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1、第六章 机械零件基础,第一节 连 接,一、联接的种类及适用条件,1联接的种类,2常用联接方式的特点与适用条件,表6-1常用联接方式的特点与适用条件,各种产品和机械结构都是由多个零件连接组装而成的。,连接可分为可拆连接和不可拆连接两大类。可拆连接是可以多次拆装而不损坏相关零件的连接方式,主要有螺纹连接、键连接、销连接、弹性卡连接、型面连接等。不可拆连接是拆卸会造成相关部分损坏的连接方式,如铆钉连接、焊接、粘接等。,表6-1 常用连接方式的特点与适用条件,二、螺纹联接,1.螺纹连接的基本形式螺纹连接分为螺栓连接、双头螺柱连接和螺钉连接三类。(1)螺栓连接只要在两个被连接零件上钻出通孔,穿过螺栓,拧
2、紧螺母即可。螺栓连接加工简单,装拆方便,因此应用广泛。,图6-1 螺栓连接,(2)双头螺柱连接 一个零件很厚、较难把孔钻通的情况下,适于采用双头螺柱连接。双头螺柱的两端都有螺纹,在较厚的零件上做出螺孔,较薄的零件上钻通孔。这种连接方式用在被连接件需要经常拆卸的场合,如轴承座、发动机气缸盖等。,图6-2 双头螺柱连接,(3)螺钉连接不用螺母的螺纹连接称为螺钉连接,分普通螺钉连接和紧定螺钉连接。普通螺钉连接：一个零件上有螺孔,另一个零件是通孔,拧紧后靠螺钉头起压紧作用。,图6-3 普通螺钉连接,紧定螺钉连接：紧定螺钉的前端做成圆锥、圆柱、凹坑等类标准的形状,与被连接零件的对应部位相协配。紧定螺钉拧
3、紧后,螺钉的圆锥端头嵌入轴上的圆锥抗里,从而实现紧定连接。,图6-4 紧定螺钉连接,除以上三种螺纹连接方式外,还有自攻螺纹连接。自攻螺纹多用于铝型材和薄板的连接中。,2.螺纹联接件,图6-5 螺栓的结构形式,螺纹联接件的常用结构形式,螺纹联接件的结构形式和尺寸均已标准化，分为精制和粗制等类别，设计时查阅标准手册进行选用。,常见的螺栓结构形式、螺栓和螺钉的头部形状、紧定螺钉的端头形状、螺母、垫圈的形状见图6-5图6-9。,图6-6 螺栓和螺钉的头部形状,图6-7 紧定螺钉的端头形状,图6-8 螺母的类型a）六角螺母 b）六角扁螺母 c）六角厚螺母 d）圆螺母,图6-9 垫圈的类型a)光垫圈 b)
4、粗垫圈 c)弹簧垫圈 d)鞍形垫圈 e)弹性垫圈 f)止动垫圈 g)方斜垫圈,螺纹联接件的标记示例,查阅国家标准手册“选用”标准件时，须在设计图上指明其代号。,标准件的代号由国家标准代号和规格尺寸代号两部分组成。,表6-2 螺纹标准件的标记示例,3.螺纹联接的防松,螺纹联接具有自锁性能，拧紧后一般不会自动松开。螺纹升角较小的“细牙螺纹”比普通粗牙螺纹的自锁性更好。但在振动、冲击、和温度起伏大的环境下，联接会松动，形成安全隐患。防松措施分三类：摩擦防松、机械防松和永久防松。防松的根本是防止螺旋副相对转动。,三、键联接与销联接,1.键联接,键是标准件。键连接常见于轴和轮子之间,在两者间传递旋转运动
5、。连接形式是:在轴上和轮子内孔开出键槽，将键嵌入轴上的键槽，对准位置推入轮孔内即可。,图6-10 键联接,键连接的结构简单,成本较低,装拆方便,应用广泛。,键联接的三种常见形式如下。,平键联接,图6-11 普通平键联接,按用途又分普通平键、导向平键和滑键等。,在轮子与轴之间不需要做轴向相对移动的情况下,普通平键连接应用最广泛。普通平键端部的形状有A型、B型和C型。普通平键的两侧面是工作面,配合比较紧;键的顶面与轮孔键槽顶面有间隙，顶面不是工作面。,导向平键连接中,键在轴上固定,键的两侧面与轮子键槽之间是间隙配合,轮子可以在轴上沿键滑动,以改变轴上零件的工作位置。滑键连接中,滑键固定在轮子上,键
