工業(yè)設計機械基礎第六章-機械零件基礎課件

第六章機械零件基礎

第一節(jié)連接一、聯(lián)接的種類及適用條件1．聯(lián)接的種類2．常用聯(lián)接方式的特點與適用條件表6-1常用聯(lián)接方式的特點與適用條件

各種產(chǎn)品和機械結(jié)構(gòu)都是由多個零件連接組裝而成的。連接可分為可拆連接和不可拆連接兩大類?？刹疬B接是可以多次拆裝而不損壞相關(guān)零件的連接方式,主要有螺紋連接、鍵連接、銷連接、彈性卡連接、型面連接等。不可拆連接是拆卸會造成相關(guān)部分損壞的連接方式,如鉚釘連接、焊接、粘接等。表6-1常用連接方式的特點與適用條件種類主要用途特點螺紋連接主要用于兩板件和各類零件的連接。例如,減速機上、下箱體的連接構(gòu)造簡單,裝拆方便,生產(chǎn)率高,成本低廉鍵連接鍵主要用于軸和軸上零件之間的周向固定,以傳遞轉(zhuǎn)矩構(gòu)造比較簡單,裝拆方便銷連接銷可用于軸和輪轂的連接,也可用于其他零件間的連接承受載荷不大粘接可連接金屬和非金屬,包括某些脆性材料不引起應力集中和局部翹曲,粘接的表面平整,絕緣、耐腐蝕彈性卡連接可用于包裝、容器蓋等使用方便型面連接非圓截面軸與轂孔配合形成連接,用于軸與軸上零件的連接軸和孔均可直接成形,不需要加工鍵槽,簡單方便鉚釘連接用于橋梁、建筑等。日用品中如炊具手把等處工藝設備簡單,連接牢固,防振、抗沖擊,不會自行松脫焊接應用于汽車、船艦、橋梁、結(jié)構(gòu)架等結(jié)構(gòu)簡單,生產(chǎn)效率高,成本低,便于現(xiàn)場施工二、螺紋聯(lián)接1.螺紋連接的基本形式螺紋連接分為螺栓連接、雙頭螺柱連接和螺釘連接三類。(1)螺栓連接只要在兩個被連接零件上鉆出通孔,穿過螺栓,擰緊螺母即可。螺栓連接加工簡單,裝拆方便,因此應用廣泛。圖6-1螺栓連接(2)雙頭螺柱連接

一個零件很厚、較難把孔鉆通的情況下,適于采用雙頭螺柱連接。雙頭螺柱的兩端都有螺紋,在較厚的零件上做出螺孔,較薄的零件上鉆通孔。這種連接方式用在被連接件需要經(jīng)常拆卸的場合,如軸承座、發(fā)動機氣缸蓋等。圖6-2雙頭螺柱連接(3)螺釘連接不用螺母的螺紋連接稱為螺釘連接,分普通螺釘連接和緊定螺釘連接。普通螺釘連接：一個零件上有螺孔,另一個零件是通孔,擰緊后靠螺釘頭起壓緊作用。圖6-3普通螺釘連接緊定螺釘連接：緊定螺釘?shù)那岸俗龀蓤A錐、圓柱、凹坑等類標準的形狀,與被連接零件的對應部位相協(xié)配。緊定螺釘擰緊后,螺釘?shù)膱A錐端頭嵌入軸上的圓錐抗里,從而實現(xiàn)緊定連接。圖6-4緊定螺釘連接除以上三種螺紋連接方式外,還有自攻螺紋連接。自攻螺紋多用于鋁型材和薄板的連接中。2.螺紋聯(lián)接件圖6-5螺栓的結(jié)構(gòu)形式⑴螺紋聯(lián)接件的常用結(jié)構(gòu)形式螺紋聯(lián)接件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸均已標準化，分為精制和粗制等類別，設計時查閱標準手冊進行選用。常見的螺栓結(jié)構(gòu)形式、螺栓和螺釘

的頭部形狀、緊定螺釘?shù)亩祟^形狀、螺母、墊圈的形狀見圖6-5～圖6-9。圖6-6螺栓和螺釘?shù)念^部形狀圖6-7緊定螺釘?shù)亩祟^形狀圖6-8螺母的類型

a）六角螺母b）六角扁螺母c）六角厚螺母d）圓螺母圖6-9墊圈的類型

a)光墊圈b)粗墊圈c)彈簧墊圈d)鞍形墊圈e)彈性墊圈f)止動墊圈g)方斜墊圈⑵螺紋聯(lián)接件的標記示例查閱國家標準手冊“選用”標準件時，須在設計圖上指明其代號。標準件的代號由國家標準代號和規(guī)格尺寸代號兩部分組成。表6-2螺紋標準件的標記示例

種類軸測圖結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格尺寸標記示例說明六角頭螺栓螺栓GB/T5782M12×80螺紋規(guī)格d=M12,l=80mm(當螺桿上為全螺紋時,應選取國標代號為GB/T5783—2000)雙頭螺柱螺柱GB/T897AM10×50兩端螺紋規(guī)格均為d=M10,l=50mm,按A型制造(若為B型,則省去標記“B”)開槽圓柱頭螺釘螺釘GB/T65M5×45螺紋規(guī)格d=M5,l=45mm(l值在40mm以內(nèi)時為全螺紋)開槽盤頭螺釘螺釘GB/T67M5×45螺紋規(guī)格d=M5,l=45mm(l值在40mm以內(nèi)時為全螺紋)開槽沉頭螺釘螺釘GB/T68M5×45螺紋規(guī)格d=M5,l=45mm(l值在45mm以內(nèi)時為全螺紋)種類軸測圖結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格尺寸標記示例說明開槽錐端緊定螺釘螺釘GB/T71

