机械设计-中文翻译

附件 1：外文 资料翻 译译文第一部分 机械设计1.1 机械设计的简介1.1.1 什么是机械设计机械设计是以满足人类需要为目的，应用科学与技术装配新的或改进的产品。这个工程技术的广阔领域不仅关系到与该行为的本身就其大小，形状和建筑细节，而且关系到在生产，销售和使用该产品中所涉及的各种因素。一个产品可以被定义为任何生产项目，包括机械，结构，工具和仪器。执行机械设计各种功能的人通常称为设计师或者设计工程师。基本上来说，机械设计是一种创造性的活动。然而，除了创新，设计工程师也必须在工程技术基础上有坚实的背景。1.1.2 机械设计的基本背景设计工程师必须要有在机械制图，运动学，材料工程，材料拓展和制造工艺方面的工作知识。下面的将说明这些基本背景的每个议题与机械设计是如何关联的：（1） 机械制图。详细的图纸不仅必须注意到确切形状，大小和每个组件材料的成分，装配时也必须显示总产品如何由每个部分以正确的顺序紧固在一起。（2） 动力学。对有关这一问题的知识，例如，对以玩具“灵鸟”内部构造的分析，它包括初步的眼球转动行为。一般情况下，在这种机器的设计初期阶段，玩具和其内部构造的建立称为动力学。（3） 机械学。用这一学说可以解析力量的问题，比如，一个人坐在椅子上，力也作用在放椅子的草地上。很显然，他不小心从座位上跳起时可以破坏那个椅子。这种现象，实际上是适用于动态载荷，而不是草坪椅子设计时考虑到的承载。这种滥用的结果是过大的力量会造成永久性损伤。因此，在力学法律的使用中应考虑到合理的动态加载。（4） 工程材料。由于草坪躺椅一般来说是在户外环境中使用，它所使用的油管是由铝制造而成以有抗腐蚀的作用，所用的织带是塑料材料制成，不会轻易恶化，即便长期暴露在阳光和水中。很显然，材料的正确选择是机械设计的重要方面。（5） 材料的强度。这是考虑到材料本身的组成部分是否强大到足以维持它通过力学的考验。例如，草坪躺椅的铝管状部分的规格和形状是以这样一种方式确定的，这不会由于过度用力和变形而发生故障（在正常使用情况下） 。应力和变形程度的大小取决于给定零件的规模和特定的形状，以及其材料，结构和实际负荷力。（6） 生产过程。 “灵鸟”不是一个简单的玩具。每个组件是如何生产和整个玩具如何组装使用的是生产技术中的方法。设计师正是由此来判断成本的花销。灵活的轴被应用在“灵鸟”上，因为他们简化了昂贵的部件，并削减安装和调整轴系僵化的劳动力成本。在处理结合的基础过程使用中，有许多重要的考虑，这些必须在一般机械设计领域里详细地阐述，其中包括安全，环境的影响，外观和经济。1.1.3 机械设计哲学一位不知姓名的作家写过下面一首诗，名为设计师 。它在说一个设计工程师以做出非常复杂的设计为乐，但产品的生产几乎是不可能的。设计师他在电路板上设计弯道脑海里储藏着美妙的设想他一边搓着跳动的豆粒一边说：“怎样制造这个粗糙的机器呢？现在如果把这个部分造成直的我知道刚开始会有用但是那样的话成型太简单，也太枯燥了那样永远不会让机器师觉得有挑战所以我最好要弄个角在那儿然后看那些无知的机器师抓头发那些用来包住螺丝帽的洞我会再往下放置以让它们更加难敲打我敢打赌 现在这样不会有效果它不能够用脚踩或者用卡盘固定也不能用钻子钻或是放在地上事实上，这样的设计是最好不过了。 ”他又看了看，叫起来：“最后成功是我的啦！这简直是鬼斧神工。 ”很显然，上述的诗是一个讽刺。但是，它明确强调了一名设计师在产品制造中的重要性。如前所述，机械设计的目的是满足人类的需求。发明，发现和科学知识本身未必有益于人类，只有它们应用于产品的设计中去，利益才会产生。有时候，人类的需求也许被认可，但是如何实现它却又很难决定。在这样的原因可以被简单地说成，在现阶段，必须要花费的时间和努力并不能获得对等的报酬。但是，如果该决定是为了以生产产品满足人类需要，那么整个项目必须明确界定。机械设计应被视为是一个机会，这个机会就是如何利用创新人才进行产品设计，对系统进行分析，然后做出如何将产品合理制造的判断。重要的是要理解工程的基本事实，而不是背诵纯粹的事实和公式。任何事实或方程组，只有用于提供所有正确的决定和设计良好的产品才能存在。另一方面，任何计算必须做的极其谨慎和精准。例如，如果一个小数点是错误的，否则一个合理的设计可能无法正常使用。良好的设计需要尝试新的想法并愿意冒一定的风险，因为他们知道，如果新的想法不起作用的话，那么只能用现存的方法。因此，作为一个设计师必须要有耐心，因为时间和精力的花费没有成功的保证。创建一个全新的设计，一般都需要抛弃很多老的方法。