第十二章 汽车常用零部件 12. 1轴 12. 2轴承 12. 3联轴器及离合器 12. 4其他常用零部件
12. 1轴 轴是机械中的重要零件，其功用主要是承受转矩与弯矩，支撑其他回转件，如齿轮、带轮等，并传递运动和动力。本节主要介绍轴的分类、结构、材料等。 12.1.1轴的分类 轴一般根据其承受的载荷和结构形状来分类。 根据所受载荷的不同，轴可分为心轴、传动轴和转轴三种。 (1)心轴。只承受弯矩作用的轴称为心轴，如图12-1所示。心轴可以是转动的，如图12-1(a)所示为火车的轮轴;也可以是固定的，如 图12-1(b)所示为自行车的前轮轴。 (2)传动轴。只传递转矩的轴称为传动轴，如图12-2所示连接汽车变速器与后桥的轴。 下一页 返回
12. 1轴 (3)车令轴。既承受弯矩又传递转矩的轴称为转轴。转轴是机械中最常见的轴，如齿轮减速箱的轴均是转轴，如图12-3所示。 按照轴的结构形状不同，可划分为直轴(如图12-4所示)和曲轴(如 图12-5(a)所示)、光轴和阶梯轴、空心轴和实心轴、刚性轴和挠性轴。曲轴多用于往复式机械中，如汽车发动机等;挠性轴可将转动灵活地传递到所需要的任何位置;阶梯轴广泛应用于汽车变速器等各种机械设备中。 上一页 下一页 返回
12. 1轴 12.1.2轴的结构特征 轴一般由轴头、轴身和轴颈三部分组成。轴上与传动零件或联轴器、离合器相配的部分，称为轴头;与轴承相配的部分，称为轴颈;连接轴头和轴颈的其余部分称为轴身。 轴的结构形状和尺寸受到很多因素的影响，如轴上载荷的大小、分布及性质，轴上零件的数目、类型、布置及固定方式，轴的加工和装配方法等。因此，在进行轴的设计时要根据具体的工作情况，综合考虑各种影响因素，不存在一个固定形式，而是随着工作条件与要求的不同而不同。轴的结构一般应主要考虑以下三方面问题。 上一页 下一页 返回
12. 1轴 1.轴上零件的固定 为实现轴的功能，必须保证轴上零件有准确的工作位置，要求轴上零件沿周向和轴向固定。 1)周向定位和固定 周向定位和固定是指将轴上的零件在圆周方向进行定位和固定。零件的周向固定可采用键、花键、成形、销、弹性环以及过盈配合等连接，见表12-1。 2)轴向定位和固定 轴向定位和固定是指将轴上的零件沿轴线方向进行定位和固定。常见的轴向固定方法及特点与应用见表12-2。其中轴肩、轴环、套筒、轴端挡圈及圆螺母应用更为广泛。 上一页 下一页 返回
12. 1轴 2．良好的结构工艺性 在进行轴的结构设计时，应尽可能使轴的形状简单，并且具有良好的加工下艺性能和装配工艺性能。 1)加工工艺性 轴的直径变化应尽可能少，应尽量限制轴的最大直径与各轴段的直径差，这样既能节省材料，又可减少切削量。 轴上有磨削与切螺纹处，要留砂轮越程槽和螺纹退刀槽(如图12-6所示)，以保证加工的完整和方便。 轴上有多个键槽时，应将键槽布置在同一母线上，以免加工键槽时多次装夹，从而提高生产效率。 上一页 下一页 返回
12. 1轴 如有可能，应使轴上各过渡圆角、倒角、键槽、越程槽、退刀槽及中心孔等尺寸分别相同，并符合标准和规定，以利于加工和检验。 轴上配合轴段直径应取标准值(GB/T 2822-2005);与滚动轴承配合的轴段直径应按滚动轴承内径尺寸选取;轴上的螺纹部分直径应符合螺纹标准等。 2)装配工艺性 为了便于轴上零件的装配，常采用直径从两端向中间逐渐增大的阶梯轴，使轴上零件通过轴的轴段直径小于轴上零件的孔径。轴上的各阶梯，除轴上零件轴向固定的可按表12-3确定轴肩高度外，其余仅为便于安装而设置的轴肩，轴有高度可取0. 5~3mm。 上一页 下一页 返回
12. 1轴 轴端应倒角，并去掉毛刺，以便于装配。 固定滚动轴承的轴肩高度应符合轴承的安装尺寸要求，以便于轴承的拆卸。 3.提高轴的疲劳强度 轴通常在变应力下工作，多数轴因疲劳而失效，因此设计轴时，应设法提高其疲劳强度。常采取的措施有以下两种。 1)改进轴的结构形状 轴的破坏大多是因为疲劳破坏。提高轴的抗疲劳破坏强度的关键是减少应力集中，尽量使轴径变化处过渡平缓，并采用较大的过渡圆角。如相配合零件内孔倒角或圆角很小时，可采用凹切圆角(如图12-7(a)所示)或过渡肩环(如图12-7(b)所示)。 上一页 下一页 返回
12. 1轴 键槽端部与阶梯处距离不宜过小，以避免损伤过渡圆角及减少多种应力集中源重合的机会。键槽根部圆角半径越小，应力集中越严重。因此在重要轴的零件图上应注明其大小。避免在轴上打印及留下一些不必要的痕迹，因为它们可能成为初始疲劳裂纹源。 2)改善轴的表面质量 提高轴的表面质量可通过提高轴的表面精度、进行热处理或表面强化处理来实现。采用滚压、喷丸或渗碳、氰化、氮化、高频淬火等表面强化处理方法，可以大大提高轴的承载能力。 上一页 下一页 返回
12. 1轴 12.1.3轴的材料 轴的常用材料是碳素钢及合金钢，有时也用球墨铸铁。 1.碳素钢 优质中碳钢35~50钢因具有较高的综合机械性能，常用于比较重要或承载较大的轴，其中45钢的应用范围最广。对于这类材料，可通过调质或正火等热处理方法改善和提高其机械性能。普通碳素钢Q235, Q275等可用于不重要或承载较小的轴。 2.合金钢 合金钢具有较高的综合力学性能和较好的热处理性能，常用于重要、承载质量很大而尺寸受限或有较高耐磨性、防腐性要求的轴。 上一页 下一页 返回
12. 1轴 例如，采用滑动轴承的高速轴，常用20Cr, 20CrMnTi等低碳合金钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性;汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的高温机械性能，常采用27Cr2MolV, 38CrMoAlA等合金结构钢。值得注意的是:钢材的种类和热处理对其弹性模量影响甚小，因此如欲采用合金钢代替碳素钢或通过热处理来提高轴的刚度，收效甚微。此外，合金钢对应力集中敏感性较强，且价格较高。 上一页 下一页 返回
12. 1轴 3. 球墨铸铁 球墨铸铁适于制造成形轴(如曲轴、凸轮轴等)，具有价廉、强度较高、良好的耐磨性、吸振性和易切性以及对应力集中的敏感性较低等优点。但铸铁件品质不易控制，可靠性差。钢轴毛坯多是轧制圆钢或锻件。轴的常用材料及其主要机械性能见表12-3。 上一页 返回
12. 2轴承 12.2.1滚动轴承 滚动轴承是依靠滚动体与轴承座圈之间的滚动接触来工作的轴承，用于支撑旋转零件或摆动零件。它广泛应用于各种机械设备中，如汽车变速器、分动器等，全部采用滚动轴承。滚动轴承的尺寸已标准化，并由专门的轴承厂成批量生产。所谓滚动轴承的设计，只是根据具体的载荷、转速、旋转精度和工作条件等方面的要求，正确地选择轴承的类型和型号(尺寸)及进行轴承的组合设计。 1.滚动轴承的结构 滚动轴承一般由外圈1、内圈2、滚动体3和保持架4组成，如 图12-8所示。通常内圈紧套在轴颈上，随轴一起转动;外圈固定在机座或零件的轴承孔内，起支撑作用。 下一页 返回
