足時必須讓基礎(chǔ)彌補。選擇基礎(chǔ)時，設(shè)計者必須考慮機器的重量，產(chǎn)生的力，精度要求及相鄰機器傳到基礎(chǔ)上的載荷。由于地質(zhì)條件的時常變化會影響機器的穩(wěn)定，因此也是需要考慮的問題。 如果一個小機床具有足夠的剛度，它就不需要由基礎(chǔ)再補充。載荷較小時，機床只需152203mm厚的混凝土

11、基礎(chǔ)。安裝到機床基礎(chǔ)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(shù)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)是固定板坯來與車間其它部分隔離，且該板坯上安裝有主動和被動的振動隔離裝置。 床身設(shè)計的主要考慮因素有：載荷、阻尼、孔、熱變形、噪聲。 載荷：搞清機器產(chǎn)生的靜載和動載是必不可少的。基本靜態(tài)載荷，有機床及其工件的重量。動載是機器運轉(zhuǎn)時產(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。力和振動相互作用產(chǎn)生的自激載荷。 阻尼：盡管床身材料和設(shè)計應(yīng)具有和考慮阻尼，但阻尼器常作為床身的一部分來處理一些具體問題。 阻尼器最好設(shè)在幾乎沒有動載的機床位置，且只有設(shè)

12、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。 孔：每個床身本應(yīng)是實體的，但機器需要裝配和維護。設(shè)計者必須處理好孔的數(shù)量、尺寸與剛度、強度的關(guān)系。 熱力因素：來自內(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：周圍車間條件，冷卻、潤滑介質(zhì)和陽光。 機器也有它自己的熱源：電機、機器運動產(chǎn)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。 噪音：從健康和安全方面考慮，降低噪音是人們近來相當(dāng)關(guān)心的問題。來自于運動部件和風(fēng)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。 Lesso

13、n 4 Threaded Fasteners螺紋緊固件 螺紋緊固件起著定位、加緊、調(diào)整和從一個機器零件向另一個傳遞力的作用。它們已經(jīng)完全標(biāo)準(zhǔn)化，且通常用于大批量生產(chǎn)的機器上。 盡管存在其它先進的聯(lián)接方式，螺紋緊固件的應(yīng)用仍保留了機器設(shè)計和制造過程中基本的裝配方法。因此，設(shè)計者在滿足使用要求時應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)類型和尺寸的螺紋緊固件。 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(chǎn)生并保持一個較大的力。所有這些都是基于單頭螺紋螺釘?shù)模且粋€簡單機械，可以在最小的空間內(nèi)產(chǎn)生很大的機械增益，而且在理論上是自鎖的。而這一有效應(yīng)用，要借助兩個其它簡單機械：杠桿和輪軸機械。扳手是一

14、種基本杠桿；螺絲刀是一種輪軸機械。 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。相對靜止的螺栓，螺母的旋轉(zhuǎn)運動會產(chǎn)生一個沿螺栓軸線方向的直線運動。受到阻力時，螺紋產(chǎn)生軸向力的現(xiàn)象可由斜面原理來解釋。 再進一步旋轉(zhuǎn)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(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合振動較小，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性強的場合，及更精密調(diào)整的場合。 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)螺紋用一個簡化符號標(biāo)識在圖形零件的細(xì)表等場合。該符號包括：尺寸，螺紋系列，配合等級，內(nèi)外螺紋符號（A外螺紋，B內(nèi)螺紋）及旋向。 如標(biāo)示：，表示：一外螺紋零件，公稱直徑英寸，20牙/英寸的統(tǒng)一粗牙螺紋，公差等級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，公稱尺寸（直徑）英

16、寸，統(tǒng)一細(xì)牙螺紋16牙/英寸，公差等級2。 ISO標(biāo)準(zhǔn)包含許多直徑螺距組合系列，但推薦的美國標(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后接公稱直徑（mm）X螺距（mm）。 例如M4×0.7表示公制螺紋公稱直徑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(huán)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