M5×20螺紋規(guī)格d=M5,l=20mmⅠ型六角螺母螺母GB/T6170

M8螺紋規(guī)格D=M8的Ⅰ型六角螺母墊圈墊圈GB/T97.1

8與螺紋規(guī)格M8配用的平墊圈,產(chǎn)品等級為A級彈簧墊圈墊圈GB/T93

16規(guī)格16mm、材料為65Mn、表面氧化的標準型彈簧墊圈3.螺紋聯(lián)接的防松螺紋聯(lián)接具有自鎖性能，擰緊后一般不會自動松開。

螺紋升角較小的“細牙螺紋”比普通粗牙螺紋的自鎖性更好。但在振動、沖擊、和溫度起伏大的環(huán)境下，聯(lián)接會松動，形成安全隱患。

防松措施分三類：摩擦防松、機械防松和永久防松。

防松的根本是防止螺旋副相對轉(zhuǎn)動。

摩擦防松彈簧墊圈對頂螺母尼龍圈鎖緊螺母彈簧墊圈材料為彈簧鋼,裝配后墊圈被壓平,其反彈力能使螺紋間保持壓緊力和摩擦力利用兩螺母的對頂作用使螺栓始終受到附加的拉力和附加的摩擦力。結(jié)構(gòu)簡單,可用于低速重載場合螺母中嵌有尼龍圈,擰上后尼龍圈內(nèi)孔被脹大,箍緊螺栓機械防松開口銷與六角開槽螺母圓螺母與其止動墊圈止動墊片槽型螺母擰緊后,用開口銷穿過螺栓尾部小孔和螺母的槽,也可以用普通螺母擰緊后再配鉆開口銷孔使墊片內(nèi)翅嵌入螺栓(軸)的槽內(nèi),擰緊螺母后將墊片外翅之一折嵌于螺母的一個槽內(nèi)將墊片折邊以固定螺母和被聯(lián)接件的相對位置永久止動

沖點防松法

粘結(jié)防松法螺母擰緊后,用沖頭在螺栓桿上沖2~3點,將螺紋局部破壞將粘結(jié)劑涂于螺紋旋合表面,擰緊螺母后粘結(jié)劑能自行固化,防松效果良好三、鍵聯(lián)接與銷聯(lián)接1.鍵聯(lián)接

鍵是標準件。鍵連接常見于軸和輪子之間,在兩者間傳遞旋轉(zhuǎn)運動。

連接形式是:在軸上和輪子內(nèi)孔開出鍵槽，將鍵嵌入軸上的鍵槽，對準位置推入輪孔內(nèi)即可。圖6-10鍵聯(lián)接鍵連接的結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,裝拆方便,應用廣泛。鍵聯(lián)接的三種常見形式如下。⑴平鍵聯(lián)接圖6-11普通平鍵聯(lián)接按用途又分普通平鍵、導向平鍵和滑鍵等。在輪子與軸之間不需要做軸向相對移動的情況下,普通平鍵連接應用最廣泛。普通平鍵端部的形狀有A型、B型和C型。普通平鍵的兩側(cè)面是工作面,配合比較緊;鍵的頂面與輪孔鍵槽頂面有間隙，頂面不是工作面。導向平鍵連接中,鍵在軸上固定,鍵的兩側(cè)面與輪子鍵槽之間是間隙配合,輪子可以在軸上沿鍵滑動,以改變軸上零件的工作位置?；I連接中,滑鍵固定在輪子上,鍵的兩側(cè)面與軸上鍵槽之間是間隙配合,輪子和鍵一起可以在軸上沿鍵槽滑動,以改變軸上零件的工作位置。⑵半圓鍵聯(lián)接圖6-12半圓鍵聯(lián)接半圓鍵連接,工作時靠鍵的側(cè)面?zhèn)鬟f旋轉(zhuǎn)運動。半圓鍵的優(yōu)點是它能在軸槽中擺動,能自動適應錐孔的傾斜度,且加工方便,容易裝拆,因此特別適用于錐形軸與孔的連接。但半圓鍵的鍵槽較深,對軸的強度削弱較大,在傳遞動力較大的情況下不宜采用。

花鍵連接由具有多鍵齒的花鍵軸和孔內(nèi)有相應鍵槽的輪子構(gòu)成。

與平鍵連接相比,由于花鍵齒與軸是一個整體,對軸的強度削弱較小,能傳遞的力量大,適用于功率大、要求高、大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品中。例如飛機、汽車、機床、工程機械、拖拉機等上的變速器中。(3)花鍵連接圖6-13花鍵聯(lián)接2.銷聯(lián)接按用途銷子分三類

定位銷主要用于固定零件之間相對位置（圖6-14a）

聯(lián)接銷用于傳遞軸與輪子之間旋轉(zhuǎn)運動（圖6-14b）

安全銷遭遇過載時能自動斷裂，從而保護機械不遭破壞（圖6-14c）圖6-14不同用途的銷子a）定位銷b）聯(lián)接銷c）安全銷按銷子形狀與結(jié)構(gòu)來分，有圓柱銷、圓錐銷、帶內(nèi)螺紋的圓柱銷和圓

錐銷、彈性圓錐銷、螺尾圓錐銷和開口銷等。它們各有不同的性能特點和適用條件。銷子是標準件。表6-4常用銷的類型、特點和適用條件表6-4常用銷的類型、特點和適用條件四、彈性卡聯(lián)接彈性卡聯(lián)接零件的某部分具有適當?shù)膹椥裕稍谧冃沃星度肓硪涣慵南鄳课?，依靠回彈的力量在該處卡住，實現(xiàn)兩個零件的固定聯(lián)接。彈性卡聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡單、易裝易拆，快速簡便，如今由于塑料注塑成型

