【正文】 橡膠和塑料。 雖然兩大類材料中，很可能金屬類材料總是更加重要，但非金屬類材料的相對(duì)重要性在迅速增強(qiáng)。許多情況下，金屬和非金屬之間的選擇是由所需要性能的考慮原則來確定的，兩種材料的性能都能滿足需要的時(shí)候，總成本就成了決定性因素。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。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作用。 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。升降機(jī)的鋼絲繩和建筑物的橫梁都必須具備這種性能。剪切工具(剪床)必須能抗磨損。 3．彈性——是材料彈回到原有形狀位置的能力。 4．延展性——材料承受永久變形而無型損的能力。 5．韌性——是吸收所施力的機(jī)械能的能力。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。對(duì)于某種用途而言，這些性能使得塑料比傳統(tǒng)材料更為可取。金屈易受到天機(jī)酸的腐蝕，如硫酸和鹽酸。塑料的另一個(gè)問題就是利用之后，怎樣處理它們。眾所周知，金屬在我們的生活中是非常重要的。所有機(jī)器和其他工程構(gòu)造都有金屬盡部件，其中一些還只能g金同組成。但是并不是所有的金屬都能夠用于工業(yè)上?！环Q為工程金屬。鐵跟碳(c)和其他元素結(jié)合形成合金的那些金屬，尤其他金屬發(fā)現(xiàn)有更大的用途。最重要的有色金屬是銅[c M)，鋁(A1)，沿(Pb)，鋅(zn)，錫Isn)。 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。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。為了用金屬礦石來生產(chǎn)出一種盎屈，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)。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。最普通的金屬材料是鐵，銅，鋁，鎂，銀，欽，鉛，錫和鋅以及這些金屬的合金，例如：鋼，黃銅和青銅。較普遍的非金屬有木頭，磚，水泥，玻璃，橡膠和塑料。 雖然兩大類材料中，很可能金屬類材料總是更加重要，但非金屬類材料的相對(duì)重要性在迅速增強(qiáng)。許多情況下，金屬和非金屬之間的選擇是由所需要性能的考慮原則來確定的，兩種材料的性能都能滿足需要的時(shí)候，總成本就成了決定性因素。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。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作用。 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。升降機(jī)的鋼絲繩和建筑物的橫梁都必須具備這種性能。剪切工具(剪床)必須能抗磨損。 3．彈性——是材料彈回到原有形狀位置的能力。 4．延展性——材料承受永久變形而無型損的能力。 5．韌性——是吸收所施力的機(jī)械能的能力。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。對(duì)于某種用途而言，這些性能使得塑料比傳統(tǒng)材料更為可取。金屈易受到天機(jī)酸的腐蝕，如硫酸和鹽酸。顏色必定只能涂到金屬的表面，而它可以服塑料混合為一體。大多數(shù)塑料不易傳熱導(dǎo)電。 在某一溫度下塑料是處于塑性狀態(tài)的，這就使塑料具備起道許多其他材料的主要優(yōu)點(diǎn)。 于此，若用其他材料則需要大量勞力和往往需要很費(fèi)錢的加工工藝，比如，切割、成形、加工、裝配和裝飾。這些技術(shù)包括注塑模制，吹塑攝制．壓模，擠壓和真空成形等。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，能使金屆粉末形成一個(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。盡管理論上可以用粉末冶金的方法制造任何晶體材料，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。應(yīng)用品體生長(zhǎng)中的熱效應(yīng)而生產(chǎn)出均勻的結(jié)晶體來。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。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)，在很大程度上決定著成形模具的使用壽命。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)滑故隨和裂紋即破裂。 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。 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。由于溫度梯度的急劇變化，這種接觸引起表面層的膨脹，而且表面層受到風(fēng)應(yīng)力的影響。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)。 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。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。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。機(jī)構(gòu)和機(jī)器原理機(jī)構(gòu)介紹機(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)。那是在回轉(zhuǎn)軸之間進(jìn)行接觸傳動(dòng)的嚙合構(gòu)件。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。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。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，以便成形開式或閉式（回環(huán)式）的運(yùn)動(dòng)鏈。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。它們?cè)跈C(jī)構(gòu)學(xué)研究中將受到更多的關(guān)注。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。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。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。其以一個(gè)滑塊替換一個(gè)無限長(zhǎng)的輸出件。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。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。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。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。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）。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)。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)。（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)）。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。例如，由直覺即可以看出：四桿機(jī)構(gòu)就是一個(gè)單一自由度的連桿機(jī)構(gòu)。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)。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。