17、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。 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(huán)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(jīng)濟。 Lesson 5 Working Drawing 生產(chǎn)圖紙 工作圖是將設(shè)計變?yōu)閷嶋H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)都可用來在工作圖中表達(dá)項目中的細(xì)節(jié)。 零件圖(detail drawing)是在一整套工作圖中一個零件（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明部分。當(dāng)一個設(shè)計方案需要用幾張圖紙來表示時，通常將技術(shù)要求以統(tǒng)一(consolidate)的格式寫在工作圖上 。 在繪制零件圖之前，設(shè)計人員應(yīng)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(dāng)?shù)呐浜?，所?biāo)注的公差（tolerance）準(zhǔn)確無誤，接觸表面具有適當(dāng)?shù)拇植诙?，零件之間可以產(chǎn)生正確的運動。 在準(zhǔn)備工作圖時，大部分工作由繪圖員來完成，但設(shè)計人

19、員通常是工程師，要對圖紙的正確與否負(fù)責(zé)。正是工作圖使產(chǎn)品得以生產(chǎn)或建造出來。 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。 對于一個項目，在生產(chǎn)或建造時進行修改（revision）或更改(modification)所付出的代價遠(yuǎn)比在設(shè)計初始階段進行這項工作花費更多的費用。 質(zhì)量較差的工作圖將會浪費時間和資源，且會增加實施成本。為了在經(jīng)濟上有競爭優(yōu)勢，圖紙必須盡可能地沒有差錯（error-free）。 英寸是英制的基本單位，實際上在美國所有的生產(chǎn)圖紙中卻用英寸來標(biāo)注尺寸。 毫米是公制的基本單位。標(biāo)注尺寸時可以省略去數(shù)字后面公制單位的縮

20、寫，因為標(biāo)題欄附近的SI符號表明所有單位卻是公制的。 有些工作圖同時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(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)欄中加以說明。 在實踐中標(biāo)題欄中通常包括標(biāo)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，任何為改進設(shè)計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(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)題欄中對應(yīng)比例的位置上標(biāo)明“如圖所示”。當(dāng)圖紙沒有按照比例繪制時，將縮寫NTS（不按比例）放在標(biāo)題欄中。 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(shù)字的高度為1/8英寸（3mm）。將零件序號放在圓圈內(nèi)，這種圓圈稱balloons（氣球）

22、，其直徑大約是數(shù)字高度的4倍。 將零件的序號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)圖中的錯誤，提出修改和改進意見，以便制造出物美價廉的產(chǎn)品 。審核人員可以是在制圖和加工工藝方面有豐富經(jīng)驗的主任制圖員，或是創(chuàng)始該項目的工程師或者設(shè)計人員。在一些較大的公司中，圖紙要由有關(guān)的各個生產(chǎn)車間會同評審，確保為每個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(zhǔn)備另一張

23、圖紙供最后核準(zhǔn)用。 審核人員通過工作圖、零件圖檢查設(shè)計方案是否正確無誤。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)對每處修改卻做好記錄外，制圖員應(yīng)該記錄整個項目期間所做的一切更改。隨著項目的進行，制圖員應(yīng)該將所有的更改日期和有關(guān)人員記錄下來。 這樣的記錄使得任何人員在將來對項目進行復(fù)核時，很容易清楚地了解獲得最后設(shè)計方案所經(jīng)理的過程。 在圖紙的準(zhǔn)備過程中，經(jīng)常要進行許多計算。如果計算結(jié)果丟失或者計算工作完成的不好，則必須重新進行計算，因此，它們作為記錄的永久組成部分 。Lesson 6 Engineering Design工程設(shè)計