容易，具有足夠的彈性，所以在各種產(chǎn)品中應用愈益廣泛。例6-1用板片彈簧聯(lián)接桿形零件圖6-15用板彈簧連接桿形零件例6-2用壓痕嵌卡搭接薄管圖6-16用壓痕嵌卡搭接薄管例6-3用彈性翼形爪卡接零件圖6-17用彈性翼形爪卡接零件例6-4盒蓋的彈性卡圖6-18盒蓋的兩種彈性嵌卡聯(lián)接例6-5幾種矛式彈性卡圖6-19幾種矛式彈性卡在機械與結(jié)構(gòu)里面,粘接與焊接兩種不可拆連接應用是很廣泛的。它們有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高、成本低、便于現(xiàn)場施工等優(yōu)點。主要的缺點是產(chǎn)品使用壽命結(jié)束后不易拆卸處置。五、粘接和焊接鉚釘連接是將鉚釘穿過被連接件的孔,經(jīng)鉚合而成的連接方式。鉚接是不可拆連接,工藝設備簡單,連接牢固,防振，抗沖擊,不會自行松脫。鉚釘類型多種多樣,并已標準化,可直接參照標準選用。抽芯鉚釘連接可在單面進行鉚接操作,用拉釘槍拉緊時,球頭或圓柱頭迫使鉚釘套脹開,將被連接件鉚在一起,繼續(xù)用力拉,芯桿被拉斷取出,即完成鉚接。六、鉚釘連接圖6-20鉚釘連接圖6-21抽芯鉚釘連接家用機械、辦公機械、兒童玩具等產(chǎn)品中,采用了大量的壓鑄、注塑零件,可以注射出各種各樣的非圓形孔,方便了型面連接的應用。自行車中軸和拐之間的連接,使用了四棱錐體連接。七、型面連接型面連接是用非圓截面的柱面體或錐面體的軸,與同形的轂孔配合所組成。型面連接是可以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的一種可拆連接。常用型面有帶切口的圓形、方形、正六邊形等。型面連接拆裝方便,對中性好。圖6-22型面連接常用型面圖6-23自行車中使用的型面連接第二節(jié)軸與聯(lián)軸器一、軸1.軸的功用與分類軸按其功用分為三類⑴傳動軸傳動軸只傳遞旋轉(zhuǎn)運動而基本不支承重量、不承受橫向力的軸。圖6-24傳動軸示例a)氣輪機與發(fā)電機間的軸b)汽車變速箱與后橋間的軸c)汽車方向盤下的立軸⑵心軸心軸只支承重物與橫向

力而不傳遞旋轉(zhuǎn)運動的軸圖6-25心軸示例

a）火車輪軸b）自行車前軸⑶轉(zhuǎn)軸圖6-26轉(zhuǎn)軸示例

軸還可分為：直軸和曲軸，光軸和階梯軸，實心軸和空心軸，還有鋼絲軟軸等。

當需要從軸心穿過其他零件(包括通過流體、穿過電線)或為了減輕重量時,常做成空心軸。

鋼絲軟軸可以將運動靈活地傳遞到其他地方。圖6-27各類軸示例轉(zhuǎn)軸既傳遞旋轉(zhuǎn)運動、又承受橫向力作用的軸。2.軸的材料軸的材料應有較好的強度和韌性。常用材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和球墨鑄鐵。⑴碳素結(jié)構(gòu)鋼35、40、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼有較好的綜合機械性能。最常用的是45鋼，一般進行調(diào)質(zhì)處理。輕載或不重要的軸可使用Q235、Q275等普通碳素鋼。⑵合金結(jié)構(gòu)鋼品種型號很多，強度及其他性能比碳素結(jié)構(gòu)鋼有大幅度的提高。但價格昂貴，熱處理要求較高，對應力集中較敏感。⑶球墨鑄鐵吸振性好，價格低廉，易鑄造成復雜的形狀。表6-5軸的常用材料及應用說明表6-5軸的常用材料及應用說明材料牌號熱處理毛坯直徑/mm抗拉強度/MPa屈服強度/MPa應用說明普通碳素鋼Q235430235用于載荷不大或不是很重要的軸Q275570275優(yōu)質(zhì)碳素鋼35正火≤100520270用于一般的軸>100~300500260調(diào)質(zhì)≤100560300>100~30054028045正火≤100600300用于要求較高強度、中等韌性的較重要的軸>100~300580290調(diào)質(zhì)≤200650360合金鋼40Cr調(diào)質(zhì)251000800用于要求強度高、需要耐磨,但無強烈沖擊的重要的軸≤100750550>100~30070050035SiMn調(diào)質(zhì)25900750可代替40Cr用于較小尺寸的軸≤100800520>100~30075045035CrMo調(diào)質(zhì)251000800用于重載荷的軸≤100750550>100~300700500球墨鑄鐵QT400-15400300用于結(jié)構(gòu)形狀復雜的軸QT600-36004203.軸的直徑

⑴基本軸徑的估算軸按功用分三類，軸徑的強度計算也據(jù)此分為三種：①傳動軸的直徑由扭轉(zhuǎn)強度確定，即基本軸徑取決于傳遞的功率及轉(zhuǎn)速。②心軸的直徑由彎曲強度確定，即基本軸徑取決于橫向力、跨度等因素。③轉(zhuǎn)軸傳遞運動又受橫向力，軸徑與功率、轉(zhuǎn)速、橫向力、跨度等均有關(guān)。消費類產(chǎn)品中，常見的是傳動軸；有的軸同時受有不大的橫向力作用，兩者均可由功率、轉(zhuǎn)速直接確定其軸徑，應用很簡便。實心傳動軸的基本軸徑（6-1）式中d——軸的基本直徑（mm）P——軸所傳遞的額定功率（kW）n——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）A——（軸的）材料系數(shù)，見表6-6?？招膫鲃虞S的基本軸徑（6-2）式中D——空心傳動軸的外徑

α——空心軸內(nèi)徑d與外徑D的比值，即（6-3）把計算得到的基本軸徑作為軸的最小直徑，如果軸上有鍵槽，直徑應適當加大。然后根據(jù)軸上零件的安裝定位需要，把軸徑逐級加大，即得到所需的階梯軸。軸的材料Q235Q275、354540Cr、35SiMnA158～134134～117117～106106～97表6-6幾種常用材料的A值⑵軸徑的選取得到軸徑估算結(jié)果，即參考值后，進一步由以下因素確定最終軸徑：①如果軸上存在削弱強度的因素，要適當加大軸徑。②最終應選取“標準值”、“圓整值”。

