外文翻譯--機(jī)構(gòu)和機(jī)器原理【中英文文獻(xiàn)譯文】,中英文文獻(xiàn)譯文,外文,翻譯,機(jī)構(gòu),以及,機(jī)器,原理,中英文,文獻(xiàn),譯文 中文翻譯 機(jī)構(gòu)和機(jī)器原理 1.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)。 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)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，以便成形開(kāi)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(méi)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(shuō)，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(lái)。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(lái)，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(wú)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(wú)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(wàn)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(kāi)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)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(jué)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)。 畫運(yùn)動(dòng)圖和確定機(jī)構(gòu)自由度的過(guò)程，就是運(yùn)動(dòng)分析和綜合過(guò)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(lái)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(guò)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(lái)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)。 1.1運(yùn)動(dòng)分析： 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(méi)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(guò)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。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(guò)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(guò)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(shuō)到：“運(yùn)轉(zhuǎn)”是一個(gè)術(shù)語(yǔ)，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(wú)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(lái)。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。 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(shuō)：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(lái)。 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。 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。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(wèn)題，軸承的荷載、應(yīng)力、潤(rùn)滑等類似的問(wèn)題，而較大的問(wèn)題是機(jī)器結(jié)構(gòu)問(wèn)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(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)。定義的第二部分可用以下兩方面來(lái)解釋： 1．研究借助機(jī)構(gòu)來(lái)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，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(guò)目標(biāo)法來(lái)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)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)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＜xn-1的范圍內(nèi)輸入按x運(yùn)動(dòng)，而輸出按y＝f（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φ和φ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)y＝f（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(wú)誤差生成，四桿機(jī)構(gòu)是無(wú)能為力的，僅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(lái)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(guò)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。