24、工程設(shè)計是一個系統(tǒng)（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(fù)雜性的問題。 例如，機械工程師應(yīng)用這一設(shè)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(tǒng)（drive train）的內(nèi)燃機中的往復(fù)運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動；電力工程師應(yīng)用這一設(shè)計過程去設(shè)計用落水做動力源的發(fā)電系統(tǒng)；材料工程師應(yīng)用這一設(shè)計過程研制燒蝕材料，使宇航員能安全地重返地球（大氣層）。 現(xiàn)代高技術(shù)社會的大量復(fù)雜問題的解決，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)境保護專家、經(jīng)濟學(xué)家、社會學(xué)家和法律專家組成的團隊。解決問題不僅依靠技術(shù)的合理應(yīng)用，而且要考慮通過政府法

25、規(guī)和政治影響引起的大眾情緒。作為工程師被授權(quán)利用專門技術(shù)來研究和改進產(chǎn)品和系統(tǒng)，但同時我們必須知道我們的行為一般對社會和環(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)計是工程教育過程的制高點；正是這一顯著特征把(工程設(shè)計)和其他職業(yè)區(qū)分開來。 工程設(shè)計的正式定義可以在工程技術(shù)鑒定合格委員會（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)來自各種工程專業(yè)協(xié)會。每一門授權(quán)的課程有一個解釋清楚的設(shè)計部分，該部分包含在ABET指導(dǎo)方針中。ABET對設(shè)計的解釋如下： 工程設(shè)計是設(shè)計系統(tǒng)、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(jīng)

26、常需要反復(fù)），在此過程中為了達(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)未來發(fā)展的問題使用、現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的發(fā)展和應(yīng)用、設(shè)計問題的陳述和詳細(xì)說明、其它解決問題方法的考慮、可行性研究、生產(chǎn)過程、并行工程設(shè)計以及詳細(xì)的系統(tǒng)描述。另外，還必須包括許多實際約束，如經(jīng)濟因素、安全、可靠性(reliability)、美學(xué)(aesthetis)、道德(ethics)和社會反響等。 如果說二十世紀(jì)下半葉可以提到的大的事情，那就是信息的爆炸。對大多數(shù)課題可以揭示的數(shù)據(jù)量是勢不可擋的。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、聽到和看到的大部分事情進行精簡。當(dāng)你查找一些信息資料時，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。如果實際的產(chǎn)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(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，否則不能找到一個改進的或革新的解決方案。 2、你的圖書館。許多大學(xué)設(shè)有教你如何使用你的圖書館的課程。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

28、的東西，例如在工程索引中。你的問題的性質(zhì)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(yīng)該充分利用圖書館的計算機數(shù)據(jù)庫（database）和經(jīng)常通過光盤只讀存儲器（CD-ROM）來獲取信息。 3、專業(yè)組織。美國機械工程師協(xié)會（The American Society of Mechanical Engineers）是一個技術(shù)協(xié)會，它對機械專業(yè)的學(xué)生非常有吸引力。你學(xué)院的每一個專業(yè)不僅與一個而且經(jīng)常與好幾個這樣的會有聯(lián)系（be associated with）。國家專業(yè)工程師協(xié)會是一個組織，大部分工程方面的學(xué)生最終要加入這一組織，以及至少一個技術(shù)協(xié)會如美國土木工程師協(xié)會（ASCE

29、）、美國電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）或十二個協(xié)會中的任何一個都對許多專業(yè)技術(shù)感興趣，專業(yè)實踐似乎與這些專業(yè)有非常緊密的聯(lián)系。許多工程師是幾個協(xié)會和學(xué)會的會員。 4、行業(yè)雜志（trade journal）。 錢和經(jīng)濟是工程設(shè)計和決策制定的一部分。我們生活在一個以經(jīng)濟和競爭為基礎(chǔ)(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(rèn)為在經(jīng)濟上是不可行的。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，是因為這些東西太貴。同樣，我們也不能把某些非?？释臇|西加入到我們的設(shè)計中，因為我們獲得的價值與