國家標準GB2822-1981《標準尺寸》給出了產(chǎn)品和零件中長度、高度、直徑等尺寸的推薦值，一般情況下應優(yōu)先選用。例6-6某型號摩托車的額定功率P=650W,傳動系統(tǒng)中一傳動軸采用合金鋼35SiMn制作,其轉(zhuǎn)速n=200r/min,試確定該軸的基本直徑:1)用實心鋼棒制作;2)用內(nèi)外徑比為α=(d/D)=0.8的鋼管制作。解⑴實心傳動軸的直徑d已知P＝650W＝0.650kW，n＝200r/min，由表6-6選取合金鋼35SiMn的系數(shù)A時，考慮該軸關(guān)系人身安全，因此

在106～97范圍中取較大的數(shù)值：A＝105，由式（6-1）得到取圓整值，確定該實心傳動軸外徑為d＝16mm。⑵圓管傳動軸的外徑D將已知P、n、A的數(shù)值及α＝（d/D）＝0.8代入式（6-2），得到取圓整值，確定該圓管傳動軸外徑為D＝20mm。4.軸的結(jié)構(gòu)設計機器中的軸，大多是階梯軸。結(jié)構(gòu)設計要處理的主要問題有：①軸在機箱機架上的固定。②相關(guān)零件在軸上的軸向和周向固定。③軸的加工和裝拆工藝要求。④降低應力集中提高疲勞強度。圖6-28齒輪軸及其結(jié)構(gòu)有關(guān)軸的幾個術(shù)：軸頸軸頭軸身軸肩軸環(huán)1—箱體2—滾動軸承3—齒輪4—套筒5—軸承蓋6—聯(lián)軸器7—軸端擋圈8、12—軸頭9—軸肩10、14—軸頸11—軸身13—軸環(huán)⑴軸在機箱機架上的定位圖6-28齒輪軸及其結(jié)構(gòu)1—箱體2—滾動軸承3—齒輪4—套筒5—軸承蓋6—聯(lián)軸器7—軸端擋圈8、12—軸頭9—軸肩10、14—軸頸11—軸身13—軸環(huán)軸在工作時，要保證其確定的位置，不能隨意左右竄動。

圖中軸已軸向定位。左定位：最左邊的軸肩通過滾動軸承緊靠著左軸承蓋,使這根軸不能向左移動。右定位：軸環(huán)的右軸肩又通過齒輪、套筒和滾動軸承緊靠著右軸承蓋,使這根軸也不能向右移動。⑵零件在軸上的軸向和周向定位圖6-29零件在軸上軸向定位的方法舉例零件在軸上軸向定位的方法舉例零件在軸上周向定位的方法舉例圖6-30零件在軸上周向定位的方法舉例零件在軸上軸向定位，以保證零件正確的工作位置。零件在軸上周向定位，以保證和軸一起轉(zhuǎn)動的零件不空轉(zhuǎn)。圖6-31軸的加工工藝要求舉例

a）砂輪磨削加工的越程槽b）車螺紋的退刀槽⑶軸的加工工藝要求舉例軸上不同軸段的鍵槽，應設計在同一條直線上，可以在一次安裝中加工出所有鍵槽，避免多次安裝，提高生產(chǎn)效率。需要磨削加工的軸段，應該在軸肩處加工出“越程槽”。需要加工螺紋的軸段，應該在軸肩處有個“退刀槽”,⑷減緩應力集中、過渡圓角與倒角圖6-32軸肩根部的過渡與應力集中圖6-33軸肩過渡圓角與孔端倒角的尺寸關(guān)系a）尖角的軸肩，應力集中嚴重b）圓角過度，應力集中減緩a﹚正確：圓角半徑小于倒角邊長，軸上零件端面可緊貼軸環(huán)端面，定位可靠。b﹚錯誤：圓角半徑大于倒角邊長，軸上零件端面貼不到軸環(huán)端面，定位不可靠。特別提示：機械設計中的很多“細節(jié)”，關(guān)系到整個產(chǎn)品功能的實現(xiàn)，必須注意，認真學習。二、聯(lián)軸器1.聯(lián)軸器聯(lián)軸器分兩大類：剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)單，使兩軸嚴格地同步運動。但兩軸軸線存在錯位、偏角時，引起機器振動等不良后果。轉(zhuǎn)速越高，后果越嚴重。撓性聯(lián)軸器對兩軸心線的位移和偏斜有補償能力，可緩沖減振，但兩軸運動不能嚴格地同步。圖6-34用凸肩和凹槽對中的凸緣聯(lián)軸器⑴凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器是一種剛性聯(lián)軸器,左凸緣盤上有一個凸肩,右凸緣盤上有一個與之協(xié)配的凹槽,兩者嵌配使左右凸緣盤實現(xiàn)嚴格的對中。聯(lián)軸器與離合器的功用都是將兩根軸連接起來,使一根軸能帶動另一根軸一起運動。兩者的區(qū)別是:聯(lián)軸器是使兩根軸實現(xiàn)常態(tài)的連接,只能在機器停止運動時才能接合與分離;而離合器則可在機器運動中隨時實現(xiàn)兩軸的接合與分離。⑵套筒聯(lián)軸器圖6-35套筒聯(lián)軸器