6、的两侧面与轴上键槽之间是间隙配合,轮子和键一起可以在轴上沿键槽滑动,以改变轴上零件的工作位置。,半圆键联接,图6-12 半圆键联接,半圆键连接,工作时靠键的侧面传递旋转运动。半圆键的优点是它能在轴槽中摆动,能自动适应锥孔的倾斜度,且加工方便,容易装拆,因此特别适用于锥形轴与孔的连接。但半圆键的键槽较深,对轴的强度削弱较大,在传递动力较大的情况下不宜采用。,花键连接由具有多键齿的花键轴和孔内有相应键槽的轮子构成。与平键连接相比,由于花键齿与轴是一个整体,对轴的强度削弱较小,能传递的力量大,适用于功率大、要求高、大批量生产的产品中。例如飞机、汽车、机床、工程机械、拖拉机等上的变速器中。,(3)花键
7、连接,图6-13 花键联接,2.销联接按用途销子分三类,定位销主要用于固定零件之间相对位置（图6-14a）联接销用于传递轴与轮子之间旋转运动（图6-14b）安全销遭遇过载时能自动断裂，从而保护机械不遭破坏（图6-14c）,图6-14 不同用途的销子a）定位销 b）联接销 c）安全销,按 销子形状与结构来分，有圆柱销、圆锥销、带内螺纹的圆柱销和圆锥销、弹性圆锥销、螺尾圆锥销和开口销等。它们各有不同的性能特点和适用条件。销子是标准件。,表6-4常用销的类型、特点和适用条件,表6-4 常用销的类型、特点和适用条件,四、弹性卡联接,弹性卡联接 零件的某部分具有适当的弹性，可在变形中嵌入另一零件的相应部
8、位，依靠回弹的力量在该处卡住，实现两个零件的固定联接。,弹性卡联接结构简单、易装易拆，快速简便，如今由于塑料注塑成型容易，具有足够的弹性，所以在各种产品中应用愈益广泛。,例6-1 用板片弹簧联接杆形零件,图6-15 用板弹簧连接杆形零件,例6-2 用压痕嵌卡搭接薄管,图6-16 用压痕嵌卡搭接薄管,例6-3用弹性翼形爪卡接零件,图6-17 用弹性翼形爪卡接零件,例6-4盒盖的弹性卡,图6-18 盒盖的两种弹性嵌卡联接,例6-5几种矛式弹性卡,图6-19 几种矛式弹性卡,在机械与结构里面,粘接与焊接两种不可拆连接应用是很广泛的。它们有结构简单、生产效率高、成本低、便于现场施工等优点。主要的缺点是
9、产品使用寿命结束后不易拆卸处置。,五、粘接和焊接,铆钉连接是将铆钉穿过被连接件的孔,经铆合而成的连接方式。铆接是不可拆连接,工艺设备简单,连接牢固,防振，抗冲击,不会自行松脱。铆钉类型多种多样,并已标准化,可直接参照标准选用。抽芯铆钉连接可在单面进行铆接操作,用拉钉枪拉紧时,球头或圆柱头迫使铆钉套胀开,将被连接件铆在一起,继续用力拉,芯杆被拉断取出,即完成铆接。,六、铆钉连接,图6-20 铆钉连接,图6-21 抽芯铆钉连接,家用机械、办公机械、儿童玩具等产品中,采用了大量的压铸、注塑零件,可以注射出各种各样的非圆形孔,方便了型面连接的应用。自行车中轴和拐之间的连接,使用了四棱锥体连接。,七、型
10、面连接,型面连接是用非圆截面的柱面体或锥面体的轴,与同形的毂孔配合所组成。型面连接是可以传递运动和转矩的一种可拆连接。常用型面有带切口的圆形、方形、正六边形等。型面连接拆装方便,对中性好。,图6-22 型面连接常用型面,图6-23 自行车中使用的型面连接,第二节轴与联轴器,一、轴,1.轴的功用与分类轴按其功用分为三类,传动轴,传动轴只传递旋转运动而基本不支承重量、不承受横向力的轴。,图6-24 传动轴示例a)气轮机与发电机间的轴b)汽车变速箱与后桥间的轴c)汽车方向盘下的立轴,心轴,心轴只支承重物与横向力而不传递旋转运动的轴,图6-25 心轴示例a）火车轮轴 b）自行车前轴,转轴,图6-26
11、转轴示例,轴还可分为：直轴和曲轴，光轴和阶梯轴，实心轴和空心轴，还有钢丝软轴等。当需要从轴心穿过其他零件(包括通过流体、穿过电线)或为了减轻重量时,常做成空心轴。钢丝软轴可以将运动灵活地传递到其他地方。,图6-27 各类轴示例,转轴既传递旋转运动、又承受横向力作用的轴。,2.轴的材料,轴的材料应有较好的强度和韧性。常用材料为碳素结构钢、合金结构钢和球墨铸铁。,碳素结构钢 35、40、45、50等优质碳素结构钢有较好的综合机械性能。最常用的是45钢，一般进行调质处理。轻载或不重要的轴可使用Q235、Q275等普通碳素钢。,合金结构钢 品种型号很多，强度及其他性能比碳素结构钢有大幅度的提高。但价格