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)所有類型的新產(chǎn)品。某些產(chǎn)品是渴望的，因為現(xiàn)有的產(chǎn)品在市場中不具有很好的競爭力。其它的產(chǎn)品被簡單的試做，因為似乎人們將買它們。生產(chǎn)廠商如何知道其生產(chǎn)的新產(chǎn)品是否受歡迎呢？他們很少能知道確切答案。在市場分析時，統(tǒng)計數(shù)字是重要的考慮。你們中的大部分人將會發(fā)現(xiàn)，概率和統(tǒng)計是你們所選課程的一個整體部分。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)計最初都會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題，它（系統(tǒng)）終將出問題。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，若有足夠的時間，所有材料一定會產(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，試件變形隨時間緩慢增大的現(xiàn)象。壓力和環(huán)境共同（in concert）作用會造成屈服，例如，應(yīng)力腐蝕裂紋。蠕變溫度影響和應(yīng)力溫度影響都會導(dǎo)致性能降低、零件和系統(tǒng)失敗。 設(shè)計過程通常從解決方案的詳細(xì)描述開始。有時我們把設(shè)計過程說成是設(shè)計循環(huán)，但它或許是一個設(shè)計循環(huán)外加依賴于設(shè)計而進行實際生產(chǎn)的設(shè)計實施過程。 設(shè)計循環(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。計算機輔助設(shè)計現(xiàn)在已用于設(shè)計過程，各種設(shè)計和設(shè)計思想能被檢驗和仿真。 即使在早期的設(shè)計循環(huán)中，具有一些材料的概念也是有用的。除非開發(fā)出新的材料，否則由于材料不具有必要的性能而不能實現(xiàn)的設(shè)計只能是一個永遠(yuǎn)不

33、能成為現(xiàn)實的概念。在制造之前必須依據(jù)設(shè)計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，或者只有新材料開發(fā)出來才能制造，在設(shè)計仿真階段就必須改動這些材料的技術(shù)要求。在設(shè)計中材料是現(xiàn)實的。 圖1所示為一個包括設(shè)計實施的設(shè)計過程簡圖（schematic representation）。由于材料使設(shè)計成為現(xiàn)實，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)計之初或許要構(gòu)想一個用于檢驗和進一步完善的原型，以開發(fā)最終產(chǎn)品。 一般來講，最終產(chǎn)品要求工作可靠、經(jīng)濟（有利可圖）和安全。 安全系數(shù)常用于估算和考慮用于設(shè)計中的材料強度。安全系數(shù)一般用于材料

34、的屈服強度（yield strength），也能用于極限抗拉強度。屈服應(yīng)力是超過它以后材料（尤其是金屬、合金）會產(chǎn)生永久性變形的應(yīng)力。超過屈服應(yīng)力或屈服強度，材料開始蠕變。也就是產(chǎn)生位移(dislocation)，即連續(xù)施加一超過屈服強度的載荷材料將產(chǎn)生滑移。 再過一段時間或許會產(chǎn)生裂紋（slip）。所以始終在不超過極限應(yīng)力的狀態(tài)下工作，材料不會屈服。人們有時以屈服強度的一部分（幾分之一）為基礎(chǔ)進行設(shè)計。例如，假設(shè)材料永遠(yuǎn)不會超過屈服應(yīng)力值的一半，并在實際設(shè)計中應(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，這時安全系數(shù)為4。 顯然，一個設(shè)計讓材料連續(xù)工作在極限抗拉應(yīng)力附近

35、是不安全的。另一方面，由于沒有材料具有規(guī)定的強度，很大的安全系數(shù)將使設(shè)計不能實施。另外即使該強度可以實現(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。或許除高強度外，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。 機器是相互聯(lián)系的零件構(gòu)成的機械系統(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）過渡的接觸面或邊界面分開。斷裂會在晶粒接觸面間產(chǎn)生，所以即使一個多晶的金屬或合金材料也認(rèn)為是一個相互聯(lián)系的晶粒系

