教学材料《机械基础》-项目3

项目三常用连接及支承零部件任务一螺纹连接及螺旋传动任务二齿轮与轴的键连接任务三常用联轴器、离合器的选用任务四手动变速器输出轴分析任务五汽车变速器轴承返回任务一螺纹连接及螺旋传动一、螺纹的基本知识1.螺纹的概念螺纹是指在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线形成的、具有相同断面的连续凸起（凸起部分又叫牙）和沟槽，如图3－1所示。2.螺纹的形成及类型（1）螺纹的形成如图3－2所示，将一底边长度ＣＢ等于πｄ2的直角三角形△ＡＣＢ绕在一直径为ｄ2的圆柱体上，并使底边ＣＢ绕在圆柱体的底边上，则斜边ＡＢ在圆柱体上便形成一条螺旋线。下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动取一平面图形（三角形、梯形或矩形），使它的一边靠在圆柱体的母线上并沿螺旋线移动，移动时始终保持该图形位于圆柱体的轴截面内，即可得到相应的螺纹。（2）螺纹的类型及应用1）如图3－3所示，根据螺旋线形成的表面的不同，可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹、外螺纹和内螺纹。2）如图3－4所示，根据牙型不同，螺纹分为三角形螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和圆弧形螺纹。其中三角形螺纹主要用于连接，梯形、锯齿形和矩形螺纹主要用于传动，圆弧形螺纹多用于排污设备、水闸闸门等的传动螺旋及玻璃器皿的瓶口螺旋。上一页下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动3）按螺旋线的线数分类如图3－5（ａ）和图3－5（b）所示，根据螺旋线的数目不同，可分为单线螺纹（ｎ＝1）和等距排列的多线螺纹（ｎ≥2）。为了制造方便，螺纹一般不超过4线。4）如图3－6（ａ）和图3－6（ｂ）所示，根据螺旋线的绕行方向不同，可分为左旋螺纹和右旋螺纹。螺纹的旋向判断方法为：规定将螺纹直立时螺旋线向右上升为右旋螺纹，向左上升为左旋螺纹。或者采用左右手定则：用左（右）手握住螺杆，将螺杆竖立，从螺杆前方向后看，若左（右）手大拇指侧的螺纹线较高，则为左（右）旋螺纹。机械制造中一般采用右旋螺纹，有特殊要求时才采用左旋螺纹，比如煤气罐等危险设备中使用的螺纹。上一页下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动5）根据用途不同，分为连接螺纹、传动螺纹和专门用途螺纹。3.普通螺纹的主要参数要区分不同的螺纹，就要掌握说明螺纹特点的一些参数。以广泛应用的圆柱普通螺纹为例，螺纹的主要参数如图3－7所示。二、螺纹连接螺纹连接的主要类型有螺栓连接、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接。1.螺纹连接件螺纹连接件品种很多，大都已标准化。常用的标准螺纹连接件有螺母、螺栓、垫圈、螺钉和紧定螺钉。下面介绍标准螺栓连接件。上一页下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动2.螺栓连接螺栓连接是由螺栓和螺母形成的一种可拆连接，主要用于被连接件不太厚，便于穿孔，且需经常拆卸的场合。其结构简单，装拆方便，连接可靠，生产率高，成本低廉。螺栓连接按螺栓受力情况可分为普通螺栓连接和铰制孔用螺栓连接两种。普通螺栓连接用于被连接件厚度不大并开有通孔，且通孔和螺栓杆之间留有间隙的场合，如图3－13（ａ）所示。