虽然磨损通常改变零件的表面的一些形貌并可能导致严重的表面破坏，但它也可以产生有利的影响。在磨合期各种机器和发动机通过磨损使突出部分从突出面移除。（如图16.3）因此，在控制条件下，磨损可以被视为一种平滑或抛光工艺。
通过在两个相互运动的固体之间添加润滑剂来显著的减少他们之间的摩擦和磨损的过程成为润滑。这儿是四种在工程实践运用最广泛的液态润滑剂：
1.厚膜润滑，通过连续流体膜使两个表面完全分离。流体膜可以产生静水压或经常通过楔子作用在一个滑动的粘性流体的表面。
2.随着两表面负载的增加或者滑动速度和流体粘度降低，润滑油膜变薄（薄膜润滑）。这种情况在滑动表面引起摩擦并形成轻微的磨损。
3。在混合润滑中，虽然接触面通过一层薄的润滑膜分离，微凸体接触也可能发生。总的外加载荷被认为是大部分由粗糙的接触部分作用而小部分由水动力作用。
4。在边界润滑中，接触表面通过一边界润滑薄膜覆盖而承受负载（fig.16.4d）。这是一个薄（分子）的润滑层，吸附在金属地整个表面，从而防止金属与金属的接触的机构和减少磨损。
18、机械设计者的责任
一台新机器的产生是由于对它有一个实际或者假象的需求。它的发展是从某人对能完成特定目的的设备的构思开始。构思之后是对元件间的协调的研究，杆件的位置和长度(这其中可能包括了连杆的运动学研究)，齿轮、螺栓、弹簧、凸轮、和机械元件的放置。由于所有的想法都会受到改善，所以通常会得到几种解决方案，最后选择看上去最好的方案。
一个设计的实际应用，是根据科学原理和经验基础上的精明判断相结合的。一个设计问题很少会只有一个正确的答案，这通常会令机械设计的初学者很苦恼。
设计问题通常不止一个解决方案。给定一个一般的设计问题，比如设计一个能在家里自动洗衣的机器，因为有很多的设计团队，所以会有很多不同的方案——这个可以从市场上的洗衣机数量得到证明。
工程实践问题通常需要折衷的办法。竞争可能就需要违背某人最好的工程判断而做出一个勉强的决定；生产上的困难可能迫使对设计做出更改，等等。
一个好的设计者要有很多特征，比如：
（1） 对材料的强度有很好的了解，这样应力分析才合理。机器的构件应有足够的强
度和刚度，或其它所需的特性。
（2） 熟知在机器中使用的材料的特性。
（3） 熟悉各种制造过程的主要特点和经济效益，因为组成机器的构件的制造必须在
一个有竞争性的价格之上。对某个制造工厂而言经济效益高的设计，对另一个工厂而言经济效益可能不高。比如，在一个有很好的焊接车间但没有铸造车间的工厂会发现，在某一特定的情况下焊接是最经济的制造方法；然而，面对同一问题，另一个工厂因为有铸造车间（可能有也可能没有焊接车间），可能会选择铸造。
（4） 对各种各样的情况都有很好的专业知识，例如在有腐蚀性的环境、温度很低或
相对高温的条件下材料的性质。
（5） 做出明智决定前的准备：a、什么时候使用样本、购买原料或相对可靠的东西、
什么时候进行客户定制设计是需要的；b、什么时候用经验来判别设计；c、在开始加工之前什么时候进行设计的使用性能测试；d、什么时候采取特殊的措施来控制振动和噪音。
（6） 一定的审美观，因为如果产品用于销售，需具有“顾客吸引力”。
（7） 了解经济效益和比较成本，因为工程师存在的最大理由就是是替雇佣他们的人
省钱。任何会提高成本的东西都应该合理，例如，（产品）性能的提高，添加有吸引力的特征，或者更持久的耐用性。
（8） 创造性和善于创造的本能，这对最大效益是最重要的。创造性会出现，是因为
一个有活力的头脑是不会满足于事物现状并愿意去创造。
当然，还有很多重要的考虑因素及许多的细节。操作机器是否安全？如果操作者失误能否得到保护?振动会不会产生噪声？机器噪音是否过大？构件的安装是否相对简单？机器是否易于操作和维修？
当然，对每一个问题，没有一个设计者能具备足够的专业知识来考虑上述所有的特性而做出最佳的选择。较大的设计团队会有执行特定职能的专家，较小的设计团队可以雇佣顾问，然而，一个工程师越了解设计中的所有阶段，他就能做出越好的选择。设计是一个要求严格的专业，但当你有很广泛的经验知识，它也是相当有趣的。
20、工程问题的解决方法