36、統(tǒng)。 我們討論屈服時，這種認(rèn)識是非常重要的：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，它需要大量的實驗、計算、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，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)，就會欣賞到：我們設(shè)計的有效的、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機械設(shè)計

37、歷史上大部分時間內(nèi)，機械設(shè)計學(xué)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(jì)早期，電的部分被引入到機械設(shè)備中。 從那時起，這門學(xué)科經(jīng)歷了從純粹的機械產(chǎn)品到機電產(chǎn)品的平穩(wěn)轉(zhuǎn)變。然而，設(shè)備無論電子設(shè)備如何發(fā)展，仍然需要機械設(shè)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(chǎn)品都需要機械的界面與人類交互。 在二十世紀(jì)六、七十年代，另外一個學(xué)科又加入到電動機械設(shè)計中來，也就是軟件設(shè)計。許多機電產(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、復(fù)印機及許多“聰明”的玩具。具有機械的、電的、軟件部分的產(chǎn)品稱為機電設(shè)備。這些設(shè)備設(shè)計的難度在于需要機、電、軟三個相互交叉卻又明顯

38、屬不同學(xué)科的專業(yè)知識和設(shè)計過程知識。當(dāng)我們按照傳統(tǒng)的方式將機械工程分為各個方面時，我們將其分為各個學(xué)科：流體力學(xué)、熱力學(xué)、機械學(xué)等。 在對機械設(shè)計進行分類時，這種面向?qū)W科的方法已不再適用。想一想！例如一種最簡單的設(shè)計選擇設(shè)計。選擇設(shè)計意思是在滿足某種要求的供選擇項目中選擇一個或多個項目。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；為某一過程選擇合適的熱交換器。即使學(xué)科不同，這些問題的每一個解決過程基本上是一樣的。 本文的目的是描述獨立于某一學(xué)科的設(shè)計的不同類型。首先我們必須認(rèn)識到大部分設(shè)計是各種類型問題的綜合。例如，我們設(shè)計一個新型的消費品，該設(shè)備能放進一

39、個生雞蛋，打碎它，油煎到預(yù)設(shè)的某種程度，最后傳遞到盤子里。由于這是一個新產(chǎn)品有許多創(chuàng)新設(shè)計工作要做。隨著設(shè)計的進行，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；選擇加熱元件和各種緊固件將各部分連接成一體。每一個用斜體印刷的術(shù)語都包含了一種不同類型的設(shè)計問題。很難找到一個問題純屬于一種類型。 選擇設(shè)計：選擇設(shè)計是從相似項目列表中選擇一個或幾個項目。我們每次做這種類型的設(shè)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項目而且某一項目有許多不同的特征，那么問題就很復(fù)雜了。 為了解決好選擇設(shè)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(chǎn)生問題的可能解決方案

40、。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(fù)雜一點的設(shè)計類型稱為配置設(shè)計。在這種設(shè)計中，所有的組成部分都已設(shè)計好，問題是如何將它們裝配成一個完整的產(chǎn)品。 Configuration Design 配置性設(shè)計 Paragraph 7 Parametric design 參數(shù)性設(shè)計 參數(shù)設(shè)計是找到一個表達(dá)研究物體特征的變量或參數(shù)。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(shè)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(shù)r-半徑和l-長度來描述。 cylindrical tank    立式圓柱形油罐

41、這樣體積由 V = ×r2×l 來決定 ，給定容積等于4m3，則 r2×l = 1.273 我們可以發(fā)現(xiàn)有無窮多個半徑和長度值滿足這個方程。 參數(shù)應(yīng)準(zhǔn)確的確定為何值？答案是不明確的，應(yīng)該用已知信息進一步清楚地定義。 任何時候如果一個設(shè)計問題需要開發(fā)一個前所未有的工藝、零件或裝配件，那么它就需要進行創(chuàng)新設(shè)計（它也能描述為：如果我們發(fā)明了一個以前未曾有的車輪，那么我們就是在進行創(chuàng)新設(shè)計）。 大多數(shù)的選擇、配置和參數(shù)設(shè)計問題能通過方程、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)計問題不能概括成任何算法。每個問題都有新的、獨到的東西。 在許多情況下，其它種類的設(shè)計選擇

