第六节 机械零件

一、键连接

键连接主要用来连接轴和轴上的传动零件，实现轴向固定并传递转矩；有的键也可以实现零件的轴向固定或轴向滑动。键是标准件，常用的材料是45钢，由专门工厂生产制造。键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接、切向键连接等。

平键的侧面为工作面，上表面和轮毂之间留有间隙。工作时，靠键侧面与键槽的互相挤压来传递转矩。根据用途不同，平键分为普通平键、导向平键和滑键，如图3-50和图3-51所示。

半圆键用于静连接，键的侧面是工作面，如图3-52一般用于轻载连接，常用于轴的锥形端部。

楔键用于静连接，键的上下两面为工作面，如图3-53所示。键工作时楔紧在轴毂之间，使键、轴、毂之间产生摩擦力来传递转矩，也能传递单向轴向力。楔键连接适合用于载荷平稳、低速且回转精度要求不高的场合。

切向键用于静连接，键的上下平面是工作面。工作时主要靠工作面上的挤压力来传递扭矩。切向键能传递很大的扭矩，主要用于对中性要求不高的重型机械中。

二、销连接

销是标准件，可用来作为定位零件，用以确定零件间的相互位置，如图3-54所示；也可起连接作用，以传递横向力或转矩，如图3-55所示；或作为安全装置中的过载切断零件，如图3-56所示。销的材料一般采用Q235，35钢和45钢。

常用的销有圆柱销、圆锥销和开口销，其特点和应用见表3-3。

三、螺纹连接

螺纹连接是利用螺纹零件，将两个以上零件刚性连接起来构成的一种可拆连接。按照螺纹的绕行方向可分为右旋螺纹和左旋螺纹；按照螺纹线的根数分为单线、双线、三线及四线螺纹；螺纹还有内螺纹和外螺纹之分。

螺纹主要有以下参数：见图3-57所示。

大径d为螺纹的最大直径，即螺纹的公称直径，小径d₁为螺纹的最小直径，中径d₂为指一假象圆柱的直径，这个圆柱体的表面所截的螺纹牙厚和牙间宽相等。对于矩形螺纹：

螺距s为相邻两牙间的轴向距离，导程L为同一条螺旋线上相邻两牙间的轴向距离。

导程L、螺距s和线数n之间的关系为L=ns。

螺纹连接有四种基本类型，如图3-58所示。

螺栓连接时螺栓穿过被连接件上的通孔并用螺母锁紧。无需在被连接件上切制螺纹，使用时不受材料限制，但需螺母。这种连接结构简单，装拆方便，应用最广。

双头螺柱连接是将双头螺柱一端拧紧在被连接件之一的螺纹孔内，另一端穿过另一被连接件的通孔，再旋上螺母。拆卸时，只需拧下螺母，不必拧下双头螺柱就能将被连接件分开。这种连接用于被连接件之一的厚度很大，不便钻成通孔，且需经常拆装的场合。

螺钉连接不需螺母，用途与双头螺柱连接相似，但不宜经常拆装，以免损坏螺纹孔。

紧定螺钉连接是将紧定螺钉旋入一零件的螺纹孔内，并用末端顶住另一零件的表面或顶入相应的坑中，以固定两零件的相对位置，它可传递不大的力或力矩。

螺纹连接件包括螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母、垫圈、防松零件等。这些零件大多已有国家标准，其品种和规格可由有关标准或手册查得。

螺旋机构由螺杆、螺母和机架组成，它能将旋转运动转变为直线运动。

四、联轴器与离合器

联轴器和离合器主要用于轴与轴之间的连接，使它们一起回转并传递转矩。用联轴器连接的两根轴，只有在机器停车后，经过拆卸才能把它们分离。用离合器连接的两根轴，在机器工作中就能方便地使他们分离和接合。

常用联轴器分类如下：

离合器主要分牙嵌式和摩擦式两类。另外，还有电磁离合器和自动离合器。电磁离合器在自动化机械中作为控制转动的元件而被广泛应用。自动离合器能够在特定的工作条件下（如一定的转矩、一定的转速或一定的回转方向）自动接合或分离。

联轴器和离合器大都已标准化了。设计时可查阅相关的手册，直接选用。一般可先依据机器的工作条件选定合适的类型，然后按照计算转矩、轴的转速和轴端直径从标准中选择所需的型号和尺寸。必要时还应对其中某些量件进行验算。

五、轴

1.轴的功用和分类

轴是机械中的重要零件之一，它的主要功用是支撑回转零件，使其具有确定的工作位置，并传递运动和动力。

按照轴线形状，轴可以分成直轴、曲轴和挠性轴。曲轴属于专用零件，常用于往复式机械中（如内燃机、空压机等）；挠性轴轴形可以弯曲，能够将运动和动力传至空间任意位置；直轴在各类机械中广泛运用，属于通用零件。