12、昂贵，热处理要求较高，对应力集中较敏感。,球墨铸铁 吸振性好，价格低廉，易铸造成复杂的形状。,表6-5 轴的常用材料及应用说明,表6-5 轴的常用材料及应用说明,3.轴的直径,基本轴径的估算轴按功用分三类，轴径的强度计算也据此分为三种：,传动轴的直径由扭转强度确定，即基本轴径取决于传递的功率及转速。,心轴的直径由弯曲强度确定，即基本轴径取决于横向力、跨度等因素。,转轴传递运动又受横向力，轴径与功率、转速、横向力、跨度等均有关。,消费类产品中，常见的是传动轴；有的轴同时受有不大的横向力作用，两者均可由功率、转速直接确定其轴径，应用很简便。,实心传动轴的基本轴径,（6-1）,式中d轴的基本直径（m
13、m）P轴所传递的额定功率（kW）n轴的转速（r/min）A（轴的）材料系数，见表6-6。,空心传动轴的基本轴径,（6-2）,式中D空心传动轴的外径空心轴内径d与外径D的比值，即,（6-3）,把计算得到的基本轴径作为轴的最小直径，如果轴上有键槽，直径应适当加大。然后根据轴上零件的安装定位需要，把轴径逐级加大，即得到所需的阶梯轴。,表6-6几种常用材料的A值,轴径的选取,得到轴径估算结果，即参考值后，进一步由以下因素确定最终轴径：,如果轴上存在削弱强度的因素，要适当加大轴径。,最终应选取“标准值”、“圆整值”。,国家标准GB2822-1981标准尺寸给出了产品和零件中长度、高度、直径等尺寸的推荐值
14、，一般情况下应优先选用。,例6-6 某型号摩托车的额定功率P=650W,传动系统中一传动轴采用合金钢35SiMn制作,其转速n=200r/min,试确定该轴的基本直径:1)用实心钢棒制作;2)用内外径比为=(d/D)=0.8的钢管制作。,解 实心传动轴的直径d,已知P650W0.650kW，n200r/min，,由表6-6选取合金钢35SiMn的系数A时，考虑该轴关系人身安全，因此在10697范围中取较大的数值：A105，,由式（6-1）得到,取圆整值，确定该实心传动轴外径为d16mm。,圆管传动轴的外径D,将已知P、n、A的数值及（d/D）0.8代入式（6-2），得到,取圆整值，确定该圆管传
15、动轴外径为D20mm。,4.轴的结构设计,机器中的轴，大多是阶梯轴。结构设计要处理的主要问题有：轴在机箱机架上的固定。相关零件在轴上的轴向和周向固定。轴的加工和装拆工艺要求。降低应力集中提高疲劳强度。,图6-28 齿轮轴及其结构,有关轴的几个术：,轴颈 轴头 轴身 轴肩 轴环,1箱体 2滚动轴承 3齿轮 4套筒 5轴承盖 6联轴器 7轴端挡圈 8、12轴头 9轴肩 10、14轴颈 11轴身 13轴环,轴在机箱机架上的定位,图6-28 齿轮轴及其结构,1箱体 2滚动轴承 3齿轮 4套筒 5轴承盖 6联轴器 7轴端挡圈 8、12轴头 9轴肩 10、14轴颈 11轴身 13轴环,轴在工作时，要保证其
16、确定的位置，不能随意左右窜动。图中轴已轴向定位。左定位：最左边的轴肩通过滚动轴承紧靠着左轴承盖,使这根轴不能向左移动。右定位：轴环的右轴肩又通过齿轮、套筒和滚动轴承紧靠着右轴承盖,使这根轴也不能向右移动。,零件在轴上的轴向和周向定位,图6-29 零件在轴上轴向定位的方法举例,零件在轴上轴向定位的方法举例,零件在轴上周向定位的方法举例,图6-30 零件在轴上周向定位的方法举例,零件在轴上轴向定位，以保证零件正确的工作位置。,零件在轴上周向定位，以保证和轴一起转动的零件不空转。,图6-31 轴的加工工艺要求举例a）砂轮磨削加工的越程槽 b）车螺纹的退刀槽,轴的加工工艺要求举例,轴上不同轴段的键槽，
17、应设计在同一条直线上，可以在一次安装中加工出所有键槽，避免多次安装，提高生产效率。,需要磨削加工的轴段，应该在轴肩处加工出“越程槽”。需要加工螺纹的轴段，应该在轴肩处有个“退刀槽”,减缓应力集中、过渡圆角与倒角,图6-32 轴肩根部的过渡与应力集中,图6-33 轴肩过渡圆角与孔端倒角的尺寸关系,a）尖角的轴肩，应力集中严重b）圆角过度，应力集中减缓,a正确：圆角半径小于倒角边长，轴上零件端面可紧贴轴环端面，定位可靠。b错误：圆角半径大于倒角边长，轴上零件端面贴不到轴环端面，定位不可靠。,特别提示：机械设计中的很多“细节”，关系到整个产品功能的实现，必须注意，认真学习。,二、联轴器,1.联轴器,