12. 2轴承 内、外圈上加工有滚道。工作时，滚动体在内、外圈滚道上滚动，形成滚动摩擦。保持架使滚动体均匀地相互隔开，以避免滚动体之间的摩擦和磨损。滚动体是滚动轴承的核心元件，其形状如图12-9所示，有球形滚动体，短圆柱、圆锥、鼓形滚子及滚针等。 滚动体和内、外圈间是点或线接触，表面接触应力大，故滚动体和内、外圈的材料选用强度高、耐磨性和冲击韧性好的铬锰高碳钢制造，如GCr15 ,GCr15 SiMn等，热处理后的硬度应不低于61~65 HRC，工作表面要求磨削抛光。保持架多用低碳钢板冲压制成，也可用有色金属合金或塑料制成。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 2.滚动轴承的主要类型及其特征 滚动轴承类型较多，可以适应各种机械装置的多种要求。滚动轴承按滚动体的形状可分为球轴承和滚子轴承。球形滚动体与内、外圈是点接触，滚子滚动体与内、外圈是线接触。在相同条件下，球轴承制造方便、价格低、运转时摩擦损耗少，但承载能力和抗冲击能力不如滚子轴承。 按轴承所承受载荷的方向或公称接触角的不同，滚动轴承可分为向心轴承和推力轴承。轴承公称接触角是指滚动轴承的滚动体与外圈滚道接触点的法线和轴承径向平面的夹角a，如图12-10所示。a越大，滚动轴承承受轴向载荷的能力也越大。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 向心轴承主要用于承受径向载荷，0°≤a≤45°。向心轴承分为:径向接触轴承，a =0°，如图12-10(a)所示;向心角接触轴承，0°<a≤45°，如图12-10(c)所示。推力轴承主要用于承受轴向载荷，45°<a≤90°，如图12-10(b)所示。推力轴承又可分为轴向接触轴承，a =90°;推力角接触轴承，45°<a <90°。 按滚动体的列数，滚动轴承分为单列、双列及多列。 根据国标GB/T 272-1993《滚动轴承代号方法》规定，滚动轴承按轴承所承受的载荷方向及结构的不同进行分类，常用滚动轴承的类型及特性见表12-4。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 3.滚动轴承的代号 滚动轴承的类型很多，每一类型的轴承中，在结构、尺寸、精度和技术要求等方面又各不相同，为了便于组织生产和合理选用，国标GB/T 272-1993规定滚动轴承的代号用字母和数字表示，并由前置代号、基本代号和后置代号构成。滚动轴承代号的构成见表12-5。 1)基本代号 基本代号用来表示轴承的类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。基本代号由类型代号、尺寸系列代号和内径代号组成。类型代号用数字或拉丁字母表示，后两者用数字表示。 (1)类型代号。滚动轴承的常用类型代号参见表12-4。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 (2)尺寸系列代号。尺寸系列代号由宽度系列代号和直径系列代号组成，宽度系列是指内外径相同的轴承有几个不同的宽度;直径系列是指内径相同的轴承有几个不同的外径，宽度系列代号、直径系列代号及组合成的尺寸系列代号都用数字表示。常用的向心轴承和推力轴承的尺寸系列代号见表12-6。 (3)内径代号。内径代号表示轴承的内径尺寸，用数字表示，表示方法见表12-7。 2)前置代号和后置代号 前置代号和后置代号是轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有改变时，在其基本代号的前、后增加的补充代号，其排列顺序见 表12-5。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 (1)前置代号。前置代号是表示成套轴承的分部件，用字母表示。 (2)后置代号。用字母(或字母加数字)表示，共有8组(见表12-5)。 内部结构代号表示轴承内部结构变化。常用代号含义见表12-8。 公差等级代号有/P0,/P6 , /P6X , /PS , /P4 , /P2等6个代号，分别表示标准规定的0, 6, 6x, 5, 4,2等级的公差等级;0级精度最低，2级精度最高;0级可以省略不写。例如，6203(公差等级为0级)，6203/P6(公差等级为6级)。 4.滚动轴承的失效形式 滚动轴承的失效形式主要有三种:疲劳点蚀、塑性变形和磨损。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 1)疲劳点蚀 滚动轴承工作时，在滚动体、内圈外圈的接触表面将产生接触应力。由于它们之间的相对运动及受力周期性变化，如图12-11所示，使得其表面受脉动循环接触应力作用。当接触应力超过材料的极限应力时，滚动体、内圈或外圈的表面将发生疲劳点蚀。这使轴承运转时产生振动、噪声，温度升高，最后导致不能正常工作。 2)塑性变形 在重载或冲击载荷的作用下，可能使滚动体和套圈滚道表面接触处的局部应力超过材料的屈服强度，产生永久性凹坑，出现振动、噪声，破坏轴承的正常工作。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 3)磨损 在润滑不良、密封不当的情况下，粉尘、杂质进入轴承中，造成磨粒磨损而使轴承失效。此外，由于安装、维护、使用不当，特别是在高速、重载条件下工作的轴承，由于摩擦产生高温而使轴承产生胶合、卡死现象，或由于离心力过大而使保持架破坏，使轴承不能正常工作或使用寿命缩短。 综上所述，对于制造良好、安装维护使用正常的轴承，最常见的失效形式是疲劳点蚀和塑性变形，应针对疲劳点蚀进行接触疲劳承载能力计算和针对塑性变形进行静强度计算。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 12.2.2滑动轴承 在滑动摩擦下运转的轴承称为滑动轴承。滑动轴承主要应用于高速、重载、要求剖分结构等场合中，如汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机等设备的主轴承都采用滑动轴承;此外，在低速重载、冲击载荷较大的一般机械中，如冲压机械、农业机械和起重设备也广泛采用滑动轴承。 1.滑动轴承的结构及分类 滑动轴承按所受载荷的方向分为径向滑动轴承(如图12-12(a)所示)和推力滑动轴承(如图12-12(b)所示)。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 1)径向滑动轴承 对于常用的径向滑动轴承，我国已制定了有关标准，通常可根据工作条件选用。径向滑动轴承的主要结构形式有整体式和剖分式两大类。 (1)整体式径向滑动轴承。如图12-13所示为整体式轴承(JB/T 2560-1991)，由轴承座1和轴瓦(轴套)2等组成。轴承座1和轴瓦2采用较紧的配合，一般为H8/s7。轴承座用螺栓与机座连接，顶部设有安装注油杯的螺纹孔，轴套上开有油槽。这种轴承构造简单、成本低，但磨损后无法修整，且装拆不方便，轴颈只能从端部装人。因此，粗重的轴和具有中间轴颈(如内燃机曲轴)的轴就不便或无法安装。所以，整体式轴承常用于低速、轻载的间歇工作机械中，如手动机械、农业机械等。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 (2)剖分式径向滑动轴承。如图12-14所示，剖分式轴承由轴承座1、轴承盖2、剖分轴瓦3和双头螺柱4等组成。根据所受载荷的方向，剖分面应尽量取在垂直于载荷的直径平面内，通常为180°剖分。当剖分面为水平面时，轴承称为对开式正滑动轴承(如图12-14所示)，当剖分面与水平面成一定角度时，轴承称为对开式斜滑动轴承(如 图12-15所示)。为防止轴承盖和轴承座横向错位并便于装配时对中，轴承盖和轴承座的剖分面均制成阶梯状。剖分式滑动轴承在拆装轴时，轴颈不需要轴向移动，拆装方便。适当增减轴瓦剖分面间的调整垫片，可调节轴颈与轴承间的间隙。间隙调整后修刮轴瓦。图12-15中给出的35°角为允许载荷方向偏转的范围。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 2)推力滑动轴承 推力滑动轴承用来承受轴向载荷。最简单的结构形式如图12-16(a)所示。轴颈端面与止推轴瓦组成摩擦副。由于工作面上相对滑动速度不等，越靠近中心处，相对滑动速度越小，摩擦越轻;越靠近边缘处，相对滑动速度越大，摩擦越重，会造成工作面上压强分布不均。有时设计成如图12-16(b)所示的空心轴颈。为避免工作面上压强严重不均，通常采用环状端面(如图12-16(c)所示)。当载荷较大时，可采用多环轴颈，如图12-16(d)所示，这种结构的轴承能承受双向载荷。推力环数目不宜过多，一般为2~5个，否则载荷分布不均现象更为严重。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 上述结构形式的推力轴承由于轴颈端面与止推轴瓦之间为平行平面的相对滑动，不易形成流体动力润滑，故轴承通常处在边界润滑状态下工作。多用于低速、轻载机械。 2.