资源简介

中小学教育资源及组卷应用平台
第2章 机械零件
一、教学目标
1. 了解各种机械零件。
2. 熟悉各零件分类方式与主要作用。
3. 掌握各零件对材料，装配尺寸有哪些要求。
二、课时分配
本项目共6个任务，安排12课时。
三、教学重点
通过本项目的学习，让学生学习了解各种零件知识，熟悉各零件分类方式，在分类后各种不同的零件有哪些选择上的不同。
四、教学难点
1．各零件的分类与参数。
五、教学内容
2.1轴
一、轴的分类和应用特点
1.根据轴线的几何形状，轴可以分为直轴、曲轴和软轴三大类。
直轴
曲轴
软轴
2.根据承受载荷的不同，轴可分为心轴、传动轴和转轴三大类。
心轴
传动轴
转轴
二、轴的常用材料
轴的材料要求有足够的强度，对应力集中敏感性低；还要能满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性要求；并具有良好的加工性能。
三、轴的结构
对于轴的结构来说，最简单的是光轴，但在实际机械中，大多数的轴上总是需要安装一些零件，如带轮、齿轮、轴承等，因而较多的是采用阶梯轴。阶梯轴的每个台阶都有其一定的作用和目的，使轴更具有合理性。
阶梯轴
在考虑轴的结构时，应满足下列要求：
轴的受力合理，有利于提高轴的强度和刚度；
轴相对于机架和轴上零件的定位准确，固定可靠；
轴便于加工制造，轴上零件便于装拆和调整；
尽量减小应力集中，并节省材料、减轻重量。
1.轴系零件的固定
为了保证机械的正常工作，轴及安装在轴上的所有零件必须有准确的定位和牢靠的固定。轴系零件的固定包括轴向固定和周向固定。
2.轴的结构工艺性
轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，并且生产效率高，成本低。为了使轴的加工工艺性好，轴的结构设计应注意以下几个问题：
（1）轴的形状力求简单，以便于加工和检验。在满足装配要求的前提下，轴上的台阶数应尽可能少。
（2）不同轴段的键槽，应布置在轴的同一母线上，以减少在键槽加工时的装夹次数
（3）对于表面粗糙度较低的轴段，需磨削加工时，应留砂轮越程槽，以便砂轮磨削到根部而不碰伤轴肩；需车削螺纹的轴段，应留螺纹退刀槽以保证靠近尾部的螺纹牙也能达到规定的高度。
（4）轴肩处若装有零件，为保证零件能紧贴轴肩端面，轴肩处的过渡圆半径r应小于零件孔的圆角半径R或倒角C1。
（5）当轴的长径比L/d大于4时，轴两端应设中心孔，以便加工时用顶尖支承和保证各轴段的同轴度。
（6）直径相近的轴段上的过渡圆角、键槽、越程槽、退刀槽尺寸应尽量一致以减少轴加工时的换刀时间和刀具数量。轴端应有2×45°的倒角，以利于装配时的对中和避免将轴上零件的孔壁擦伤。较大过盈配合处的压入端应采用锥形结构，以使零件能顺利压入。
(7)对轴截面尺寸急剧变化处，为减小应力集中，可采用凹切圆角或肩环结构；在过盈配合处可增大直径或开卸载槽，
(8)轴的配合直径应圆整为标准值。
(9)装配段不宜过长。
2.2轴承
轴承即支承轴的零件，其功用是支承轴及轴上零件。根据其工作的摩擦性质，轴承可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两类。而每一类轴承，按其所受载荷方向不同，又可分为向心轴承（只受径向载荷）、推力轴承（只受轴向载荷）和向心推力轴承（既受径向载荷又受轴向载荷）等。
一、滑动轴承
1.滑动轴承的特点
滑动轴承工作平稳，噪声较滚动轴承低，工作可靠，耐冲击，承载能力大。但是普通滑动轴承的起动摩擦力大。
2.滑动轴承的应用
（1）工作转速特别高的轴承，如磨床主轴；
（2）承受极大的冲击和振动载荷的轴承，如轧钢机轧辊；
（3）要求特别精密的轴承；
（4）装配工艺要求轴承剖分的场合，如曲轴的轴承；
（5）要求径向尺寸小的轴承。
3.滑动轴承的结构
滑动轴承一般由轴瓦与轴承座构成。滑动轴承根据它所承受的载荷的方向，可分为向心滑动轴承和推力滑动轴承。常用的向心滑动轴承的结构形式有整体式和剖分式两种。
