第5章 机械零件

1、第5章 机械零件5-1 轴教学目的与要求：1、了解轴的功用、分类、常用材料。2、理解轴上零件的轴向和周向固定方法，熟悉轴的结构工艺性。3、能够合理选择轴的材料，正确分析轴上结构设计的目的。教学重点与难点：1、重点：直轴的分类、轴的功用、轴的常用材料，轴的结构要求及轴向和周向固定方法。2、难点：轴上零件的固定方法，及结构工艺性教学手段与方式：讲授法、归纳法教学过程引入：轴是组成机器中最基本且非常重要的零件之一，其主要功能是：（1）传递运动和转矩；（2）支承回转零件（如齿轮、带轮等）。轴一般都要求有足够的强度，合理的结构和良好的工艺性。新课传授：一、轴的分类和应用特点按其轴线形状不同，轴有直轴、曲

2、轴、软轴三种。1、直轴按承载不同，直轴可分为：心轴：只承受弯矩。传动轴：主要用于传递转矩不承受弯矩，或所承受的弯矩很小。转 轴：机器中最常见的轴，工作时既承受弯矩又承受转矩。根据外形不同，直轴可分为：光轴和阶梯轴2、曲轴有几根不重合的轴线，多用于往复式机械中，它兼有转轴和曲柄的双重功能。3、软轴具有良好的挠性，它可以将回转运动灵活地传到任何空间位置二、轴的常用材料轴的常用材料主要是碳钢和合金钢，其次是球墨铸铁。三、轴的结构轴一般由轴头、轴身、轴颈三部分组成。轴上与传动零件或联轴器、离合器相配合的部分称为轴头。与轴承相配合的部分称为轴颈。联接轴头和轴颈的其余部分称为轴身。1、零件在轴上的固定轴上

3、零件的固定轴上零件的固定分轴向固定和周向固定。 1）轴上零件的轴向固定，常用的轴向固定方法有以下几种：轴肩和轴环、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和圆螺母等。2）轴上零件的轴向固定，常用的轴向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。（a）销联接固定 （b）键联接固定 （c）紧定螺钉固定 （d）过盈配合固定 （e）紧定套固定 图5-1 轴上零件的周向固定（a）轴肩定位 （b）圆螺母定位 （c）弹性挡圈固定（d）止动垫圈固定 （e）紧定螺钉固定 （f）轴端压板图5-2 轴上零件的轴向固定2、轴的结构工艺性1）为了减少应力集中，轴径变化尽可能小，阶梯轴相邻两轴段直径相差不应过大，一般在510ram。

4、2）轴上截面尺寸变化的位置应有倒角或过渡圆角，过渡圆角半径应尽可能大些，当轴上有多处倒角或过渡圆角时，尽可能选同样的倒角或圆角半径，以减少刀具规格和换刀次数。3）轴上有多个键槽时，应尽可能将其安排在同一直线上，避免多次装夹。4）轴上需切制螺纹或磨削时，要留有退刀槽和越程槽。5）阶梯轴的直径应中间大并向两端逐渐减小，便于轴上零件的装拆。小结：1、按载荷方向直轴可以分为传动轴、芯轴和转轴三种，大多数轴为转轴。2、一般常见轴为45钢材料，较重要的轴为40Cr经过调质处理。3、轴向零件的固定方法可分为轴向固定和周向固定两种。轴肩和键是常用的两种方法，具体要以实际而选用。4、轴的加工工艺性是由于加工需要

5、而确定的，使为下一步工序而设置的。5-2 轴承教学目的与要求：1、了解轴承的作用，分类及结构特点。2、掌握滚动轴承的代号含义，能够熟记常用轴承的代号。3、能够看懂滚动轴承代号的含义，并正确选用轴承。掌握滑动轴承和滚动轴承的优点及应用场合。教学重点与难点：1、重点：滑动轴承与滚动轴承的特点与应用场合。动轴承代号的含义。2、难点：滑动轴承与滚动轴承的使用场合。滚动轴承的代号含义。教学手段与方式：讲授法、归纳法教学过程引入：轴要正常工作，必须有零件将它支承起来，同时还要保证轴能在支承件上正常转动，这个零件就是轴承。轴承即支承轴的零件，根据其工作的摩擦性质，轴承可分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两类。而