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(guò)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(guò)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。 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。這種機(jī)器零件具有曲面或槽面，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(wàn)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(lái)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）。 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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)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)用中都以恒定角速比（或常定扭矩比）而存在。恒定角速比應(yīng)用中必定是軸向傳動(dòng)。在各種各樣有用的齒輪類型基礎(chǔ)上，輸入軸和輸出軸需要在一直線上或需要互相平行都不受什么限制。由于使用非圓齒輪，非線性角速比也是很有用的。為了保持恒定的角速度，各個(gè)齒輪齒廓必須服從齒輪嚙合的基本規(guī)律：為了一對(duì)齒能傳遞恒定角速比，他們接觸齒廓的形狀必須是要這樣：公法線通過(guò)兩齒輪中心連線上的固定點(diǎn)。 滿足嚙合基本規(guī)律的兩嚙合齒廓被稱為共軛齒廓。盡管有著許多滿足相嚙合齒的可能齒形能被設(shè)計(jì)出來(lái)，以滿足基本嚙合規(guī)律，但一般僅有兩種在使用：擺線齒廓和漸開(kāi)線齒廓。漸開(kāi)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(kāi)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(kāi)線齒廓時(shí)，可不要求精密的軸間公差。 有幾種標(biāo)準(zhǔn)齒輪可供選用。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。在相交軸的情況下使用直齒錐齒輪或螺旋齒輪。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。對(duì)于直齒圓柱齒輪，相嚙合齒輪的節(jié)圓是彼此相切的。他們互相滾動(dòng)而無(wú)滑動(dòng)。齒頂高是輪齒伸出超過(guò)節(jié)圓的高度（也是節(jié)圓和齒頂圓之間在徑向的距離）。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）。齒厚是沿著節(jié)圓圓弧上跨齒的距離，而齒間距（齒槽S）是沿著節(jié)圓圓弧上相鄰兩齒間的空間距離。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。 螺紋件、緊固件和聯(lián)接件： 固緊和聯(lián)接零件的典型方法包括利用諸如螺栓、螺帽、有頭螺釘、定位螺釘、鉚釘、鎖緊裝置和鍵。零件也可以用熔焊、銅焊和夾緊連接。在工程圖學(xué)和金屬加工工藝研究中常常包括關(guān)于各種連接方法的說(shuō)明，在工程上對(duì)此很感興趣的，求知欲強(qiáng)的任何人自然會(huì)獲得關(guān)于固緊方法上良好的基礎(chǔ)知識(shí)。 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。事實(shí)上，術(shù)語(yǔ)“螺栓和螺帽”是與艱苦、單調(diào)的工作同義。但是乏味的工作總是需要的。人們嚴(yán)肅設(shè)想能有一群螺栓螺帽制造者組成一個(gè)協(xié)會(huì)并在一起召開(kāi)年會(huì)嗎？那樣的話，還有什么學(xué)科不能讓人感興趣呢？ 盡管埋怨，但這學(xué)科在機(jī)械設(shè)計(jì)整個(gè)領(lǐng)域中還是最使人感興趣的學(xué)科之一。在緊固件方面新的種類變化數(shù)目超過(guò)你能注意到的有巨大變化的任何時(shí)期。多得如潮水般的有用的緊固件可供設(shè)計(jì)者任意選擇使用。尚有一件事，你知道嗎？好的螺栓的材料應(yīng)該是強(qiáng)固而堅(jiān)硬的，而好的螺帽的材料應(yīng)該是軟而有韌性的?；蛘吣阒绬幔咳舸_定在使用的螺栓、螺帽，你應(yīng)該盡可能地把它們旋緊。如果在上緊過(guò)程中，由于旋緊這螺栓過(guò)程中而未發(fā)生失效現(xiàn)象，那么螺栓將有不會(huì)失效的理想的可能性。在材料方面隨后你將發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題的原因。你將掌握螺栓、螺帽為什么會(huì)松動(dòng)和你必須怎樣令它保持旋緊狀態(tài)。連接零件的方法在工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量方面是極端重要的。