外文翻译周长峰汇编Word文档格式.docx

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一般说来，与静载重相比较，有两个相反方向的动载荷将会引起更大的问题，因此，疲劳强度必须被考虑。

另一个关键是材料是可延展性的还是脆性的。

例如，脆的材料被认为在存在疲劳的地方是不能够被使用的。

很多人错误的把一个零件发生故障或者失效理解成这样就意味着一个零件遭到了实际的物理破损。

无论如何，一名设计工程师必须从一个更广泛的范围来考虑和理解变形是究竟如何发生的。

一种具有延展性的材料，在破裂之前必将发生很大程度的变形。

发生了过度的变形，但并没有产生裂缝，也可能会引起一台机器出毛病，因为发生畸变的零件会干扰下一个零件的移动。

因此，每当它不能够再履行它要求达到的性能的时候，一个零件就都算是被毁坏了（即使它的表面没有被损毁）。

有时故障可能是由于两个两个相互搭配的零件之间的不正常的磨擦或者异常的振动引起的。

故障也可能是由一种叫蠕变的现象引起的，这种现象是指金属在高温下时一种材料的塑性流动。

此外，一个零件的实际形状可能会引起故障的发生。

例如，应力的集中可能就是由于轮廓的突然变化引起的，这一点也需要被考虑到。

当有用两个相反方向的动载荷，材料不具有很好的可延展性时，对应力考虑的评估就特别重要。

一般说来，设计工程师必须考虑故障可能发生的全部方式，包括如下一些方面：

——压力——变形——磨损——腐蚀——振动——环境破坏——固定设备松动在选择零件的大小与形状的时候，也必须考虑到一些可能会产生外部负载影响的空间因素，例如几何学间断性，为了达到要求的外形轮廓及使用相关的连接件，也会产生相应的残余应力。

凸轮是被应用的最广泛的机械结构之一。

凸轮是一种仅仅有两个组件构成的设备。

主动件本身就是凸轮，而输出件被称为从动件。

通过使用凸轮，一个简单的输入动作可以被修改成几乎可以想像得到的任何输出运动。

常见的一些关于凸轮应用的例子有：

——凸轮轴和汽车发动机工程的装配——专用机床——自动电唱机——印刷机——自动的洗衣机

——自动的洗碗机

高速凸轮（凸轮超过1000rpm的速度）的轮廓必须从数学意义上来定义。

无论如何，大多数凸轮以低速（少于500rpm）运行而中速的凸轮可以通过一个大比例的图形表示出来。

一般说来，凸轮的速度和输出负载越大，凸轮的轮廓在被床上被加工时就

一定要更加精密。

材料的设计属性

当他们与抗拉的试验有关时，材料的下列设计特性被定义如下。

（图2.7）静强度：

一个零件的强度是指零件在不会失去它被要求的能力的前提下能够承受的最大应力。

因此静强度可以被认为是大约等于比例极限，从理论上来说，我们可以认为在这种情况下，材料没有发生塑性变形和物理破坏。

刚度：

刚度是指材料抵抗变形的一种属性。

这条斜的模数线以及弹性模数是一种衡量材料的刚度的一种方法。

弹性：

弹性是指零件能够吸收能量但并没有发生永久变形的一种材料的属性。

吸收的能量的多少可以通过下面弹性区域内的应力图表来描述出来。

（图2.8）韧性：

韧性和弹性是两种相似的特性。

无论如何，韧性是一种可以吸收能量并且不会发生破裂的能力。

因此可以通过应力图里面的总面积来描述韧性，就像用图2.8b描绘的那样。

显而易见，脆性材料的韧性和弹性非常低，并且大约相等。

脆性：

一种脆性的材料就是指在任何可以被看出来的塑性变形之前就发生破裂的材料。

脆性的材料一般被认为不适合用来做机床的零部件，因为当遇到由轴肩，孔，槽，或者键槽等几何应力集中源引起的高的应力时，脆性材料是无法来产生局部屈服的现象以适应高的应力环境的。