6、每类轴承，按其所受的载荷方向不同，又可分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承等。新课传授：一、滑动轴承1、滑动轴承的特性及应用工作平稳、噪声较小、工作可靠。起动摩擦阻力较大。其主要应用于以下场合：1）工作转速特别高的轴承2）承受冲击和振动载荷极大的轴承3）要求特别精密的轴承4）装配工艺要求轴承部分的场合5）要求径向尺寸小的轴承2、滑动轴承的结构滑动轴承一般由轴承座与轴瓦构成。根据承受载荷的方向，分为向心滑动轴承和推力滑动轴承；向心滑动轴承根据结构形式不同，分为整体式和剖分式。整体式滑动轴承剖分式滑动轴承3、轴瓦的结构1）整体式轴瓦（轴套）2）剖分式轴瓦轴瓦上的油孔用来供应润滑油，油沟使润滑油均匀

7、分布。油孔和油沟应开在非承载区。4、滑动轴承的安装、维护要点。二、滚动轴承1、滚动轴承特性摩擦较小；间隙可调；轴向尺寸较小；润滑方便；维修简便。但承载能力差；高速噪声大；径向尺寸大；寿命较低。由于滚动轴承为标准化、系列化零件， 且成本低，故应用广泛。2、滚动轴承结构滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。滚动体的形状有球形、圆柱形、圆锥形、鼓形、滚针形等。3、滚动轴承代号滚动轴承代号是用字母和数字表示轴承的结构、尺寸、公差等级、技术性能特征的产品代号。轴承代号是由基本代号、前置代号和后置代号构成，其排列如下： 前置代号基本代号 后置代号基本代号类型代号尺寸系列代号内径代号用一位数字，或一至两

8、个字母表示宽度系列代号直径系列代号通常用两位数字表示。500、10及、的内径代号查手册。10500的内径代号如下：表示内径、外径相同，宽度（对推力轴承指高度）不同的系列。用一位数字表示表示同一内径，不同外径的系列。用一位数字表示内径代号尺寸系列代号连用，对多数轴承宽度系列代号为0时可省略，圆锥滚子轴承和调心轴承的宽度系列代号0应标出内径代号×   2前置代号和后置代号 轴承代号的补充，只有在轴承的结构形状、尺寸、公差、技术要求等有所改变时才使用，一般情况下可部分或全部省略，其详细内容请查阅机械设计手册中相关标准规定。 3滚动轴承代号示例 4、滚动轴承类型的选择据滚动轴承各种

9、类型的特点，在选用轴承时应从载荷的大小和方向，转速的高低，支承刚度以及安装精度等考虑。选择时可参考以下几项原则：（1）轴承的载荷（2）轴承的转速（3）刚性及调心性能要求（4）装拆的要求5、滚动轴承的固定方法滚动轴承内、外圈的周向固定是靠内圈与轴间以及外圈与机座孔间的配合来保证的。其轴向定位，根据不同的情况选用不同的定位方法。常用的内圈定位方法有：（a）轴肩固定 （b）弹性挡圈和轴肩固定 （c）轴端挡圈和轴肩固定 （d）锁紧螺母与轴肩固定 （e）开口圆锥紧定套和锁紧螺母固定 常用的内圈定位方法有：（a）轴承盖固定 （b）弹性挡圈与机台凸台固定 （c）止动环嵌入轴承外圈的止动槽内固定 （d）轴承端