整体式滑动轴承
剖分式滑动轴承
4.轴瓦和轴承衬
轴瓦是轴承中直接与轴颈接触的重要零件，它的结构和性能直接关系到轴承的效率、寿命和承载能力。
三、滚动轴承
与滑动摩擦轴承相比，滚动轴承的特点如下：
（1）优点：
1）在一般使用条件下摩擦因数低，运转进给摩擦力矩小，起动灵敏，效率高；
2）可用预紧的方法提高支承刚度和旋转精度；
3）对同尺寸的轴颈，滚动轴承的宽度小，可使机器的轴向尺寸紧凑；
4）润滑方法简便，轴承损坏易于更换。
（2）缺点：
1）承受冲击载荷的能力较差；
2）高速运转时噪音大；
3）比滑动轴承径向尺寸大；
4）与滑动轴承相比，寿命低。
滚动轴承的结构
滚动轴承的主要失效形式
（1）疲劳点蚀
(2)永久变形
(3)磨损和碎裂
2.3键联接与销联接
一、键联接
键连接由键、轴与轮毂所组成，主要用来实现轴和轴上零件（如带轮、齿轮和联轴器等）之间的周向固定，以传递转矩和运动，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动。它在机械中有广泛的应用。
1.键联接的种类
根据键联接的结构和承受载荷情况，键联接可分为松键联接和紧键联接。
（1）松键联接
松键联接分为平键联接、半圆键联接和花键联接。
平键联接
半圆键联接
花键联接
（2）紧键联接
紧键联接分为楔键联接和切向键联接。
楔键联接
切向键联接
2.平键联接的标准
（1）平键的尺寸选择
普通平键和键槽的尺寸表
（2）平键的标记
平键的标记为：键端部型式 b×L GB/T 1096—2003。对于圆头平键（A型），字母A可以省略不标。
平键标记示例：
二、销联接
销联接通常用于固定零件之间的相对位置（定位销），也用于轴毂间或其他零件间的联接（联接销），还可以充当过载剪断元件（安全销）。
定位销
联接销
安全销
2.4联轴器、离合器、制动器
联轴器和离合器的功用都是将两根不同部位的轴联接成一体，以传递运动和动力。二者的区别是：联轴器只能在机器停止运转并把联轴器拆开的情况下才能使两轴分离，而离合器可以随时实现两轴的接合与分离。
一、联轴器
由于制造及安装误差、承载后的变形及温度变化的影响等原因，联轴器所连接的轴往往存在着相对偏移，联轴器对上述各种偏移应具有一定的适应（补偿）能力，否则就会在轴、轴承和联轴器中引起附加的动载荷，影响机器的正常工作。
常用的联轴器根据构造分为刚性联轴器、挠性联轴器和安全联轴器。
刚性联轴器只能传递运动和转矩，不能补偿轴的偏移。
挠性联轴器不仅能传递运动和转矩，还能在一定程度上补偿轴的偏移。挠性联轴器根据有无弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两种。常用的无弹性元件的挠性联轴器有十字滑块联轴器、尼龙滑块联轴器、十字轴万向 联轴器和齿式联轴器。常用的有弹性元件的挠性联轴器有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器和轮胎式联轴器。
二、离合器
离合器按控制方式不同可分为操纵离合器和自动控制离合器两类。操纵离合器必须通过操纵才具有接合或分离的功能。自动控制离合器工作时能自行接合或分离。
1.操纵离合器
常用的操纵离合器有牙嵌离合器、单片摩擦离合器、多片摩擦离合器等。
牙嵌离合器
牙嵌离合器结构简单，尺寸小，接合时两半离合器间没有相对滑动，能保证两轴同步运转。适用于在低速或停车时接合，以免冲击折断牙齿，在机床和农业机械中应用较多。
单片摩擦离合器
单片摩擦离合器可在运转中随时实现两轴的接合与分离，接合平稳、结构简单，但能传递的转矩小，过载打滑有安全保护作用，摩擦面易磨损和发热，不能保证两轴同步运转，适用于传递转矩较小的轻型机械。
多片摩擦离合器
多片摩擦离合器可在运转中随时实现两轴的接合与分离，接合平稳，结构紧凑，操作轻便，摩擦片增多，传递转矩的能力提高，径向尺寸相对减小，但结构较为复杂，过载打滑有安全保护作用，摩擦面易磨损和发热，不能保证两轴同步运转。适用于需要经常启动、制动或经常改变速度大小和方向的场合。
