《機械設計基礎》高清冉 孫海燕 電子教案 模塊十一

PAGE17PAGE1第頁教學目標知識目標：了解軸的功用、分類、常用材料及熱處理，掌握軸與軸系的結構設計方法；掌握滾動軸承的類型、特點及代號，了解滾動軸承類型的選擇；掌握聯(lián)軸器的功用，了解常用聯(lián)軸器的結構及應用；掌握常用離合器的工作原理及應用。能力目標：能夠根據機構（部件）聯(lián)接的需要，選擇軸的類型；能夠設計常見的軸，并選用合適的軸承；能分析已知聯(lián)軸器、離合器的原理和功用。素質目標：溝通、協(xié)作能力；觀察、信息收集能力；分析總結能力。良好的職業(yè)道德和嚴謹的工作作風教學重點軸與軸系的結構設計方法教學難點軸承的特點教學手段理實一體實物講解小組討論、協(xié)作教學學時4教學內容與教學過程設計注釋模塊十一軸系零件〖相關知識〗學習情境一軸一、軸的分類1.按軸承受的載荷不同分類1）心軸。工作時只承受彎矩的軸稱為心軸。2）轉軸。工作中同時承受彎矩和扭矩的軸稱為轉軸。3）傳動軸。工作時只承受扭矩的軸稱為傳動軸。2.根據軸線形狀的不同分類根據軸線形狀的不同，軸又可分為直軸、曲軸和撓性鋼絲軸。二、軸及軸系的結構設計1.軸頭、軸頸和軸身確定軸上各部分的直徑時要注意以下四點。(1)軸頸處的直徑應取軸承的標準內徑系列。(2)軸頭處的直徑應與相配合的零件輪轂內徑一致，并符合標準直徑系列。(3)軸身處的直徑可選用自由尺寸。(4)軸上螺紋或花鍵處的直徑均應符合螺紋或花鍵的標準。2.軸上零件的軸向定位與固定常采用下列結構形式來實現(xiàn)軸上零件的軸向定位和固定：軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母、止退墊圈、彈性擋圈、螺釘鎖緊擋圈、軸端壓板以及圓錐面等。3.軸上零件的周向固定零件在軸上作周向固定是為了傳遞轉矩和防止零件與軸產生相對轉動。常用的周向固定方法有鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、銷聯(lián)接、過盈配合和成形聯(lián)接等，其中以鍵聯(lián)接的應用最為廣泛。4.軸的結構工藝性(1)當某一軸段需要車制螺紋或磨削加工時，應留有退刀槽或砂輪越程槽。(2)軸上所有的鍵槽應開在同一母線上。(3)為了便于軸上零件的裝配和去除毛刺，軸端和軸肩端部一般均應制出45°的倒角。過盈配合軸段的裝入端應加工出半錐角為30°的導向錐面。(4)為了便于加工，應使軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽、退刀槽和砂輪越程槽等尺寸一致。5.提高軸的疲勞強度的措施1）改進軸的結構，減小應力集中2）提高軸的表面質量三、軸的常用材料及熱處理軸類零件材料的選取，主要根據軸的強度、剛度、耐磨性以及制造工藝性而決定，力求經濟合理。軸的常用金屬材料及力學性能見表11-1。球墨鑄鐵、高強度鑄鐵由于鑄造性能好，且具有減振性能，常用于制造外形結構復雜的軸。特別是我國研制的稀土——鎂球墨鑄鐵，抗沖擊韌性好，同時還具有減摩、吸振，對應力集中敏感性小等優(yōu)點，已被應用于制造汽車、拖拉機、機床上的重要軸類零件。四、軸的設計軸的設計一般有以下幾個步驟。(1)選材。(2)按扭轉強度估算軸的最小直徑。(3)設計軸的結構，繪出軸的結構草圖，確定軸上零件的位置和固定方法，確定各軸段直徑、長度。(4)按彎扭合成進行軸的強度校核。學習情境二軸承一、潤滑和密封1.摩擦與磨損根據摩擦副表面間的潤滑狀態(tài)將摩擦分為干摩擦、液體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦。2）磨損及其過程運動副之間的摩擦將導致零件表面材料的逐漸損失，這種現(xiàn)象稱為磨損。單位時間內材料的磨損量稱為磨損率，磨損量可以用體積、質量或厚度來衡量。在機械的正常運轉中，磨損過程大致可分為三個階段。跑合(磨合)磨損階段。穩(wěn)定磨損階段。劇烈磨損階段。3）磨損分類（1）磨粒磨損。由于摩擦表面上的硬質突出物或從外部進入摩擦表面的硬質顆粒，對摩擦表面起到切削或刮擦作用，從而引起表層材料脫落的現(xiàn)象，稱為磨粒磨損。（2）黏著磨損。黏著磨損按程度不同可分為五級：輕微磨損、涂抹、擦傷、撕脫、咬死。（3）疲勞磨損(點蝕)。兩摩擦表面為點或線接觸時，由于局部的彈性變形形成了小的接觸區(qū)。