a）用鍵和緊定螺釘聯(lián)接套筒與軸b）用銷聯(lián)接套筒與軸套筒聯(lián)軸器也是剛性聯(lián)軸器,由一個套筒,通過鍵或銷將兩根軸相連接。特點：套筒聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單,徑向尺寸小,適合尺寸緊湊的要求。但套筒聯(lián)軸器傳遞的轉(zhuǎn)矩較小,不能緩沖吸振,對兩軸的安裝對中性要求嚴,且裝拆時必須讓被連接的軸移動軸向位置。應用：適用于工作平穩(wěn)、低速、輕載的小尺寸軸的連接。若將圖6-35b中的連接銷換成剪切安全銷,則成為安全聯(lián)軸器,在過載時安全銷被剪斷,從而保護機械的整體安全。⑶彈性套柱銷聯(lián)軸器圖6-36彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器是撓性聯(lián)軸器。其構(gòu)造與凸緣聯(lián)軸器相似,不同的是用彈性套柱銷代替螺栓進行連接。橡膠彈性套有較高的彈性,能起緩沖吸振作用,減輕兩軸對心誤差造成的附加動力。圖6-36中的尺寸A為聯(lián)軸器需要的安裝距離,以便彈性套損壞時能單獨拆下來更換;尺寸c是補償工作中軸向位移的間隙。這種聯(lián)軸器容易制造,成本低,拆裝方便,但彈性套容易磨損,壽命較短,適用于中小載荷場合。⑷萬向聯(lián)軸器圖6-37萬向聯(lián)軸器及其應用萬向聯(lián)軸器是撓性聯(lián)軸器。萬向聯(lián)軸器聯(lián)接時兩軸心線的夾角可以很大,達α=35°~45°。萬向聯(lián)軸器由兩邊的萬向接頭1、3和中間的十字銷2構(gòu)成,成對使用時可保證主動軸與從動軸同步轉(zhuǎn)動。圖6-24b所示汽車上變速箱與后橋之間的連接,就采用了這種雙萬向聯(lián)軸器。2.離合器圖6-38牙嵌離合器1—左半離合器2—右半離合器

3—導向平鍵4—操縱滑環(huán)

5—對中環(huán)6—平鍵要求接合平穩(wěn)、分離迅速、工作可靠、操作維護方便、尺寸小、重量輕、

耐磨經(jīng)用以及散熱性好。圖6-39牙嵌離合器的牙形a）三角形b）梯形c）鋸齒形⑴牙嵌離合器牙嵌離合器由兩個端面有牙的半離合器組成，依靠兩個端面上的牙形嵌入或分離，實現(xiàn)兩軸的連接或離合。牙嵌離合器的牙形有三角形、梯形、鋸齒形等形式。牙嵌離合器結(jié)構(gòu)簡單,尺寸小,能傳遞較大轉(zhuǎn)矩,應用甚廣。只適宜在兩軸轉(zhuǎn)速很低時進行接合,否則牙齒會因撞擊而損壞。⑵摩擦離合器圖6-40圓盤摩擦離合器摩擦離合器通過主、從動摩擦元件壓緊的摩擦力來傳遞運動。能在運動中較平穩(wěn)地實施接合或分離,沖擊小,且在過載時打滑而保護整機安全。圖6-35是圓盤摩擦離合器。工作時通過滑環(huán)施加的軸向壓力Q使兩圓盤面間產(chǎn)生摩擦力，帶動從動盤一起轉(zhuǎn)動。

多片式摩擦離合器，結(jié)構(gòu)緊湊，能傳遞較大轉(zhuǎn)矩。圖6-41滾柱式超越離合器⑶超越離合器1—星輪2—外環(huán)3—滾柱4—彈簧推桿圖所示為滾柱式超越離合器，當外環(huán)2逆時針轉(zhuǎn)動,滾柱3將星輪1和外環(huán)2楔緊,外環(huán)驅(qū)動星輪一起轉(zhuǎn)動,離合器處于接合狀態(tài)。當外環(huán)2不動,星輪1逆時針轉(zhuǎn)動時,滾柱3壓縮推桿彈簧而處于楔形的較寬端,離合器處于分離狀態(tài),即從動輪的轉(zhuǎn)速超過主動輪轉(zhuǎn)速時,離合器自動分離,即超越離合。單向軸承,也是一種超越離合器,與自行車飛輪具有類似功能。圖6-42單向軸承第三節(jié)軸承一、滑動軸承1.滑動軸承的種類和應用范圍⑴滑動軸承的種類按承受載荷的方向，滑動軸承分為兩大類：①向心軸承，又稱為徑向軸承，承受徑向載荷的軸承；②推力軸承，主要承受軸向載荷的軸承。按摩擦狀態(tài)，可分為非液體摩擦軸承和液體摩擦軸承。⑵滑動軸承的應用范圍在低、高兩端及特殊條件下，滑動軸承仍為滾動軸承所難以替代?！暗投恕焙唵萎a(chǎn)品里速度低、載荷小、持續(xù)轉(zhuǎn)動時間短的情況下，由于滑動軸承結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊而適用?！案叨恕备咚俣?、高精度、重載荷條件下，液體摩擦滑動軸承的優(yōu)異性能仍為滾動軸承難以企及。“特殊條件”結(jié)構(gòu)上要求軸承能夠剖分，在水下等特殊的環(huán)境中等。軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。圖6-43整體式滑動軸承的構(gòu)成

1—軸承座2—軸瓦3—油杯4—油杯蓋2.滑動軸承的基本形式

⑴整體式滑動軸承組成：主要由軸承座1和軸瓦2構(gòu)成,必要的附件是油杯3和油杯蓋4。特點：結(jié)構(gòu)簡單,價格低廉,但軸瓦磨損后不能修整，軸與軸承裝拆時必須做軸向移動,也造成不便。適用場合：整體式滑動軸承用于低速、輕載、不經(jīng)常裝拆的場合。⑵剖分式滑動軸承圖6-44剖分式滑動軸承的基本形式組成：主要由軸承座1、軸承蓋2、上半軸瓦3、下半軸瓦4與雙頭螺柱5組成。特點：在剖分式滑動軸承上松開雙頭螺柱,取下軸承蓋,就能把軸裝上或取出,可免除軸向移動的麻煩。軸瓦磨損可以修復,經(jīng)濟性好,因此應用廣泛。潤滑對于滑動軸承非常重要,剖分式軸承也配有提供潤滑油的油杯或油管,且在軸瓦內(nèi)孔上開有油槽,以存儲潤滑油,常見的油槽形式如圖6-45所示。1—軸承座2—軸承蓋3—上半軸瓦4—下半軸瓦5—雙頭螺柱6—調(diào)節(jié)墊片圖6-45滑動軸承油槽的常見形式圖6-46軸瓦端局部磨損和調(diào)心式軸承