轴瓦结构 轴瓦是滑动轴承的主要零件，设计轴承时，除了选择合适的轴瓦材料以外，还应该合理地设计轴瓦结构，否则会影响滑动轴承的工作性能。当采用贵重金属轴承材料作轴瓦时，为了节省贵重材料和增加强度，常在轴瓦基体(钢或铜)内表面上浇铸一层轴承合金作为轴承衬，基体叫瓦背。瓦背强度高，轴承衬减磨性好，两者结合起来构成效果满意的轴瓦。轴承衬应可靠地贴合在轴瓦基体表面上，为此可采用如图12-17所示的结合形式(图中下面部分为轴承衬)。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 轴瓦在轴承座中应固定可靠，轴瓦形状和结构尺寸应保证润滑良好，散热容易，并有一定的强度和刚度，装拆方便。因此设计轴瓦时，不同的工作条件采用不同的结构形式。整体式轴瓦如图12-18所示。图12-18(a)为无油沟的轴瓦，图12-18(b)为有油沟的轴瓦。轴瓦和轴承座一般采用过盈配合。为连接可靠，可在配合表面的端部用紧固螺钉固定，如图12-18(c)所示。 剖分式轴瓦如图12-19(a)所示。轴瓦两端的凸缘用来实现轴向定位。周向定位采用定位销(如图12-19(b)所示)，也可以根据轴瓦厚度采用其他定位方法。在剖分面上开有轴向油沟，轴瓦厚度为b，轴颈直径为d，一般取b/d >0. 05。轴承衬厚度通常由十分之几毫米到6毫米，直径大的取大值。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 为了摩擦表面间加注润滑剂，在轴承上方开设注油孔，压力供油时油孔也可以开在两侧。为了向摩擦表面输送和分布润滑剂，在轴瓦内表面开有油沟。图12-20和图12-21分别表示整体轴瓦和剖分轴瓦内表面上的油沟。从图中可以看出，油沟有轴向的、周向的和斜向的，也可以设计成其他形式的油沟。设计油沟时必须注意以下问题:轴向油沟不得在轴承的全长上开通，以免润滑剂流失过多，油沟长度一般为轴承长度的80%;液体摩擦轴承的油沟应开在非承载区，周向油沟应开在轴承的两端，以免影响轴承的承载能力。 3. 滑动轴承的失效形式及材料 1)主要失效形式 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 滑动轴承的失效通常由多种原因引起，失效形式也有多种，有时几种失效形式并存，相互影响。所以，很难把各种失效形式截然分开。最常见的失效形式是轴瓦磨损、胶合(烧瓦)、疲劳破坏和由于制造工艺原因而引起的轴承衬脱落。其中，最主要的是轴瓦磨损和胶合。 2)轴承材料的性能要求 滑动轴承中，轴承座和盖通常选用铸铁制造。所以，轴承材料主要是指轴瓦和轴承衬材料。根据轴承的主要失效形式，对轴承材料的主要要求如下。 (1)良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性。 (2)良好的跑合性、顺应性、嵌藏性和塑性。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 (3)足够的抗压强度和疲劳强度。 (4)良好的导热性、加工工艺性，热膨胀系数低，耐腐蚀等。 应该指出的是，上述轴承材料的性能有些彼此有联系，有些则相互矛盾;任何一种材料很难全面满足这些要求。因此，选用轴承材料时应根据轴承的具体工作条件，有侧重地选用较合适的材料。 3)常用轴承材料 常用轴承材料有轴承合金、青铜、铸铁、多孔质金属材料及非金属材料。 (1)轴承合金(可称巴氏合金)。轴承合金有锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两类。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 它们各以较软的锡或铅作基体，悬浮锑锡及铜锡硬晶粒，软基体具有良好的跑合性、顺应性和嵌藏性，硬晶粒则起耐磨作用。轴承合金由于其特有的金属组织，具备了作轴承材料的优良睦质，并且易浇铸;但由于其机械强度较低、价格高，故通常作为轴承衬材料，浇铸在青铜、钢或铸铁轴瓦上，如图12-15所示。 锡基轴承合金的热膨胀系数低、摩擦因数小、耐腐蚀、易跑合、抗胶合能力强，常用于高速、重载机械。铅基轴承合金较脆，不宜承受较大载荷，常用于中速、中载机械。 (2)青铜。在一般机械中，有50%的滑动轴承采用青铜材料。青铜主要有锡青铜、铅青铜和铝青铜等。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 锡青铜和铅青铜既有较好的减摩性和耐磨性，又有足够的强度，且熔点高，但跑合性较差，故适用于重载、中速机械。 铝青铜的强度和硬度都较高，但抗胶合能力差，适用于重载、低速机械。 (3)铸铁。常用的铸铁材料有灰铸铁和减磨铸铁。由于铸铁材料塑性差，跑合性差，故只在低速、轻载或不重要的场合采用。 (4)其他材料。除上述常用的三种金属材料外，轴承材料还可采用多孔质金属材料和非金属材料。 用多孔质金属材料制成的轴承，又称含油轴承。由于这种材料具有多孔组织，轴承在工作前经润滑油浸泡，其材料孔隙中吸存了润滑油。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 工作时，由于轴颈转动的抽吸作用及热膨胀作用，使孔隙中储存的润滑油流出而润滑轴承。含油轴承在一定的使用期限内不必加油，可自行润滑。 这种轴承主要用于轻载、低速和不易注油的场合。 非金属轴承材料中应用最多的是各种塑料、尼龙和夹布胶木等。塑料材料具有摩擦因数低、抗压强度高、耐磨性好等优点，但导热能力差，易变形。因此，在使用中应注意冷却。 4.滑动轴承的润滑 润滑的目的是减少摩擦，降低磨损，同时还有散热冷却、缓冲吸振、密封和防锈等作用。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 1)润滑剂及其选用 润滑剂主要有固体润滑剂、润滑脂、液体润滑剂和气体润滑剂四种，其中最常用的是液体润滑剂(润滑油)和润滑脂。 (1)润滑油及选用。润滑油是滑动轴承中应用范围最广的一种润滑剂。最常用的润滑油是矿物油，对于特殊工况还可以采用合成油。润滑油最主要的物理性能指标是钻度。它反映了润滑油流动时内摩擦阻力的大小。钻度越大，内摩擦阻力越大，流动性越差，承载后润滑油不易流失，有利于形成压力油膜。钻度的表示方法很多，主要有动力钻度、运动钻度和相对钻度。 工业上常用运动钻度标定润滑油的钻度。根据国标，润滑油产品油牌号一般按40℃时的运动钻度平均值(单位为mm^2/s)划分。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 例如L-FC46润滑油表示在40℃时，其运动钻度平均值为46 mm^2/s。 润滑油的选用一般主要指润滑油钻度的选择。选择钻度时，主要考虑轴承压强、滑动速度、工作温度、摩擦表面状况及润滑方式等条件。一般原则是: ①在压强大或有冲击、变载荷等工作条件下，应选用钻度较大的油。 ②滑动速度高时，应选用钻度低的油。 ③轴承散热条件差，工作温度高，应选用钻度较大的油。 ④摩擦表面粗糙或未经跑合，应选用钻度较大的油。 润滑油的选用可参考表12-9。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 (2)润滑脂及选用。润滑脂是由润滑油(主要是矿物油)和各种增稠剂(如钙、钠、锉等金属皂)混合制成，属于半固体润滑剂。最常用的润滑脂有钙基润滑脂(钙脂)、钠基润滑脂(钠脂)和锉基润滑脂(锉脂)。润滑脂的主要性能指标是锥入度、滴点和耐水性。 锥入度是表征润滑脂钻稠程度的指标，锥入度越小，润滑脂越稠;反之，流动性越好。润滑脂稠度大，不易流失，但摩擦功耗大，不宜在温度变化大或高速运转条件下使用，一般在轴承相对滑动速度低于1~2 m /s时或不便注油的场合使用。 润滑脂的选择主要根据轴承的工作温度、压强和速度进行选择，可参考表12-10。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 2)润滑方法和润滑装置 为保证轴承良好的润滑状态，除合理选择润滑剂外，合理选择润滑方法和润滑装置也是十分重要的。