42、、配置、參數(shù)都可以簡單限定為創(chuàng)新設(shè)計的子問題?？赡艿慕鉀Q方案可以被局限在一個列表、一個零件組合、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。 Lesson 9 Grinding Machines 磨床 磨削是切屑加工的金屬切削過程，除了切屑小得難以發(fā)現(xiàn)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，磨削是車削和銑削的綜合。像銑削一樣，磨削刀具（高速）運動，

43、像車削一樣，工件雖不一定旋轉(zhuǎn)但也總是運動的。 與工件旋轉(zhuǎn)的相比，在磨削刀具下面直線或往復(fù)運動的工件及其安裝方式的差別形成了磨削的各基本類型。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表面。 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)計和制造磨削（專用的）CNC系統(tǒng)的主要原因之一。 許多外圓磨床（cylindrical grinder）設(shè)計成與車床相似的樣式。代替刀夾（toolholder），由一個機構(gòu)實現(xiàn)磨削砂輪的進給(feed)，而所有其它部件主軸箱(headstock)、尾架(tailstock)、導(dǎo)軌

44、(ways)和床身(bed)，通常都可以在車床上找到一個相似的部件。 主要區(qū)別在于整個工件夾持系統(tǒng)安裝在一組導(dǎo)軌上，因此可以相對砂輪做軸向進給。 在外圓磨床上，砂輪沿徑向?qū)ぜM給，工件或許保持靜止或許（軸向）往復(fù)運動。工件往復(fù)運動時，徑向進給只是在每個行程(stroke)的端部進行。 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(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)動機構(gòu)，砂輪使工件的速度增大時，它又是一個制動器。 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?；?/p>

45、許最一般的是砂輪及其相關(guān)的安裝在往復(fù)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(gòu)。 工件來回運動時，砂輪作軸向進給。 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(yīng)用相當(dāng)廣泛的工藝（方法），多年來開發(fā)了許多基于基本設(shè)計的工藝方法，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用磨床，每一個都很容易寫成一篇長于本文的文章。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

46、和平面磨床于一身，對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（進給）速度較低。緩進給磨削削減全部磨削加工時間高達(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，磨床必須面向緩進給磨削專門設(shè)計，因為靜態(tài)或動態(tài)穩(wěn)定性對技術(shù)要求非常高，需要的主軸（砂輪）動力可達(dá)傳統(tǒng)工藝的三倍。 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(tǒng)，積累起來的豐富的工藝知識。像其它的金工技術(shù)一樣，緩進給磨削在一些特殊場合有很大的優(yōu)越性.但它不是靈丹妙藥，

47、也不是任何磨削問題都能解決。 從它相當(dāng)特殊的本質(zhì)上來看，建議你（選擇工藝方法）投資前必須非常謹(jǐn)慎地了解該工藝過程以做出正確的決策。同車床相比，磨床結(jié)構(gòu)設(shè)計沒有任何秘訣。 你可能看到磨床具有聚合物或混凝土基礎(chǔ)而比車床或加工中心穩(wěn)定性增強，振動阻尼性能好，但總體來講，結(jié)構(gòu)為人們所熟悉，容易得到。 Lesson 15 Motors and Drivers 電機和驅(qū)動所有機構(gòu)都需要某種形式的驅(qū)動裝置提供動力和運動。有許多種選擇。像曲柄滑塊機構(gòu)、凸輪機構(gòu)，如果需要輸入連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動，那么選擇發(fā)動機是合理的。 發(fā)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(dá)。汽油機和柴油機是另一

