机械规划简介_

发布时间:2021-09-17 04:31:29 | 来源:bob投注入口 作者:BOB比赛直播

  第 1 课 机械规划简介 从广义的观念看,机械规划被界说为开发一个机械体系以满足社会的某个技能需求的 体系化进程。特定的动机或许在于比如运送、通讯或安全等范畴。人们等待未来的产品能够 很好地处理一个特定的问题或供给新的功用乃至别人会买它。初期,公司的商场部会与工程 师和司理们共同研讨以便从整体意义上找出开发新产品的时机。他们凭仗潜在用户和相关产 品用户的反响定见一同界说产品的概念。规划者继而拓宽那些概念,拟出细节并完结有实践 功用的硬件。在此进程中要作出许多迫临、权衡和挑选。机械工程师会留心所需的精度等级 将跟着规划的老练自然地、逐步地进步。比如,在规划的概念彻底成型之前,工程师处理特 定细节问题是没有意义的。究竟,在规划循环的前期阶段,产品的尺度、分量、功率或功用 还或许改动。规划工程师对这种不置可否很习惯,而且他们能够在存在改动的要求和束缚情 况下进行规划。 一个商场概念演化为产品硬件的正式进程依据许多大原理和特点。大大都工程师会同 意这样一种观点—立异性、简略、和逐步迫临是任何一项成功尽力的要害。改造始于一个好 的主见,但这也意味着始于一张白纸。无论如何,工程师仍迈出或许不太坚决的榜首步来将 办法上的主见转化成铁定的实际。开端的规划决议凭仗着许多资源作出,如:个人经历、数 学和科学知识、试验室和现场试验,杰出判别所引导的打听。迫临对改善规划和改善硬件以 使之杰出作业也很重要。你的榜首计划,或许不是能够完结的最佳计划。跟着每次迫临的逐 步改善,规划计划会体现得更好、更高效、更精美。 从微观上看,机械规划进程可分解为四个首要进程。 1.界说和研讨方针。开端,规划者以产品的功用、分量、强度、本钱、安全性,牢靠 性等等来描绘新产品的要求。在这一初始阶段,规划有必要满足的束缚条件也一同树立。这些 束缚条件或许具有技能性质,比如说,尺度和功耗方面的束缚,或许,束缚条件或许与商务 或商场定见有关,例如,产品的外观、本钱、或易用性。当遇到新的技能挑战时,工程师分 别进行研讨并聚集对规划概念和规划细节的日后点评或许有用的布景资料。规划者查阅相关 技能问题已发布的专利资料,咨询经销可被用于产品中的部件和子体系的推销商,参与展览 会和交易会,会晤潜在的用户以更好的了解其运用。 2.整体概念。在这一规划阶段,规划者一般组成团队针对手头上的问题以供给广泛的 处理计划为作业方针。发明性尽力包含了解新思维并结合曾经的思维以使之大于二者之和。 硬件计划被概念化并加以组合,好的和不太好的定见都被列出。草议阶段的成果被体系地记 录,各种计划的优缺点被界定,各种不合办法之间的权衡要做出。为了把这一归纳阶段呈现 出的整套思维存档,工程师勾划概念,作记载。没有特定的定见被深度点评,也不会用过火 挑剔的眼光来看待任必定见。虽然在这一前期阶段某个特定的计划或许看上去不行行,假使 产品的要求或束缚往后改动,其思路实践上还或许作为一个首要竞争者从头出面。 3.缩小选项规模。规划团队进一步朝着下降选项数量到可承受的少量几个方针来点评 规划理念。例如,工程师进行开端核算来比较强度、安全性、本钱和牢靠性,开端抛弃较小 可行性的理念。在这一阶段也或许出产样品硬件。比如一幅图可抵千言,一个实体样机对工 程师显现杂乱的机器部件和说明其拼装常常是很有用的。样机还或许被测验以便依据丈量和 剖析两方面的成果作出权衡决议。发生这种部件的办法之一称作快速建模,其要害功用在于 杂乱的三维零件往往能够数小时内从核算机生成的图纸直接制作出来。 4.拓宽细节规划。为到达规划进程的这一点,规划组现已过草议、试验、剖析,会集 到被以为最好的理念上。规划的完善,样机的终究结构,加工程序的开发仍未完结。具体的 技能问题经过运用数学,科学,试验室,核算机辅佐工程东西来处理。(准备好完好的图纸 和零件明细表),规划者进行工程剖析和试验以验证多各工况下的功用。假如需求,对形状、 尺度,资料和零件作出更改直到一切的要求和束缚条件都得到满足。规划以图纸和书面报告 的办法存档以便别人了解每个决议后边的理由。这种档案对往后的规划组从中学习并在本设 计组经历的基础上堆集也是有用的。 第 2 课 齿轮类传动 齿轮系可用来进步转速下降扭矩,坚持速度和扭矩稳定,或下降转速进步扭矩。