铰制孔用螺栓连接的被连接件上为铰制孔，螺栓杆和通孔之间为过渡配合，可对被连接件进行准确的定位，主要用于传递横向载荷，如图3－13（ｂ）所示。上一页下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动3.螺纹连接的预紧和防松（1）螺纹连接的预紧一般螺纹连接在装配时都必须拧紧，此时螺纹连接受到预紧力的作用。对于重要的螺纹连接，应控制其预紧力，因为其大小对螺纹连接的可靠性、强度和密封均有很大影响。通常螺纹连接拧紧力是凭工人的经验来决定的，而重要螺栓则必须靠预紧力进行精确控制。工程上常采用测力矩扳手或定力矩扳手来控制预紧力的大小，如图3－14所示。上一页下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动（2）螺纹连接的防松螺纹连接一般采用单线普通螺纹，紧固后，内、外螺纹的螺旋面之间及螺纹零件端面和支承面之间都产生摩擦力，在静载荷和工作温度变化不大时，不会自动松脱，但在冲击、振动和变载条件下，预紧力可能在某一瞬时消失，连接有可能松动。高温下的螺纹连接，由于温度变形差异等，也可能发生松脱现象（如高压锅），因此设计时必须考虑防松，即防止螺纹副发生相对转动，如表3－1所示。上一页下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动三、螺旋传动1.普通螺旋传动普通螺旋传动是由螺杆和螺母组成的简单螺旋副实现的传动机构，主要用于将旋转运动变为直线移动，同时传递运动和动力。如图3－15所示机床的丝杠传动就属于将回转运动转变为直线运动，从而传递运动或动力的普通螺旋传动。2.普通螺旋传动的类型根据用途不同，螺旋传动可分为传力螺旋和传导螺旋。上一页下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动3.普通螺旋传动的运动形式（以右旋为例）（1）螺母固定不动，螺杆转动并做直线运动如图3－16所示的台虎钳，螺杆1与活动钳口2轴向固定连接，螺母4与固定钳口3固定连接。当螺杆按图示方向相对螺母4做回转运动时，螺杆连同活动钳口向右做直线运动，与固定钳口靠近，实现对工件的夹紧。当螺杆反向回转时，活动钳口随螺杆左移，放松工件。（2）螺杆固定不动，螺母转动并做直线运动机械式螺旋千斤顶的结构如图3－17所示，螺杆4固定在底座上，手柄3和螺母2固连在一起，转动手柄3使螺母2转动并做上升或下降运动，从而举起或放下托盘1。上一页下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动（3）螺杆原位转动，螺母做直线运动机床进给机构如图3－18所示，螺杆1与机架3组成转动副，螺杆只能原地转动，不可直线移动，方形螺母2与工作台4固连，方形螺母嵌在机架的导槽中，只可做直线移动，不能转动。当按图3－18所示方向转动时，方形螺母带动工作台沿机架的导轨向左直线移动。（4）螺母原地回转，螺杆做直线运动应力试验机上的观察镜螺旋调整装置如图3－19所示，螺母3只可原地旋转，不可直线移动，螺杆光滑表面部分在平行于轴线方向开有键槽，机架4上的销轴嵌入键槽中，使螺杆只可上下移动，不可转动。当螺母按图示方向转动时，螺杆带动观察镜向下移动；螺母反向转动时，观察镜随螺杆向上移动。上一页下一页返回任务一螺纹连接及螺旋传动4.差动螺旋传动差动螺旋传动是由两个螺旋副组成的、使活动的螺母与螺杆产生差动的螺旋传动。差动螺旋传动的类型：（1）差速式螺旋机构（2）增速式螺旋机构上一页返回任务二齿轮与轴的键连接一、键连接的类型、特点和应用键连接是常用的轴毂连接方式，要正确选用键连接的类型和尺寸，首先应熟悉键连接的类型及特点。