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)。以下論述中的大部分內(nèi)容集中討論連桿機(jī)構(gòu)上，而該程序也適用于更復(fù)雜的連桿機(jī)構(gòu)。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。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的輸入構(gòu)件，曲柄可旋轉(zhuǎn)通過360176。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。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。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。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。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。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)期間，傳動(dòng)角的值在改變?？砂l(fā)生在特殊位置上。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)。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)在具體位置中的可動(dòng)性的一個(gè)尺度。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。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。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。另外的方法就是瞬時(shí)中心法，即瞬心法，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。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。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。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)。它的存在完全是由于角速度的變化率引起的。運(yùn)動(dòng)的綜合機(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。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。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”。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。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)。這就是運(yùn)動(dòng)綜合的本質(zhì)。運(yùn)動(dòng)綜合方面又可歸結(jié)為以下兩類：1．類型綜合。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。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。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。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。對(duì)于一個(gè)任意函數(shù)y＝f（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xo＜x＜xn1的范圍內(nèi)輸入按x運(yùn)動(dòng)，而輸出按y＝f（x）運(yùn)動(dòng)。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)y＝f（x）決定的數(shù)值上。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，僅僅可能在有限精確度內(nèi)與之相匹配。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。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)。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，那是必要的。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)。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。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。凸輪和齒輪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。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。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。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，平面曲線或空間曲面）。隨動(dòng)件的點(diǎn)就是產(chǎn)生節(jié)線的輥?zhàn)又行牡狞c(diǎn)。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。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。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。首先要做的決策就是要選擇凸輪從動(dòng)件的類型。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。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。恒定角速比應(yīng)用中必定是軸向傳動(dòng)。由于使用非圓齒輪，非線性角速比也是很有用的。滿足嚙合基本規(guī)律的兩嚙合齒廓被稱為共軛齒廓。漸開線具有若干重要的優(yōu)點(diǎn)：它易于加工制造和一對(duì)漸開線齒輪之間的中心距可以變化而不改變速比，當(dāng)使用漸開線齒廓時(shí)，可不要求精密的軸間公差。為了在平行軸條件下應(yīng)用，通常使用直齒圓柱齒輪，平行軸斜齒輪或人字齒齒輪。對(duì)于非相交軸和非平行軸齒輪傳動(dòng)，交錯(cuò)軸螺旋齒輪，蝸桿蝸輪，端面齒輪、斜齒圓錐齒輪或準(zhǔn)雙曲面齒輪將被選用。他們互相滾動(dòng)而無滑動(dòng)。頂隙是一個(gè)給定齒的齒根高（在節(jié)圓以下的齒高）大于與它相嚙合的齒輪的齒頂高的量（差值）。而齒側(cè)間隙是在節(jié)圓上的齒槽寬度大于其相嚙合齒輪在節(jié)圓上的齒厚的差值。零件也可以用熔焊、銅焊和夾緊連接。如果讓一個(gè)穿制服的人去選擇他能想象的機(jī)械設(shè)計(jì)方面最枯燥最不感興趣的學(xué)科的話，那么他就會(huì)選擇緊固件學(xué)科，即螺栓和螺帽。但是乏味的工作總是需要的。例如波音747，大約需要裝70000個(gè)鈦合金緊固件，全部大約要花150000美元；400000個(gè)具有精密公差的其他緊固件，大約要花250000美元；和30000個(gè)擠壓用鉚釘，價(jià)值每個(gè)50美分。節(jié)省設(shè)計(jì)和加工工具費(fèi)用將找到一個(gè)預(yù)備市場(chǎng)，那將像Jumbo噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)增值那樣而增長(zhǎng)價(jià)值。如果記住了這個(gè)基本事實(shí)，就將不難區(qū)別螺釘和螺栓。這樣螺釘是要在螺釘頭上施加扭矩來旋緊的。螺栓是靠在螺母上施加扭矩來旋緊的。這樣，在各種場(chǎng)合用鉆頭去鉆孔穿過兩塊鋼板，人們就會(huì)用螺栓和螺