在机 器规划中包含齿轮的安排很常见。本节,咱们的方针仅在于探究各品种型的齿轮,重点是它 们的特性。 齿轮的齿形是按数学界说并按工业拟定的规范准确加工的。例如美国齿轮加工协会就 已树立了一套使齿轮规划和加工规范化的规范。机械工程师能够从齿轮制作商或供货商处买 到散装的齿轮,也能够买到适宜手头使命的齿轮箱和传动系。存在例外状况--规范齿轮或许 不能供给满足的功用(如低噪音和低振荡),在这些状况下,合约加工厂能够按用户要求出产 齿轮。可是,机器规划的大大都状况,齿轮和齿轮箱是作为现成零部件被选用的。 不存在仅有一种“最佳”的齿轮,每一种变体都适宜一种不同的运用。以下描绘被称 作直齿轮、齿条、锥齿轮、斜齿轮和蜗杆的齿轮类零件,工程师为一个产品终究选用哪种齿 轮,反映出本钱和齿轮要完结的使命之间的平衡。 1. 直齿轮 直齿轮是最简略一类有用工程级齿轮。直齿轮由圆柱毛坯切制,其齿面平行于齿轮的安 装轴。对图 4.1a 所示外齿轮,轮齿在圆柱的外外表构成,相反,内齿轮或称为齿圈,其轮 齿坐落内圆柱面(图 4.1b)。当具有共轭齿的两个齿轮结合然后使运动从一根轴传递到另一 轴时,两齿轮构成一对齿轮副。一般,小一点的(主动)齿轮称作“小齿轮”,另一个(被迫) 就简略的称作齿轮。巨细齿轮在轮齿彼此挨近、触摸、和别离点称为啮合。 2. 齿条齿轮 齿轮有时用来将一根轴的旋转运动转化为一个滑块的直线运动或反之。齿条齿轮构成齿 轮副的一个极限状况—大齿轮具有无穷大半径。这种外形如图 4.2 所示。图中小齿轮与直齿 齿条啮合。当小齿轮的中心固守时,齿条会跟着齿轮的旋转而水平移动,图示齿轮顺时针旋 转时齿条向左运动,反之向右。齿条自身能够有滚子支承,也能够在油光滑的坚固外表滑动。 齿条齿轮常常用于轿车前轮的转向安排,也被置于旧式核算机存储设备磁盘上方的读/写头。 3. 锥齿轮 有别于直齿轮轮齿散布在圆柱面上,锥齿轮经过在圆锥台外表构成轮齿面制成。图 4.3 为锥齿轮副相片和横截面图。锥齿轮适宜于两轴有必要以直角联接且其轴心延长线. 斜齿轮 因为直齿轮齿面平行于轴,当两齿轮彼此挨近时,它们在整个齿宽上触摸。相似地,轮 齿别离时在整个齿宽上当即失掉触摸。这种相对忽然的啮合和别离使直齿轮发生比其它类型 齿轮更大的传动系噪声和振荡。 斜齿轮是直齿轮的一种代替物,它们供给啮合更平稳的长处。斜齿轮与对应的直齿轮相 比,在齿廓仍是在圆柱面上构成这层意义上是相似的,但它们的齿不再平行于其轴。相反, 如其称号暗示的那样,斜齿轮轮齿歪斜一个视点然后轮齿以浅螺旋的形状包裹在齿轮的圆柱 面上。图 4.4 所示为单个斜齿轮。以轮齿逐步啮合为同一方针,锥齿轮可相同地以螺旋齿而 不是直齿构成。 斜齿轮明显比直齿轮剖析和制作起来更杂乱。其不和是,斜齿轮的确具有在机械中发生 更小噪声和振荡的长处。例如,轿车主动变速箱就十分典型地正是因为这个原因此以斜齿轮 制作。在斜齿轮副中,齿与齿的触摸从轮齿的一边开端继而逐步向前跳过整个齿宽,如此, 使轮齿的结合和别离平顺。斜齿轮的另一特性是它们与相同尺度的直齿轮比较能够传递更大 的扭矩和功率,因为齿与齿的触摸力被散布到更多的外表积上。 咱们现已看到螺旋形齿如安在设备于平行轴上的齿轮上构成,可笔直相联的齿轮上也可 选用斜齿。交织螺旋齿轮联接两笔直轴,但不像锥齿轮,此处,轮轴彼此错开。其间心线. 蜗杆 假如一对交织螺旋齿轮的螺旋角满足大,发生的传动副就叫蜗杆蜗轮。图 4.5 标明这种 类型的齿轮副,这儿,蜗杆自身只要一个齿在其圆柱体上绕了若干圈,就像螺丝上的螺纹。 关于蜗杆的每一转,蜗轮仅转过一个齿。 蜗杆安排能以大减速比作业。例如,假如蜗轮有 50 个齿,减速比便是 50。将一个大传 动比的齿轮系装入一个小空间是蜗杆安排吸引人的特性。可是,蜗轮上齿廓的形状却不是渐 开线形。啮合进程中齿面间发生很大的滑动,因此与其它类型齿轮比较,冲突导致功率丢失、 发热和低效率。 能够规划只能以一个方向驱动的蜗杆安排,明确地说,从蜗杆传向蜗轮。对这样一种自 锁的齿轮安排,不或许反翻滚力流而引起蜗轮驱动蜗杆。这种单向传动才能有时用于比如卷 扬机和千斤顶,在这些当地,有必要机械地避免体系被逆向驱动。并非一切的蜗杆安排都能 自锁,这种特性取决于比如螺旋角、螺杆与蜗轮间的冲突、以及是否存在振荡。 