在設(shè)計(jì)和使用的各種情況下，充分了解緊固件和連接件的性能那是必要的。 大型噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)客機(jī)像波音747和洛希德1011，需要250萬(wàn)個(gè)緊固件，其中一些每個(gè)要花數(shù)美元。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。為了保持低成本，波音和洛希德和他們的工程承包人常常重新審查緊固件的設(shè)計(jì)、安裝技術(shù)和加工工具。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。 緊固件是根據(jù)計(jì)劃并以如何使用他們來(lái)命名的，而不是根據(jù)其在具體例子中實(shí)際的應(yīng)用。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。如果所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品其主要目的是把它裝入到已攻絲的螺紋孔中，那就是螺釘。這樣螺釘是要在螺釘頭上施加扭矩來(lái)旋緊的。如果所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品打算跟螺母配合使用，那就是螺栓。螺栓是靠在螺母上施加扭矩來(lái)旋緊的。雙頭螺栓就像刻了螺紋的桿，一端旋入螺紋孔中，另一端再裝上螺帽，那就是確定產(chǎn)品名稱的意義，并不是其實(shí)際使用。這樣，在各種場(chǎng)合用鉆頭去鉆孔穿過(guò)兩塊鋼板，人們就會(huì)用螺栓和螺帽來(lái)連接它們，這可能是人們所希望的。有四種形式的螺釘頭，最普遍使用四種帶帽螺釘是：六角頭螺釘，槽頭螺釘，平頭螺釘和內(nèi)六角沉頭螺釘。 當(dāng)想要一個(gè)可以被拆開(kāi)又不破壞被聯(lián)接零件的聯(lián)接時(shí)，而且這個(gè)聯(lián)接又要有足夠的強(qiáng)度以承受外拉力和剪力或這兩種力的結(jié)合，使用淬火墊圈的簡(jiǎn)單螺栓聯(lián)結(jié)是一個(gè)很好的方法。在這種連接中，首先把螺栓上緊以產(chǎn)生一預(yù)緊載荷初拉力，而后施加外拉力載荷和剪切載荷。預(yù)載荷的作用是使被聯(lián)接零件處于壓應(yīng)力狀態(tài)以便更好地抵抗剪切載荷。螺栓預(yù)加載荷的重要性不能被過(guò)高地估計(jì)。較高預(yù)載荷能提高螺栓聯(lián)結(jié)的抗疲勞能力和改善鎖緊作用。 已經(jīng)知道：高預(yù)載荷在重要的螺栓聯(lián)接中是非常希望的。下一步我們必須考慮，當(dāng)要裝配零件時(shí)，實(shí)際研制預(yù)載的保險(xiǎn)的辦法。 如果具有橫截面積為A的螺栓總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，當(dāng)它被裝配時(shí)，實(shí)際上是可以用千分表來(lái)測(cè)量的。由于預(yù)載力F而使螺栓伸長(zhǎng)為d,d可以利用公式d＝FL/AE來(lái)計(jì)算。式中E是螺栓材料的彈性模量。那么簡(jiǎn)便地旋緊螺母直至使螺栓伸長(zhǎng)達(dá)到d。這就保證了所希望的預(yù)緊載荷已經(jīng)達(dá)到。 然而螺釘?shù)纳扉L(zhǎng)通常是不可能被測(cè)量的。因?yàn)槁葆敹瞬靠赡苁敲た住Ｔ谠S多情況下，去測(cè)量螺栓的伸長(zhǎng)也是不實(shí)際的。在這樣情況下，要求能產(chǎn)生具體預(yù)載荷的扭矩扳手必須加以測(cè)定。因?yàn)榕ぞ匕馐?，氣?dòng)沖擊扳手，或螺帽旋動(dòng)圈數(shù)扳手等方法，可能被使用。 扭矩扳手具有內(nèi)裝指示盤，以便指示正確的扭矩。用沖擊扳手時(shí)，要調(diào)節(jié)空氣壓力，當(dāng)獲得正確扭矩時(shí)，扳手即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。或者有某些扳手，當(dāng)達(dá)到希望的扭矩時(shí)，壓縮空氣被自動(dòng)關(guān)掉。要使用螺母轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)法扳手首先要求我們確定適度緊的意義。適度緊的狀態(tài)就是借助于沖擊扳手沖擊若干次所達(dá)到的緊度的意思。已經(jīng)達(dá)到適度緊狀態(tài)時(shí)候，所有的附加旋動(dòng)會(huì)在螺栓中產(chǎn)生有益張緊力。旋動(dòng)螺母圈數(shù)法要求：必須先旋動(dòng)零點(diǎn)幾轉(zhuǎn)以便產(chǎn)生在適度緊基礎(chǔ)上所要求的預(yù)緊載荷。例如對(duì)于重型的六角頭螺栓的旋轉(zhuǎn)螺母圈數(shù)法的技術(shù)說(shuō)明書稱：螺母應(yīng)從適度緊狀態(tài)出發(fā)最少被旋動(dòng)到180°。注意這也是關(guān)于客車輪子螺母預(yù)緊的大體合適的轉(zhuǎn)數(shù)。 1.2減（耐）摩擦軸承: 減摩擦（滾動(dòng)）軸承這個(gè)術(shù)語(yǔ)被用于描述一類軸承，其主要載荷是通過(guò)滾動(dòng)接觸而不是滑動(dòng)接觸的元件傳遞的。在滾動(dòng)軸承中起動(dòng)摩擦和運(yùn)行摩擦大體上是相同的，有關(guān)摩擦的有效載荷、速度和溫度變化是小的。把滾動(dòng)軸承說(shuō)是“減摩擦軸承”可能是錯(cuò)的，因?yàn)槟承┹S承的摩擦不存在，但是這一術(shù)語(yǔ)已普遍地徹底地用于工業(yè)上了。從機(jī)械設(shè)計(jì)者的觀點(diǎn)出發(fā)：研究減摩擦軸承當(dāng)與所研究的課題相比較時(shí)，可提供幾方面的思考。