10、盖和机座凸台固定6、滚动轴承的拆装小结：1、轴承的功用及分类。2、滚动轴承的结构组成。3、滚动轴承的代号。4、滚动轴承类型的选择。5、滚动轴承的密封。6、滑动轴承的类型、结构、特点及润滑。7、轴瓦的结构。 5-3 键连接教学目的与要求：1、了解半圆键、花键、楔键连接的特点。2、理解键连接的功用及类型。3、掌握平键连接的特点及种类。教学重点与难点：平键连接的特点及种类教学手段与方式：讲授法、归纳法教学过程引入：键连接主要用来：（1）实现轴和轴上零件之间的固定：（2）传递动力。其结构简单，工作可靠，拆装方便，应用十分广泛。新课传授：一、平键连接 特点：靠平键的两侧面传递转矩，键的两侧面是工作面，对

11、中性好；键的上表面与轮毂上的键槽底面留有间隙，以便装配。1、普通平键平键是标准件，只需根据用途、轴径、轮毂长度选取键的类型和尺寸。 普通平键的规格采用b×L标记截面尺寸b×h根据轴径d由标准选定键长L根据轮毂长度按标准查取（比轮毂长度短510mm） 普通平键的标记：键型键宽×键长标准号 键16´100 GB/T 10962003 表示键宽为16mm，键长为100mm的A型普通平键。键B18´100 GB/T 10962003 表示键宽为18mm，键长为100mm的B型普通平键。键C18´100 GB/T 10962003 表示键宽为1

12、8mm，键长为100mm的C型普通平键。 2、导向平键特点：轮毂可在轴上沿轴向移动，比普通平键长，紧定螺钉固定在键槽中，键与轮毂槽采用间隙配合，键上设有起键螺孔。3、滑键特点：轮毂可在轴上沿轴向移动，滑键固定在轮毂上， 轮毂带动滑键作轴向移动，键长不受滑动距离限制。二、半圆键连接 工作面为键的两侧面，有较好的对中性； 可在轴上键槽中摆动以适应轮毂上键槽斜度；适用于锥形轴与轮毂的连接；键槽对轴的强度削弱较大，只适用于轻载连接三、花键连接花键连接由沿轴和轮毂孔周向均布的多个键齿相互啮合而成的连接。根据齿形不同可分为矩形花键和渐开线花键。 花键特点为：多齿承载，承载能力高；齿浅，对轴的强度削弱小；对

13、中性及导向性能好；加工需专用设备，成本高。四、楔键和切向键连接 1、楔键楔键与键槽的两个侧面不相接触，为非工作面。楔键连接能使轴上零件轴向固定，并能使零件承受单方向的轴向力。用于定心精度要求不高，荷载平稳和低速的场合。 2、切向键 由一对具有1:100斜度的楔键沿斜面拼合而成，上下两工作面互相平行，轴和轮毂上的键槽底面没有斜度。 小结：平键、半圆键、花键的特点、作用及应用场合；5-4 螺纹连接与螺旋传动教学目的与要求：1、了解螺纹的基本知识，螺纹的种类，特点和应用。2、掌握螺纹联接的基本类型和常用的螺纹连接件。3、掌握螺旋传动的应用形式。教学重点与难点：1、重点：螺纹、螺纹连接的基本类型及标准

14、连接件、螺纹连接的预紧和防松。2、难点：差动螺旋传动原理及计算。教学手段与方式：讲授法、归纳法教学过程引入：螺纹联接结构简单、装拆方便、类型多样，是机械结构中应用最广泛的联接方式。新课传授：一、螺纹的基本知识1、螺纹的形成（1）螺旋线螺旋线是沿着圆柱或圆锥表面运动的点的轨迹，该点的轴向位移和相应的角位移成定比。（2）螺纹螺纹是在圆柱或圆锥表面上，沿着螺旋线所形成的具有规定牙型的连续凸起。2、螺纹的主要参数螺纹的主要参数：(1)大径(d、D)螺纹的最大直径。对外螺纹是牙顶圆柱直径(d)，对内螺纹是牙底圆柱直径(D)。标准规定大径为螺纹的公称直径。(2)小径(d1、D1)螺纹的最小直径。对外螺纹是