常用的润滑方法和润滑装置包括以下几方面。 (1)油润滑。油润滑的润滑方法有间歇供油润滑和连续供油润滑两种。 间歇供油润滑有手工油壶注油和油杯注油供油。这种润滑方法只适用于低速不重要的轴承或间歇工作的轴承。 对于重要轴承，必须采用连续供油润滑。连续供油润滑方法及装置主要有以下4种。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 ①油杯滴油润滑。图12-22、图12-23分别为针阀油杯和芯捻油杯。针阀油杯可调节油滴速度，以改变供油量，在轴承停止工作时，可通过油杯上部手柄关闭油杯，停止供油。芯捻油杯利用毛细管作用将油引到轴承工作表面上，这种方法不易调节供油量。 ②浸油润滑。将部分轴承直接浸人油池中润滑，如图12-24所示。 ③飞溅润滑。飞溅润滑主要用于润滑如减速器、内燃机等机械中的轴承。通常直接利用传动齿轮或甩油环(如图12-25所示)将油池中的润滑油溅到轴承上或箱壁上，再经油沟导人轴承工作面以润滑轴承。采用传动齿轮溅油来润滑轴承，齿轮圆周速度v≥2 m /s;采用甩油环溅油来润滑轴承，适用于转速为500~3 000 r/min的水平轴上的轴承，转速太低，油环不能把油溅起，而转速太高，油环上的油会被甩掉。 上一页 下一页 返回
12. 2轴承 ④压力循环润滑。如图12-26所示，压力循环润滑是一种强制润滑方法。润滑油泵将一定压力的油经油路导人轴承，润滑油经轴承两端流回油池，构成循环润滑。这种供油方法供油量充足，润滑可靠，并有冷却和冲洗轴承的作用。但润滑装置结构复杂、费用较高。常用于重载、高速或载荷变化较大的轴承中。 (2)脂润滑。润滑脂只能间歇供给。常用润滑装置为如图12-27所示的旋盖油杯和图12-28所示的压注油杯。旋盖油杯靠旋紧杯盖将杯内润滑脂压人轴承工作面;压注油杯靠油枪压注润滑脂至轴承工作面。 上一页 返回
12. 3联轴器及离合器 12.3.1联轴器 1.联轴器的功用 联轴器主要用于轴与轴之间的连接并使它们一同旋转，以传递转矩和运动的一种机械传动装置。若要使两轴分离，必须通过停车拆卸才能实现。 如图12-29所示，联轴器所要连接的轴之间，由于存在制造、安装误差，受载、受热后的变形以及传动过程中会产生振动等因素，往往存在着轴向、径向或偏角等相对位置的偏移。因此，联轴器除了传动外，还要有一定的位置补偿和吸振缓冲的功用。 2.联轴器类型 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 根据各种位移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。在挠性联轴器中，又以是否存在弹性元件来区别，中间连接件是弹性元件的联轴器称为弹性联轴器。 1)刚性联轴器 (1)套筒联轴器。套筒联轴器如图12-30所示，其材料通常用45钢，适于轴径小于60~70mm的对中性较好的场合。其径向尺寸小、结构简单，可根据不同轴径自行设计制造，在仪器中应用较广。 (2)凸缘联轴器。凸缘联轴器由两个带凸缘的半联轴器组成，半联轴器分别由键与两轴连接，然后两个半联轴器用螺栓连接。对中方式有图12-31所示的两种。凸缘联轴器结构简单、传递转矩大，传力可靠、对中性好、装拆方便、应用广泛，应按标准选用。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 但它不具有位移补偿功能。 2)挠性联轴器 (1)无弹性元件的挠性联轴器。无弹性元件的挠性联轴器是利用其组成元件间构成的动连接具有某一方向或几个方向的活动来补偿两轴相对位移的。因无弹性元件，这类联轴器不能缓冲减振。主要类型有齿式联轴器、十字滑块联轴器。 齿式联轴器是允许综合位移刚性联轴器中具有代表性的一种联轴器。图12-32(a), (b)分别为齿式联轴器的结构和位移补偿示意图。由两个带有内齿及凸缘外套筒和两个带有外齿的内套筒组成。两个外套筒用螺栓连接，两个内套筒用键与两轴连接，内、外齿相互啮合传递转矩。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 由于内、外齿啮合时具有较大的顶隙和侧隙，因此这种联轴器具有径向、轴向和角度位移补偿的功能。由于内、外齿廓均为渐开线，故制造和安装精度要求较高，成本高。但由于传递载荷能力与位移补偿能力强，所以在汽车、重型机械中广泛应用。 十字滑块联轴器如图12-33所示，由两个具有径向通槽的半联轴器和一个具有相互垂直凸桦的十字滑块组成。由于滑块的凸桦能在半联轴器的凹槽中移动，故补偿了两轴间的位移。为了减少滑动引起的摩擦，要予以一定的润滑并对工作表面进行热处理以提高硬度。 十字滑块联轴器常用45钢制造，要求较低时也可以采用Q275，此时不需热处理。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 在无弹性元件的挠性联轴器中还有万向联轴器，简称为万向节。它是汽车传动系中重要而且常用的传动装置，在后面内容中介绍。 (2)有弹性元件的挠性联轴器。有弹性元件的挠性联轴器是靠弹性元件的弹性变形来补偿两轴轴线的相对偏移，而且可以缓冲减振。常用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。 弹性套柱销联轴器的构造与凸缘联轴器类似，不同之处是用有弹性的柱销代替刚性的螺栓。图12-34中的弹性套常用耐油橡胶制造，作为缓冲吸振元件。柱销材料为45钢，半联轴器的材料用铸铁或铸钢。其与轴的配合可以采用圆柱或圆锥配合孔。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 弹性套柱销联轴器结构简单，制造容易，装拆方便，成本较低，适用于转矩小、转速高、频繁正反转、需要缓和冲击振动的地方。 弹性柱销联轴器的构造也与凸缘联轴器的构造相仿。图12-35所示为弹性的柱销将两个半联轴器连接起来。为防止柱销脱落，采用了挡板。柱销多用尼龙或酚醛布棒等弹性材料制造。 弹性柱销联轴器虽然与上述的弹性套柱销联轴器十分相似，但其载荷传递能力更大、结构更为简单，使用寿命及缓冲吸振能力更强。但由于柱销材料的缘故，它的工作温度受到限制。 12.3.2万向节 万向节是汽车万向传动装置中实现变角度传动的一种联轴器。它可以分为刚性万向节和挠性万向节。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 刚性万向节又可分为不等速万向节(十字轴式)、准等速万向节(双联式、三销轴式等)和等速万向节(球笼式、球叉式等)。下面介绍汽车中最常见的不等速万向节。 1.十字轴式万向节结构 十字轴式刚性万向节在汽车传动系中应用最为广泛，它允许相邻两轴的最大夹角为15°~20°。它一般由一个十字轴、两个万向节叉和四个滚针轴承等机件组成。 图12-36所示为解放CA1091型汽车上使用的十字轴式刚性万向节。万向节叉7与前传动轴后端凸缘盘用四个螺栓连接。两个万向节的两对孔通过四个滚针轴承(由滚针4和套筒5组成)分别与十字轴9的两对轴颈相铰接。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 这样，当主动轴转动时，从动轴即可随之转动。为了润滑轴承，十字轴的轴颈上套着装在金座圈内的毛毡油封3，以防止润滑油流失或灰尘进入轴承。 2.十字轴式万向节工作特点 刚性万向节结构简单，传动效率较高。但其不足之处是对于单个万向节而言，在输入轴和输出轴之间有夹角的情况下，其两轴的角速度不相等，这就是单个万向节的不等速性，如图12-37所示。 如图12-37(a)所示，当主动叉在垂直位置，十字轴平面与主动轴相垂直时，十字轴上A点的瞬时圆周速度vA为 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 vA=w1r=w2r cos a 所以 w1= w2 cos a 式中，w1是主动叉角速度;w2是从动叉角速度;r是十字轴旋转半径(r= OA= OB) ;a是两轴偏转角。 此时w2>w1，即从动轴的转速大于主动轴的转速。 