这并不容易，因为很多人都依赖熟悉的思想，技术和态度。设计工程师应不断寻找方法，以改善现有的产品，必须决定什么是陈旧的，应该用新的成熟的概念，纳入未经试验的想法。新的设计一般有“错误” ，或不可预见的问题，这些问题必须在制定新的设计的优良特性前解决。因此，只有在更高的风险下存在有优越的行为机会。应该强调的是，如果设计不保证采纳新的方法，这种方法只为了改变起见是不能被采纳的。在设计的初期阶段，在无任何制约因素的条件下，应允许创造性的蓬勃发展。虽然许多不切实际的想法可能在设计的早期阶段出现，但通常很容易消除在制定具体细节之前。这样一来，创意不会被抑制。很多时候，设计开发一个以上的产品时，取决于和其他产品在哪里可以相互比较。最终将现有的思想应用在被拒绝的设计上，并没有显示为一个整体预想的样子，这是完全有可能的。心理学家经常谈论让人们努力适应他们的机器运作。很重要的是，设计工程师的责任在于努力让机器去适应人。这不是一项容易的任务，因为一般人实在不能操作某些层面和最优的程序。然而，必须考虑到许多操作者的功能，包括以下几方面：(1) 尺寸和手轮，旋钮，开关和脚踏板的位置; (2) 工作区的空间分配；(3) 通风状况；(4) 颜色和光线；(5) 操作的力度；(6) 安全装置；(7) 单调操作议案；(8) 操作验收。1.1.4 设计的交流另一个重要的需要被承认的一点就是一个设计工程师必须能够与其他人交流意见，如果这些意见被采纳的话。一开始，设计人员必须传达一个初步设计从而得到管理层的批准。这通常是由与绘画的布局和口头书面材料一并讨论。为了有效地沟通，以下几个问题必须要回答：（1） 设计是否真正满足人的需要？（2） 与对手公司现有产品相比，是否更加具有竞争力？（3） 生产是否节俭？（4） 能不能够简单易行？（5） 是否能卖出获得利润？只有时间才能提供对上述问题的真正答案，但有关产品的设计，制造和推向市场，只有初步肯定回答。设计师也必须通过使用细节和装配图结合最终的设计制造。很多时候，在制造循环过程中会发生问题。这可能是在对产品部件进行尺寸标注或放宽时以便它可以更容易地生产时所需要的一个变化。这是属于技术变化类别，设计师必须接受这种变化以使该产品的功能不会受到不利影响。在其他情况下，在组装或测试过程中可能会出现设计不足，恰好在出货之前。这始终是更好的方法，要做到这一点，设计者应不断努力，争取找到更好的方法。11.5 活塞发动机和汪克尔引擎毫无疑问，汽车是 20 世纪对人们具有最深远影响的因素之一。在 20 世纪的头 70 年采用传统的往复式活塞发动机，汽车一直是世界最大的工业基础。在美国大多数人都能够获得属于自己的汽车驾驶执照。然而，这导致了大气污染的新问题，简单说来就是指大气层逐渐积累越来越多对人生命有害的化学污染物。不断增加地空气污染导致的结果之一就是不再相信其他类型的发动机，那些承诺在废气排放过程中产生较少的污染。其中一个类似引擎最近得到了很大发展的是汪克尔发动机。它很可能取代活塞发动机。另外，同时出现的问题是现有原油相比所需的汽油短缺。因此，一种更有效的以及产生的污染物少得多的引擎也是必要的。令人惊讶的是，第一个四冲程活塞式发动机是 1866 年 8 月由尼可拉斯奥托和德国的尤格朗根制造的。现今的活塞式发动机工程基本上是和奥托和兰根建立的发动机一样的原则。事实上，在现代活塞热能操作过程称为奥托循环。另一方面，1954 年才出现汪克尔转子发动机，那是也是德国人的费克尔发现他能完全地用一个旋转式发动机实现奥托循环。从效率的角度来看，汪克尔发动机优越，因为它比较简单，包含较少的零件和操作更安静。但是直到 20 世纪 60 年代才有人提出为汪克尔发动机的发展做出大量努力。这种现象产生最主要的原因是活塞式发动机在当时已经是一个成熟可靠的工业分支。在 60 年代初，人类需要一种废气排放中污染少得多的引擎，这显然率先引起了新引擎的发展。1967 年，日本东洋工业制造业采用汪克尔发动机生产马自达汽车和美国开始见证了 70 年代初以来发动机发展所带来的影响。认识到汪克尔发动机的巨大潜力，通用汽车公司在 1971 年与汪克尔的专利持有人（汪克尔专线 H 和奥迪 NSU 在和美国许可证，柯蒂斯赖特）签署了五千万美元的协议。从 1971 年到 1975 年，通用汽车公司支付 5000 万美元，把汪克尔发动机发展为本公司的传导。1975 年以后，通用汽车可以使用自己设计的无需支付任何额外的许可费。接下来，让我们验证一下活塞式发动机和汪克尔发动机的设计和操作。