教学材料《静力学》-第14章

14.1常用机械零件的毛坯成型任何材料都必须成型，制成制品后才具有使用价值。零件设计时，应根据零件的工作条件、所需功能、使用要求及其经济指标(经济性、生产条件、生产批量)等方面进行零件结构设计(确定形状、尺寸、精度、表面粗糙度等)、材料选用(选定材料、强化改性方法等)、工艺设计(选择成型方法、确定工艺路线等)等。14.1.1轴杆类零件轴、杆类零件的结构特点是轴向(纵向)尺寸远大于径向(横向)尺寸如图14.1所示，各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、拨叉、锤杆、摇臂以及螺栓、销等，都属于轴杆类零件。在各种机械中，轴杆类零件一般都是重要的受力和传动零件。轴杆类零件材料大都为钢。其中，除光滑轴、直径变化较小返回下一页上一页14.1常用机械零件的毛坯成型的轴、力学性能要求不高的轴，毛坯一般采用轧制圆钢制造外，儿乎都采用锻钢件为毛坯。阶梯轴的各直径相差越大，采用锻件越有利。对某些具有异形断面或弯曲轴线的轴，如凸轮轴、曲轴等，在满足使用要求的前提下，可采用球墨铸铁的铸造毛坯，以降低制造成本。在有些情况下，还可以采用锻一焊或铸一焊结合的方法来制造轴、杆类零件的毛坯。图14.3所示的汽车排气阀，将锻造的耐热合金钢阀帽与轧制的碳素结构钢阀杆焊成一体，节约厂合金钢材料。图14.4所示的是我国20世纪60年代初期制造的12000t水压机立柱，长18m，净重80t，采用ZG270-500，分成6段铸造，粗加工后采用电渣焊焊成整体毛坯。14.1.2盘套类零件盘套类零件中，除套类零件的轴向尺寸有部分大于径向尺寸外，其余零件的返回下一页上一页14.1常用机械零件的毛坯成型轴向尺寸一般小于径向尺寸、或两个方向尺寸相差不大。属于这一类的零件有齿轮、带轮、飞轮、模具、法铸盘、联轴节、套环、轴承环以及螺母、垫圈等，如图14.5所示。14.1.3机架、箱座类零件机架、箱座类零件包括各种机械的机身、底座、支架、横梁、工作台，以及齿轮箱、轴承座、缸体、阀体、泵体、导轨等，如图14.6所示，这类零件结构通常比较复杂，有不规则的外形和内腔。重量从儿千克至数十吨，工作条件也相差很大。零件毛坯成型实例:1.承压油缸承压油缸的形状及尺寸如图14.7所示，材料为45钢，年产量200件。技术要求工作压力15MPa，进行水压试验的压力3MPa。返回下一页上一页14.1常用机械零件的毛坯成型图纸规定内孔及两端法接合面要加工，不允许有任何缺陷，其余外圆部分不加工。现提出如表14-1所示的成形方案进行分析比较。2.开关阀图14.8所示开关阀安装在管路系统中用以控制管路的“通”或“不通。当推杆1受外力作用向左移动时，钢珠4压缩弹簧5，阀门被打开。卸除外力，钢珠在弹簧作用下，将阀门关闭。开关阀外形尺寸为116mmx58mmx84mm,其零件的毛坯成型方法分析如下。3.单级齿轮减速器图14.9和图14.10所示单级齿轮减速器，外形尺寸为430mmx410mmx320mm，传递功率5kW，传动比为3.95，对这台齿轮减速器主要零件的毛坯成型方法分析如下。返回下一页上一页14.2弹簧14.2.1概述弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用下产生较大的弹性变形，弹簧在各类机械中应用十分广泛，主要用于:控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等;减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振弹簧，以及各种缓冲器用的弹簧等;储存及输出能量，如钟表弹簧、枪门弹簧等;测量力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。弹簧按照所承受的载荷的不同，分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧;按照形状的不同，分为螺旋弹簧、环形弹簧、板簧和盘簧等。如表14-2所示。14.2.2圆柱螺旋弹簧圆柱螺旋弹簧是一般机械中，最常用的弹簧，分压缩弹簧和拉伸弹簧两类圆柱拉、压螺旋弹簧的结构。

返回下一页上一页14.2弹簧一、压缩弹簧如图14.11所示，有两端的端面圈并紧并磨平的压簧(代号:YI)和两个端面圈并紧但不磨平的压簧(代号:YII)。弹簧磨平部分不少于圆周长的3/4,端头厚度一般不少于d/8。二拉伸弹簧如图14.12所示，LI和LII型拉簧采用半圆形钩和圆环钩;三、圆柱螺旋弹簧的几何尺寸如图14.13所示，圆柱螺旋弹簧的主要儿何尺寸有:弹簧LPL直径d、外径D.内径D1、中径D2、节距P.螺旋升角a、自由高度(压缩弹簧)或长度(拉伸弹簧)风。此外还有有限圈数n，总圈数nl。圆柱形压缩、拉伸螺旋弹簧的儿何尺寸计算公式见表14-3。返回下一页上一页14.2弹簧通常C值在4-16范围内，可按表14-4选取。弹簧LPL直径d相同时，C值小则弹簧中径D2也小，弹簧刚度较大;反之，弹簧刚度较小。14.2.3圆柱螺旋弹簧的特性曲线弹簧应在弹性极限内工作，不允许有塑性变形。弹簧所受载荷与其变形之间的关系曲线称为弹簧的特性曲线。一、压缩螺旋弹簧的特性曲线(如图14.14所示)二、拉伸螺旋弹簧的特性曲线(如图14.15所示)按卷绕方法的不同，拉伸弹簧分为无初应力和有初应力两种。无初应力的拉伸弹簧其特性曲线与压缩弹簧的特性曲线相同;有初应力的拉伸弹簧的特性曲线，如图14.15所示，有一段假想的变形量X，相应的初拉力为F}，为克服这段假想变形量使弹簧开始变形所需的初拉力，当工作载荷大于F时，弹簧才开始伸长。返回下一页上一页14.2弹簧14.2.4弹簧常用材料弹簧工作时受到变载荷和冲击载荷作用，疲劳破坏是弹簧最主要的失效形式，为保证弹簧持久可靠的工作，要求弹簧材料有足够的屈服极限，疲劳极限、冲击韧性，还应有良好的塑性和热处理工艺性。常用的弹簧材料有:碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢和铜合金材料以及非金属材料。选用材料时应根据:弹簧的功用、载荷大小、性质、循环特性、工作强度、周围介质及重要程度等综合选择。常用弹簧材料的性能和许用应力见。14.2.5弹簧的制造螺旋弹簧的制造工艺大致包括:卷绕、两端部加工、热处理和工艺试验，必要时进行强压和喷丸处理。对于重要弹簧还需进行镀锌等表面保护处理，普通弹簧进行涂漆处理。。返回下一页上一页14.2弹簧弹簧的制造精度按其受力后的变形量分为3级，如表14-6所示。其中，1级的变形量最小，3级最高，一般选用2级精度。返回下一页上一页图14.1常见轴杆类零件返回图14.2常见的盘套类零件返回图14.3汽车排气阀锻-焊结构返回图14.4水压机立柱铸-焊结构返回图14.5不同类型的齿轮返回图14.6常见箱体机架类零件返回图14.7承压油缸返回表14-1液压油缸成型方式比较返回图14.8开关阀返回图14.9中级齿轮减速器返回图14.10中级齿轮减速箱返回表14-2弹簧的基本类型返回图14.11压缩弹簧