18、联轴器分两大类：刚性联轴器和挠性联轴器。,刚性联轴器结构单，使两轴严格地同步运动。但两轴轴线存在错位、偏角时，引起机器振动等不良后果。转速越高，后果越严重。,挠性联轴器对两轴心线的位移和偏斜有补偿能力，可缓冲减振，但两轴运动不能严格地同步。,图6-34 用凸肩和凹槽对中的凸缘联轴器,凸缘联轴器,凸缘联轴器是一种刚性联轴器,左凸缘盘上有一个凸肩,右凸缘盘上有一个与之协配的凹槽,两者嵌配使左右凸缘盘实现严格的对中。,联轴器与离合器的功用都是将两根轴连接起来,使一根轴能带动另一根轴一起运动。两者的区别是:联轴器是使两根轴实现常态的连接,只能在机器停止运动时才能接合与分离;而离合器则可在机器运动中随时
19、实现两轴的接合与分离。,套筒联轴器,图6-35 套筒联轴器a）用键和紧定螺钉联接套筒与轴 b）用销联接套筒与轴,套筒联轴器也是刚性联轴器,由一个套筒,通过键或销将两根轴相连接。特点：套筒联轴器结构简单,径向尺寸小,适合尺寸紧凑的要求。但套筒联轴器传递的转矩较小,不能缓冲吸振,对两轴的安装对中性要求严,且装拆时必须让被连接的轴移动轴向位置。应用：适用于工作平稳、低速、轻载的小尺寸轴的连接。若将图6-35b中的连接销换成剪切安全销,则成为安全联轴器,在过载时安全销被剪断,从而保护机械的整体安全。,弹性套柱销联轴器,图6-36 弹性套柱销联轴器,弹性套柱销联轴器是挠性联轴器。其构造与凸缘联轴器相似,
20、不同的是用弹性套柱销代替螺栓进行连接。橡胶弹性套有较高的弹性,能起缓冲吸振作用,减轻两轴对心误差造成的附加动力。,图6-36中的尺寸A为联轴器需要的安装距离,以便弹性套损坏时能单独拆下来更换;尺寸c是补偿工作中轴向位移的间隙。这种联轴器容易制造,成本低,拆装方便,但弹性套容易磨损,寿命较短,适用于中小载荷场合。,万向联轴器,图6-37 万向联轴器及其应用,万向联轴器是挠性联轴器。万向联轴器联接时两轴心线的夹角可以很大,达=3545。万向联轴器由两边的万向接头1、3和中间的十字销2构成,成对使用时可保证主动轴与从动轴同步转动。图6-24b所示汽车上变速箱与后桥之间的连接,就采用了这种双万向联轴器
21、。,2.离合器,图6-38 牙嵌离合器,1左半离合器 2右半离合器3导向平键 4操纵滑环5对中环 6平键,要求接合平稳、分离迅速、工作可靠、操作维护方便、尺寸小、重量轻、耐磨经用以及散热性好。,图6-39 牙嵌离合器的牙形,a）三角形 b）梯形 c）锯齿形,牙嵌离合器牙嵌离合器由两个端面有牙的半离合器组成，依靠两个端面上的牙形嵌入或分离，实现两轴的连接或离合。牙嵌离合器的牙形有三角形、梯形、锯齿形等形式。牙嵌离合器结构简单,尺寸小,能传递较大转矩,应用甚广。只适宜在两轴转速很低时进行接合,否则牙齿会因撞击而损坏。,摩擦离合器,图6-40 圆盘摩擦离合器,摩擦离合器通过主、从动摩擦元件压紧的摩擦
22、力来传递运动。能在运动中较平稳地实施接合或分离,冲击小,且在过载时打滑而保护整机安全。,图6-35是圆盘摩擦离合器。工作时通过滑环施加的轴向压力Q使两圆盘面间产生摩擦力，带动从动盘一起转动。多片式摩擦离合器，结构紧凑，能传递较大转矩。,图6-41 滚柱式超越离合器,超越离合器,1星轮 2外环 3滚柱 4弹簧推杆,图所示为滚柱式超越离合器，当外环2逆时针转动,滚柱3将星轮1和外环2楔紧,外环驱动星轮一起转动,离合器处于接合状态。当外环2不动,星轮1逆时针转动时,滚柱3压缩推杆弹簧而处于楔形的较宽端,离合器处于分离状态,即从动轮的转速超过主动轮转速时,离合器自动分离,即超越离合。单向轴承,也是一种