如图12-37(b)所示，当主动叉转到水平位置，十字轴平面与从动轴相垂直时，十字轴上B点的瞬时圆周速度vB为 vB=w1 r cos a=w2 r 所以 w2=w1 cos a 此时w1>w2，即从动轴的转速小于主动轴的转速。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 由上面两个位置的角速度分析可见，若主动叉从0°开始以w1匀速转动时，从动叉角速度w2的变化则由快到慢;当主动叉转过90°后，从动叉w2又由慢变快。即主动叉每转过半圈，从动叉的角速度变化一个周期。由前述转角关系可以看出，当主动叉每转过90°时，从动叉刚好转过相同的角度。当只从0°转到90°时，从动轴转角相对于主动轴转角是超前的，即ψ2>ψ1且两角差在ψ1=45°时达到最大，随后开始减小。当ψ1从90°到180°时，从动轴转角是滞后的，即ψ2< ψ1且两角差在ψ1=135°时达到最大值。后半圈与前半圈情况相同。 一般，两轴偏转角a越大，转角差ψ1-ψ2也越大，即万向节传动的不等速性越严重。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 单个十字轴式万向节传动的不等速性，将使从动轴及与其相连的传动部件产生严重的扭转振动，从而产生附加的交变载荷，影响部件寿命。因此，当两轴间有较大偏转角时，单个十字轴万向节不宜采用。在汽车上，万向传动装置往往采用双十字轴万向节来实现等速传动，但必须满足如下两个条件，如图12-38所示。 (1)第一万向节两轴偏转角a1与第二万向节两轴偏转角a2相等，即a1= a2。 (2)传动轴两端的两个万向节叉(即第一万向节的从动叉与第二万向节的主动叉)在同一平面内。 在上述两个条件中，条件(2)完全可以由传动轴和万向节叉的正确装配来保证，而条件(1)只有通过机械的总体布置设计和装配工艺来实现。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 12.3.3离合器 1.离合器的功用 离合器主要用于轴与轴之间在机器运转过程中的分离与接合。在汽车传动系中，离合器直接与发动机相连。由于内燃机只能在无载荷的情况下启动，所以在汽车起步前必须先将发动机与驱动轮之间的传动路线切断;另外，汽车在换挡和制动前也需要切断动力传递。为此，在发动机与变速器之间设有离合器。由于离合器是在不停车的状况下进行两轴的接合与分离，因而离合器应保证离合迅速、平稳、可靠，操纵方便，耐磨且散热好。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 2.离合器的类型 离合器按其工作原理可分为啮合式离合器和摩擦式离合器。啮合式离合器依靠齿的嵌合来传递转矩和运动。摩擦式离合器则依靠工作表面间的摩擦力来传递转矩和运动。离合器按其离合方式，又可分为操纵式离合器和自动离合器。离合器的操纵方式可以是机械的、液力的和电磁的等。自动离合器不需要外力操纵即可根据一定的条件自动分离或接合。 1)牙嵌离合器 牙嵌离合器主要由端面带齿的两个半离合器组成，通过齿面接触来传递转矩。如图12-39所示，半离合器1固定在主动轴上，可动的半离合器2装在从动轴上，操纵滑块4可使它沿着导向平键3移动，以实现离合器的接合与分离，5为对中环。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 牙嵌离合器结构简单、尺寸小、工作时无滑动，因此应用广泛。但它只宜在两轴不回转或转速差很小时进行离合，否则会因撞击而断齿。 2)摩擦离合器 (1)单片摩擦式离合器。 如图12-40所示，单片摩擦离合器主要是利用两圆盘3和4的压紧或松开，使摩擦力产生或消失，以实现两轴的接合或分离。 操纵拨叉使移动滑环5和从动盘4左移。以压力F将其压在主动盘3上，从而使两圆盘接合;反向操纵拨叉，使从动盘4右移，则使两圆盘分离。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 单片摩擦式离合器结构简单，但径向尺寸大，而且只能传递不大的转矩。它常用于轻型机械上，如多用于中型或轻型载货汽车上。东风EQ1090E型载货汽车装用的便是单片摩擦式离合器。 (2)多片摩擦式离合器。 多片摩擦式离合器的结构如图12-41所示，有两组摩擦片，内、外摩擦片分别带有凹槽和凸齿。其主动轴1、外壳2与一组外摩擦片4组成主动部分，其中外摩擦片可沿外壳2的槽移动。从动轴10、套筒9与一组内摩擦片5组成从动部分，其中内摩擦片可在套筒9的槽上滑动。当滑环7向左移动时，使杠杆8绕支点顺时针转动，通过压板3将两组摩擦片压紧，于是主动轴带动从动轴一起转动。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 反过来，滑环7向右移动时，杠杆8下面的弹簧使杠杆绕支点逆时针转动，两组摩擦片松开，于是主动轴带动从动轴脱开。 由于多片摩擦式离合器采用两组摩擦盘，摩擦面积比单片摩擦式离合器大大增加，可传递转矩的能力显著增大，但结构比较复杂。因此，它主要应用在重型机械中，如中、重型载货汽车上。 (3)膜片弹簧离合器。 图12-42所示为膜片弹簧离合器，碟形膜片弹簧用优质钢板制成，其形状如图12-42(b)所示，其上开有若干个径向切槽，切槽的内端开通，外端为圆孔，每两切槽之间的钢板形成一个弹性杠杆，它既是压紧弹簧又是分离杠杆。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 如图12-43所示，膜片弹簧离合器的压紧装置由压盘3、离合器盖2、膜片弹簧4、支撑圈5和7、分离钩6和传动片组成。膜片弹簧中间的两侧有支撑圈5和7，用铆钉装在离合器盖2上。支撑圈为膜片弹簧工作时的支点。如图12-43(a)所示，在离合器盖未装到飞轮1上时，膜片弹簧不受力，处于自由状态。此时，离合器盖与飞轮之间有一距离L。如图12-43(b)所示，当把离合器盖靠向飞轮时，支撑圈5压迫膜片弹簧4，使之发生弹性变形(锥角变小)。这样，膜片弹簧的反弹力使其外缘对压盘及从动盘产生压紧力，从而使离合器处于压紧状态。如图12-43(c)所示，当离合器分离时，分离轴承8位移，膜片弹簧被压在支撑圈7上，膜片弹簧内缘前移，其径向截面以支撑圈为支点转动(膜片弹簧呈反锥形)，其外缘通过分离钩6拉动压盘3而使离合器分离。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 膜片弹簧离合器具有结构简单、轴向尺寸小、弹性特性好、弹力不受离心力影响等优点，因此在汽车(尤其是轿车)上得到了广泛的应用。 12.3.4制动器 制动器是利用摩擦力来减小运动物体的速度或迫使其停止运动的装置。制动器的种类很多，按制动零件的结构特征分为块式、带式、盘式制动器;按工作状态分为常闭式和常开式制动器。常闭式制动器经常处于紧闸状态，施加外力时才能解除制动(如起重机用制动器)。常开式制动器经常处于松闸状态，施加外力时才能制动(如车辆用制动器)。为了减小制动力矩，常将制动器装在高速轴上。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 1.带式制动器 图12-44是由杠杆控制的带式制动器的工作原理图。制动力FQ通过杠杆放大后使钢带张紧并环绕于要制动的轮缘上，从而实现制动。 这种制动器构造简单，制动力矩大，但被制动的轮轴要受到弯矩作用，制动带也通常会磨损不匀，工作过程中的发热也较大，常在一些小型起重机械和汽车的手动制动系中应用。 2.内张蹄式制动器 图12-45所示为内张蹄式制动器的工作简图。两个制动蹄2和7的外表面安装了摩擦片3，并分别通过销轴1和8与机架铰接。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 压力油通过油箱4的双向作用泵推动左右两个活塞，使两个制动蹄2和7压紧制动轮6，达到制动的目的。压力油卸载后，两个制动蹄2和7在弹簧5的作用下与制动轮6分离。 内张蹄式制动器结构紧凑，制动力较大，在结构尺寸受限制的机械及各种车辆中应用广泛，如奥迪100型、捷达、桑塔纳型轿车的后轮制动器都采用了这种内张蹄式制动器。 3.抱块式制动器 抱块式制动器按制动时的通电状态分为常闭式和常开式。常闭式抱块制动器的工作原理是:通电时松闸，断电时制动。 上一页 下一页 返回
