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第8章 工业原料——钢铁制作篇(5)

滑动轴承没有内外圈之分也不具有滚动体,它一般是由耐磨材料制成。滑动轴承常用于低速、重载及加注润滑油及维护困难的机械转动部位。

通常我们所见的轴承多为滚动轴承。滚动轴承是指将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦,从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。一般而言,滚动轴承是由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分构成的。滚动轴承的优点在于使用维护方便,工作可靠,起动性能好,在中等速度下承载能力较高。滚动轴承的缺点在于与滑动轴承比较,它的径向尺寸较大,减振能力较差,高速时寿命低,声响较大。

此外,轴承还可以分为角接触轴承、外球面轴承、直线运动轴承、球轴承、深沟球轴承、推力球轴承、滚子轴承、圆柱滚子轴承。

③轴承的作用

说了这么多,到底轴承有什么作用呢?从字面上来看,所谓轴承就是用来承轴的,它的作用就是用来支撑的。不过,只看到它的支撑作用还不全面。支撑只是轴承的一部分功能。轴承用来支撑的实质就是能够承担径向载荷。换个说法,它是用来固定轴的。也就是说轴承所起的作用是固定轴使其只能实现转动,而控制其轴向和径向的移动。无法想象,没有轴承的支撑和固定,电机如何工作。事实上,没有了轴承电机根本不能工作。因为如果没有了轴承的支撑和固定,轴可能向任何方向运动,而电机工作时要求轴只能作转动。以上讲的是轴承的正面作用,此外,轴承还会影响传动。当然,我们为了提高效率就要避免和降低轴承的副作用。为此就要求在高速轴的轴承上实现良好的润滑。有一些轴承它本身就有自润滑功能,这种轴承我们称之为预润滑轴承。不过绝大多数的轴承必须有润滑油来起到润滑作用的。

这种润滑剂就要负责减轻轴承在高速运转时,由于摩擦而增加能耗,尤其是容易带来的对轴承的损坏。

(2)齿轮

我们对齿轮并不陌生。从概念上说齿轮就是能互相啮合的有齿的机械零件。它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。齿轮自古有之,中国是世界上最早使用齿轮的国家之一。据史料记载,公元前300多年,希腊的亚里士多德在《机械问题》一书中阐述了用青铜或铸铁齿轮传递旋转运动的问题。早在公元前400年~200年的中国古代就巳开始使用齿轮。中国最古老齿轮是在山西出土的青铜齿轮了。此外,以齿轮机构为核心的机械装置还有反映古代科学技术成就的指南车。然而在世界上,对于能正确传递运动的轮齿形状的研究自17世纪末才真正开始。

随着生产的发展,人们对齿轮运转的平稳性越来越重视。丹麦天文学家罗默在1674年第一次提出用外摆线作齿廓曲线,以得到运转平稳的齿轮。

18世纪工业革命时期,齿轮技术得到高速发展,人们对齿轮进行了大量研究。1733年法国数学家卡米发现了齿廓啮合基本定律;在欧洲工业革命之后,齿轮传动的应用日益广泛。起先是摆线齿轮,然后是渐开线齿轮,到20世纪初,渐开线齿轮已在应用中占据优势。1765年瑞士数学家欧拉建议采用渐开线作齿廓曲线。19世纪,滚齿机和插齿机出现,高精度齿轮开始了大批量生产。1900年,普福特为滚齿机装上差动装置,能在滚齿机上加工出斜齿轮,从此滚齿机滚切齿轮得到普及,展成法加工齿轮占了压倒优势,渐开线齿轮成为应用最广的齿轮。

到了20世纪,齿轮制作又有了新的发展。美国怀尔德哈伯1923年最先提出圆弧齿廓的齿轮,后来经苏诺维科夫深入研究,圆弧齿轮开始在生产中应用。圆弧齿轮的承载能力和效率都很高,但缺点在于它制造起来比较复杂,所以,要想让它在生产中广泛应用,还有待进一步改进。

齿轮一般由轮齿、齿槽、端面、法面、齿顶圆、齿根圆、基圆、分度圆等几部分组成。

轮齿简称齿,是齿轮上每一个用于啮合的凸起部分。一般轮齿都呈辐射状排列,配对齿轮上的轮齿互相接触,可使齿轮持续啮合运转;齿槽是齿轮上两相邻轮齿之间的空间;端面是圆柱齿轮或圆柱蜗杆上,垂直于齿轮或蜗杆轴线的平面;法面指的是垂直于轮齿齿线的平面;齿顶圆是指齿顶端所在的圆;齿根圆是指槽底所在的圆;基圆是形成渐开线的发生线作纯滚动的圆;分度圆是指在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆。

齿轮的种类很多,一般可以可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等对其进行分类。

通常,齿轮的齿形有齿廓曲线、压力角、齿高和变位几种。渐开线齿轮制造起来比较简单,所以渐开线齿轮的使用相对于其他类型的齿轮比较广泛,摆线齿轮和圆弧齿轮应用相对就少多了。

不同的压力角承载能力有所不同。一般而言,小压力角齿轮的承载能力较小;而大压力角齿轮,承载能力较强。不过,大压力角齿轮在传递转矩相同的情况下轴承的负荷比较大,所以只有在特殊情况下才使用。目前,齿轮的齿高已标准化,通常都采用标准齿高。