23、超越离合器,与自行车飞轮具有类似功能。,图6-42 单向轴承,第三节 轴 承,一、滑动轴承,1.滑动轴承的种类和应用范围,滑动轴承的种类 按承受载荷的方向，滑动轴承分为两大类：,向心轴承，又称为径向轴承，承受径向载荷的轴承；,推力轴承，主要承受轴向载荷的轴承。,按摩擦状态，可分为非液体摩擦轴承和液体摩擦轴承。,滑动轴承的应用范围,在低、高两端及特殊条件下，滑动轴承仍为滚动轴承所难以替代。,“低端”简单产品里速度低、载荷小、持续转动时间短的情况下，由于滑动轴承结构简单、尺寸紧凑而适用。,“高端”高速度、高精度、重载荷条件下，液体摩擦滑动轴承的优异性能仍为滚动轴承难以企及。,“特殊条件”结构上要求
24、轴承能够剖分，在水下等特殊的环境中等。,轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类。,图6-43 整体式滑动轴承的构成1轴承座2轴瓦3油杯4油杯盖,2.滑动轴承的基本形式,整体式滑动轴承,组成：主要由轴承座1和轴瓦2构成,必要的附件是油杯3和油杯盖4。特点：结构简单,价格低廉,但轴瓦磨损后不能修整，轴与轴承装拆时必须做轴向移动,也造成不便。适用场合：整体式滑动轴承用于低速、轻载、不经常装拆的场合。,剖分式滑动轴承,图6-44 剖分式滑动轴承的基本形式,组成：主要由轴承座1、轴承盖2、上半轴瓦3、下半轴瓦4与双头螺柱5组成。特点：在剖分式滑动轴承上松开双头螺柱,取下轴承盖,就能把轴装上或取出,可免除轴向移
25、动的麻烦。轴瓦磨损可以修复,经济性好,因此应用广泛。润滑对于滑动轴承非常重要,剖分式轴承也配有提供润滑油的油杯或油管,且在轴瓦内孔上开有油槽,以存储润滑油,常见的油槽形式如图6-45所示。,1轴承座2轴承盖3上半轴瓦4下半轴瓦5双头螺柱6调节垫片,图6-45 滑动轴承油槽的常见形式,图6-46 轴瓦端局部磨损和调心式轴承a轴瓦端部的局部磨损b调心式滑动轴承,图6-47 立式推力滑动轴承的基本形式1轴承座2轴套3轴4限位销5止推轴瓦,调心式滑动轴承轴瓦套3的部分外表面为半径为R的球形,与轴承座1上凹球面相配,使轴瓦能顺应轴的弯曲变形,适用于轴端有较大变形情况的特殊需要。,推力滑动轴承图6-47所
26、示为立式推力滑动轴承的基本形式,轴承座1由铸铁或铸钢制作,止推轴瓦5由青铜等耐磨材料制成,限位销4的作用是防止轴瓦5转动。轴承座底部开有进油孔,定期压进适量润滑油。轴瓦上直径为d0的空“盘子”可以存储润滑油。,3.轴瓦材料与含油轴承,轴瓦材料轴瓦材料的性能要求主要有：,1)摩擦因数小,耐磨且具有对润滑油的吸附性。2)良好的嵌藏性、磨合性和抗胶合性能,必要的抗疲劳强度。3)耐蚀性、导热性好、膨胀因数小。,表2-8 常用轴瓦材料的性能与应用说明）,含油轴承,含油轴承强度较低,不耐冲击,但结构简单、价格便宜。因一般日用产品多无严重冲击,而不必经常加油,尤其适合人们家常生活,所以日用品中常被采用,含油
27、轴承用粉末冶金材料制成。一般是将青铜、铁或铝等金属粉末与石墨粉调匀,压形成轴瓦,经高温烧结,得到类似陶瓷结构的非致密、多孔性轴瓦。把它在润滑油中充分浸润后,微孔中充满了润滑油,故称为含油轴承。,轴颈在轴承中旋转时,两表面间的相对运动对润滑油产生抽吸作用,把轴承内的油吸到摩擦表面起润滑作用。轴停止运转,抽吸作用消失,油又被吸回轴承材料微孔内储存起来。,二、滚动轴承,1.滚动轴承的结构和优缺点,滚动轴承的结构,图6-48 滚动轴承的结构a）深沟球轴承 b）圆柱滚子轴承 c）推力球轴承,1外圈2内圈3滚动体4保持架5轴圈6座圈,滚动轴承由外圈1、内圈2、滚动体3和保持架4构成。在推力球轴承里则有轴圈
28、5和座圈6。滚动轴承工作时,内圈与轴固定在一起转动,外圈与轴承座、机架固定在一起不动,滚动体在内、外圈间的滚道上滚动。保持架的作用是把滚动体均匀地隔开,避免滚动体之间的直接摩擦。保持架则用减摩性软材料制作,能有效减轻摩擦,减缓滚动体的磨损,延长滚动轴承的使用寿命。,滚动体是滚动轴承的基本元件。滚动轴承可省掉内圈、外圈和保持架,但滚动体却是必须有的。,图6-49 滚动体的形式,a）球 b）短圆柱滚子 c）圆锥滚子 d）鼓形滚子 e）中空螺旋滚子 f）长圆柱滚子 g）滚针,滚动体有多种形式，各适合不同工作条件的需要。,滚动轴承的优缺点,与普通（非液体摩擦）滑动轴承比较，滚动轴承的优缺点如下：,1)