第 3 课 带和链传动 像齿轮副相同,带和链传动也可在两根轴之间传递运动、扭矩和动力。它们被用于比如 压缩机、电器、机床轿车发动机和钢板轧机上。带和链传动的一些特性包含使传动系的不同 零件隔振,相对较大的轴距,答应相邻轴的不对中。这些长处大体上归结于带和链的柔性。 图 4.6 所示的一般传动皮带被称作三角带,以其横截面的楔形来恰当地命名。使皮带作业 的带槽轮子称为皮带轮。为了使轴间动力传递高效,皮带要张紧并与皮带轮有杰出的冲突接 触。实践上截面形状是规划用来使皮带楔入到皮带轮槽中以添加二者间的冲突力。三角带在 轴间传递动力的才能由楔形角β,和皮带打滑点(打滑常常伴跟着高频尖叫噪声)决议的。皮 带的外层用组成橡胶资料制作以便在皮带和皮带轮间发生冲突。这些皮带的内部也用纤维或 金属芯加强,这能承受大部分的张力。 虽然三角带很适宜用于传递动力,因为皮带与皮带轮之间的仅有触摸是冲突,二者间不 可避免地会发生必定打滑。假如你在皮带和皮带轮相邻处标一小块油漆,作业一瞬间后,标 记会移动并别离。齿轮不或许呈现打滑现象因为它们是以轮齿直接机械触摸而结合。齿轮系 是同步旋转,意味着输入和输出轴准确地一同旋转。 假如你只对传递动力感兴趣,如汽油机上驱动压缩机和发电机,皮带打滑就不成为问题。 而另一方面,像机械手操作和轿车发动机气门正时安排这样的高精度运用,轴的旋转有必要保 持彻底的同步。对这样的需求,正时(配气安排)皮带上做成模压齿形与配套的皮带轮啮合。 正时传动皮带,如图 4.7 所示,把皮带传动隔振与长间隔传动的最佳特性与齿轮副供给同步 运动的特性结合在一同。 链传动(图 4. 8)也能够用于需求同步运动场合,而且是需求传递大扭矩和动力的场合。 因为其金属链节结构,链条一般比皮带能承受更大的力,且它们能够承受高温环境。 最一般类型的链是滚子链,在这种链上,每个销上的滚子使链条与链轮间的冲突分外小。 其它类型包含许多运用于运送带上的各种外伸链节的规划。 滚子链按节距(相邻链节对应部位之间的间隔)区分。节距一般表述为相邻链销中心线之 间的间隔。滚子链的均匀抗拉强度与链的节距尺度成正比。对链传递动力的才能的衡量要考 虑三种办法的失效:(1)因为在紧边重复施加张力而发生的链板疲惫,(2)滚子啮合链轮齿时 的冲击,以及(3)每个链节上销与销上衬套的啃咬。 有各式各样的附件可有助于滚子链在运送带和其它物料装卸方面的运用,一般为外伸链 板和带孔的凸块办法。附件使之易于将杆件、斗子、或运送带刮板联接到链上。 依据链的线速度不同,链条制作商引荐三种不同的光滑办法。可是,稳定的清洁光滑油 供应是链的平稳运转和满足寿数的底子。 第 4 课 螺纹紧固件和传动螺旋 假如任何一个平面图形(矩形、梯形、三角形等)沿着一条螺旋线移动,其成果就构成螺 纹。螺纹可在孔的内外表切制,也可在圆柱或圆锥的外外表切制,后者为外螺纹(阳螺纹) 而另一个为内螺纹(阴螺纹)。两个别离具有相同参数外螺纹(螺栓)和内螺纹(螺母)的零件形 成一对螺纹副。 当螺杆顺时针翻滚而结合螺纹副的另一元件时,称为右旋螺纹,逆时针旋转结合时称为 左旋螺纹。最常用的是顺时针旋合螺母的右旋螺纹。 能够一同在圆柱外表构成一条或多条螺纹线,相应地发生单头、双头、三头和多头螺纹。 在此,要提及螺纹联接中的两个重要的界说—螺距和导程。螺距是沿平行于轴线的方向量得 两相邻螺纹对应点之间的间隔。导程是螺纹件旋转一圈相关于不动的配对螺纹件轴向行进的 间隔。关于单头螺纹,导程等于螺距。其它各种状况下,导程超越螺距的倍数是螺纹的头数。 冲突力,由此而及制动力,在相当程度上取决于螺纹的外形。较大的螺纹角增大螺纹间 的冲突力,因此,矩形、梯形和锯齿形螺纹用于滑动螺纹联接以传递运动,在这些当地,由 于大冲突力而带来的丢失应当下降到最小值。三角形螺纹用于紧固零件,此处,大冲突力是 避免自发松动所需求的。此外,三角螺纹线具有更好的抗剪强度,这将能够下降螺母高度。 三角螺纹契合国家规范。机械工程中对 1 至 500mm 的螺纹选用米制、螺纹角为 60 度。依据 运用意图不同,可在粗牙螺纹和细牙螺纹之间作出挑选。二者之间的差异是直径相同的条件 下螺距不同。 螺纹还可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹,后者用于需求密封的场合,如管螺纹。 