48、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。 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 。 交流電機是得到連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動的最經(jīng)濟選擇，有各種轉(zhuǎn)矩速度曲線適應(yīng)不同載荷。交流電機有有限的幾種速度，這是60HZ交流電源的作用結(jié)果。最普通的交流電機零負(fù)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(zhuǎn)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。直流電機有幾種不同的配置，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、機如何與負(fù)載一致。 圖1a 所示為永磁直流電機特性曲線。轉(zhuǎn)矩隨速度變化較大，范圍從零轉(zhuǎn)速時最大轉(zhuǎn)矩到最大轉(zhuǎn)速時的零轉(zhuǎn)矩。這種關(guān)系來自于關(guān)系式：動力 = 轉(zhuǎn)矩 × 角速度 因為動力是一定的，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 所示為在電機轉(zhuǎn)矩速度曲線上的一組負(fù)載線. 這些負(fù)載曲線表示電機提供的作用到機構(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，電機輸出的速度必須減小來適應(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(tǒng)隨著電機負(fù)載的變化增大或減小輸入給電機的

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，因此這些直流電機的運行需要交流電源，成本較高。另一種方案是在輸入軸上安裝飛輪，儲存動能來平緩負(fù)載變化引起的速度波動。這些交流和直流電機用于輸出連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運動。雖然電機負(fù)載增大時速度可降低，但不可能實現(xiàn)全電流、零速度停車超過幾分鐘而不過熱。 伺服電機是一種快速反應(yīng)，閉環(huán)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(yīng)對載荷變化。 閉環(huán)的意思是移動輸出裝置上的傳感器能給出位置、速度、加速度的反饋信息。電機控制裝置中電路通過增加或減?。ǚ聪颍┻M入電機的電流，對反饋信息作出反應(yīng)。這樣輸出裝置處于精確的位置是可能的。同時控制了速

51、度、對載荷變化和輸入指令的反應(yīng)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(dǎo)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、功率和輸出轉(zhuǎn)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(huán)控制，意思是無論輸出裝置是否按要求動作，都沒有反饋。 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。每接收一個脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一步（一定角度）到達(dá)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(xù)的旋轉(zhuǎn)運動。磁條的數(shù)量決定了分度大小。和交直流電機相比，體積小、輸出轉(zhuǎn)矩小。它不算太貴，要求特殊的控制器。氣動和液壓馬達(dá)和電機相比應(yīng)用很有限，是因為它需要壓縮空氣和液壓源。

52、同利用電機直接轉(zhuǎn)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(xué)的或電的能量轉(zhuǎn)化為流體壓力，然后轉(zhuǎn)化為機械能，這些相關(guān)的轉(zhuǎn)換會有損耗。每種能量轉(zhuǎn)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(dá)得到廣泛應(yīng)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(dá)都比較便宜，但計入所有輔助裝置的成本，這些氣動系統(tǒng)是很貴的。液壓馬達(dá)常用于像建筑設(shè)備（起重機）、飛行器和輪船等機器和系統(tǒng)中，在這些系統(tǒng)中高壓液體有多種用途。 計入所有輔助設(shè)備的成本，液壓系統(tǒng)也是很貴的。 氣壓和液壓缸是一線性執(zhí)行機構(gòu)（活塞在缸體內(nèi)），它可實現(xiàn)有限行程的直線運動，

53、由工作介質(zhì)為壓縮空氣或液壓油的加壓流體驅(qū)動。如果你需要直線運動這是一種選擇。然而它們都是成本高、效率低、具有像上述電機一樣的復(fù)雜因素。另一個問題是它們的控制。大多數(shù)發(fā)動機傾向于恒速運行。在恒壓流體源典型的如大多數(shù)壓縮機作用下，執(zhí)行機構(gòu)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。執(zhí)行機構(gòu)以最高速到達(dá)行程末端時，對驅(qū)動機構(gòu)產(chǎn)生劇烈的沖擊。為了放慢執(zhí)行機構(gòu)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。 Lesson 17 Machine Tool Motor 機床電機電動機是大多數(shù)機床的原動機。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(chǎn)生磁場。