15、牙底圆柱直径(d1)，对内螺纹是牙顶圆柱直径(D1)。(3)中径(d2、D2)处于大径和小径之间的一个假想圆柱直径，该圆柱的母线位于牙型上凸起(牙)和沟槽(牙间)宽度相等处。此假想圆柱称为中径圆柱。(4)螺距(P)在中径线上，相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)导程（Ph）同一螺旋线上，相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离。对单线螺纹，Ph =P；对于线数为n的多线螺纹，Snp。(6)牙形角（）在轴向截面内螺纹牙形两侧边的夹角。(7)升角（）在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角。(8)旋合长度 是指互相配合的内外螺纹沿螺纹轴线方向可以旋合在一起的部分长度。3、螺

16、纹的种类、特点和应用（1）按螺纹牙型的不同分类1）三角形螺纹：又称普通螺纹，牙型为三角形，分为粗牙和细牙两种，广泛用于各种紧固连接。粗牙的应用最广，细牙的使用于薄壁零件的连接和微调机构的调整。2）矩形螺纹：牙型为矩形，传动效率高，用于螺旋传动。但牙根强度低，精加工困难，还未标准化已逐渐被梯形螺纹代替3）梯形螺纹：牙型是梯形，牙根强度较高，易加工。广泛用于螺旋传动。4）锯齿型螺纹：牙型是锯齿形，牙根强度较高，用于单向螺旋传动。（2）按螺旋线方向分类及应用根据螺旋线方向不同，螺纹分为左旋螺纹和右旋螺纹。螺旋线方向的判别：方法一：右旋螺纹：顺时针旋入的螺纹（或右边高），应用广泛。左旋螺纹：逆时针旋入

17、的螺纹（或左边高）。方法二：用右手来判定：伸出右手，手心对着自己，四指与轴线平行，看螺纹的倾斜方向是否与大拇指的指向一致，一致就为右旋螺纹，不一致就为左旋螺纹。（3）按螺旋线的线数分类及其应用根据螺旋线的线数（头数），分为单线螺纹、双线螺纹和多线螺纹。单线螺纹：沿一条螺旋线所形成的螺纹，多用于螺纹连接。多线（双线）螺纹：沿两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线所形成的螺纹，多用于螺旋传动。（4）按螺旋线形成的表面分类根据螺旋线形成的表面，分为内螺纹和外螺纹。二、螺纹联接的基本类型和常用螺纹联接件1、螺纹联接的基本类型1）螺栓联接2）双头螺柱联接3）螺钉联接4）紧定螺钉联接2、常用部分螺纹联接件.

18、标准螺纹连接件：螺栓、双头螺柱、六角螺母、垫圈、螺钉、紧定螺钉等。三、螺纹连接的预紧与防松为了增强联接的可靠性、紧密性和坚固性，螺纹联接件在承受载荷之前需要拧紧，使其受到一定的预紧力作用。这种预加力的作用就叫做预紧。常用防松的方法：双螺母防松、弹簧垫圈防松、串联金属丝和开口螺母防松、止动垫圈防松、槽形螺母和开口销防松、粘接和冲点防松等。四、螺旋传动1.螺旋传动的特点和类型 螺旋传动由螺杆、螺母和机架组成。它是通过螺杆与螺母之间的相对运动，将旋转运动转变为直线运动，实现传递动力（运动）或调整（固定）零件之间的相对位置。根据螺旋副的摩擦性质，可分为滑动螺旋机构和滚动螺旋机构。根据螺旋机构所具有的螺