12. 3联轴器及离合器 如图12-46所示，当松闸器6断电时，主弹簧3通过制动臂4使闸瓦块2压紧在制动轮1上，达到制动的目的。当松闸器6通电时，电磁力顶起立柱，通过推杆5和制动臂4操纵闸瓦块2与制动轮1松开。闸瓦块2磨损时可以调节推杆5的长度进行补偿。常闭式抱块制动器经常处于闭合状态。这种制动器结构简单，性能可靠，间隙调整方便且散热较好。但由于接触面有限，使制动力矩较小，且外形尺寸较大，一般用于制动频繁且空间较大的场合。常闭式抱块制动器比较安全，一般用于起重运输机械。 常开式抱块制动器与常闭式的工作原理相反，即通电时制动，断电时松闸，常用于车辆的制动，如汽车防抱死制动系统(简称ABS)等。 上一页 返回
12. 4其他常用零部件 汽车中除传动机构、轴系零部件外，还有其他一些常用的零部件，如键、螺栓、弹簧等。一般情况下，为了便于机器的制造、安装、运输及维修，机器各零部件间广泛采用各种机械连接。机械连接有两大类:一类是机器工作时，被连接的零部件间可以有相对运动，称为机械动连接，如各种运动副、联轴器、离合器等;另一类则是机器工作时，被连接的零部件间不允许产生相对运动，称为机械静连接。 机械静连接按拆卸性质又可分为两类:一类是可拆连接，另一类是不可拆连接。可拆连接是不损坏连接中的任一零件，即可将被连接件拆开的连接，如螺纹连接、键连接及销连接等。这种连接经多次装拆无损于其使用性能。不可拆连接是必须破坏或损伤连接件或被连接件才能拆开的连接，如焊接、铆接及钻接等。 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 弹簧是机械中乃至日常生活中广泛使用的弹性零件。它利用材料的弹性和自身的结构特点，使其在产生或恢复弹性变形时产生力，达到支撑、拉紧、复位或吸振等目的。 12.4.1键连接与花键连接 1.键连接 键连接由键、轴与轮毅所组成，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。它在汽车及其他机械中有广泛的应用。 1)平键连接 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 平键的两侧面是工作面，上下表面为非工作面，上表面与轮毅上的键槽底部之间留有空隙(如图12-47所示)，工作时靠键与键槽侧面的挤压来传递转矩，故定心较好。平键可分为普通平键、导向平键和滑键等。 (1)普通平键。其结构如图12-47所示，按键端形状分为圆头(A型)、方头(B型)和单圆头(C型)三种。轴上键槽可用指状铣刀或盘铣刀加工，轮毅上的键槽可用插削或拉削加工。A型平键牢固地卧于指状铣刀铣出的键槽中，但键槽两端会引起较大的应力集中;B型平键卧于盘状铣刀铣出的键槽中，应力集中较小，常用螺钉紧固;C型平键常用在轴伸处。普通平键结构简单，装拆方便，对中性好，易于加工，但不能承受轴向力，常用于相配零件要求定心性好和车令速较高的静连接。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 (2)导向平键。其结构如图12-48所示，当轮毅需沿轴向移动时，可应用导向平键。导向平键较长，通常用螺钉固定于键槽内，且在键的中部加工一个起键螺孔，以便于键的拆卸。导向平键连接属于动连接，轮毅与键槽的配合较松。 2)半圆键连接 如图12-49所示，键是半圆形，用圆钢切制或冲压后磨制而成，键槽是用半径与键相同的盘铣刀铣出。半圆键连接属于静连接，其侧面为工作面，能在槽中绕其几何中心摆动，以适应毅上键槽的斜度，但因键槽较深，对轴的强度削弱较大，适于轻载、锥形轴端的连接。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 3)楔键连接 楔键连接的结构如图12-50所示，楔键的上下表面为工作面，两侧面为非工作面。楔键的上表面与轮毅上的键槽底面各有一定的斜度，装配时将键打人，使键的上下两工作面分别与轮毅和轴的键槽工作面压紧，通过挤压产生的摩擦力传递转矩，并可实现轴向固定，承受单方向的轴向力。由于楔紧而产生的装配偏心，使其定心精度降低，故只适于转速不高及旋转精度要求低的连接中。 2.花键连接 花键连接是通过轴和毅孔沿周向分布的多个键齿的互相啮合传递转矩，可用于静连接或动连接，如图12-51所示。齿的侧面是工作面。由于是多齿传递转矩，且键与轴做成一体。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 所以花键连接比平键连接具有承载能力高、对轴的强度削弱程度小(齿浅、应力集中小)、定心好和导向性好等优点。它适合用于定心精度要求高、载荷大或经常滑移的连接。花键连接按其齿形不同，可分为矩形花键连接(如图12-52(a)所示)和渐开线花键连接(如图12-52(b)所示)。 花键连接的失效形式有:齿面的压溃或磨损，齿根的剪断或弯断等。对于实际采用的材料组合和标准尺寸来说，齿面的压溃或磨损是主要失效形式。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 12.4.2螺纹连接 1.螺纹的形成及主要参数 螺纹连接是利用螺纹零件构成的一种可拆连接。它具有结构简单、装拆方便、连接可靠、螺纹紧固件多数已标准化并由专业工厂大批量生产等优点，因此在机械制造和工程结构中应用最广泛。 1)螺纹的形成和分类 如图12-53所示，将底边长πd2的直角三角形ABC的纸片绕在直径为d1的圆柱面上，并使其底边BC和圆柱面底周边相重合，则斜边AB在圆柱面上形成的一条曲线即为螺旋线。再取一个通过圆柱面轴线的牙型平面N(如矩形、三角形、梯形)，使其沿螺旋线移动，则此牙型平面的空间轨迹即构成螺纹，如图12-54所示。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 按照牙型平面N的不同，可将螺纹分为普通螺纹、管螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹等，其特点和应用见表12-11。除矩形螺纹外，均已标准化。 根据螺旋线绕行方向，可将螺纹分为右旋螺纹(如图12-55(a)所示，标注时可省略)和左旋螺纹(如图12-55(b)所示，标注代号为LH)。当螺纹体的轴线垂直放置时，螺旋线的可见部分自左向右上升，称为右旋。反之为左旋。右旋螺纹应用最广。 按照圆柱表面上螺旋线的数目，又可将螺纹分为单线螺纹(如 图12-55(a)所示)和多线螺纹(如图12-55(b)所示)。为制造方便，螺纹线数一般不超过4。单线螺纹自锁性好，常用于连接;多线螺纹传动效率较高，常用于传动。根据母体形状，螺纹可分为圆柱螺纹和圆锥螺纹，常用的是圆柱螺纹，圆锥螺纹多用于管件连接中。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 此外，根据螺纹是分布在内圆柱面上还是外圆柱面上，可以将其分为圆柱内螺纹和圆柱外螺纹，两者共同组成螺旋副，如图12-56所示。一般内螺纹的尺寸参数用大写字母表示，外螺纹的尺寸参数用小写字母表示。 2)螺纹的基本参数和尺寸 下面以普通螺纹为例说明螺纹的基本参数和几何尺寸，如图12-56所示。 (1)大径d (D):螺纹的最大直径，与外螺纹牙顶(内螺纹牙底)相重合的假想圆柱直径，它是螺纹的公称直径。 (2)小径d1(D1)螺纹的最小直径，与外螺纹牙底(内螺纹牙顶)相重合的假想圆柱直径。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 (3)中径d2(D2)螺纹的牙厚与牙间相等的假想圆柱直径。 (4)螺距P:相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。