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1.5 常用机械零部件

1.5.1 轴承

1.定义及分类

轴承是在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦因数的部件。也可以说,当其他机件在轴上彼此产生相对运动时,用来降低动力传递过程中的摩擦因数和保持轴中心位置固定的机件。

轴承是当代机械设备中一种举足轻重的零部件。它的主要功能是支承机械旋转体,用以降低设备在传动过程中的机械载荷摩擦因数。根据摩擦的方式不同,把轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类。旋转的轴颈与轴承是面同面摩擦叫作滑动摩擦,这种轴承叫作滑动轴承。另一种轴承,是在轴同轴承套圈的中间装上滚动体(也称滚珠或滚柱),当轴在轴承套圈里面旋转时,滚动体就在轴承套圈同轴颈之间做滚动运动,产生滚动摩擦。利用滚动体做滚动运动的轴承,叫作滚动轴承。

2.滑动轴承

(1)整体式径向滑动轴承

整体式径向滑动轴承的结构型式如图1-11所示。它由轴承座和由减摩材料制成的整体轴套组成。轴承座上面设有安装润滑油杯的螺纹孔。在轴套上开有油孔,并在轴套的内表面上开有油槽。这种轴承的优点是结构简单、成本低廉。它的缺点是轴套磨损后,轴承间隙过大时无法调整。另外,只能从轴颈端部装拆,对于重型机器的轴或具有中间轴颈的轴,装拆很不方便或无法安装。所以这种轴承多用在低速、轻载或间歇性工作的机器中,如某些农业机械、手动机械等。

图1-11 整体式径向滑动轴承

1—轴承座 2—整体轴套 3—油孔 4—螺纹孔

(2)对开式径向滑动轴承

对开式径向滑动轴承的结构型式如图1-12所示。它是由轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦和双头螺柱等组成。轴承盖和轴承座的剖分面常做成阶梯形,以便对中和防止横向错动。轴承盖上部开有螺纹孔,用以安装油杯或油管。剖分式轴瓦由上、下两半组成,通常是下轴瓦承受载荷,上轴瓦不承受载荷。为了节省贵重金属或因其他需要,常在轴瓦内表面上贴附一层轴承衬。在轴瓦内壁不承受载荷的表面上开设油槽,润滑油通过油孔和油槽流进轴承间隙。这种轴承装拆方便,并且轴瓦磨损后可以用减少剖分面处的垫片厚度来调整轴承间隙(调整后应修刮轴瓦内孔)。

3.滚动轴承

(1)概述

滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一,它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化,并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承具有摩擦阻力小,功率消耗少,起动容易等优点。

图1-12 对开式径向滑动轴承

1—轴承座 2—轴承盖 3—双头螺柱 4—螺纹孔 5—油孔 6—油槽 7—剖分式轴瓦

滚动轴承的基本结构如图1-13所示,它由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4等4部分组成。内圈用来和轴颈装配,外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转,外圈固定,但也可用于外圈回转而内圈不动,或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈相对转动时,滚动体即在内、外圈的滚道间滚动。常用的滚动体如图1-14所示,有球、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子、滚针等几种。轴承内、外圈上的滚道,有限制滚动体沿轴向位移的作用。保持架的主要作用是均匀地隔开滚动体。

图1-13 滚动轴承的基本结构

1—内圈 2—外圈 3—滚动体 4—保持架

图1-14 常用滚动体

a)球 b)圆柱滚子 c)圆锥滚子 d)球面滚子 e)非对称球面滚子 f)滚针

(2)主要类型及性能特点

如果仅按轴承用于承受的外载荷不同来分类时,滚动轴承可以概括地分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承3大类,图1-15为它们承载情况的示意图。主要承受径向载荷 F r 的轴承称为向心轴承,其中有几种类型可同时承受不大的轴向载荷;只能承受轴向载荷 F a 的轴承叫作推力轴承,推力轴承中与轴颈配合在一起的元件叫作轴圈,与机座孔配合的元件叫作座圈;能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承叫作向心推力轴承。向心推力轴承的滚动体与外圈滚道接触点(线)处的法线 N - N 与半径方向的夹角 α 叫作轴承的接触角,轴承实际所承受的径向载荷 F r 与轴向载荷 F a 的合力与半径方向的夹角 β ,则称为载荷角。

滚动轴承的类型很多,常用的各类滚动轴承的性能和特点可参考相关机械设计的文献。

1.5.2 联轴器和离合器

联轴器和离合器是机械传动中常用的部件。它们主要用来连接轴与轴(或连接轴与其他回转零件),以传递运动与转矩;有时也可用作安全装置。

图1-15 不同类型的轴承的承载情况

a)向心轴承 b)推力轴承 c)向心推力轴承

1.联轴器

联轴器用来把两轴连接在一起,机器运转时两轴不能分离;只有在机器停止并将其连接拆开后,两轴才能分离。

联轴器所连接的两轴,由于制造及安装误差、承载后的变形及温度变化的影响等,往往不能保证严格的对中,而是存在着某种程度的相对位移。根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力(即能否在发生相对位移条件下保持连接的功能),联轴器可分为刚性联轴器(无补偿能力)和挠性联轴器(有补偿能力)两大类。