19、旋副的数目，滑动螺旋机构可分为单螺旋机构和双螺旋机构。 2.单螺旋机构 单螺旋机构是由螺杆与螺母组成的单个螺旋副，又称普通螺旋机构。 螺母固定，螺杆转动并作轴向移动。 螺杆固定，螺母转动并作直线运动。3.双螺旋机构双螺旋机构螺杆上有两段不同导程和的螺纹，分别与左右螺母组成两个螺旋副，其中右螺母兼作机架。当螺杆转动时，一方面对右螺母移动，同时又使不能转动的左螺母相对右螺母移动。按两螺旋副的旋向不同，双螺旋机构可分为差动螺旋机构和复式螺旋机构两种形式。 两螺旋副中的螺纹旋向相同的双螺旋机构称为差动螺旋机构，差动螺旋机构可动螺母相对机架移动的距离可按下式计算：（）式中，可动螺母相对机架移动的距离，；

20、左螺母的导程，；右螺母的导程，；螺杆转过的圈数。当和相差很小时，则移动量可以很小。利用这一特性，将差动螺旋应用于测微器、计算机、分度机以及许多精密切削机床、仪器和工具中。 两螺旋副中螺纹旋向相反时，该双螺旋机构称为复式螺旋机构。复式螺旋机构可动螺母相对机架移动的距离可按下式计算： （）式中，可动螺母相对机架移动的距离，； 左螺母的导程，； 右螺母的导程，； 螺杆转过的圈数。因为复式螺旋机构的移动距离与导程的和（）成正比，所以多用于需快速调整或移动两构件相对位置的场合。若要求两构件同步移动，只需使即可。4.滚动（珠）螺旋机构 滚珠螺旋传动主要由滚珠、螺杆、螺母及滚珠循环装置组成。其工作原理是：在

21、螺杆和螺母的螺纹道中，装有一定数量的滚珠（钢珠），当螺杆与螺母作相对螺旋运动时，滚珠在螺纹封闭循环滚道内滚动，实现螺杆与螺母间的滚动摩擦。滚珠螺旋传动具有滚动摩擦阻力很小、摩擦损失小、传动效率高、传动时运动稳定、动作灵敏等优点。但其结构复杂，外形尺寸较大，不能自锁，制造技术要求高，因此成本也较高。目前主要应用于精密传动的数控机床（滚珠丝杠传动）、自动控制装置、升降机构和精密测量仪器等。 小结：1、螺纹的主要参数是本节课的要点，特别是线数，旋向，大径，螺矩，升角与自锁性关系必须熟悉。2、螺纹种类中的普通公制螺纹的代号及管螺纹的代号应当掌握。3、螺栓连接的主要特点及应用场合应当熟悉。5-5 联轴器

22、、离合器、制动器教学目的与要求：1、了解联轴器离合器和制动器的功用、分类及特点。2、熟悉联轴器与离合器的区别，掌握几种常用的联轴器，离合器和制动器的结构及使用场合。教学重点与难点：1、重点：联轴器、离合器和制动器的功用及特点。2、难点：联轴器与离合器之间的区别。根据工作条件选用合适的联轴器、离合器或制动器。教学手段与方式：讲授法、归纳法教学过程引入：联轴器和离合器都是用来连接轴与轴（或轴与其他回转零件），以传递运动和转矩。联轴器只有在机器停止运动时，才能使两轴分离；离合器随时可将两轴分离。制动器是保证机器安全运转的重要组成部份，尤其是交通机械更显得特别重要。新课传授：一、联轴器将两根轴联接固定

23、起来的装置称之为联轴器1、联轴器的分类：刚性联轴器、挠性联轴器和安全联轴器。2、刚性联轴器：套筒式、凸缘式和夹壳式等。没有补偿轴线偏移的能力。3、挠性联轴器：1）无弹性元件的挠性联轴器：十字滑块联轴器、齿式联轴器、万向联轴器和链条联轴器。可补偿轴线偏移，不能减振。2）有弹性元件的挠性联轴器：弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器和轮胎式联轴器。即可补偿轴线偏移，又具有缓冲和减振的能力。4、安全联轴器5、齿轮联轴器二、离合器与联轴器相同之处是都是起到将两轴联接起来传递运动和扭矩，不同之处是在运动中，组成离合器的两半部份可以随时分开或随时合上。1、牙嵌式离合器2、摩擦离合器（a）单片式摩擦离合器 （b）