29、摩擦阻力小,起动灵敏,效率高,发热少温升低。2)轴向尺寸小,有利于整机结构的紧凑和简化。当机器工作中同时受径向载荷与轴向载荷的情况下,这一相对优势更为明显。3)径向间隙小,并且可以用预紧方法调整间隙,因此旋转精度高。4)润滑简单,耗油量小,维护保养方便。5)滚动轴承是标准件,由专业厂大批量生产供应市场,性价比高,使用更换也方便。滚动轴承标准件已形成非常丰富的种类、规格、尺寸系列,可满足不同尺寸、精度、转速、载荷类型、环境条件的各种要求。缺点是：径向尺寸较大,一般型号滚动轴承承受冲击载荷的能力不高,高速运转时声响较大,工作寿命相对而言不够长。,2.滚动轴承的类型和代号,（1）滚动轴承的类型、性能
30、和应用 滚动轴承的类型主要由滚动体的形状、承受的载荷方向、调心性能等几方面来区分。而尺寸大小、载荷轻重等则由每一种类型内部的系列来体现。,表6-9 滚动轴承的类型、主要性能及应用,滚动轴承的代号,国家标准GB/T2721993规定,我国滚动轴承的代号由基本代号、前置代号和后置代号三段构成,排列顺序如图6-50所示。滚动轴承的代号刻印在外圈端面或防尘盖上,以方便查看。,图6-50 滚动轴承代号的构成,1)基本代号。基本代号是最常用到的。轴承的基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号和内径代号等数字或字母构成,如图6-50所示。,1)基本代号。基本代号是最常用到的。轴承的基本代号由轴承类型代号、尺寸系
31、列代号和内径代号等数字或字母构成,如图6-50所示。,类型代号：基本代号左起第一位数字(或12个字母)是类型代号。代号为“0”(双列角接触球轴承)则省略。尺寸系列代号：基本代号左起第二、三位数字为尺寸系列代号,由直径系列代号及宽(高)度系列代号组成。向心轴承与推力轴承的常用尺寸系列代号见表6-10。,相同内径的轴承,尺寸系列代号不同,其外径和宽度也不同;外径和宽度越大,轴承的承载能力越高。内径同为50mm,外径和宽度不同的轴承的对比,如图6-51所示。,图6-51 不同尺寸系列代号轴承的对比,内径代号：基本代号左起第四、五位数字为内径代号,表示轴承的公称内径尺寸,代号的含义见表6-11。一般尺
32、寸，轴承内径内径代号5小尺寸或大尺寸另有规定。,表6-10 向心轴承与推力轴承的常用尺寸系列代号,表6-11 滚动轴承的内径代号,注:内径小于10mm及大于495mm的轴承内径代号另有规定。,注:1.宽度系列代号为0时,不标出。2.在GB/T2721993规定的个别类型中,宽度系列代号“1”和“2”可以省略。3.特轻、轻、中、重为旧标准相应直径系列的名称;窄、正常、宽为旧标准相应宽(高)度系列的名称。,前置代号 置于基本代号的左边，用字母表示轴承的分离组件，例如“L”表示可分离轴承的外圈、内圈，“R”表示无内圈的轴承，等。通常的情况下常选用完整轴承，前置代号多自然空缺。,后置代号 是补充代号，
33、用以指明轴承的特定要求。用字母（或加数字）表示，置于基本代号右边，与基本代号空半个汉字的间隔、或用符号“”、“/”分隔。后置代号表示的内容有：轴承内部结构、密封与防尘、保持架及其材料、轴承材料、公差等级、游隙等。具体内容及代号可参考有关手册。,例6-7说明滚动轴承代号62203及7312AC/P6所表示的内容。说明,3.滚动轴承的选择,类型选择应从工作载荷、转速、机器结构与安装等方面选择轴承类型。,载荷较小较平稳、转速高、精度要求高时，宜选择球轴承；反之，宜选择滚子轴承。径向载荷为主、有一定轴向载荷，可选深沟球轴承（代号6）。径、轴向载荷均大，选角接触轴承（代号7）或圆锥滚子轴承（代号3）。主