這些小的接觸區(qū)形成的摩擦副如果受變化接觸應力的作用，則在變化接觸應力反復作用下，表層將產生裂紋。隨著裂紋的擴展與相互連接，表層金屬脫落，形成許多月牙形的淺坑，這種現(xiàn)象稱為疲勞磨損，也稱點蝕。（4）腐蝕磨損。腐蝕磨損可分為氧化磨損、特殊介質腐蝕磨損、氣蝕磨損等。2.潤滑和密封1）潤滑潤滑就是向摩擦表面供給潤滑劑。（1）潤滑劑的選擇。用得最多的潤滑劑是潤滑油和潤滑脂。潤滑油的內摩擦系數小，流動性好，是滑動軸承中應用最廣的一種潤滑劑。工業(yè)用潤滑油有合成油和礦物油兩類，其中礦物油資源豐富，價格便宜，適用范圍廣。潤滑油的主要性能指標是黏度，它表示潤滑油流動時內部摩擦阻力的大小，是選用潤滑油的主要依據。選擇滑動軸承的潤滑油時，主要是考慮黏性和油性兩項性能指標。工業(yè)上常用的潤滑脂有鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鋰基潤滑脂。（2）潤滑油添加劑的選擇。添加劑按功能分主要有抗氧化劑、抗磨劑、摩擦改善劑(又名油性劑)、極壓添加劑、清凈劑、分散劑、泡沫抑制劑、防腐防銹劑、流點改善劑、黏度指數增進劑等類型。2）密封密封裝置可分為兩類：一類是固定密封，即密封后密封件之間固定不動；另一類是動密封，即密封后兩密封件之間有相對運動。固定密封可采用各種墊片，包括金屬墊片、非金屬墊片以及密封膠等。動密封又可分為接觸式密封、非接觸式密封、半接觸式密封，其中應用較廣的是接觸式密封，它主要利用各種密封圈或氈圈密封。非接觸式密封有迷宮式密封、螺旋式密封等，半接觸式密封有活塞環(huán)密封、機械密封等，其結構較復雜，主要用于重要部件的密封。二、滾動軸承的結構、類型及選擇1.滾動軸承的結構與材料滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體和保持架組成。滾動軸承的內圈、外圈和滾動體均采用強度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造，常用材料有GCr15、GCr15SiMn等。熱處理后，硬度一般為60～65HRC，工作表面需經磨削、拋光處理。保持架多用低碳鋼板沖壓而成，也可以采用銅合金、塑料及其他材料制造。2.滾動軸承的類型與選擇1）軸承的類型（1）按滾動軸承承載方向分。滾動軸承按承載方向可分為向心軸承和推力軸承。（2）按滾動軸承滾動體形狀分。滾動軸承按滾動體形狀可分為球軸承和滾子軸承，而滾子軸承又分為圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承等。（3）按滾動軸承工作時能否調心分。滾動軸承按工作時能否調心可分為剛性軸承和調心軸承。2）滾動軸承的代號（1）前置代號。（2）基本代號。（3）后置代號。3）滾動軸承類型的選擇（1）要求工作轉速和旋轉精度高，且主要承受徑向載荷時，應優(yōu)先選用深溝球軸承。（2）徑向載荷大，但無軸向載荷，而工作轉速又不高時，適宜選用圓柱滾子軸承。（3）承受徑向載荷，同時又承受較大的軸向載荷時，推薦選用角接觸球(或圓錐滾子)軸承。若軸向力遠大于徑向力，可以選用推力球軸承(承受軸向力)和深溝球軸承(承受徑向力)的組合結構。角接觸球(或圓錐滾子)軸承應成對使用，對稱安裝。（4）軸的對中性較差，或有較大的偏轉角時，則應選用調心球(或滾子)軸承。在同一軸上，這種軸承不能與其他軸承混合使用，以免失去調心作用。（5）僅有軸向載荷作用時，一般應選推力球軸承。因推力球軸承極限轉速低，若工作轉速較高時，可以考慮用角接觸球軸承來承受軸向力，而不用推力球軸承。（6）要考慮經濟性。三、滾動軸承的組合設計1.軸系上的軸向固定1）兩端單向固定軸的兩個軸承分別限制一個方向的軸向移動，這種固定方式稱為兩端單向固定。2）一端雙向固定、一端游動一端支承的軸承，內圈、外圈雙向固定，另一端支承的軸承可以軸向游動。3）兩端游動兩端游動支承結構的軸承，都不對軸作精確的軸向定位。兩軸承的內圈、外圈雙向固定，以保證軸能作雙向游動。2.軸向位置的調整3.提高軸承系統(tǒng)的剛度和同軸度如果不保證支承系統(tǒng)的剛度和同軸度，會使軸線有較大的偏移，影響軸承的旋轉精度，從而降低軸承的使用壽命。提高軸承系統(tǒng)的剛度還要減小軸承支點相對于箱體孔壁的懸臂長度。4.配合與裝拆1）滾動軸承與軸和軸承座孔的配合2）滾動軸承的安裝與拆卸四、滑動軸承簡介1.滑動軸承的類型及結構1）按摩擦狀態(tài)分類滑動軸承按摩擦狀態(tài)可分為液體摩擦滑動軸承和非液體摩擦滑動軸承。