a—軸瓦端部的局部磨損b—調(diào)心式滑動軸承圖6-47立式推力滑動軸承的基本形式

1—軸承座2—軸套3—軸4—限位銷5—止推軸瓦⑶調(diào)心式滑動軸承軸瓦套3的部分外表面為半徑為R的球形,與軸承座1上凹球面相配,使軸瓦能順應軸的彎曲變形,適用于軸端有較大變形情況的特殊需要。⑷推力滑動軸承圖6-47所示為立式推力滑動軸承的基本形式,軸承座1由鑄鐵或鑄鋼制作,止推軸瓦5由青銅等耐磨材料制成,限位銷4的作用是防止軸瓦5轉(zhuǎn)動。軸承座底部開有進油孔,定期壓進適量潤滑油。軸瓦上直徑為d0的空“盤子”可以存儲潤滑油。3.軸瓦材料與含油軸承⑴軸瓦材料軸瓦材料的性能要求主要有：1)摩擦因數(shù)小,耐磨且具有對潤滑油的吸附性。2)良好的嵌藏性、磨合性和抗膠合性能,必要的抗疲勞強度。3)耐蝕性、導熱性好、膨脹因數(shù)小。表2-8常用軸瓦材料的性能與應用說明）軸瓦材料牌號舉例性能與應用說明錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6ZSnSb8Cu4摩擦因數(shù)小,對油的吸附性、抗膠合性好,易磨合,但疲勞強度不高,價格貴,用于高速、重載的重要軸承鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2ZCuSn5Pb5Zn5與錫銻軸承合金性能相近,但較脆,不宜承受較大沖擊,價格低于前者,用于中速、中等載荷的軸承錫青銅ZCuSn10P1ZCuSn5Pb5Zn5用于中速、重載及受變載荷的軸承用于中速、中載軸承鉛青銅ZCuPb30用于高速重載軸承,可承受變載荷和沖擊載荷鋁青銅ZCuAl9Mn2特別適宜用于潤滑充分的低速、重載軸承黃銅ZCuZn38Mn2Pb2用于低速、中載軸承鑄鐵HT150~HT250價格低廉,用于低速、輕載的不重要軸承粉末冶金:青銅粉-石墨粉鐵粉-石墨粉鋁粉-石墨粉用作“含油軸承”酚醛塑料以石棉為填料壓制而成,抗膠合性、強度、抗振性好,耐水、堿、酸,導熱性差,易膨脹,用于輕載、低速軸承尼龍摩擦因數(shù)小,耐磨,無噪聲,最常用的非金屬軸承材料聚四氯乙烯摩擦因數(shù)小,自潤滑性能好,耐腐蝕,適用的溫度范圍寬,但強度較低⑵含油軸承含油軸承強度較低,不耐沖擊,但結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜。因一般日用產(chǎn)品多無嚴重沖擊,而不必經(jīng)常加油,尤其適合人們家常生活,所以日用品中常被采用含油軸承用粉末冶金材料制成。一般是將青銅、鐵或鋁等金屬粉末與石墨粉調(diào)勻,壓形成軸瓦,經(jīng)高溫燒結(jié),得到類似陶瓷結(jié)構(gòu)的非致密、多孔性軸瓦。把它在潤滑油中充分浸潤后,微孔中充滿了潤滑油,故稱為含油軸承。軸頸在軸承中旋轉(zhuǎn)時,兩表面間的相對運動對潤滑油產(chǎn)生抽吸作用,把軸承內(nèi)的油吸到摩擦表面起潤滑作用。軸停止運轉(zhuǎn),抽吸作用消失,油又被吸回軸承材料微孔內(nèi)儲存起來。二、滾動軸承1.滾動軸承的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點⑴滾動軸承的結(jié)構(gòu)圖6-48滾動軸承的結(jié)構(gòu)

a）深溝球軸承b）圓柱滾子軸承c）推力球軸承1—外圈2—內(nèi)圈3—滾動體4—保持架5—軸圈6—座圈滾動軸承由外圈1、內(nèi)圈2、滾動體3和保持架4構(gòu)成。在推力球軸承里則有軸圈5和座圈6。滾動軸承工作時,內(nèi)圈與軸固定在一起轉(zhuǎn)動,外圈與軸承座、機架固定在一起不動,滾動體在內(nèi)、外圈間的滾道上滾動。保持架的作用是把滾動體均勻地隔開,避免滾動體之間的直接摩擦。保持架則用減摩性軟材料制作,能有效減輕摩擦,減緩滾動體的磨損,延長滾動軸承的使用壽命。滾動體是滾動軸承的基本元件。滾動軸承可省掉內(nèi)圈、外圈和保持架,但滾動體卻是必須有的。圖6-49滾動體的形式a）球b）短圓柱滾子c）圓錐滾子d）鼓形滾子