2.自动控制离合器
常用的自动离合器有超越离合器和安全离合器。
（1）超越离合器
超越离合器只能按一个转向传递转矩，反向时就自动分离。超越离合器体积小，传递转矩大，接合平稳，工作无噪声，可在高速下接合，以传递单向转矩为主。适用于变换转速防止逆转、间歇运动的传动系统，如汽车、拖拉机和机床设备中。
（2）安全离合器
安全离合器(安全联轴器)是一种当工作转矩或转速超过某一极限值时,通过元件的切断、脱开或打滑,使其自行分离的离合器(联轴器)，它的功用是保护机器上的其他零件免受过载而损坏。安全离合器结构简单，制造容易，尺寸紧凑，保护严密，但工作精度不高。适用于转速不高，从动部分转运惯量不大的轴系，过载较少发生的场合。
三、制动器
制动器是利用摩擦力矩来实现制动的，其作用是降低机器运转速度或使机器停止运转。常用的制动器有锥形制动器、带式制动器、电磁制动器和盘式制动器。
1.锥形制动器
其外锥体固定在箱体壁上，内锥体用导向平键或花键与轴连接。当操纵手柄放在停止位置的同时就把内锥体向右推，这时正在空转的内锥体就与固定的外锥体贴紧，从而使内锥体和轴立即停止转动
2.带式制动器
带式制动器结构简单，径向尺寸小，但制动力矩不大。
3.电磁式制动器
这种制动器由位于制动轮两旁的两个制动臂和两个制动块组成。主弹簧通过制动臂及制动蹄使制动鼓经常处于制动状态。当松闸器通入电流时，利用电磁作用把顶杆推出，通过推杆使制动器松闸，
4.盘式制动器
盘式制动器沿制动盘轴向施力，制动轴不受弯矩，径向尺寸小，制动性能稳定。
2.5机械的润滑与密封
一、机械的润滑
1.润滑剂的种类、性能和用途
凡能起降低摩擦阻力作用的介质都可以作为润滑剂。但为取得良好的吸附性和渗入能力，润滑剂应具有一定的黏性，较好的化学稳定性，较高的耐热、耐寒及导热能力，可靠的防锈性和密封作用，以及良好的清洗作用。当一般润滑剂不能满足某种特殊需要时，可有针对性地在润滑剂中加入少量添加剂来改善润滑剂的性能。
常用的润滑剂有润滑油、润滑脂和固体润滑剂三种。
2.润滑方式及润滑装置
为了获得良好的润滑效果，除了正确选择润滑剂外，同时要考虑合适的润滑方式和润滑装置。
（1）手工定时润滑
手工定时润滑是使用油壶或油枪等工具，间歇地将润滑油或润滑脂注入在轴承上方的油孔或油杯内。这种供油方式最简单，主要用于轻载、低速不重要的场合。
（2）连续润滑
连续供油比较可靠，有的还可以调节。常用的连续供油方式有以下几种：
1）油绳润滑
2）针阀式油杯润滑
3）油环润滑
4）飞溅润滑
5）压力循环润滑
3.典型机械零件的润滑
（1）滑动轴承的润滑
滑动轴承种类繁多，使用条件和润滑程度相差很大，润滑状态又有流体润滑、边界润滑、混合润滑和固体润滑之分。因此，各种滑动轴承对润滑剂的要求与设计原则也不相同。
1）润滑剂类型的选择
滑动轴承润滑剂选择表
2）润滑油黏度的选择
对于流体动力润滑轴承，润滑剂最重要的性质是黏度。黏度低则承载能力低，黏度高功耗大，轴承温度高。当转速高、比压小时，可选黏度较低的润滑油；反之，当转速低、比压大时，应选粘度较高的润滑油。
边界润滑状态下的滑动轴承，润滑剂最重要的性质是润滑性。这时，通常速度低、载荷高时选用黏度较高的的润滑油；反之，速度高、载荷低时选用黏度较低的润滑油。
3）润滑脂的选择
滑动轴承润滑脂的选择应遵循以下原则：
当轴颈转速低、轴承载荷大时，应选择锥入度小（号数大）的润滑脂；反之，应选择锥入度较大的润滑脂。
润滑脂的滴点一般应高于工作温度20~30℃。
滑动轴承如在水淋或潮湿环境里工作时，应选用钙基、铝基或锂基润滑脂；如在环境温度较高的条件下工作，可选钙钠基脂或合成脂。
（2）滚动轴承的润滑
滚动轴承润滑的主要目的是为了减轻元件之间的摩擦与磨损。
润滑剂类型的选择：