24、单片式摩擦离合器3、安全离合器三、制动器制动器的主要作用是降低机器的运转速度或迫使机器停止转动。制动器是保持机械安全、正常工作，控制机械速度的重要部件。1、锥形制动器2、带状制动器3、电磁制动器4、盘式制动器小结：1、了解联轴器的类型、特点以及使用；2、了解离合器的类型、特点以及使用。3、了解制动器的特点5-6 机械的润滑和密封教学目的与要求：1、了解润滑的作用及润滑剂的种类及性能和用途。2、熟悉常用润滑方式及装置和常用机械零件的润滑。3、了解几种常用的密封方法。教学重点与难点：1、重点：润滑方式的选择及轴承润滑剂与润滑方式的确定。2、难点：润滑方式的选择依据。教学手段与方式：讲授法、归纳法教

25、学过程新课传授：一、机械的润滑1、润滑剂的种类、性能及用途凡能起降低摩擦阻力作用的介质都可作为润滑剂。但为取得良好的吸附性和渗入能力，润滑剂应具有一定的粘性，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。常用的润滑剂是润滑油与润滑脂。2、润滑的方法及装置（）手工定时润滑靠手工定时加油、加脂，属于间歇润滑。所用的润滑装置结构简单，供油不可靠，用于轻载、低速和不重要部位。常用油杯的结构如图所示。 （）连续润滑 连续供油，供油比较可靠，有的还可以调节。常用的连续供油

26、方式有以下几种。  油绳油绳润滑是用毛线或棉纱作成芯捻，其一端浸在油内，利用毛细管的虹吸原理向供油部位供油。润滑装置结构简单，但油量不大，调节不便。用于载荷、速度不大的场合。 针阀式注油油杯润滑 当手柄位于水平位置时，针阀受弹簧推压向下堵住油孔。手柄转°变为直立位置时，针阀上提，油孔敞开供油。调整调节螺母可以调节滴油量。这种润滑装置可以手动，也可以自动，用于要求供油量一定、连续供油的场合。 油浴、溅油润滑齿轮减速器的大齿轮下部浸在油中，齿轮转动时将油带入啮合部位，进行润滑，这种润滑方式称为油浴润滑。齿轮转动时使润滑油飞溅到其他零件上进行润滑，称为溅油润滑。3、典型机械零件的

27、润滑（）滑动轴承的润滑 滑动轴承种类繁多，使用条件和重要程度相差很大，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。对于流体动力润滑轴承，润滑剂最重要的性质是粘度。粘度低则承载能力低，粘度高则功耗大，轴承温度高。当转速高、比压小时，可选粘度较低的润滑油；反之，当转速低、比压大时，应选粘度较高的润滑油。（）滚动轴承的润滑滚动轴承除了滚动体与座圈之间的滚动摩擦外，元件之间仍然存在滑动摩擦，例如滚动体与保持架之间的摩擦。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。二、密封装置为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。对密封的要求有： 密封性能好，无泄漏现象； 密封可以长时间的可靠工作； 摩擦小； 易加工。小结：1、无论是油还是脂润滑，其共同的目的都是减少零件之间的摩擦磨损，脂是油加入稠化剂而来的。油脂的品种很多，要根据温度和工作条件来选择。2、密封的装置要根据零件表面有相对运动和有无压力及大小来选择，方式应简单可行，便于维护和使用。5-7 弹簧教学目的与要求：1、了解弹簧的功用、类型及常用弹簧材料。2、熟悉弹簧在机器