紧固件是用于衔接两个或多个零件的恣意设备,学术意义上存在许多不同类型的紧固 件。最常用的是有许多不同称号的螺纹紧固件,他们傍边有:螺栓,螺母、双头螺柱、方头 螺钉、及定位螺钉等。螺纹联接是可拆卸联接。 螺栓是规划用来穿过结合零件的通孔并在相关于螺栓头的另一端用螺母拧紧的螺纹紧 固件。螺钉是规划用来穿过被联接件之一上的通孔然后拧入另一被联接件上螺纹孔的螺纹紧 固件。螺纹孔能够预先构成,例如用丝锥攻丝,也可由螺钉自身强行钻入资猜中而成。 大大都螺栓和螺钉有增大的头部支承在被夹紧的零件上以施加夹紧力。没有头的定位螺 钉,规划用来拧入螺孔中,并直接支承在被结合零件上使之定位。和其它螺纹联接件相同, 定位螺钉要采纳办法,以便振荡不会松动螺钉。 能够在螺栓头和螺母之一或二者的下面用一个垫片,将夹紧载荷散布到较大支承面积上 并为螺母的相对旋转供给一个支承面,尤其是被联接件是用软资料制成时。根本的垫片是平 垫,一个平圆盘中心开有孔以便螺栓或螺钉穿过。另一种办法,称为防松垫,具有轴向变形 或凸起(起绷簧的效果),以便在压紧时在紧固件上发生轴向力。这些轴向力使结合件的螺纹 严密触摸然后下降了紧固件在作业中松动的或许性。 双头螺柱就像永久设备在被联接件之一上的固定螺栓。另一被联接件放在双头螺柱的上 面,旋紧螺母将两件夹持在一同。 在机械规划中,大大都紧固件用钢材制作,因为钢材有高强度,杰出的延展性,以及良 好的加工和成型功用。 传动螺旋规划用来将旋转运动转化为直线运动并施加所需的力以使机械零件沿规划的 道路运动。传动螺旋按丝杠和它的配对螺母旋合的根本原理作业。假如丝杠由轴承支承并旋 转而螺母被束缚旋转,螺母将沿丝杠平移。例如,车床的进给丝杠便是这样一种运用。刀架 与螺母做成一体,旋转的进给丝杠驱动刀架沿床身移动来完结切削。相反,假如螺母被支承 并旋转,能够让丝杠平移。螺旋千斤顶选用这一办法。 第 5 课 翻滚轴承 轴承用来支承有必要相关于固定的支座旋转的轴,例如,马达壳体、齿轮箱、或传动系。 有许多各种轴承,它们被分为两大类—翻滚轴承和轴瓦。每一种轴承都运用于不同的设备和 作业条件。本节仅评论翻滚滚轴承。 轴承典型地由内圈,外圈,以及球形、圆柱形或圆锥形的翻滚体和避免翻滚体彼此冲突 的坚持架组成。它们在机器规划中无处不在,其运用之广,包含自行车轮、机械手、轿车传 动系都用到它。翻滚轴承设备体的样品如图 4.9 所示。轴与轴承的内圈一同旋转,而外圈与 变速箱的壳体固定。当轴以这种办法支承时,轴承能够承受沿轴线方向的力(轴向推力),也 能够承受笔直于轴线的力(径向力)。工程师会依据效果在轴承中的力是轴向推力、径向力或 二者的某种组合来决议选用哪种轴承。因此,工程师剖析和选用轴承和其它机器零件时要根 据效果力体系的性质。 1. 球轴承 最一般的一类轴承是球轴承,它包含硬化、准确研磨过的钢球。图 4.10 描绘了规范球 轴承的首要元件:内圈、外圈、钢球和坚持架。内圈和外圈是轴承跟轴与壳体的联接件。保 持架使钢球均匀地散布在圆周中并避免它们彼此触摸。要不然,假如轴承用于高速或承受大 负荷,冲突会使轴承过热而损坏。在某些状况下,要用橡胶或塑料环将内圈和外圈间的空隙 密封以保存光滑脂或避免碎屑进入。 从原理上说,钢球以一个点压在内圈和外圈上。每个钢球在内外圈间传递的力很激烈且 相对尖利地会集。假如翻滚体与内外圈间的力能散布一个大面积上,咱们能够盼望球轴承更 经用。包含滚柱和滚锥的翻滚轴承是均匀散布效果力的处理计划,咱们将在下面评论这些轴 承。 2.滚柱轴承 虽然球轴承很廉价,它们的承载才能却相对较小,因为球与滚道间存在点触摸。圆柱滚 177 子也可用于翻滚轴承上以便将效果在轴承上的力更好地散布到滚道上。 图 4.11 所示为滚柱轴承的结构。在图中,滚柱与内外圈的轴线平行,相同用一个坚持 架来将滚柱散布在圆周上。当机器要传递较大力时选用滚柱轴承,但它们不适用于支承轴向 推力。 3. 滚锥轴承 不同于以球体或圆柱体在滚道上翻滚,滚锥轴承用圆锥台形状的滚子,如图 4.12 所示。 一切的锥形滚子具有相同的锥角且它们的中心线相交轴上于一点,稍远离轴承自身。图中所 示的坚持架避免滚子对滚子的触摸并将力更好地散布到轴承上。与滚柱轴承相同,滚子与内 外圈的触摸为线触摸而不是点触摸,然后下降了磨损。滚柱轴承与滚锥轴承一般将滚子做成 略带冠状或鼓形以进一步改善寿数,这一同也是用于使内外圈传力平顺的一个特性。 