直轴按其受载情况可分成转轴、心轴和传动轴。工作时同时承受弯矩和扭矩的轴称为转轴；只承受弯矩，不承受扭矩的轴称为心轴；只承受扭矩，不承受弯矩的轴称为传动轴。

直轴一般为实心轴，当有结构要求或为减轻重量时，可以制成空心轴。按轴的各段直径是否相同，直轴还可以分成光轴和阶梯轴，在一般机械中阶梯轴应用最广。

轴的材料应满足强度、刚度、韧性及耐磨性方面的要求，常采用碳素钢和合金钢，形状复杂的轴也有采用高强度铸铁和球墨铸铁的。

2.轴的结构

图3-59所示为一减速器中的阶梯轴。轴上与轴承配合的部分称为轴颈；与齿轮、联轴器等零件配合的部分称为轴头；连接轴颈和轴头的部分称为周身；起连接和定位作用的环带称为轴环；轴径变化处形成的台阶称为轴肩。

六、轴承

轴承是轴系中的重要部件，其功用有两个方面：一是支承轴和轴上零件并保证轴的旋转精度；二是减小转动的轴与其固定支承之间的摩擦和磨损。根据工作时摩擦性质的不同，轴承可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。

1.滑动轴承

滑动轴承根据所承受载荷的方向不同，可分为承受径向载荷的径向滑动轴承、承受轴向载荷的推力滑动轴承以及同时承受径向载荷和轴向载荷的径向推力轴承。如图3-60所示。

滑动轴承一般由轴承座、轴瓦、润滑装置、密封装置等组成。轴瓦是与轴颈直接接触的工作部分，轴瓦有整体式和剖分式两种。整体式轴瓦又称轴套。为了润滑轴承的工作表面，一般都在轴瓦上开设油孔、油沟和油室。油孔用来供应润滑油，油沟用来输送和分布润滑油，而油室则可使润滑油沿轴向均匀分布，并起贮油和稳定供油的作用。油孔一般开在轴瓦的上方，并和油沟一样应开在非承载区，以免破坏油膜的连续性而影响承载能力。常见的油沟形式如图3-61所示。

轴承和轴承衬的材料统称为轴衬材料。轴承的主要失效形式是磨损、胶合及因材料强度不足而出现的疲劳破坏。对轴承材料性能的主要要求是：良好的减摩性和高的耐磨性；良好的抗胶合性；良好的抗压、抗冲击和抗疲劳强度性能；良好的顺应性和嵌藏性；良好的磨合性；良好的导热性、耐腐蚀性；良好的润滑性和工艺性等。常用的轴瓦材料有金属材料铜合金、轴承合金、铝基合金、减磨铸铁等；粉末冶金材料；塑料、尼龙、橡胶、石墨、硬木等摩擦系数小，抗压强度和疲劳强度较高，耐磨性、跑合性和嵌藏性较好，可以采用水或油来润滑的非金属材料。

2.滚动轴承

滚动轴承一般是由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成，如图3-62所示轴承内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内。轴承的内外圈上均有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体沿滚道滚动，保持架将滚动体均匀隔开。滚动轴承是一种标准件，其全部要素均已标准化，并由轴承厂大批生产。

滚动轴承的内、外圈和滚动体均采用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造，常用材料有GCr15、GCr15SiMn等。保持架多用低碳钢板冲压而成，也可以采用铜合金、塑料及其他材料制造。

滚动轴承按其滚动体形状的不同，可分为球轴承和滚子轴承两大类。除球轴承外，其余均为滚子轴承，如圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承等，如图3-63所示。

滚动轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号组成。轴承代号的构成见表3-4。

滚动轴承代号举例：

滚动轴承润滑的主要目的是减小摩擦与磨损、防锈、吸振与冷却。滚动轴承密封的目的是为了防止外部的灰尘、水分及其他杂质进入轴承，并阻止轴承内润滑剂的流失。滚动轴承密封的方法有接触式密封、非接触式密封和组合式密封三种。常用的密封形式见表3-5。

七、弹簧

弹簧是机械中应用十分广泛的弹性元件。受载后它能生产较大的弹性变形，从而把机械功或动能转变为变形能。卸载后又能消失变形立即恢复原状，从而又把变形能转变为动能或机械功，即弹簧具有储存和释放一定的弹性能的特性，它的主要功用有：缓冲吸振；控制运动；储存能量；测量载荷。

弹簧的类型很多，按照所承受的载荷不同可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧四种。按照形状不同又可分为螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、板弹簧和涡卷弹簧等。常用弹簧的类型、特点和引用见表3-6。

弹簧通常是在交变载荷下工作，因此弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳强度，同时还应具有足够的冲击韧性以及良好的热处理性能。常用的弹簧材料有：碳素弹簧钢、低锰弹簧钢、硅锰弹簧钢、铬钒弹簧钢、不锈钢及青铜等。几种常用弹簧材料的牌号、特性及应用见表3-7。