e）中空螺旋滾子f）長圓柱滾子g）滾針滾動體有多種形式，各適合不同工作條件的需要。⑵滾動軸承的優(yōu)缺點與普通（非液體摩擦）滑動軸承比較，滾動軸承的優(yōu)缺點如下：1)摩擦阻力小,起動靈敏,效率高,發(fā)熱少溫升低。2)軸向尺寸小,有利于整機結(jié)構(gòu)的緊湊和簡化。當機器工作中同時受徑向載荷與軸向載荷的情況下,這一相對優(yōu)勢更為明顯。3)徑向間隙小,并且可以用預緊方法調(diào)整間隙,因此旋轉(zhuǎn)精度高。4)潤滑簡單,耗油量小,維護保養(yǎng)方便。5)滾動軸承是標準件,由專業(yè)廠大批量生產(chǎn)供應市場,性價比高,使用更換也方便。滾動軸承標準件已形成非常豐富的種類、規(guī)格、尺寸系列,可滿足不同尺寸、精度、轉(zhuǎn)速、載荷類型、環(huán)境條件的各種要求。缺點是：徑向尺寸較大,一般型號滾動軸承承受沖擊載荷的能力不高,高速運轉(zhuǎn)時聲響較大,工作壽命相對而言不夠長。2.滾動軸承的類型和代號（1）滾動軸承的類型、性能和應用滾動軸承的類型主要由①滾動體的形狀、②承受的載荷方向、③調(diào)心性能等幾方面來區(qū)分。而尺寸大小、載荷輕重等則由每一種類型內(nèi)部的系列來體現(xiàn)。表6-9滾動軸承的類型、主要性能及應用⑵滾動軸承的代號國家標準GB/T272—1993規(guī)定,我國滾動軸承的代號由基本代號、前置代號和后置代號三段構(gòu)成,排列順序如圖6-50所示。滾動軸承的代號刻印在外圈端面或防塵蓋上,以方便查看。圖6-50滾動軸承代號的構(gòu)成1)基本代號?；敬柺亲畛Ｓ玫降?。軸承的基本代號由軸承類型代號、尺寸系列代號和內(nèi)徑代號等數(shù)字或字母構(gòu)成,如圖6-50所示。1)基本代號。基本代號是最常用到的。軸承的基本代號由軸承類型代號、尺寸系列代號和內(nèi)徑代號等數(shù)字或字母構(gòu)成,如圖6-50所示。類型代號：基本代號左起第一位數(shù)字(或1~2個字母)是類型代號。代號為“0”(雙列角接觸球軸承)則省略。尺寸系列代號：基本代號左起第二、三位數(shù)字為尺寸系列代號,由直徑系列代號及寬(高)度系列代號組成。向心軸承與推力軸承的常用尺寸系列代號見表6-10。相同內(nèi)徑的軸承,尺寸系列代號不同,其外徑和寬度也不同;外徑和寬度越大,軸承的承載能力越高。內(nèi)徑同為50mm,外徑和寬度不同的軸承的對比,如圖6-51所示。圖6-51不同尺寸系列代號軸承的對比內(nèi)徑代號：基本代號左起第四、五位數(shù)字為內(nèi)徑代號,表示軸承的公稱內(nèi)徑尺寸,代號的含義見表6-11。一般尺寸，軸承內(nèi)徑＝內(nèi)徑代號×5小尺寸或大尺寸另有規(guī)定。表6-10向心軸承與推力軸承的常用尺寸系列代號表6-11滾動軸承的內(nèi)徑代號內(nèi)徑代號0001020304～99軸承內(nèi)徑尺寸/mm10121517數(shù)字×5注:內(nèi)徑小于10mm及大于495mm的軸承內(nèi)徑代號另有規(guī)定。注:1.寬度系列代號為0時,不標出。2.在GB/T272—1993規(guī)定的個別類型中,寬度系列代號“1”和“2”可以省略。3.特輕、輕、中、重為舊標準相應直徑系列的名稱;窄、正常、寬為舊標準相應寬(高)度系列的名稱。②前置代號置于基本代號的左邊，用字母表示軸承的分離組件，例如“L”表示可分離軸承的外圈、內(nèi)圈，“R”表示無內(nèi)圈的軸承，等。

通常的情況下常選用完整軸承，前置代號多自然空缺。③后置代號

是補充代號，用以指明軸承的特定要求。用字母（或加數(shù)字）表示，置于基本代號右邊，與基本代號空半個漢字的間隔、或用符號“—”、“/”分隔。

后置代號表示的內(nèi)容有：軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密封與防塵、保持架及其材料、軸承材料、公差等級、游隙等。具體內(nèi)容及代號可參考有關(guān)手冊。例6-7說明滾動軸承代號62203及7312AC/P6所表示的內(nèi)容。

說明

3.滾動軸承的選擇⑴類型選擇應從工作載荷、轉(zhuǎn)速、機器結(jié)構(gòu)與安裝等方面選擇軸承類型。①載荷較小較平穩(wěn)、轉(zhuǎn)速高、精度要求高時，宜選擇球軸承；反之，宜選擇滾子軸承。

②徑向載荷為主、有一定軸向載荷，可選深溝球軸承（代號6）。徑、軸向載荷均大，選角接觸軸承（代號7）或圓錐滾子軸承（代號3）。主要載荷為軸向載荷，宜選推力軸承（代號5、8）。沖擊或振動嚴重時，應選中空螺旋滾子軸承。載荷大、又要求徑向尺寸小時，可選滾針軸承（代號NA）。③軸跨度大、或一軸多軸承時，應選調(diào)心軸承（代號1、2）。④要求便于安裝、拆卸時，宜選內(nèi)、外圈可分離的軸承（代號3）。⑤有防塵、密封等特殊要求的，有特殊類型的可選。⑥經(jīng)濟因素：球軸承價廉；注意：有特殊結(jié)構(gòu)的軸承價格昂貴。⑵尺寸選擇軸承內(nèi)徑一般由軸頸尺寸所決定。軸承的直徑（外徑）和寬度、高度主要取決于載荷。⑶精度選擇軸承的精度雖應由機器的性能來選擇，但高精度軸承價格很昂貴，應慎重對待。滾動軸承的選擇包括類型選擇、尺寸選擇和精度選擇三方個面。4.滾動軸承軸系的支承結(jié)構(gòu)支承結(jié)構(gòu)的基本要求有：①軸承與軸在機器上有確定的位置，