延展性：

一种延展性材料会在破裂之前表现出很大程度上的塑性变形现象。

延展性是通过可延展的零件在发生破裂前后的面积和长度的百分比来测量的。

一个在发生破裂的零件，其伸长量如果为5%，则认为该伸长量就是可延展性和脆性材料分界线。

可锻性：

可锻性从根本上来说是指材料的一种在承受挤压或压缩是可以发生塑性变形的能力，同时，它也是一种在金属被滚压成钢板时所需金属的重要性能。

硬度：

一种材料的硬度是指它抵抗挤压或者拉伸它的能力。

一般说来，材料越硬，它的脆性也越大，因此，弹性越小。

同样，一种材料的极限强度粗略与它的硬度成正比。

机械加工性能（或切削性）：

机械加工性能是指材料的一种容易被加工的性能。

通常，材料越硬，越难以加工。

压应力和剪应力除抗拉的试验之外，还有其它一些可以提供有用信息的静载荷的实验类型。

压缩测试：

大多数可延展材料大约有相同特性，当它们处于受压状态的紧张状态时。

极限强度，无论如何，不能够被用于评价压力状态。

当一件具有可延展性的样品受压发生塑性变形时，材料的其它部分会凸出来，但是在这种紧张的状态下，材料通常不会发生物理上的破裂。

因此，一种可延展的材料通常是由于变形受压而损坏的，并不是压力的原因。

剪应力测试：

轴，螺钉，铆钉和焊接件被用这样一种方式定位以致于生产了剪应力。

一张抗拉试验的试验图纸就可以说明问题。

当压力大到可以使材料发生永久变形或发生破坏时，这时的压力就被定义为极限剪切强度。

极限剪切强度，无论如何，不等于处于紧张状态的极限强度。

例如，以钢的材料为例，最后的剪切强度是处于紧张状态大约极限强度的75%。

当在机器零部件里遇到剪应力时，这个差别就一定要考虑到了。

动力载荷不会在各种不同的形式的力之间不停发生变化的作用力被叫作静载荷或者稳定载荷。

此外，我们通常也把很少发生变化的作用力叫作静载荷。

在拉伸实验中，被分次、逐渐的加载的作用力也被叫作静载荷。

另一方面，在大小和方向上经常发生变化的力则被称为动载荷。

动载荷可以被再细分为以下的3种类型。

变载荷：

所谓变载荷，就是说载荷的大小在变，但是方向不变的载荷。

比如说，变载荷会产生忽大忽小的张应力，但不会产生压应力。

周期性载荷：

像这样的话，如果大小和方向同时改变，则就是说这种载荷会反复周期性的产生变化的拉应力和压应力，这种现象往往就伴随着应力在方向和大小上的周期性变化。

冲击载荷：

这类载荷是由于冲击作用产生的。

一个例子就是一台升降机坠落到位于通道底部的一套弹簧装置上，这套装置产生的力会比升降机本身的重量大上好几倍。

当汽车的一个轮胎碰撞到道路上的一个突起或者路上的一个洞时，相同的冲击荷载的类型也会在汽车的减震器弹簧上发生。

疲劳失效－疲劳极限线图正如图2.10a所示，如果材料的某处经常会产生大量的周期性作用力，那么在材料的表面就很可能会出现裂缝。

裂缝最初是在应力超过它极限压力的地方开始出现的，而通常这往往是有微小的表面缺陷的地方，例如有一处材料出现瑕疵或者一道极小的划痕。

当循环的次数增加时，最初的裂缝开始在轴的周围的逐渐产生许多类似的裂缝。

所以说，第一道裂缝的意义就是指应力集中的地方，它会加速其它裂缝的产生。

一旦整个的外围斗出现了裂缝，裂缝就会开始向轴的中心转移。

最后，当剩下的固体的内部地区变得足够小，且当压力超过极限强度时，轴就会突然发生断裂。

对断面的检查可以发现一种非常有趣的图案，如图2.13中所示。

外部的一个环形部分相对光滑一些，因为原来表面上相互交错的裂缝之间不断地发生磨擦导致了这种现象的产生。

无论如何，中心部分是粗糙的，表明中心是突然发生了断裂，类似于脆性材料断裂时的现象。

这就表明了一个有趣的事实。

当正在使用的机器零件由于静载荷的原因出现问题时，由于材料具有的延展性，他们通常会发生一定程度的变形。

FailureAnalysis，DimensionalDeterminationAndAnalysis，ApplicationsOfCams

JustinReinaMattKim

INTRODUCTION

Itisabsolutelyessentialthatadesignengineerknowhowandwhypartsfailsothatreliablemachinesthatrequireminimummaintenancecanbedesigned．Sometimesafailurecanbeserious，suchaswhenatireblowsoutonanautomobiletravelingathighspeed．Ontheotherhand，afailuremaybenomorethananuisance．Anexampleisthelooseningoftheradiatorhoseinanautomobilecoolingsystem．Theconsequenceofthislatterfailureisusuallythelossofsomeradiatorcoolant，aconditionthatisreadilydetectedandcorrected．

Thetypeofloadapartabsorbsisjustassignificantasthemagnitude．Generallyspeaking，dynamicloadswithdirectionreversalscausegreaterdifficultythanstaticloads，andtherefore，fatiguestrengthmustbeconsidered．Anotherconcerniswhetherthematerialisductileorbrittle．Forexample，brittlematerialsareconsideredtobeunacceptablewherefatigueisinvolved．Manypeoplemistakinglyinterpretthewordfailuretomeantheactualbreakageofapart．However，adesignengineermustconsiderabroaderunderstandingofwhatappreciabledeformationoccurs．Aductilematerial，howeverwilldeformalargeamountpriortorupture．Excessivedeformation，withoutfracture，maycauseamachinetofailbecausethedeformedpartinterfereswithamovingsecondpart．Therefore，apartfails（evenifithasnotphysicallybroken）wheneveritnolongerfulfillsitsrequiredfunction．Sometimesfailuremaybeduetoabnormalfrictionorvibrationbetweentwomatingparts．Failurealsomaybeduetoaphenomenoncalledcreep，whichistheplasticflowofamaterialunderloadatelevatedtemperatures．Inaddition，theactualshapeofapartmayberesponsibleforfailure．Forexample，stressconcentrationsduetosuddenchangesincontourmustbetakenintoaccount．Evaluationofstressconsiderationsisespeciallyimportantwhentherearedynamicloadswithdirectionreversalsandthematerialisnotveryductile．Ingeneral，thedesignengineermustconsiderallpossiblemodesoffailure，whichincludethefollowing．——Stress——Deformation——Wear——Corrosion——Vibration——Environmentaldamage——LooseningoffasteningdevicesThepartsizesandshapesselectedalsomusttakeintoaccountmanydimensionalfactorsthatproduceexternalloadeffects，suchasgeometricdiscontinuities，residualstressesduetoformingofdesiredcontours，andtheapplicationofinterferencefitjoints．