54、交流電機中，電流會自動從正極變到負(fù)極。將交流電供給定子線圈就會產(chǎn)生磁場使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來。在許多應(yīng)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(diào)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(yīng)用。在如今，人們會認(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，電機的設(shè)計和控制技術(shù)也取得了巨大的進步。現(xiàn)在，要感謝計算機技術(shù)，使快速調(diào)整電機速度和轉(zhuǎn)矩成為可能。異步交流感應(yīng)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(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場。同時，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流也生成了另一個磁場。這兩種磁場形成的力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)?？刂齐娏鞣聪蛄鲃涌蓪?/p>

55、現(xiàn)停車。矢量控制也可以提供定位控制和實時電流反饋。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）。這些信息也可測定刀具工作了多長時間，這對自動管理刀具非常重要。在一些換刀裝置中，主軸定位控制對刀架定位非常重要。自動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)動機構(gòu)是配有永磁轉(zhuǎn)子的直流無刷電機。這種電機低速時扭矩大，對使用大型刀具非常有用。直流無刷電機同交流電機比不會散發(fā)大量熱量，但體積更大，價格昂貴，還有速度限制。位置控制電機驅(qū)動滾珠絲杠，使拖板帶著主軸和工作臺一起移動。該電機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、像主軸電機一樣，位置控制電機開始也是用直流電刷。然后交流感應(yīng)電機開始流行，隨后是液壓傳動。由于質(zhì)量輕，液壓傳動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，液壓傳動基本被壽命長、效率高和發(fā)熱量小的交流伺服電機所取代。電機通過編碼器和分解器來告知自己的位置。編碼器是一個裝在電機軸上的設(shè)備。它生成一個標(biāo)記電機軸旋轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)的數(shù)字信號。分解器是裝在電機上的裝置，在電機旋轉(zhuǎn)時生成一個正弦波?？刂破髯R別正弦波，計算波段數(shù)和正弦角來確定電機位置。如今，因為載荷和加速性要求，這兩種類型電機的特性是重疊的。位置電機需要大扭矩，主軸電機的復(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)控數(shù)字控制是指稱為程序的一系列編碼指令對機床操作的控制，該程序主要由字母和數(shù)字符號組成。從定義中我們可以看到：這一系列的事情可以預(yù)先計劃也可以預(yù)報。換句話說，一系列任何想要做的事情都可以通過編寫適當(dāng)?shù)闹噶顏韺崿F(xiàn)，也可以通過修改編碼指令來修正。數(shù)控的基本概念并不新鮮，時間可以追溯到工業(yè)革命早期約瑟夫捷克爾德開發(fā)出一種通過穿孔卡片控制織布機的方法。然而當(dāng)他為自己的發(fā)明申請專利時，由于女王認(rèn)為它會造成工人失業(yè)(與今天的機器人很相似)而被否定。事實上，這些古老的發(fā)明是簡單的、機械式數(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)時公司主人約翰帕森斯根據(jù)合同要求盡快生產(chǎn)飛機螺旋槳葉片。后來帕森斯工程公司得到了與美國空軍裝備司令部簽訂的研究合同，來提高生產(chǎn)率和開發(fā)連續(xù)軌跡加工，后來二次轉(zhuǎn)包給麻省理工學(xué)院。整個任務(wù)給了MIT，機器成功開發(fā)是在1952年。在美國1953-1960年數(shù)控機床的生產(chǎn)與銷售量很小。由于（零件）尺寸一致接近公差的需要，這種機床后來被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。Lesson 2 Lubrication潤滑 盡管潤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表面之間的摩擦和磨損(wear) 的物質(zhì)不管是液體、固