34、要载荷为轴向载荷，宜选推力轴承（代号5、8）。冲击或振动严重时，应选中空螺旋滚子轴承。载荷大、又要求径向尺寸小时，可选滚针轴承（代号NA）。轴跨度大、或一轴多轴承时，应选调心轴承（代号1、2）。要求便于安装、拆卸时，宜选内、外圈可分离的轴承（代号3）。有防尘、密封等特殊要求的，有特殊类型的可选。经济因素：球轴承价廉；注意：有特殊结构的轴承价格昂贵。,尺寸选择轴承内径一般由轴颈尺寸所决定。轴承的直径（外径）和宽度、高度主要取决于载荷。,精度选择轴承的精度虽应由机器的性能来选择，但高精度轴承价格很昂贵，应慎重对待。,滚动轴承的选择包括类型选择、尺寸选择和精度选择三方个面。,4.滚动轴承轴系的支承结
35、构,支承结构的基本要求有：轴承与轴在机器上有确定的位置，防止工作中轴承与轴作过量的轴向窜动，轴在工作中的热胀冷缩不影响正常工作。两种常见的支承结构如下。,两端固定的支承（双固式）,一端固定一端游动的支承（固游式）,图6-52 两端固定的支承结构,图6-53 一端固定一端游动的支承结构,5.滚动轴承的润滑与密封,减少摩擦、磨损，降低功率消耗，减小接触应力，延长使用寿命，减缓冲击和振动，防止轴承的锈蚀等。,润滑剂分润滑油和润滑脂两大类，各有优点。油润滑的优点：润滑效果优于润滑脂，润滑阻力小，功率消耗小。润滑脂的优点：密封简单，加脂一次可长时间运行，维护保养方便；防尘、防水性能好。,选择油润滑或脂润
36、滑，注意事项有：轴承直径d与转速n的乘积dn较小时，宜选润滑脂，反之选润滑油。随着dn增大，所选用润滑脂的稠度（针入度）或润滑油的粘度应降低。润滑油和润滑脂品种很多，其润滑性、温度适应性、热稳定性、抗腐蚀性、耐水性等各有不同，需根据要求查手册选用。脂润滑时，润滑脂只宜填充到滚动轴承空隙的1/31/2；油润滑时，润滑油面的高度不宜超过最低滚动体的中心线。润滑剂过多将引起轴承过量发热，却无助于提高润滑效果。,滚动轴承的润滑 润滑很重要，作用有：,滚动轴承的密封,密封对外是为防尘、水、酸气和其他杂物进入，对内是防润滑剂流失。,滚动轴承的密封分接触式和非接触式两类，也可将两者结合起来应用。,毡圈密封是
37、一种接触式密封，适用条件：脂润滑，环境清洁，dn值和工作温度不太高。,迷宫式密封是一种非接触式密封，适用高速运转，效果可靠，脂润滑与油润滑都可采用。,组合密封，由毡圈密封与迷宫密封结合而成，具有两者的优点，密封效果好，用于重要场合。,第四节 弹 簧,一、弹簧的功用、种类与材料,1弹簧的功用,弹簧在外力作用下产生变形,把机械功转化为弹性变形能贮存起来,在恢复原状时变形能完成机械功。弹簧可在产品中实现以下功能:(1)缓和冲击,吸收振动。如汽车底盘上的叠板弹簧、自行车的鞍座弹簧等。(2)控制运动。如内燃机中的气门弹簧、棘轮机构里的片簧、离合器里的控制弹簧等。(3)储存和释放能量。如机械钟表里的弹簧发
38、条等。(4)测量指示。如弹簧秤里的弹簧用变形量指示力和重量,仪表中的弹性元件测量其他物理量等。(5)维持零件的弹性接触。如电器中的插头、检波器中的弯片弹簧触点、压注油杯和油路阀门压缩弹簧、弹簧夹子。,图6-57弹簧在产品中的应用示例,a)汽车底盘上的叠板弹簧b)气门弹簧c)棘轮机构里的片簧d)条盒转动式发条弹簧e)弹簧秤和电表测量弹簧f)弯片弹簧触点g)压注油杯h)油路阀门i)弹簧夹子,2弹簧的种类,弹簧的种类很多,可以从不同的角度进行分类。按弹簧形状可分为 螺旋弹簧、板形弹簧、盘形弹簧、碟形弹簧、环形弹簧等。按弹簧受力性质可分为 拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧、弯曲弹簧等。按弹簧的材质不同还有