根据螺距的大小，普通螺纹可分为粗牙(螺距可不标注)和细牙。 (5)线数:线数n是螺纹的螺旋线数。沿一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，沿n条等距螺旋形成的螺纹称为n线螺纹。 (6)导程Ph:同一条螺旋线上的相邻两牙在中径上对应两点间的轴向距离。设螺旋线数为n，则Ph= n P 。 (7)导程角λ: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，其展开形状如图12-53所示。计算公式为 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 (8)牙型角α:轴向剖面内，螺纹牙型两侧边的夹角。 (9)牙型斜角β:轴向剖面内，螺纹牙型两侧边与螺纹轴线的垂线间的夹角。对三角形、 梯形等对称牙型，β= α/2 。a和β影响螺纹牙根强度、螺纹自锁性和传动效率。 (10)螺纹接触高度h:内、外螺纹相互旋合后，牙侧重合部分在垂直于螺纹轴线方向上的距离。 国标GB/T 197-1981《普通螺纹公差与配合(直径1~355mm)》规定了普通螺纹的基本尺寸和标注方法，见表12-12。 2.螺纹连接的基本类型 螺纹连接有以下四种基本类型。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 1)螺栓连接 螺栓连接是利用螺栓穿过被连接件的光孔，拧紧螺母后将被连接件固连成一体的一种连接形式(如图12-57所示)。通常用于被连接件不太厚、便于做通孔和两边有足够装配空间的场合。 螺栓连接分为普通螺栓和铰制孔用螺栓连接两种。普通螺栓连接(如图12-57(a)所示)的结构特点是被连接件上的通孔和螺栓杆间留有间隙，对孔的加工精度要求低，结构简单，装拆方便，应用广泛。而铰制孔用螺栓连接(如图12-57(b)所示)的结构特点是被连接件上的通孔和螺栓杆间是相互配合的，常采用基孔制过渡配合(H7/m6 , H7/n6 )，故对孔的加工精度要求高。适用于利用螺栓杆承受横向载荷或需精确固定被连接件相对位置的场合。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 2)双头螺柱连接 双头螺柱连接是将双头螺柱的一端旋紧在一被连接件的螺纹孔中，另一端则穿过另一被连接件的光孔，再拧螺母而将被连接件固连在一起的一种连接形式(如图12-58所示)。它适用于被连接件之一太厚、不便做通孔，且需经常装拆或结构上受限制不能采用螺栓连接、螺钉连接的场合。为保证双头螺柱旋入端在拆卸时不被旋出，常采用使螺尾过渡部分拧入螺纹孔中的锁紧方法。 3)螺钉连接 螺钉连接是利用螺钉(或螺栓)穿过一被连接件的孔并旋入另一被连接件的螺纹孔中而将被连接件固连在一起的一种连接形式(如图12-59所示)。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 它适用于被联件之一太厚、不便做通孔或无法拧紧螺母而又不需经常装拆的场合。 4)紧定螺钉连接 紧定螺钉连接是利用紧定螺钉旋入一被连接件的螺纹孔，并以其末端顶紧另一被连接件来固定两零件间相对位置的一种连接形式(如 图12-60所示)。它可以传递较小的力和转矩，多用于轴和轴上零件的连接。 标准螺纹连接件的种类很多，在机械制造业中常用的标准螺纹连接件有:螺栓(最常用的是六角螺栓)、双头螺柱、螺钉、螺母(最常用的是六角螺母)和垫圈等。这些零件的结构形式和尺寸都已标准化了。 3.螺纹连接的预紧与放松 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 1)螺纹连接的预紧 大多数螺纹连接在装配时都必须预先拧紧，使螺栓受到拉伸和被连接件受到压缩。这种在承受工作载荷之前就使螺栓受到的拉伸力称为预紧力。预紧的目的是为了提高连接的可靠性、紧密性和防松能力，以防止受载后被连接件之间出现缝隙或发生相对滑移。对于既受预紧力又受轴向载荷拉伸作用的螺栓，适当增加预紧力还可以提高螺栓的疲劳强度;对于承受横向载荷的普通螺栓组连接，有利于增大连接中的摩擦力。但是，过大的预紧力会导致整个连接的结构尺寸增大，也会使螺栓在装配时因过载而断裂。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 2)螺纹连接的防松 连接用的三角形螺纹具有自锁性，而且螺母的螺栓头部支撑面处还存在摩擦，因此，在静载荷作用下且工作温度变化不大时，螺纹连接不会自动松脱。但是，在冲击、振动和变载荷作用下，或当工作温度变化很大时，螺纹副间的摩擦力可能减小或瞬时消失，虽然螺纹连接的参数仍然满足自锁条件，但可能会松动，这种现象多次重复就会使连接松脱，影响连接的正常工作，甚至会发生严重事故。 螺纹连接防松的根本问题在于防止螺纹副的相对转动。防松的方法很多，按其工作原理可分为摩擦防松、机械防松和破坏螺纹副关系三类。常用的防松方法见表12-13。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 4.螺栓组连接的结构要求 一般情况下，大多数螺栓都是成组使用的，螺栓组连接的结构设计的主要目的就在于合理地确定连接接合面的几何形状、螺栓的数目及布置形式，力求各螺栓和接合面间受力均匀、合理，便于加工和装配。 1)螺栓位置 在布置螺栓位置时，各螺栓间及螺栓中心线与机体壁之间应留有扳手空间，以便于装拆，如图12-61所示，图中尺寸A, B, C, D, E应能满足扳手活动所需要的空间。 2)螺栓组的布置 螺栓组的布置应遵循下列原则: 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 (1)螺栓组的布置应力求对称、均匀。通常将接合面设计成轴对称的简单几何形状，如图12-62所示，以便于加工，并应使螺栓组的对称中心与接合面形心重合，以保证接合面受力比较均匀。 (2)对于铰制孔螺栓连接的受剪螺栓，在平行于工作载荷方向上成排布置的螺栓数目不应超过八个，以免载荷分布过于不均。对承受弯矩或转矩的螺栓组连接，应尽量将螺栓布置在靠近接合面的边缘，以便充分和均衡地利用各个螺栓的承载能力，如图12-62(c)、(d)所示。 (3)螺栓数目应取为2, 3, 4, 6等易于分度的数目，以便加工，如 图12-62所示。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 12.4.3紧固连接 常用的紧固连接有销连接、铆接、黍占接和过盈连接。它们在汽车结构中得到泛的应用。 1.销连接 销连接可用于固定零件之间的相互位置、传递较小的转矩，也可作为加工装配时的辅助零件或安全装置。 销的类型很多，基本类型为圆柱销和圆锥销(如图12-63所示)。圆柱销经过多次拆装，其定位精度会降低。圆锥销有1: 50的锥度，可自锁，安装比圆柱销方便，多次拆装对定位精度的影响小。 销的常用材料为35、45钢，一般强度极限不低于500~600 MPa。 用做连接的销工作时通常受到挤压和剪切，有的还受弯曲。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 定位销通常不受或只受很小的载荷，其尺寸由经验决定。同一平面的定位销至少要有两个。 2.焊接 焊接是利用局部加热的方法使两个以上的金属元件在连接处形成原子间的结合而构成的不可拆连接。焊接的常用形式有电弧焊、气焊等，其中尤以电弧焊应用最广。 电弧焊是利用电焊机的低压电流通过焊条(为一个极)与被连接件(为另一个极)形成的电路，在两极间引起电弧来熔化被连接件部分的金属和焊条，使熔化金属混合并填充接缝而形成焊缝。被焊接材料主要为低碳钢和低碳合金钢。焊条材料一般应与被焊材料相同或接近。与铆接相比，焊接具有质量小、强度高、工艺简单等优点，所以应用日益广泛。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 3.黏接 黏接是用胶黏剂把两个工件连接在一起，并使结合处获得所需连接强度的连接方法。