②防止工作中軸承與軸作過量的軸向竄動，

③軸在工作中的熱脹冷縮不影響正常工作。兩種常見的支承結(jié)構(gòu)如下。⑴兩端固定的支承（雙固式）⑵一端固定一端游動的支承（固游式）圖6-52兩端固定的支承結(jié)構(gòu)圖6-53一端固定一端游動的支承結(jié)構(gòu)5.滾動軸承的潤滑與密封①減少摩擦、磨損，降低功率消耗，②減小接觸應力，延長使用壽命，

③減緩沖擊和振動，④防止軸承的銹蝕等。潤滑劑分潤滑油和潤滑脂兩大類，各有優(yōu)點。

①油潤滑的優(yōu)點：潤滑效果優(yōu)于潤滑脂，潤滑阻力小，功率消耗小。

②潤滑脂的優(yōu)點：密封簡單，加脂一次可長時間運行，維護保養(yǎng)方便；

防塵、防水性能好。選擇油潤滑或脂潤滑，注意事項有：

①軸承直徑d與轉(zhuǎn)速n的乘積dn較小時，宜選潤滑脂，反之選潤滑油。

隨著dn增大，所選用潤滑脂的稠度（針入度）或潤滑油的粘度應降低。②潤滑油和潤滑脂品種很多，其潤滑性、溫度適應性、熱穩(wěn)定性、抗腐蝕性、

耐水性等各有不同，需根據(jù)要求查手冊選用。

③脂潤滑時，潤滑脂只宜填充到滾動軸承空隙的1/3～1/2；油潤滑時，潤

滑油面的高度不宜超過最低滾動體的中心線。潤滑劑過多將引起軸承過量

發(fā)熱，卻無助于提高潤滑效果。⑴滾動軸承的潤滑潤滑很重要，作用有：⑵滾動軸承的密封密封對外是為防塵、水、酸氣和其他雜物進入，對內(nèi)是防潤滑劑流失。滾動軸承的密封分接觸式和非接觸式兩類，也可將兩者結(jié)合起來應用。⑴氈圈密封是一種接觸式密封，適用條件：脂潤滑，環(huán)境清潔，dn值和工作溫度不太高。⑵迷宮式密封是一種非接

觸式密封，適用高速運轉(zhuǎn)，效果可靠，脂潤滑與油潤滑都可采用。⑶組合密封，由氈圈密封與迷宮密封結(jié)合而成，具有兩者的優(yōu)點，密封效果好，用于重要場合。第四節(jié)彈簧一、彈簧的功用、種類與材料1．彈簧的功用彈簧在外力作用下產(chǎn)生變形,把機械功轉(zhuǎn)化為彈性變形能貯存起來,在恢復原狀時變形能完成機械功。彈簧可在產(chǎn)品中實現(xiàn)以下功能:

(1)緩和沖擊,吸收振動。如汽車底盤上的疊板彈簧、自行車的鞍座彈簧等。(2)控制運動。如內(nèi)燃機中的氣門彈簧、棘輪機構(gòu)里的片簧、離合器里的控制彈簧等。(3)儲存和釋放能量。如機械鐘表里的彈簧發(fā)條等。(4)測量指示。如彈簧秤里的彈簧用變形量指示力和重量,儀表中的彈性元件測量其他物理量等。(5)維持零件的彈性接觸。如電器中的插頭、檢波器中的彎片彈簧觸點、壓注油杯和油路閥門壓縮彈簧、彈簧夾子。圖6-57彈簧在產(chǎn)品中的應用示例a)汽車底盤上的疊板彈簧b)氣門彈簧c)棘輪機構(gòu)里的片簧d)條盒轉(zhuǎn)動式發(fā)條彈簧e)彈簧秤和電表測量彈簧f)彎片彈簧觸點g)壓注油杯h(huán))油路閥門i)彈簧夾子2．彈簧的種類彈簧的種類很多,可以從不同的角度進行分類。按彈簧形狀可分為

螺旋彈簧、板形彈簧、盤形彈簧、碟形彈簧、環(huán)形彈簧等。按彈簧受力性質(zhì)可分為

拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧、彎曲彈簧等。按彈簧的材質(zhì)不同還有空氣彈簧、橡膠彈簧等類型的彈簧。幾種常用彈簧的分類及特點簡介見表6-12。表6-12幾種常用彈簧的分類及特點簡介3．圓柱螺旋彈簧的材料彈簧的卷繞方法分為冷卷和熱卷兩種。前者用于簧絲直徑d＜10mm時，

后者用于簧絲較粗時。制作彈簧的常用原材料有：⑴碳素彈簧鋼絲價格低廉，適宜做簧絲直徑d＜10mm的小彈簧。

⑵合金彈簧鋼絲制作抗沖擊、承變載、耐高溫、耐腐蝕的彈簧。⑶硅青銅、錫青銅等銅合金絲制作導電導熱、減摩耐磨、耐濕耐腐的彈簧。表2-13常用彈簧材料的牌號、性能與用途材料類別牌號工作溫度/℃性能特點及適用條件碳素彈簧鋼絲B、C、D級－40～130強度高，性能好，適于制作小彈簧合金彈簧鋼絲65Mn－40～130強度高，性能好，適于制作普通機械彈簧60Si2MnA－40～200強度高，性能好，可制作普通機械的大彈簧50CrVA－40～250耐高溫，適做內(nèi)燃機汽門等高溫下的彈簧不銹鋼鋼絲1Cr18Ni9－200～300耐腐蝕，耐高低溫，適于做儀表中的小彈簧4Cr13－40～300耐腐蝕，耐高溫，適于做大尺寸彈簧青銅絲Qsi3-1－40～120耐腐蝕，防磁，某些電器中的彈簧Qbe2－40～120耐腐蝕，防磁，導電性好，可做電表游絲二、圓柱螺旋彈簧的端部結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，彈簧的端部結(jié)構(gòu)常需要費心斟酌，尤其外形不規(guī)整的日用品。1．壓縮彈簧