39、空气弹簧、橡胶弹簧等类型的弹簧。,几种常用弹簧的分类及特点简介见表6-12。,表6-12 几种常用弹簧的分类及特点简介,3圆柱螺旋弹簧的材料,弹簧的卷绕方法分为冷卷和热卷两种。前者用于簧丝直径d10mm时，后者用于簧丝较粗时。制作弹簧的常用原材料有：,碳素弹簧钢丝价格低廉，适宜做簧丝直径d10mm的小弹簧。合金弹簧钢丝制作抗冲击、承变载、耐高温、耐腐蚀的弹簧。硅青铜、锡青铜等铜合金丝制作导电导热、减摩耐磨、耐湿耐腐的弹簧。,表2-13 常用弹簧材料的牌号、性能与用途,二、圆柱螺旋弹簧的端部结构,产品中，弹簧的端部结构常需要费心斟酌，尤其外形不规整的日用品。,1压缩弹簧的端部结构,圆柱螺旋压簧的
40、两端，有0.751.75圈并紧不参与变形，称为死圈。压簧的端部结构较为简单，有并紧磨平的Y型、并紧不磨平的Y型等几种基本形式。要求高的压簧，为使端面与弹簧轴线保持垂直，应该选用Y型压簧。簧丝很细或簧丝与弹簧直径相比很小的弹簧，一般不进行端面磨平。,为防止圈数多的压簧发生“压簧失稳”，端面应磨平，或加装导杆、导套。,图6-58 压簧的两种端部结构a）Y型并紧磨平b）Y型并紧不磨平,图6-59 压簧的失稳与防止措施,a)压簧失稳b)加装导杆c)加装导套,2拉伸弹簧的端部结构,拉簧端部应做出钩环，以备安装和加载。拉簧端部钩环形式很多，表6-14中LL这七种均为纳入国家标准的型号。,表6-14 拉伸弹
41、簧的钩环形式,3扭转弹簧的端部结构,9种圆柱螺旋扭簧的端部结构形式中，N、N、N为纳入国家标准的型号。,图6-60扭转弹簧的端部结构,安装圆柱螺旋扭簧时，应有心棒维持工作位置的稳定。扭簧两端的“支点”，可根据需要能做成各种形式。图6-54为螺旋扭簧安装形式的示例。,图6-61 螺旋扭转弹簧安装形式的示例,三、圆柱螺旋弹簧的参数与参数选择,1.圆柱螺旋弹簧的尺寸参数,弹簧的尺寸参数，也称为几何参数，主要有弹簧丝直径d弹簧外径D中径D2内径D1弹簧工作圈数（有效圈数）n螺旋升角节矩p自由高度（或长度）H0簧丝展开长度L,图6-55 圆柱螺旋弹簧的尺寸参数,表2-15 圆柱螺旋弹簧尺寸参数间的关系,
42、弹簧另一个重要参数是弹簧指数C，又称旋绕比，是弹簧中径D2与簧丝直径d的比值：,表2-16弹簧指数C的推荐范围,（6-4）,弹簧指数C太小，则簧丝相对于弹簧中径太粗，簧丝难以卷绕为弹簧；弹簧指数C太大，则簧丝相对于弹簧中径太细，弹簧工作时不稳定，易颤动。因此弹簧指数C应在一定范围例选取，推荐值见表6-16。,2.圆柱螺旋弹簧的载荷与变形,（1）螺旋弹簧载荷与变形的关系,压簧拉簧受载荷F作用变形量,（6-5）,式中F螺旋弹簧受到的载荷D2、n、d弹簧中径、工作圈数、弹丝直径G簧丝的切变模量钢材G80GPa，,青铜G42GPa。,式（6-5）表明：弹簧在载荷作用下的变形量与载荷的大小成正比关系。,
43、（2）弹簧刚度,弹簧刚度k使弹簧产生单位长度变形量所需施加的轴向载荷。,（6-6）,弹簧刚度,（6-6）,分析式（6-6）可知弹簧刚度与尺寸参数的关系如下：,在D2、d相同时，弹簧刚度k与有效圈数n成反比，即圈数越少弹簧越“有劲”，而圈数越多的弹簧越“软”。,在D2、n相同时，弹簧刚度k与簧丝直径的四次方d4成正比。因此，簧丝直径只有少许增加，弹簧刚度就有相当大的提高。,在d、n相同时，弹簧刚度k与弹簧中径的三次方D23成反比。因此，弹簧中径略有增加，弹簧刚度就会有可观的下降。,3.弹簧参数的选择,弹簧刚度k的另一表达式：,（6-7）,在日用品中，弹簧设计问题通常主要是确定弹簧刚度，即要求力与变形的关系符合产品的要求。即式（6-7）左端的k（F/）值属于产品的使用要求，是已知条件，设计的任务，是合理确定式（6-7）右端的几个参数。,此类问题。一般通过以下步骤进行弹簧尺寸参数的选择：弹簧丝材料常是钢或青铜，选定后材料的剪切弹性模量G就确定了。根据弹簧的空间条件初步选择弹簧的中径D2。参考表6-16初步确定弹簧指数C与弹簧丝直径d。注意两点：第一，C、d两个参数是同时确定的，第二，初步选择弹簧指数C时，宜在表6-16中取居中的数值。此时，其它参数均书籍，可计算弹簧工作圈数n。弹簧圈数n符合产品的空间条件，弹簧参数的选择即告完成；若出现矛盾，适当调整弹簧指数C等参数，再试算。,