它是靠胶黏剂和工件结合面之 间的机械作用、吸附作用和扩散作用等实现连接。黏接强度受到胶黏剂和工件材料以及黏接工艺的影响。随着合成高分子胶黏剂的出现，促进了黏接技术的迅速发展。黏接在汽车制造中得到广泛的应用。 常用的胶钻剂有酚醛乙烯、聚氨酷、环氧树脂等。 4. 铆钉连接 如图12-64(a)所示，铆钉连接是利用具有钉杆和预制头的铆钉通过被连接件的预制孔，然后利用铆枪施压再制出另一端的铆头构成的不可拆连接。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 铆钉已标准化，一般都采用钢制实心铆钉。铆钉头有多种形式，其中以半圆头铆钉应用最广，其他钉头形式只用于特殊情况，如沉头铆钉(如图12-64(b)所示)用于连接表面光滑的场合;平截头铆钉(如 图12-64(c)所示)用于要求耐腐蚀的场合。 铆钉连接具有工艺简单、耐冲击和牢固可靠等优点;但结构一般较为笨重，被连接件上由于有钉孔，强度因而受到了削弱。现在，由于焊接、钻接以及高强度螺栓摩擦焊的发展，铆钉连接的应用已逐渐减少。 5.过盈连接 过盈连接是利用包容件(如轮毅)与被包容件(如轴)间存在过盈量实现的连接，如图12-65(a)所示。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 圆柱面过盈连接后，由于材料的弹性，在配合面之间的径向变形产生压力ρ，工作时靠此压力产生的摩擦力来传递转矩T和轴向力Fa，如图12-65(b)所示。其承载能力主要取决于过盈量的大小。 过盈量不大时，一般用压人法装配。为方便压人，孔日和轴端的倒角尺寸均有一定的要求，如图12-65(c)所示。过盈量大时，可用温差法装配，即加热包容件或冷却被包容件以形成装配间隙。用温差法装配，不像压人法那样会擦伤配合表面。一般情况下，拆开过盈连接要用很大的力，常会使零件配合表面或整个零件损坏，故属不可拆连接。但如果装配过盈量不大，或者过盈量虽大而采取适当的装拆方法，则这种连接也是可拆的。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 现在，利用高压油压人连接的配合表面来拆卸过盈连接时，配合表面不受损坏，可实现多次装拆，这种方法日渐广泛。 过盈连接结构简单，同轴性好，对轴的强度削弱小，耐冲击性能好，对配合面的加工精度要求高。滚动轴承内圈与轴、蜗轮齿圈与轮芯均为过盈连接。 12.4.4弹簧 弹簧是汽车等机械设备中广泛应用的一种弹性元件。在受外载荷作用后，它能产生较大的弹性变形;外载荷卸除时，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，弹簧还能把机械能或动能转变为变形能，或把变形能转变为动能或机械能，所以弹簧又是转换能量的元件。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 1.弹簧的功用 弹簧在机械中作为弹性元件，主要功用有: (1)控制机构的运动或零件的位置，如内燃机中的阀门弹簧、凸轮机构、离合器以及各种调速器中的弹簧。 (2)缓冲及吸振，如火车、汽车上的钢板弹簧、各种缓冲器及弹性联轴器中的弹簧。 (3)储存能量作为动力源，如钟表、仪器中使用的弹簧发条。 (4)测量载荷的大小，如弹簧秤中的弹簧。 2.弹簧的类型 弹簧的种类很多，按照弹簧的形状不同，有螺旋弹簧、板弹簧、环形弹簧、碟形弹簧和平面涡卷弹簧等。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 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。在工程中也常采用非金属弹簧，如橡胶弹簧、塑料弹簧等。常用弹簧的主要类型和特点见表12-14。 3.弹簧的材料 弹簧在机械中常承受具有冲击性的变载荷，为了保证弹簧能安全可靠工作，弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极限、足够的韧性和塑性以及良好的热处理性能。常用的弹簧材料有:碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈钢等，当受力较小而又有防腐蚀或防磁等特殊要求时，可以采用有色金属，如青铜。非金属弹簧材料主要是橡胶和塑料。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 选择弹簧材料时，应综合考虑弹簧的功用、重要程度、载荷性质和大小、使用工况、加工工艺及热处理等因素。 4.螺旋弹簧的制造 螺旋弹簧的制造过程主要包括:①卷绕;②钩环的制作或两端面的加工;③热处理;④工艺试验及必要的强压或喷丸等强化处理。 卷绕的方法有冷卷和热卷两种。直径较小(d < 8mm)的弹簧钢丝制造弹簧时用冷卷，冷卷弹簧多用冷拉并预先已经过热处理的优质碳素弹簧钢丝，卷成后不需淬火，只作低温回火，以消除内应力。直径较大的弹簧钢丝制造弹簧时用热卷，根据弹簧丝直径的不同，热卷温度在800℃~1 000℃范围内选择，卷成后要进行淬火及回火处理。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 为了提高弹簧的承载能力，可进行强压、强拉处理或喷丸处理。压缩弹簧的强压处理是在弹簧卷成以后，用超过弹簧材料弹性极限的载荷把弹簧压缩到各圈相接触，保持6~48 h，从而在弹簧丝内产生塑性变形，卸载后在弹簧中产生了残余应力。因为残余应力的方向与工作应力相反，弹簧在工作时的最大应力比未经过强压处理的弹簧小，所以可以提高弹簧的承载能力。对于重要的压缩弹簧，为了保证两端的支撑面与其轴线垂直，应将端面圈在专用的磨床上磨平，以减少在受载时产生歪斜的可能;对于拉伸及扭转弹簧，为了便于连接和加载，两端应做出钩环。拉伸弹簧可进行强拉处理。弹簧经强压、强拉处理后，不允许再进行任何热处理，也不宜在高温(150~450℃)和长期振动情况下工作，否则将失去上述作用。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 此外，弹簧还需进行工艺试验及精度、冲击、疲劳等试验，以检验弹簧是否符合技术要求。 1)圆柱螺旋压缩弹簧 圆柱螺旋压缩弹簧与拉伸弹簧的结构不同，主要表现在端部。压缩弹簧的两端通常备1~1. 5圈与邻圈并紧，以便弹簧能直立，起支撑作用。这几圈不参与工作变形，故称为支撑圈或死圈。支撑圈端面与弹簧座相连，常见的端部结构有并紧磨平端(图12-66(a)，YI型)和并紧不磨平端(图12-66 (b)， YII型)两种。一般在重要场合采用YI型，以保证支撑面与弹簧轴线垂直。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 2)圆柱螺旋拉伸弹簧 拉伸弹簧的端部制有挂钩，以便安装和加载。常见的挂钩形式如 图12-67所示，其中半圆钩环型和圆钩环型制造方便，应用广泛;但由于挂钩过渡处受拉时会产生很大的弯曲应力，故只适宜于中、小载荷的场合。图12-67(c)型装有活动挂钩，挂钩下端和弹簧端部的弯曲应力较小。图12-67(d)型装有螺旋块式挂钩。两者受力情况好，且可转向任何位置，便于安装;但制造成本高，适用于受载较大的场合。 上一页 下一页 返回
12. 4其他常用零部件 3)圆柱螺旋弹簧基本参数和尺寸 如图12-68所示，圆柱螺旋弹簧的主要参数有弹簧丝直径d，弹簧圈外径D、内径D1和中径D2，节距t，螺旋升角a，弹簧工作圈数n和自由高度H0等。 4)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:要有足够的强度;符合载荷一变形特性曲线的要求，即刚度要求;不侧弯，即稳定性要求等。然后，确定满足要求所需的弹簧丝直径和弹簧圈数。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。 上一页 返回
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