虽然滚锥轴承不像球轴承那样为你所了解,他们在机械工程中却很遍及。他们被用于推 力和径向力都存在的运用场合—轿车车轮轴承便是一个最根本的比如。车轮轴承既要承受来 自车辆的重力(这是径向力)又要承受转向进程中发生的横向力(这是轴向力)。 滚锥轴承价格适中,能承受大径向力和较小的横向力。 4. 止推轴承 滚柱轴承很适宜于支承绝大部分来自径向的载荷而滚锥轴承能支承径向与轴向的组合 力,止推滚子轴承却能承受首要沿轴线 给出了一种止推轴承。这些轴承 的滚子是略带鼓形的圆柱体。与图 4,11 所示的滚柱轴承比较照,这种轴承里的翻滚体沿轴 的径向安放。止推轴承适宜用于像转盘那样需求支承车辆沉重重力又需求灵敏转运的当地。 第 6 课 资料的选用 资料一般因为它能以合理的本钱供给需求的功用而被选用。外观也是一个重要的要素。 资料挑选中碰到的最一般的分类或许在于资料是金属仍是非金属。常用的金属资料有铁、铜、 铝、锰、镍、钛、铅、锡、锌和它们的合金,如钢、黄铜、青铜。金属资料被进一步分为黑 色金属(铁及其合金)和有色金属(一切其它金属资料)。他们具有金属的光泽、导热性、导电 性等特性,相对而言延展性好,有些具有杰出的磁性。常用的非金属有木材、砖、混凝土、 玻璃、橡胶和塑料。它们的功用改动很大,但一般趋于延展性差、强度低、比金属密度小、 无导电性且导热性差。 虽然金属或许总是两类中更重要的一个,非金属的相对重要性正在敏捷攀升,而且因为 不断有新的非金属造出,这种趋势必定还将继续。在许多状况下,在金属和非金属之间的选 择依据对需求的功用的考虑来决议。在两种资料都能供给所需功用时,总本钱就成了决议性 要素。 一种金属常常经过物理功用来差异于另一种金属,例如,色彩、密度、比热、热膨胀系 数、导热性和导电性、磁性和熔点。某些功用,如导热性、导电性和密度,在为某一特定用 途选用资料时或许是首要的。而那些反映资料对种种机械用处所体现的功用,对机械工程师 触及的规划选材往往更为重要。这些功用关系到资料对各种负载作业的反响。 机械功用是资料对所施外力的呼应特征。这些功用分为五大类:强度、硬度、弹性、延展性 和耐性。 1. 强度是资料反抗外力的才能。电梯吊缆和修建梁都有这样的功用。 2. 硬度是资料反抗侵入和磨损的才能。切削东西有必要反抗磨损轧机的金属辊有必要反抗侵 入。 3. 弹性是弹回到原始形状的才能。一切的绷簧有必要有这种功用。 4. 延展性是承受永久变形而不决裂的才能。冲压成型产品有必要有这种功用。 5. 耐性是吸收机械能量的才能。强度和延展性决议资料的耐性。铁路车辆、轿车车桥、锻 锤及相似产品需求这种功用。 金属的首要长处在于它们的强度和耐性。混凝土或许廉价因此常常用于修建,可乃至混 凝土也依靠其钢筋来进步强度。并非一切的金属都很刚强。例如紫铜和铝强度都低,但假如 它们混合在一同,成果产一种称为铝青铜的合金,就比纯铜或纯铝强得多。合金是取得各种 所需特别功用—强度、耐性、耐磨性磁性、高电阻或耐腐蚀性-的重要办法。 塑料有特别的功用,这使它们对某些特定用处比传统资料更可取。例如与金属比较,塑 料有长处也有缺点。金属易于被比如硫酸、盐酸等无机酸锈蚀。塑料能反抗这些酸但会被同 样有碳基的四氯化碳这样的溶剂溶解或致变形。色彩只能加在金属的外表而却能够混入塑料 内部。金属比大大都塑料刚性更好,而塑料十分轻,比重在 0.9 到 1.8 间。大大都塑料不能 导热或导电。缓慢软化的塑料极易在软化状况成型。 正是在特定温度下的塑性,使得塑料比其它资料具有长处。塑性使模压产品的大规模生 产单价低,而其它资料需求吃力的,往往是贵重的加工,如铸造、成型、机加工、设备和装 饰。塑料更轻、更耐腐蚀,但它们一般强度低。塑料的另一个问题是用过之后怎样处置。金 属件一般能够崩溃将金属收回;塑料只能丢掉或燃烧。 第 7 课 热处理 热处理是为了使锻件取得所需的显微安排结构和机械功用,在铸造后进行一次或屡次重 新加热和冷却作业的热循环进程。 很少锻件出产不必热处理。不经热处理的锻件一般是用于非风险场合低碳钢零件或需求 进一步进行热加工和后续热处理的零件。钢的内部化学成分,产品的形状和尺度以及所需的 机械功用是决议选用下列哪种出产循环的重要要素。 热处理的意图是使金属取得某种需求的物理功用或消除在加工制作进程中呈现的不合 要求的安排状况。