2）按受載荷方向不同分類按受載荷方向不同，滑動軸承可分為徑向滑動軸承和止推滑動軸承。2.軸瓦和軸承襯1）軸瓦的結構軸瓦是滑動軸承中直接與軸頸接觸的重要零件，常用的軸瓦有整體式軸瓦和剖分式軸瓦兩種。2）材料軸瓦和軸承襯材料應具備以下性能。（1）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強。（2）摩擦系數小。（3）導熱性好。（4）具有足夠的強度和一定的塑性。（5）具有良好的跑合性。學習情境三聯(lián)軸器和離合器聯(lián)軸器1.概述聯(lián)軸器和離合器主要是用來聯(lián)接兩軸、傳遞運動和轉矩的部件。聯(lián)軸器所聯(lián)接的主動軸和從動軸屬于兩個不同的機器或部件。2.聯(lián)軸器的類型及應用1）剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器具有結構簡單、零件數量少、質量輕、價格低廉、使用方便等優(yōu)點，但不能補償兩軸間的偏移，只適用于一些轉速不高、載荷平穩(wěn)且兩軸嚴格對中的聯(lián)接。常見的剛性聯(lián)軸器有凸緣聯(lián)軸器和套筒聯(lián)軸器。2）撓性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器具有一定的補償兩根軸的軸線偏移的能力，所以被聯(lián)接兩軸的同軸度不易保證時，都應選用撓性聯(lián)軸器。根據補償偏移方法的不同，撓性聯(lián)軸器又可分為無彈性元件聯(lián)軸器和彈性聯(lián)軸器。無彈性元件聯(lián)軸器。無彈性元件聯(lián)軸器包括齒式聯(lián)軸器、滑塊聯(lián)軸器、萬向聯(lián)軸器等。彈性聯(lián)軸器。彈性聯(lián)軸器包括彈性套柱銷聯(lián)軸器、彈性柱銷聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器等。3.聯(lián)軸器的選擇1）聯(lián)軸器類型的選擇（1）聯(lián)軸器傳遞載荷的大小和性質及對緩沖減振的要求。若載荷平穩(wěn)、傳遞載荷大、轉速穩(wěn)定、同軸性好、無相對位移，選用剛性聯(lián)軸器；若載荷變化大，要求緩沖減振或同軸度不易保證的，應選用有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。（2）轉速很高時，選用非金屬彈性的撓性聯(lián)軸器。（3）要求對中性好，選擇剛性聯(lián)軸器；需補償偏移的選擇撓性聯(lián)軸器。（4）考慮拆裝方便，優(yōu)先選擇可直接徑向移動的聯(lián)軸器。（5）在高溫下工作時，不可選擇無彈性元件的聯(lián)軸器。2）聯(lián)軸器型號的選擇根據計算轉矩、軸的轉速以及軸端直徑，從標準中選擇所需要的聯(lián)軸器型號和相關尺寸。4.聯(lián)軸器的使用和維護(1)聯(lián)軸器的安裝誤差應嚴格控制，尤其是固定式聯(lián)軸器。通常要求安裝誤差不應大于許可補償量的1/2。(2)聯(lián)軸器在工作后應檢查兩軸對中情況，其相對位移不應大于許可補償量。應定期檢查傳力零件是否有損壞，以便及時更換。有潤滑要求的，要定期檢查潤滑情況。(3)對于轉速較高的聯(lián)軸器，要進行動平衡試驗。二、離合器1.離合器的特點與類型1）牙嵌式離合器主要特點是結構簡單、外廓尺寸小、能傳遞較大的轉矩，可保證主、從動軸同步轉動，但嚙合元件為剛性嚙合，有沖擊。因此，這種離合器一般僅能在停車或低速下接合。牙嵌式離合器常用的牙型有三角形、梯形、鋸齒形和矩形等。2）摩擦式離合器摩擦式離合器可在任何轉速下實現(xiàn)兩軸的接合或分離，接合過程平穩(wěn)，沖擊振動較小，有過載保護作用。但摩擦式離合器尺寸較大，在接合或分離過程中要產生滑動摩擦，故發(fā)熱量大，磨損較大。單片摩擦式離合器。多片摩擦式離合器。3）定向離合器2.離合器的使用和維護(1)定期檢查離合器操縱桿行程、主動片與從動片間隙、摩擦片磨損程度，必要時進行調整或更換。(2)摩擦式離合器正常工作時，不得打滑或分離不徹底，否則會加速摩擦片磨損，降低使用壽命，甚至燒壞摩擦片，引起離合器零件變形退火，導致其他事故，因此需經常檢查。(3)單向離合器應密封嚴實，不得有漏油現(xiàn)象，否則會磨損過大，溫度太