多年来，在许多行业和技术领域，工程师注重细节及（针对问题）得到正确的解决方案，逐渐获得了良好的声誉,因为他们是思路非常清晰的思考者。工程师们得到了尊重，基于此，大众对他们设计和制造出来的产品给予了信任。
工程师希望彼此能用清楚、有说服力、证据充分的方法来呈现计算、测试结果和技术工作。
在机械工程中的每个量由两部分组成：数值和单位。没有另一个，其中一个（只有数值或只有单位）是毫无意义的，工程师在计算中会密切而谨慎地注意单位，他们对数值也是如此。
除了单位的问题，工程师必须得到问题的数字答案——多强？多重？温度是多少？——通常要面对不确定和不完整的信息。比如，在一个新设计的开始，最终产品的外形和尺寸是未知的；如果外形和尺寸已知，那它首先就没有设计的必要了。只可能是粗略的估计。然而，一个工程师仍然还有工作要做，设计过程肯定要从某处开始。
出于这个原因，为了给未知量指定数值，设计师就做出近似。这些近似值已知是不精确的，但总比随机猜测的一个数好，当然也比什么都没有的好。机械工程师利用他们的常识、经验、直觉、判断和物理规律经过一个叫数量级的近似过程来寻找答案。机械工程师乐于做出合理的近似。
在机械工程的研究中，你应该培养解决问题的能力，达到其他工程师对你的期望标准。适当的解决问题的方法，对你得到正确的答案和把结果令人信服地给交流 给他人是很重要的。为了达到解决问题的目的，以下的指导会很有帮助： 1. 在每一页顶开始一个问题，尽管问题的解决方案会少于一页。通过这种方式将问题细化，
可以使得他人很容易地定位和阅读你的每一个方案。每一页纸只写一面。这个习惯也会让你的成果在查阅时变得容易。
2. 对于已知的问题和未知的问题，写一个一两句的小结。通过弄清楚问题的目标，你会忽
略枝节信息而以更直接的方式抓住问题的主干。
3. 在你开始下笔计算前请思考一下问题。用简短的话做一个总结，总体阐释你将采用的方
法，列出你将用到的主要的概念，等式以及假设。
4. 采用你正在分析的系统的图纸，对主要的零件进行标记，并且采用相关尺寸。工程师应
将想法和知识图形化，你的图纸和图表就是快速传递复杂信息的最好方式。几乎在解决每一个工程问题时，非常重要的第一步就是用图表将问题呈现出来。
5. 画出正在使用的坐标系，这样可以说明你采用的正方向。比如，如果你在方案中写
“Fx=30N”，但是却没有在图纸是指明x方向，那么这样的方案对于查阅你成果的来的说就没有意义。
6. 在你计算的每一步和最后的结果中，要确保每一个数值后都带有单位。一个没有单位的
数，正如没有数值的单位一样，都是无意义的。
7. 要检查你结果中的有效数字，还要确保你的结果不要比真实的有效数字还多。数值的精
确度是你使用的数据最后一位有效数字的一半。The factor of one-half arises，because the last digit of a number represents the rounding-off process, either higher or lower, of the tailing digits.
8. 你的计算结果仅对你有意义还不够。你还要让你的结果对希望阅读你成果的人有意义。
如果其他工程师不能审查和快速读懂你的结果，那么你的结果将不会被采用，原因就是混乱不清，不完整，或者不精确。要花时间写清楚步骤。
9. 阐明你的结果的意义。这样的结果对你有多合理？是否你的来自经验、判断、直觉的结
果的数量级有意义？
24、钻孔操作
钻床分类
钻孔操作可以通过使用手电钻或钻床实现。后者在形状和尺寸上不同。然而，刀具总是绕着它的轴线旋转而工件是牢牢固定的。这和车床上的钻孔操作是相反的，工件的放置位置和卡盘的旋转。以下是常用的钻床种类。
台式钻床：台式钻床是一种通用钻床，小的加工工具通常安放在工作台上。这种钻床有一个电动机作为动力源，运动经由滑轮和皮带传到安放刀具的主轴上。进给量由人工通过调节手柄改变，手柄设计来降低或升高主轴的。
工件安装在工作台上，尽管有时一个特制的虎钳用来固定工件。要加工的工件的最大高度限制于主轴和工作台的最大差距。
立式钻床：基于尺寸的机床，立式钻床刀具可以用于轻型、中型、甚至中型工件。它基本上和台式机床相似，主要区别是有一个长圆柱形床身固定在基部。沿着床身是一个附带的用于固定工件以使工件而已在任何理想高度锁定的滑动工作台。这种钻床需要的功率比台式钻床要大。