键连接主要用来实现轴和轴上零件的周向固定以传递扭矩，或实现零件的轴向固定或移动。键连接是可拆连接，结构简单，工作可靠，装拆方便，并且键已经标准化，不必自行设计，只需根据使用要求和国家标准选用，所以生产中应用广泛，是轴上零件周向固定最常用的方法。下一页返回任务二齿轮与轴的键连接二、平键连接的选用及标注1.平键的选用平键是标准件，设计时可根据具体条件选择键的类型和尺寸。（1）类型选择键的类型应根据键连接的结构、使用特性及工作条件来选择。选择时应考虑以下各方面的情况：1）需要传递转矩的大小；2）连接于轴上的零件是否需要沿轴滑动及滑动距离的长短；3）对于连接的对中性要求；上一页下一页返回任务二齿轮与轴的键连接4）键是否需要具有轴向固定的作用；5）键在轴上的位置（在轴的中部还是端部）。（2）尺寸选择普通平键已标准化，它的主要尺寸是键宽ｂ、键高ｈ与长度Ｌ。一般根据轴的直径从标准中选取键的剖面尺寸ｂ×ｈ，键的长度Ｌ一般等于或略小于轮毂的长度并要符合键的长度系列要求。2.平键的标记普通平键的标记形式为：“键型键宽×键高×键长标准号”。圆头普通平键（Ａ型）可不标出键型，Ｂ型键和Ｃ型键必须标出键型。标记如下：上一页下一页返回任务二齿轮与轴的键连接键16×10×100ＧＢ／Ｔ1096—2003：表示键宽为16ｍｍ、键高为10ｍｍ、键长为100ｍｍ的Ａ型普通平键。键Ｂ18×10×100ＧＢ／Ｔ1096—2003：表示键宽为18ｍｍ、键高为10ｍｍ、键长为100ｍｍ的Ｂ型普通平键。键Ｃ18×10×100ＧＢ／Ｔ1096—2003：表示键宽为18ｍｍ、键高为10ｍｍ、键长为100ｍｍ的Ｃ型普通平键。上一页下一页返回任务二齿轮与轴的键连接三、销连接销连接一般用于传递不大的载荷或作安全装置，或起定位作用。销按形状不同分为圆柱销、圆锥销和异形销三类。上一页返回任务三常用联轴器、离合器的选用一、联轴器由于设计、制造、安装以及运输等方面的原因，机器一般由多个分离的部件组合而成，如汽车传动系统等。通常采用联轴器将这些分离的部件连接起来，以保证其间的运动和载荷的传递。1.联轴器的功用联轴器是机构传动中的常用部件，用来连接两传动轴，使其一起转动并传递转矩，有时也可用作安全装置。用联轴器连接的两传动轴在机器工作时不能分离，只有当机器停止运转后，用拆卸的方法才能将它们分开。下一页返回任务三常用联轴器、离合器的选用联轴器连接的两轴一般属于两个不同的机器或部件，由于制造、安装的误差，运转时零件的受载变形以及其他外部环境或机器自身的多种因素，都可使被连接两轴的相对位置发生变化，出现如图3－39所示的相对位移和偏差。这就要求联轴器在结构上应具有补偿一定范围偏移量的能力。2.联轴器的类型和特点机械式联轴器按结构与功用的不同分为刚性联轴器和挠性联轴器两种类型。3.联轴器类型的选择联轴器的种类很多，大多数已标准化。选择的步骤是：先选择类型，再选择型号，必要时校核薄弱零件的强度。上一页下一页返回任务三常用联轴器、离合器的选用联轴器类型应根据工作条件和使用要求来选择。对于低速、刚性大的短轴或当两轴对中准确、工作时两轴线不会发生相对位移时，可选择刚性固定式联轴器；对于低速、刚性小的长轴，或当两轴的轴线有相对偏移，或基础与机架的刚性较差，工作时不能保证两轴线精确对中时，可选择无弹性元件的挠性联轴器；当有一定轴向位移和角偏移时，可选择弹性套柱销联轴器；当有较大轴向位移和角偏移时，可选择弹性柱销联轴器；当有一定轴向位移和较大角偏移时，可选择轮胎式联轴器。上一页下一页返回任务三常用联轴器、离合器的选用二、离合器1.离合器的功用离合器用来连接两轴，使其一起转动并传递转矩，在机器运转过程中可以随时进行接合或分离。另外，离合器也可用于过载保护等，通常用于机械传动系统的启动、停止、换向及变速等操作。2.