Camsareamongthemostversatilemechanismsavailable．Acamisasimpletwo-memberdevice．Theinputmemberisthecamitself，whiletheoutputmemberiscalledthefollower．Throughtheuseofcams，asimpleinputmotioncanbemodifiedintoalmostanyconceivableoutputmotionthatisdesired．Someofthecommonapplicationsofcamsare——Camshaftanddistributorshaftofautomotiveengine——Productionmachinetools——Automaticrecordplayers——Printingmachines——Automaticwashingmachines——AutomaticdishwashersThecontourofhigh-speedcams（camspeedinexcessof1000rpm）mustbedeterminedmathematically．However，thevastmajorityofcamsoperateatlowspeeds（lessthan500rpm）ormedium-speedcamscanbedeterminedgraphicallyusingalarge-scalelayout．Ingeneral，thegreaterthecamspeedandoutputload，thegreatermustbetheprecisionwithwhichthecamcontourismachined．DESIGNPROPERTIESOFMATERIALSThefollowingdesignpropertiesofmaterialsaredefinedastheyrelatetothetensiletest．

Figure2.7

StaticStrength．Thestrengthofapartisthemaximumstressthatthepartcansustainwithoutlosingitsabilitytoperformitsrequiredfunction．Thusthestaticstrengthmaybeconsideredtobeapproximatelyequaltotheproportionallimit，sincenoplasticdeformationtakesplaceandnodamagetheoreticallyisdonetothematerial．Stiffnessisthedeformation-resistingpropertyofamaterial．Theslopeofthemoduluslineand，hence，themodulusofelasticityaremeasuresofthestiffnessofamaterialResilience．Resilienceisthepropertyofamaterialthatpermitsittoabsorbenergywithoutpermanentdeformation．Theamountofenergyabsorbedisrepresentedbytheareaunderneaththestress-straindiagramwithintheelasticregion．

Toughness．Resilienceandtoughnessaresimilarproperties．However，toughnessistheabilitytoabsorbenergywithoutrupture．Thustoughnessisrepresentedbythetotalareaunderneaththestress-straindiagram，asdepictedinFigure2．8b．Obviously，thetoughnessandresilienceofbrittlematerialsareverylowandareapproximatelyequal．

Brittleness．Abrittlematerialisonethatrupturesbeforeanyappreciableplasticdeformationtakesplace．Brittlematerialsaregenerallyconsideredundesirableformachinecomponentsbecausetheyareunabletoyieldlocallyatlocationsofhighstressbecauseofgeometricstressraiserssuchasshoulders，holes，notches，orkeyways．Ductility．Aductilitymaterialexhibitsalargeamountofplasticdeformationpriortorupture．Ductilityismeasuredbythepercentofareaandpercentelongationofapartloadedtorupture．A5%elongationatruptureisconsideredtobethedividinglinebetweenductileandbrittlematerials．Malleability．Malleabilityisessentiallyameasureofthecompressiveductilityofamaterialand，assuch，isanimportantcharacteristicofmetalsthataretoberolledintosheets．Hardness．Thehardnessofamaterialisitsabilitytoresistindentationorscratching．Generallyspeaking，theharderamaterial，themorebrittleitisand，hence，thelessresilient．Also，theultimatestrengthofamaterialisroughlyproportionaltoitshardness．

Machinability．Machinabilityisameasureoftherelativeeasewithwhichamaterialcanbemachined．Ingeneral，theharderthematerial，themoredifficultitistomachine．

Figure2.8COMPRESSIONANDSHEARSTATICSTRENGTHInadditiontothetensiletests，thereareothertypesofstaticloadtestingthatprovidevaluableinformationCompressionTesting．Mostductilematerialshaveapproximatelythesamepropertiesincompressionasintension．Theultimatestrength，however，cannotbeevaluatedforcompression．Asaductilespecimenflowsplasticallyincompression，thematerialbulgesout，butthereisnophysicalruptureasisthecaseintension．Therefore，aductilematerialfailsincompressionasaresultofdeformation，notstress．ShearTesting．Shafts，bolts，rivets，andweldsarelocatedinsuchawaythatshearstressesareproduced．Aplotofthetensiletest．Theultimateshearingstrengt