摇臂钻床：摇臂钻床特别适合于在不方便安放在立式钻床工作台上的又大又重的工件上钻孔。摇臂钻床有一个主要的床身固定在基部。携带钻头的悬臂引导手臂，能够沿着床身提高或降低，夹紧在任意位置。这个钻头沿引导臂滑动，提供旋转运动和轴向进给运动。此外，这个悬臂引导臂可以弯曲旋转，因此使刀具可以根据柱面坐标系统沿不同方向运动。
26、车床
在切割操作中使用的机床的一般特征，在这篇文章进行阐述。依据功能和所包含的配件，设备可分为不同类别。主要类别如下所述。
车床 车床通常被认为是最古老的机床，并在1750s产生.车床上进行基本操作有车削，镗，和端面车削。
最常见的车床（普通车床）的基本组成部分是床身，床头，尾座和.托架。工件的一端是被一个安装在主轴的夹头夹紧，主轴在床头旋转。工件的另一端是由尾座支撑。床头包含主轴转速传动齿轮，并通过适当的齿轮和进给杆，驱动车架，使滑动装配滑动。托架提供运动平行旋转轴，横滑板提供了正常的运动。切削刀具，连接到一个刀架和托架，沿床消除材料。切割操作是按工件所需的一定的外设速度，进给速度，切削深度运行。
进一步发展的是自动车床。通过各种机械手段，运动和控制更加精确。，如凸轮和数控和计算机控制，从而减轻了工人的劳动或要求不太熟练的劳动力。
转塔车床（在19世纪50年代开发的）能够进行了多种切割操作，如车削，镗，钻，线切割，端面车削。各种切削工具，通常在最多六个炮塔上安装。操作相当灵活。它可能是手工操作或自动，一旦正确安装，它并不需要熟练的劳动力。有种类繁多的炮塔车床可用于
不同的目的
螺杆机（在18世纪70年代开发了第一个螺丝车床）是专为高产率，自动化生产螺钉和类似部件的设计的。所有的操作都由连接到一个特殊的炮塔的工具自动执行。每个螺丝加工成成品后，棒料自动送入。这些机器可能会配有单个或多个主轴，以减少循环时间
镗床 虽然镗操作可以在车床上进行，但镗床用于大型工件。这些机器是卧式或立式，并有各种用于镗和端面车削操作的功能
坐标镗床是精度高的立式镗床和用于生产工装夹具，镗部分安装在夹具中。
铣床，铣床是最通用和最有用的工具机，因为它们能够执行各种切割操作。有大量的提供众多特性的铣床可供选择（在19世纪60年代开发的）。基本类型概述如下。
升降台式铣床是最常见的，用于一般用途的加工。连接铣刀的主轴，可水平（板坯铣削），或垂直（面铣）。
床身式铣床上安装一个平台，只可以在纵向方向移动。这些机器很简单，严格装配并用于高量产。主轴可水平或垂直，可以双工或三工类型（即有两个或三个主轴，同时加工两个或三个部分表面）。其他类型的铣削机也可用，如用于繁重的工作的龙门式和特殊用途的机器。
铣床，使用最广泛的配件是通用的分度头。这是一个夹具，在各个加工步骤使工件旋转到指定角度。典型的用途是加工铣削有多边形表面的零件和加工齿轮齿。
龙门刨床和牛头刨床，这些机床一般用于加工大平面 ，虽然其他形状，如凹槽，也可以加工。在龙门刨床，工件上在装有刀具的下轨移动，而在牛头刨床，工具移动和工件是固定的。
由于所涉及的工件的大小，龙门刨床是位于最大的机床之列。刨边机可水平或垂直，也用于加工凹槽和键槽。
拉床 这些机器推或拉拉刀，水平或垂直，从而加工各种内部或外部的表面。他们的构造相对简单，液压驱动可实现，拉刀只有直线运动。由于涉及的形状和部分种类繁多，拉床被制造成各式的设计和尺寸。
钻孔机，这些机器用于钻孔，攻丝，锪孔，铰孔，和其他通用的镗操作。它们通常是垂直的，最常见的一种是钻床。钻床制造成种类繁多的尺寸，从简单的板凳类型单元到摇臂钻床和有多个主轴的大型生产设备。
28、铣削
除了车床铣床是在制造业使用最为广泛。在铣削过程中，工件被送入一个旋转的铣刀，这是一种如图28.1所示的多刃工具。去除金属是通过铣刀和工件同时直线运动而相结合成旋转运动完成的。
在铣刀和工件接触时每一个铣刀刀刃都是单一的铣削。因此，每个切削刃都有适当的倾斜和救济角度。由于一次只有少数的切削刃与工件接触，所以重切削不影响刀具的使用寿命。事实上，允许的切削速度和进给速度是车削或钻的三到四倍。此外，铣削的表面质量大体上优于车削，塑造，钻的表面质量。 铣削过程的特点是：