在任一种热处理的运用中都需求了解金属的“原先进程”或安排状况以便 给出热处理办法来取得所需的效果。没有原先处理的资料就要对结构进行显微研讨来决议正 确的后续热处理进程。 一般运用的商用热处理有球化、常化、退火、淬火和回火。它们包含把资料加热到必定 的温度,在这一温度下“均热”即保温,并以预订的速率在空气、液体或推迟介质中冷却。 以上热处理可简述如下: 球化--长期的加热铁基合金到略低于临界温度规模,接着相对缓慢地,一般在空气中 冷却。高碳钢小工件被继续替换地加热到临界温度规模或略低于此温度以更快的球化。这种 热处理的意图是使碳发生球状。 正火—将碳基合金加热到大约高于临界温度 50℃,接着在空气中冷却到低于这一温度 规模。意图在于经过消除加工中发生的一切内部应变和应力使安排结构成为正常状况。 退火是适用于多种热处理的通用术语,这些处理可用于消除应力,促进软化;改动延展 性、耐性、电、磁或其它物理功用;改善晶体安排;除掉气体;或发生一种显微安排。热处 理的温度和冷却速度取决于处理的意图和被处理资料的组成成分。 淬火是将碳基合金的加热临界温度或此温度以上并骤冷。加热的温度和在这温度下的时 间长短,即“保温期”,决于资料的组成。淬火介质取决于组成成分、所需的硬度和工件的 杂乱程度。 回火是碳基合金淬火后从头加热到临界温度以下,接着以恣意需求的速度冷却。回火的 意图是消除应变、下降硬度和脆性。 第 8 课 铸造和铸造 铸造是人类已知最早的金属成型办法之一。它一般意味着将熔化的金属灌注到具有待造 型空腔耐火铸模里,并让它固化。固化后,或打碎耐火模子或将模子分隔取出所需的金属物 体。固化的物体被称为铸件,这个进程也称作翻砂。 铸造加工因为许多长处而被广泛用于制作业。熔化金属流入铸模空腔的任一小区段因 而任何内部或外部杂乱的形状都能用铸造来出产。实践上不论是黑色金属仍是有色金属,任 何资料都可铸造。更且铸模所需的东西十分简略和廉价。因此,对试出产和小批量出产,这 是一种抱负的办法。在铸造工艺中,能够只用准确所需的金属量。因此,规划中能够完结减 轻分量。铸件一般从各旁边面均匀冷却,所以能够为它们是没有方向性的。有些金属和合金出 于冶金学的考虑只能用铸造而不能用任何其它像铸造之类的办法加工。任何尺度和分量,甚 至重达 200 吨都能够铸造出来。 一般砂模铸造工艺不论其尺度精度和外表光洁度能到达多高,在许多状况下都还不满 足终究运用的要求。考虑到这些状况,一些特别的铸造工艺如压模铸造应运而生。何况砂模 铸造在某种程度上说劳动强度大,因此许多改善如机器制模和铸造机械化都是针对它的。对 某些资料往往难于去除因为砂模铸造中水分的存在而引起的缺点。 典型的砂模铸造运用有气缸体、机床底座、活塞、活塞环、轧辊、轮子、壳体、水管 和钟。 铸造是将金属加热然后施加一个力来处理金属使之取得所需的终究形状。铸造一般是 热加工,虽然有时也用到冷锻。因此,术语“铸造”一般指在再结晶温度以上的铸造。 为了取得工件终究外形,在铸造中有两种操作,即压延和镦锻。压延作业中资料伸长同 时横断面面积减小。为此,施加的力笔直于纵轴线。镦锻运用于以长度为价值增大工件的横 断面面积。为到达锻粗的意图,外力施加在平行于纵轴的方向上。 一般选用的铸造办法有四种: 1. 锻打:这是开式或在铁模里用人工锤打或用动力锤传统的铸造加工。 2. 冲锻:这是在关闭的冲压模顶用冲锻锤进行的加工。此处用于零件成型的力是多 次冲击的。 3. 压锻:相似于冲锻,压锻也是在关闭的锻模中进行,不同的是所用的力是水压机 施加的接连揉捏力。 4. 机锻:不同于冲锻中资料被压延细,机锻中,资料只被镦粗以取得所需的形状。 锻打包含在炉中加热工件,然后在砧座上击打。为了取得所需的形状,操作工有必要在敲 打之间操作工件。有锻槽,锻扁,弯制,镦粗,和锻细等类型的操作。 冲锻运用一个合起的压模来取得所需的零件形状。成型是凭借对锻模中的资料进行重复 锤打来完结的。宣布锤打的设备称为冲锤。冲锻模由两半组成。下半部固定在机器的砧座上, 而上半部固定在冲锤头上。热工件放在下半模中,锤头对资料宣布四至五次快速锤打然后使 资料伸展到彻底充溢锻模空间。当两半闭合时,所需的形状就构成了。 压锻模与冲锻模相似,压锻与冲锻的进程也相似。压锻进程中,金属不是像冲锻那样 用一系列的锤打来成型而是用一次接连的揉捏效果。