減摩擦軸承方面的專家面臨著設(shè)計(jì)一組組成滾動(dòng)軸承的元件，這些元件必須設(shè)計(jì)得能裝入所規(guī)定的尺寸空間，它們必須設(shè)計(jì)成能承受具有某種特性的載荷而最后這些元件必須設(shè)計(jì)成當(dāng)規(guī)定條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)具有令人滿意的壽命。因此軸承專家必須考慮這些事項(xiàng)：破壞荷載、摩擦力、熱、抗腐蝕、運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，材料性質(zhì)、潤(rùn)滑、加工公差、裝配、使用和費(fèi)用。從所有這些因素的考慮出發(fā)，在判斷中他要達(dá)到一種妥協(xié)方案。這一方案就是所陳述問(wèn)題的最佳答案。 減摩擦軸承制造者已經(jīng)做出了有用的幾乎是無(wú)數(shù)規(guī)格和形式的滾動(dòng)軸承。他們已經(jīng)將這些規(guī)格和類型連同所建議的載荷和速度一起在手冊(cè)中列表顯示。這樣機(jī)械設(shè)計(jì)專家的任務(wù)就不是如何去設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承而是如何去選擇滾動(dòng)軸承的問(wèn)題了。 然而我們不能如此簡(jiǎn)單地討論這一課題。至少，簡(jiǎn)短地研討減摩擦軸承的內(nèi)容應(yīng)該是關(guān)于機(jī)械設(shè)計(jì)文獻(xiàn)的一部分，進(jìn)而，如果我們考察過(guò)多種機(jī)械元件，例如齒輪、軸承、緊固件、離合器和類似元件，減摩擦軸承代表著關(guān)于機(jī)械壽命精確度，荷載能力和可靠性的完美的頂峰，那可能就是真的了。這完美程度未曾有過(guò)靠偶然的因素來(lái)實(shí)現(xiàn)。那是一個(gè)最佳工程實(shí)踐的例子，并可將所掌握知識(shí)在別處運(yùn)用。 制造出的軸承承受純徑向載荷、純軸向載荷或者承擔(dān)上述二者相結(jié)合的載荷。球軸承的術(shù)語(yǔ)在圖1中有說(shuō)明（在這未表示出來(lái)），該圖表示了軸承的四個(gè)主要零件。這些零件就是外圈、內(nèi)圈、鋼球即滾動(dòng)元件，和分隔器。在便宜的軸承中分隔器是被省略的，但它具有重要的分隔鋼球的作用，因之將不會(huì)發(fā)生擦傷接觸。 單列深溝軸承將承受徑向載荷和一些軸向載荷。靠將內(nèi)圈移偏到一定位置，然后將鋼球塞入溝槽中，加載后鋼球被分開(kāi)，而分隔器是后來(lái)再裝配上去的。 利用內(nèi)外圈上的裝填缺口，能讓較多的鋼球被填塞進(jìn)去，這樣來(lái)增加承載能力。然而要注意減小軸向載荷，因?yàn)楫?dāng)軸向的載荷出現(xiàn)在鋼球正對(duì)準(zhǔn)圈上缺口時(shí)，鋼球?qū)l(fā)生振擺擦傷，以致跳出。 角接觸軸承會(huì)產(chǎn)生較大的軸向推力。所有這些軸承都可以在一邊或兩邊用擋板防護(hù)。這些擋板并不是完全密閉的但對(duì)灰塵污物提供防護(hù)措施。許多軸承制造時(shí)在一端或兩端予以密封。當(dāng)兩端都進(jìn)行密封時(shí)，軸承在制造廠就已潤(rùn)滑。盡管密閉軸承假定為了提高壽命已被潤(rùn)滑過(guò)，但有時(shí)還是要規(guī)定潤(rùn)滑的方法。 單列軸承會(huì)經(jīng)受小量的軸向偏移或撓曲，但這里是個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，可能要用自動(dòng)調(diào)心軸承。雙列軸承做成多種類型和規(guī)格。雖然雙列軸承一般需要較少的零件，占有較小的空間，但為了同樣的使用目的，有時(shí)兩個(gè)單列軸承一起使用。 大量的標(biāo)準(zhǔn)的滾子軸承也是很有用的。圓柱滾子軸承比同樣規(guī)格的球軸承將承受較大的載荷，因?yàn)橛休^大的接觸面。然而他們也有缺點(diǎn)，那就是其滾道和滾子幾乎都要求有精密的幾何形狀。圓形滾子推力軸承、滾針軸承，圓錐滾子軸承各自都用于不同的用途。 當(dāng)減摩擦軸承中的鋼球或滾子進(jìn)入載荷區(qū)中滾動(dòng)時(shí)，在內(nèi)圈、滾動(dòng)元件和外圈上產(chǎn)生Hertzian應(yīng)力，因?yàn)榻佑|元件在軸向的曲率與徑向的曲率是不同的。為了計(jì)算這些應(yīng)力的公式比起Hertzian方程要復(fù)雜得多。如果軸承清潔并得到合適的潤(rùn)滑和安裝，對(duì)灰塵和污物入口處作了密封，并在這種狀況下還作了維護(hù)且在合理的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，那么金屬的疲勞將僅僅是由于受到損壞時(shí)才會(huì)發(fā)生。由于這應(yīng)力的作用將是數(shù)以萬(wàn)計(jì)，因此，軸承壽命這術(shù)語(yǔ)就非常普遍地使用。 在疲勞損傷首次發(fā)生之前，單個(gè)軸承的壽命是以軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)定義或以軸承在給定的常速下運(yùn)轉(zhuǎn)的小時(shí)數(shù)來(lái)定義。當(dāng)然疲勞具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的本質(zhì)意義，因此如果試驗(yàn)大量的軸承，某些離中趨勢(shì)是可以預(yù)料到的。一組看起來(lái)相同的球軸承的額定壽命被定義為：其百分之九十的軸承在沒(méi)有出現(xiàn)疲勞損傷前能夠完成或者超額完成運(yùn)行的轉(zhuǎn)數(shù)，或當(dāng)這組軸承以某個(gè)給定的恒定速度運(yùn)行時(shí)的小時(shí)數(shù)。 減摩軸承在大量的機(jī)械產(chǎn)品中使用，例如玩具、家居用品，制冷設(shè)備、輥?zhàn)拥准?、車?kù)門、卡車、工業(yè)機(jī)械、牙科設(shè)備和引導(dǎo)導(dǎo)彈發(fā)射的裝置等等。這些應(yīng)用中的某些用途需要精密軸承，但對(duì)于其他場(chǎng)合，由于使用精密軸承成本高而被禁止使用。