刚性联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等结构。凸缘联轴器是一种较为常见的刚性联轴器。这种联轴器结构简单、成本低、传递的转矩较大、应用范围广,并可连接不同直径的两轴及圆锥形轴伸;但要求两轴的同轴度要高。适用于刚性大、转动平稳、振动冲击小、低转速大转矩的连接场合。

挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。

无弹性元件的挠性联轴器因具有挠性,故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件,故不能缓冲减振。常用的有十字滑块联轴器、滑块联轴器、十字轴式万向联轴器、齿式联轴器、滚子链联轴器等。

有弹性元件的挠性联轴器因装有弹性元件,不仅可以补偿两轴间的相对位移,而且具有缓冲减振的能力。弹性元件所能储蓄的能量愈多,则联轴器的缓冲能力愈强;弹性元件的弹性滞后性能与弹性变形时零件间的摩擦功愈大,则联轴器的减振能力愈好。这类联轴器目前应用很广,品种较多,常见的有弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、梅花形弹性联轴器、轮胎联轴器、膜片联轴器、定刚度的圆柱弹簧联轴器、变刚度的蛇形弹簧联轴器、径向弹簧片联轴器等。

2.离合器

离合器是在机器运转过程中,可使两轴随时接合或分离的一种装置,它可用来操纵机器传动系统的断续运转,以便进行变速及换向等。对离合器的基本要求有接合平稳,分离迅速而彻底;调节和修理方便;外廓尺寸小;质量小;耐磨性好和有足够的散热能力;操纵方便省力。离合器的类型很多,常用的可分为牙嵌式与摩擦式两大类。

牙嵌离合器由两个端面上有牙的半离合器组成。其中一个半离合器固定在主动轴上;另一个半离合器用导向平键(或花键)与从动轴连接,并可由操纵机构使其做轴向移动,以实现离合器的分离与接合。牙嵌离合器是借牙的相互嵌合来传递运动和转矩的。为使两半离合器能够对中,在主动轴端的半离合器上固定一个对中环,从动轴可在对中环内自由转动。

圆盘摩擦离合器是在主动摩擦盘转动时,由主、从动盘的接触面间产生的摩擦力矩来传递转矩的,有单盘式和多盘式两种。摩擦离合器和牙嵌离合器相比,有下列优点:不论在何种速度时;两轴都可以接合或分离;接合过程平稳,冲击、振动较小;从动轴的加速时间和所传递的最大转矩可以调节;过载时可发生打滑,以保护重要零件不致损坏。其缺点为外廓尺寸较大;在接合、分离过程中要产生滑动摩擦,故发热量较大,磨损也较大。

1.5.3 轴

轴是组成机器的主要零件之一。一切做回转运动的传动零件(如齿轮、蜗轮等)都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。

按照承受载荷的不同,轴可分为转轴、心轴和传动轴3类。工作中既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受转矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴2种。只承受转矩而不承受弯矩(或弯矩很小)的轴称为传动轴。

轴的设计也和其他零件的设计相似,包括结构设计和工作能力计算两方面。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺等方面的要求,合理地确定轴的结构型式和尺寸。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。轴的材料主要是碳钢和合金钢。

1.5.4 减速器

减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置,用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需要。在原动机和工作机之间用来提高转速的独立的闭式传动装置称为增速器。减速器的种类很多,按照传动形式不同可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星减速器;按照传动的级数可分为单级和多级减速器;按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。齿轮减速器主要有圆柱齿轮减速器、锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器。蜗杆减速器主要有圆柱蜗杆减速器、环面蜗杆减速器和锥蜗杆减速器。减速器已有标准系列产品,使用时只需结合所需传动功率、转速、传动比、工作条件和机器的总体布置等具体要求,从相关产品目录或有关手册中选择即可。

起重机常用的减速器有ZQ型减速器(卧式渐开线圆柱齿轮)和ZQH型减速器(卧式圆弧齿轮减速器)。ZQ型减速器适用于间歇性工作或长期工作,其圆周速度不超过10m/s,效率不低于94%。ZQH型减速器即卧式圆弧齿轮减速器。圆弧齿轮是以圆弧做齿廓的斜齿轮。通常,小齿轮做成凸齿,大齿轮做成凹齿。圆弧齿轮传动的优点是:承载能力比渐开线齿轮传动高;圆弧齿轮有利于形成油膜,因此摩擦损失小,效率高达;齿面磨损小且均匀,所以很容易磨合;圆弧齿轮无根切现象,小齿轮最小齿数可小至6~8,所以传动比较大。缺点是:加工复杂,达不到精度要求会影响传动的平稳性及齿宽方向上的接触情况。 Y9VIkU9HTtXjrzaq8qk9RbRP64ySPcstItlco/VSmBqSrfkpG7g9qPVYR7T3Kklk

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