这种揉捏经过水压机取得。因为水压机 的接连效果,金属在整个深度取得均匀的变形。冲锻中更多的力传递给了机器的底座而压锻 进程中力被工件彻底吸收。 因为机锻触及镦锻作业,有时就称之为镦锻。虽然冲锻和压锻也都是由机器完结的,历 来仅将镦锻称为机锻。开端,这是用来接连式制作螺栓头。现在这种工艺已有许多不同用处, 例如用于制作齿轮坯,轴及相似零件。相似于冲锻,机锻也不或许在一次行程内取得终究形 状。因此,机锻作业分数个阶段完结。 第 9 课 机加工 除了解机械零件外,作为一个高效的工程师还要具有一些机床和机加工技能和经历,也 许有一天这些经历将用于制作你所规划和产品。本节咱们评论用钻床、带锯、车床、磨床和 铣床切削,这些机床是样机加工和出产车间进行规范机械加工的可选用东西。每一种机床都 是依据经过刀具切削效果去除工件剩余资料的原理。 钻床在工件上钻孔。钻头被夹持在旋转的卡盘上,当机械工翻滚手轮,钻头下降进入到 工件的外表。钻头将资料变成碎屑除掉而在工件上发生一个孔。正如实践状况那样,任何时 候金属被机加工刀头切入工件的点上要光滑。油液下降冲突,也有助于从切削区带走热量。 为了安全的原因,钻孔时夹具牢牢地夹住工件以防资料意外移位。 带锯粗糙地切穿金属和塑料坯。锯条是边际开了锐齿的接连长环,它在主动轮和从动轮 间运转。高速电机使操作者可依据资料的品种和切削的厚度调理锯条的速度。一个可歪斜的 作业台用来支承。机械工将工件进给到锯条上并用手艺导向以切成直线或略带弧形。当锯条 变钝或如果开裂需求替换时,锯床的内部磨齿机和焊机可用来清洁锯条的端部,将它联接成 环状。 磨床是一种选用轮状、粘结在带上、棒状或只是悬浮在液体中的研磨资料进行随机点切 削机床。在圆柱磨床上,砂轮以 5500 至 6500 r/min 的速度旋转,而工件以 60 至 125 r/min 的速度旋转。切削深度经过移动砂轮头来操控。冷却剂被供给用来下降热翘曲并将切屑和磨 料粉带走。磨削加工因多项理由而十分重要: 1. 它是切削硬质东西钢或其它热处理过钢材的最一般办法。 2. 它无需高本钱而可供给 0.5μm 的外表精度。 3. 磨削加工能够相对较短的时刻保证准确的尺度。 4. 细微和薄的零件只能用这种办法精加工。 车床夹持工件并使它旋转,而尖利的刀具则切除资料。车床的运用包含轴的加工和螺纹 切削。床头箱上的卡盘夹住圆柱形毛坯的一端,传动安排使之快速地绕中心线旋转。尾架可 用来为长工件另一自在端供给支承。当刀具对着工件进给并沿长度方向移动时,工件的直径 被减小到需求的尺度。设备轴承的轴肩,包容止推环的槽,阶梯轴的直径骤变部位都可用这 种办法制作。 刨削是相对简略的一种切削作业,用这种办法可沿工件的纵向加工出平面以及各种带沟 槽的截面。刨削一般用于大工件—大至 25m*15m。在刨床上,工件被设备直线移动的工件台 上。可笔直移动的横向水平导轨上装备有一个或多个刀头。刀具设备在刀头上,切削沿纵向 完结。因为工件的往复运动,返程花去的非切削时刻许多。 铣床是加工扁平工件的粗糙外表和在工件上构成槽、孔很有用的多功用机床。工件由可 调作业台上的台钳夹持以便能够沿三个方向准确运动(作业台平面内和笔直于作业台方向) 来定位刀具下的工件。在典型的运用中,一块钢板可用锯床锯成大致的形状,用铣床来加工 外表和边际使之平坦、方正并到达终究尺度。 一般在铣床的内部安排中常用一个称为丝杠的部件来将工件在主轴下定位。丝杠将手轮 或电动机发生的轴的旋转运动转化为作业台的直线运动。当丝杠翻滚并结合螺母(不答应转 动)时,螺母沿丝杠移动,丝杠每转一圈,螺母移动一个螺距。 经过电动机来驱动丝杠并定位工件或刀具,铣床或其它机床可用核算机操控。按那种方 式,车间的作业可主动化以到达高精度或在许多零件上完结重复的使命。一台核算机数字控 制机床(CNC)完结一般铣床相同的作业,但它不是手动操作而是由键盘或下载由工程软件产 生的机器指令操作。数控机床供给从核算机图纸到硬件“无缝”出产的潜力。因为机床快速 再编程的才能,乃至一个通用的车间可出产许多不同的高质量机器零件。 工程师为某一特定产品选用的加工工艺将部分地取决于调整加工东西的时刻和本钱。某 些设备(例如,空调压缩机、微处理器、液压阀和轮胎)是批量出产的,这意味着一个依据广 泛选用的机械主动化进程。