离合器的类型和特点离合器的类型很多，一般按工作原理不同可分为牙嵌式和摩擦式两大类。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。常用离合器的类型、结构特点及应用见表3－6。上一页下一页返回任务三常用联轴器、离合器的选用离合器的特点是工作可靠、接合平稳、分离迅速而彻底、动作准确、调节和维修方便、操作方便省力、结构简单等。上一页返回任务四手动变速器输出轴分析一、轴的功用、类型及特点1.轴的功用机器上安装的旋转类零件，如带轮、齿轮、蜗轮等都必须用轴来支承，才能进行运动和动力的传递，因此轴是组成机器的重要零件，其主要功用是支承回转零件，并传递运动和动力。2.轴的类型及特点我们经常根据轴线形状和承载情况对轴进行分类。轴的类型及特点见表3－8。下一页返回任务四手动变速器输出轴分析二、轴的结构设计1.典型轴系结构分析图3－41所示为一齿轮减速器中的转轴。轴上各段按其作用可分别称为轴头、轴颈和轴身。在考虑轴的结构时，应满足以下三个方面的要求：1）轴上零件要有可靠的周向固定和轴向固定。2）轴应便于加工和尽量避免应力集中。3）便于轴上零件的安装与拆卸。上一页下一页返回任务四手动变速器输出轴分析用于装配轴承的部分称为轴颈；装配回转零件（如带轮、齿轮）的部分称为轴头；连接轴头与轴颈的部分称为轴身；轴上截面尺寸变化的部分称为轴肩或轴环。2.轴系零件的定位和固定（1）轴系零件的定位和固定轴系零件轴向固定的目的是保证零件在轴上有确定的轴向位置，防止零件做轴向移动，并能承受轴向力。常用的轴向固定方法及应用见表3－9。上一页下一页返回任务四手动变速器输出轴分析（2）轴系零件的周向定位和固定轴上零件周向固定的目的是保证轴能可靠地传递运动和转矩，防止轴上零件与轴产生相对转动。常用的周向固定方法有键连接、销连接、过盈配合和成形连接等。3.轴的结构工艺性轴的结构工艺性是指轴的结构形式应用便于加工、便于轴上零件的装配和使用维修，并且能提高生产率、降低成本。一般来说，轴的结构越简单，工艺性就越好。所以，在满足使用要求的前提下，轴的结构形式应尽量简化。上一页下一页返回任务四手动变速器输出轴分析1）轴的结构和形状应便于加工、装配和维修。2）阶梯轴的直径应该是中间大、两端小，以便于轴上零件的装拆。3）轴端、轴颈与轴肩（或轴环）的过渡部位应有倒角或过渡圆角，以便于轴上零件的装配，避免划伤配合表面，减小应力集中，如图3－42所示。应尽可能使倒角（或圆角半径）一致，以便于加工。4）若轴上需要切制螺纹或进行磨削，应有螺纹退刀槽或砂轮越程槽，如图3－43所示。5）当轴上有两个以上键槽时，槽宽应尽可能相同，并布置在同一母线上，以利于加工，如图3－44所示。上一页返回任务五汽车变速器轴承一、滚动轴承的组成、类型及特点滚动轴承是依靠滚动体和轴承座之间的滚动接触来工作的轴承，用于支承旋转零件或摆动零件。1.滚动轴承的结构图3－46所示为滚动轴承的基本结构图，它由内圈4、外圈1、滚动体2和保持架3组成。内圈装在轴径上，与轴一起转动；外圈装在机座的轴承孔内，一般不转动；内、外圈上设置有滚道，当内、外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚动。保持架使滚动体均匀分布在滚道上，以减少滚动体之间的碰撞和磨损。下一页返回任务五汽车变速器轴承滚动体是滚动轴承的核心元件。常见的滚动体有球、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子和滚针，如图3－47所示。2.滚动轴承的类型滚动轴承具有摩擦力矩小，易起动，载荷、转速及工作温度的适用范围比较广，轴向尺寸小，润滑、维修方便等优点；缺点是承受冲