1）润滑油的润滑不仅起到润滑作用，还能降低轴承的温度。一般闭式传动，传动件的线速度大于2m/s,能保证实现飞溅润滑润滑油能到达各润滑点且润滑油能够循环使用的场合,均可采用油润滑。
2）对于开式传动和传动件的线速度低于2m/s而无法采用油润滑的闭式传动，或对润滑要求不严格，工作环境较差，压力较大的传动，一般采用脂润滑。相比之下，选用脂润滑的场合比选用油润滑要多。
二、密封装置
为了防止轴承的润滑剂外流和水汽、灰尘、污物进入轴承，必须对轴承进行密封。按密封的零件表面之间有无相对运动，密封可以分为静密封和动密封两大类。静密封有密封垫、密封胶、直接接触三种密封方式。动密封可以分为接触式和非接触式密封两种。
2.6弹簧
一、弹簧的类型、特点
弹簧是机械设备中广泛应用的一种弹性零件。在受外载荷作用后，它能产生较大的弹性变形；外载荷卸除吋，变形消失恢复原形。弹簧的这种性质，使它在很多机构和机器中起着各不相同的作用。另外，弹簧还能把机械功或动能转变为变形能，或把变形能转变为动能或机械功，所以弹簧又是转换能量的零件。
1.弹簧的功用
弹簧在机械中作为弹性元件，主要功用有：控制机构的运动或零件的位置，如凸轮机构、离合器、阀门以及各种调速器中的弹簧；缓冲及吸振，如汽车上的钢板弹簧、各种缓冲器及弹性联轴器中的弹簧；储存能量作为动力源，如钟表、仪器中使用的弹簧发条；测量载荷的大小，如弹簧秤中的弹簧。
2.弹簧的种类
弹簧的种类很多，从外形分，有螺旋弹簧、板弹簧、环形弹簧、碟形弹簧和平面涡卷弹簧等。螺旋弹簧按其形状又可分为圆柱形螺旋弹簧和圆锥形螺旋弹簧等。
从其受载荷的性质分，有压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、弯曲弹簧等。
3.弹簧的制造
弹簧的制造过程包括卷绕、两端面加工（指压簧）或挂钩的制作（拉簧和扭簧）、热处理和工艺性试验等。
大批生产时，弹簧的卷制是在自动机床上进行的，小批生产则常在普通车床上或者手工卷制。弹簧的卷绕方法可分为冷卷和热卷两种。当弹簧丝直径小于10mm吋，常用冷卷法。冷卷时，一般用冷拉的碳素弹簧钢丝在常温下卷成，不再淬火，只经低温回火消除内应力。热卷的弹簧卷成后须经过淬火和回火处理。弹簧在卷绕和热处理后要进行表面检验及工艺性试验，以鉴定弹簧的质量。
弹簧制成后，如再进行强压处理，可提高承载能力；强压处理是将弹簧预先压缩到超过材料的屈服极限，并保持一定时间后卸载，使簧丝表面层产生与工作应力方向相反的残余应力，受载时可抵消一部分工作应力，因此提高了弹簧的承载能力。经强压处理的弹簧，不宜在高温、变载荷及有腐蚀性介质的条件下应用。因为在上述情况下，强压处理产生的残余应力是不稳定的。受变载荷的压缩弹簧，可采用喷丸处理以提高其疲劳寿命。
4.弹簧的材料
弹簧在机械中常承受具有冲击性的载荷，所以弹簧材料应具有高的弹性极限和疲劳极限、一定的冲击韧性、塑性和良好的热处理性能等。
常用的材料有优质碳素弹簧钢、合金弹簧钢和有色金属合金。弹簧也可用非金属材料橡胶、塑料、软木和空气制成，如弹性套柱销联轴器中的弾性套是用橡胶制成的。
二、圆柱螺旋压缩弹簧与拉伸弹簧
1.圆柱螺旋弹簧的结构
圆柱螺旋弹簧的端面结构
2.基本参数和尺寸
弹簧主要参数
圆柱螺旋弹簧的结构尺寸计算公式表
3.圆柱螺旋弹簧的选用
圆柱螺旋压缩弹簧已标准化（GB/T 2089—1994)。选用弹簧时应满足以下要求：有足够的强度；符合载荷变形特性曲线的要求，即刚度要求；不侧弯，即稳定性要求等。设计计算的主要任务是确定满足要求所需的弹簧丝直径和弹簧圈数。
一般选用的步骤：先根据工作条件选择合适的弹簧材料及结构形式；再根据强度条件计算出弹簧丝的直径，根据刚度条件计算出弹簧的工作圈数；最后根据结构尺寸计算公式计算出各有关尺寸。对压缩弹簧还需校核其稳定性。工程实际中，往往根据类别法还进行计算或参照有关机械设计手册。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

展开更多......

收起↑