批量出产或许是你最早幻想到发生在大工厂的状况,轿车发动机 出产便是一个首要比如。那种状况下的设备线包含专用东西、夹具、和仅能出产某种车上特 定类型发动机的专门化工艺。设备线的树立是使得任一个工位在发动机移动到下一工位前只 需完结很少量的操作。因为发动机将以相对较快的速度出产,所以公司将许多的厂房空间和 贵重机器用于出产线的本钱投入是高效的,其间每一台机器仅需钻少量几个孔,或焊接几个 当地。除了批量出产的硬件,其它产品是单件加工(例如哈勃天文望远镜)或小量出产(例如 商用喷气式客机),对某一给定产品的出产办法将终究取决于出产的数量,答应的本钱和可 承受的零件与零件之间的差异等级。 第 10 课 焊接 焊接技能已变得如此多用处乃至现在难于界说“焊接”。原先,焊接被界说为“经过熔 融衔接金属”,也便是说经过熔化,但这种界说已不在适用。虽然熔融法仍然是最一般的, 却并非总被选用。焊接随后被界说为“凭借热量将金属衔接”,现在这个界说也不完善。不 仅金属能够焊接,许多塑料也能够。尤其是多种焊接办法并不需求热量。每个机械工都对无 热焊接很了解。冷压焊接在某些状况下是很适宜的出产焊接办法。除压力焊接外,咱们还可 以用声波乃至激光来焊接。面临历年发明的多样化焊接办法,咱们有必要在这儿选用下述焊接 界说:“焊接是金属和塑料不选用紧固件的联接法”。 没有命名焊接的共同办法。许多焊接进程依据热源和维护办法来命名,某些专门的焊接 进程依照构成的联接办法来命名,例如点焊和对焊。整体的分类不或许考虑这一点,因为同 样的联接能够经过许多焊接进程发生。点焊可凭借电阻焊、电弧焊或电子束焊接来完结,而 对焊能够凭借电阻焊、亮光焊(火花对焊)、或其它多种办法中的一种发生。 依据金属的品种和所需的强度,可有几种将金属件衔接到一同的办法。 软钎焊是经过施加第三种熔化金属来联接两种金属的办法。焊接资料有锡和铅,常常包 含铋和镉来下降熔化点。软钎焊极重要的一项操作是焊接外表的清洁,这可用某种酸来完结。 软钎焊对轻型钢、紫铜或黄铜工件焊接效果令人满足,但软钎焊的强度比硬钎焊、铆接或(常 规)焊接低许多。这些衔接金属的办法一般用于高强度的永久联接。 将两块金属焊接在一同的最简略的办法为压焊。用火焰将金属的端部加热到白热状况 —铁的焊接温度应在 1300℃左右。在这个温度下,金属成为塑性状况。然后将端部被揉捏 或用锤击打在一同,再将接头修平。应当留意保证先将外表彻底清洁,不然污物会下降焊接 强度。尤其是铁和钢加热到白热温度时引起氧化,在加热外表构成一层氧化膜。因此,要在 加热外表施加焊剂。在焊接热效果下,焊剂消融,氧化物颗粒和任何其它或许存在的杂质溶 解在焊剂里。金属外表被压在一同,焊剂被挤出焊接中心。可选用几种不同的焊缝,但对相 当厚的金属条,正常地运用 V 型焊缝,它比一般的平焊缝强得多。 依照被焊接金属的品种和形状不同,熔融焊接的热量可由多种办法发生。极热的火焰 可由氧乙炔炬发生。 用电弧来发生热量是最高效的办法之一。大约 50%能量以热能的办法开释。电弧焊利 用电弧发生的热量来熔化被焊接金属件。这是最广泛选用的焊接办法之一,首要是因为易用 用且可经济地取得高产量。当两个导电体,阴极和阳极触摸以发生电流然后分隔细小间隔, 南北极之间发生一道电弧。电弧是经过南北极间称为等离子体的电离气柱的继续的放电。一般认 为从阴极开释的电子向阳极移动并在运动中加快。当它们以高速碰击阳极时,发生了许多的 热。 焊接者的不懈尽力总是要取得和被焊金属自身相同强度的联接而且一同联接处要尽可 能均匀。为此,彻底扫除有害于焊接质量的氧和其它气体就十分重要。在手艺电弧焊中,采 用棒状电极可必定程度上完结这一使命但不彻底。在惰性气体维护焊进程中,焊接的一同一 股高压的惰性气体从焊接电极周围流过,将实质上扫除焊接金属周围悉数的大气而彻底维护 它。 电阻焊是一种在联接处一同施加热和压力的熔融焊接,但不选用填料金属或焊剂。熔化联接 所需的热量经过联接的电阻效应取得,因此取名电阻焊。在电阻焊中,一股低电压(典型 1 V) 但很强的电流(典型 15000 A)以很短的时刻流经联接处(典型 0.25 S)。因为联接处的电阻, 这股强电流加热并熔化它。联接处的压力继续效果,联接处的金属在压力下熔融在一同。

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