断续切削。每个切削刃去除材料只有旋转铣刀的一部分。因此，铣刀在再次进行铣削前有时间冷却。因此，铣削操作相比车削操作更为冷。
小尺寸的碎片。虽然碎片的尺寸很小，由于多个切削刃同时接触材料所以材料被切除很多，因此工件一般是在一个单一的行程中完成不像车削过程需要大量切割才能完成。 碎片厚度的变化。这有助于非稳态循环条件下不同切削力作用时切削刃与碎片接触厚度从零到最大尺寸，反之亦然。这种周期性变化的力，可以激起机床系统的自然频率，这对刀具的寿命是有害的同时使表面粗糙度产生。
对于刀具旋转和工件进给的方向而言，铣削是通过以下两种方法之一完成的。
向上铣削（逆铣）。逆铣刀具的转向和工作台的移动方向相反，碎片厚度从零开始并逐渐增加到最大厚度，如图28.2所示。这有让工件离开工作台的趋势。有一种可能就是刀具在开始移动之前将摩擦工件。然而，加工过程中不涉及冲击载荷，从而确保机床的平滑操作。 在逆铣中最初的摩擦有让刀刃变顿的趋势，因此刀具具有较短的寿命。此外，由于刀具倾向于削减和滑动，所以通过这种方法获得的加工表面质量不是很高。然而，逆铣在工业中常用，特别是粗切削。
向下铣削（顺铣）。在顺铣中铣刀得转向和工作台的移动方向相同，碎片从最大厚度逐渐变为零，如图28.2（b）所示。这将导致一系列冲击或突然加载。因此，这种方法不能用于铣削加工除非工作台与丝杆间隙消除。最大切削深度是通过刀具切削工件并给很大一个力来实现的，这必须要一个刚性的丝杆来配合工作台的进给。
这种方法的优点是切削力下降所以能获得更高品质的加工表面同时工件的装夹更简单。顺铣比逆铣允许更大的进给撮合和拥有更长的刀具寿命。但是，它不能被用来加工铸件或热轧钢板，否则硬的刻度将损坏刀具。
30、齿轮材料
制造齿轮的材料多种多样,无论是金属还是非金属。作为设计所选用材料的根据，所选材料应该使一个特定的齿轮最便宜,同时确保有满意的性能。在做出一个选择前,设计师必须决定对这个问题手上的哪些条件是最重要的。如果高强度是首要考虑的, 应该经常选钢,而不是铸铁。如果耐磨性是最重要的考虑条件,一个有色金属比一个黑色金属好。还有一个如何做出选择的例子，对于降噪问题、非金属材料与金属材料的表现比较。然而,在大多数设计上的问题中,最后通常都是一个折中的选择材料。换句话说,选择合理的材料,符合所有的要求我们之前提到的,虽然在每一个方面它不一定是最好的。总的说这一次讨论中,我们将根据各种金属和非金属齿轮材料的一般分类来考虑他们的特点。
铸铁 铸造铸铁是一种最常用的齿轮材料。其成本低,易于铸造,有良好的切削性能,具有高的耐磨性和良好的降噪性能，使它成为一个较好的选择。铸铁作为一个齿轮材料主要的缺点是其抗拉强度低,这使齿轮容易屈曲而且需要相当大的齿牙。
另一种类型的铸铁是球墨铸铁,它是在铸铁里增加了诸如镁或铈。这样的合金化处理使得他们比普通铸铁有更强的抗拉强度的同时保留了良好的耐磨性和易于加工的特点。 通常的设计是在铸铁齿轮和钢齿轮于成本、强度、磨损间取一个平衡。
钢 钢齿轮通常由碳素钢和合金钢制成。他们与铸铁相比有更高的强度和更低的成本。然而,为了达到满意的耐磨性他们通常需要经过表面热处理。不幸的是,热处理工艺通常会使齿轮产生变形,结果是齿轮负载不能均匀分布在整个齿轮齿面。通常更愿意选择合金钢因为他们热处理时变形比碳素结构钢小。
虽然说讨论各种热处理方法和他们对材料特性的影响不是我们这里的目的，设计师同样应该意思到材料热处理可能带来的问题。
齿轮经常通体淬火或者用水或油淬火,以增加其耐磨性。回火通常是齿轮淬火后立即执行, 包括加热齿轮温度到200度至700度,然后慢慢在空气冷却到室温。如果较低的硬度就能满意,最好的方法可能是通体淬火，因为它廉价。
在许多情况下, 虽然表面必须有非常高的硬度但主体部位只需要适当强度。对于齿轮,例如,表面硬度必须较高,在齿轮的一生中齿牙将抵抗数百万次磨损。在每一个接触齿牙表面都会有很高的应力。如果真的需要的话对这种情况就采用表面淬火。表面0.25 ~ 1.00毫米深得部分被赋予一个较高的硬度,尽管对里面的部分(核心)只有轻微的影响。表面淬火的优势在