变位齿轮以其较多的优点得到了广泛的应用,当前已经遍及各类机械设备中。

按其外形,齿轮又可以分为圆柱齿轮、锥齿轮、非圆齿轮、齿条、蜗杆蜗轮几类。按齿线形状来分,齿轮还可分成直齿轮、斜齿轮、人字齿轮、曲线齿轮几种。如果依照轮齿所在的表面分,齿轮还可分成外齿轮和内齿轮两种。根据制造方法的不同,齿轮又有铸造齿轮、切制齿轮、轧制齿轮、烧结齿轮之分。

按硬度,齿面可区分为软齿面和硬齿面两种。

齿轮的承载能力和尺寸重量通常会受齿轮的制造材料和热处理过程影响很大。20世纪50年代之前,齿轮制造多选用碳钢。到了60年代,才开始用合金钢,而70年代多用表面硬化钢。一般来说,软齿面的齿轮的承载能力相对比较低,不过它的优点在于制造比较容易,跑合性好。软齿面的齿轮常用在传动尺寸和重量无严格限制或者是小量生产的机械中。

相对而言,硬齿面齿轮的承载能力要强一些,这和它的制作过程是分不开的。硬齿面齿轮是在齿轮精切之后,再进行淬火、表面淬火或渗碳淬火处理制成的。这样的处理之后,齿轮的硬度得以提高。不过,在热处理过程中,不可避免使齿轮发生一些变形,所以为了消除因变形产生的误差,以提高齿轮的精度,经常在热处理之后进行磨削、研磨或精切。

齿轮制造常用材料有调质钢、淬火钢、渗碳淬火钢和渗氮钢等钢材料。由于铸钢与锻钢相比强度稍低,所以用来制作尺寸较大的齿轮。而灰铸铁的机械性能较差,所以多用来制作轻载的开式齿轮。

另外,齿轮制作并非都用钢,球墨铸铁就可以部分地代替钢。塑料也可以用来制作齿轮,塑料齿轮多用于轻载和要求噪声低的地方,一般用导热性好的钢齿轮与它配对使用。

未来,齿轮发展的方向应该是重载、高速、高精度和高效率。

同时,要求齿轮向尺寸小、重量轻、寿命长和经济可靠的方向迈进,而齿轮理论和制造工艺的发展重点将进一步研究减少轮齿损伤延长齿轮的使用寿命。

此外,像摩擦、润滑理论和润滑技术等也是齿轮研究中的基础性工作。对弹性流体动压润滑理论的研究,以及对合成润滑油和在油中适当地加入极压添加剂技术的推广,在提高齿面的承载能力的同时,还可以也能提高其传动效率。

(3)紧固件

紧固件是将两个或两个以上零件(或构件)紧固连接成为一件整体时所采用的一类机械零件的总称。紧固件作为一种紧固连接用的机械零件应用十分广泛。在我们生活中,紧固件的应用随处可见。

如各种机械、设备、车辆、船舶、铁路、桥梁、建筑、结构、工具、仪器、仪表和用品等上面,无不是紧固件的用武之地。紧固件的特点为品种规格繁多,性能用途各异,而且标准化、系列化、通用化的程度也极高。所以,紧固件也有另外一个名字叫为标准紧固件,或简称为标准件。

在生产和生活中,我们常见的紧固件有:螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈等等。

在各种机械基础件中,紧固件的应用是最广泛的。自2001年中国加入WTO并步入国际贸易大国的行列,随着和世界各国及地区贸易的扩大,中国紧固件产品大量出口到世界各国及地区、其他国家及地区的紧固件产品也不断涌入中国市场。这就使中国不得不在紧固件上与世界接轨。而且,作为中国出口量较大的产品之一,紧固件与国际接轨,对推动中国紧固件企业走向世界,促进紧固件企业全面参与国际合作与竞争,都具用重要的现实意义和战略意义。

所以,在紧固件的生产和消费上,我们要逐渐消除与世界各国及地区的差别。

那么,这些差别主要体现在哪里呢?其实,每个具体紧固件产品的规格、尺寸、公差、重量、性能、表面情况、标记方法以及验收检查、标志和包装等都有具体要求。这些要求还分别规定在几个国家标准中,如世界上关于紧固件的标准有公制、英制、德制和美制等。

紧固件不仅应用广泛,种类也很多,通常我们常见的紧固件包括以下几类零件:

螺栓:螺栓是由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)两部分组成的一类紧固件,需与螺母配合,用于紧固连接两个带有通孔的零件。我们把这种连接形式叫做螺栓连接。

螺柱:螺柱是一类没有头部的,仅有两端均外带螺纹的紧固件。螺柱在连接的时候,它的一端需要旋入带有内螺纹孔的零件中,另一端穿过带有通孔的零件中,然后旋上螺母,以使这两个零件紧固连接成一个整体。这种连接形式被人们称之为螺柱连接,也属可拆卸连接。

螺母:螺母是一种带有内螺纹孔,形状一般呈扁六角柱形,也有呈扁方柱形或扁圆柱形的。它的主要任务就是配合螺栓、螺柱或机器螺钉,用来紧固连接两个零件,将两个零件连接为一个整体。

自攻螺钉:自攻螺钉是与机器螺钉相似的一类紧固件。但是它螺杆上的螺纹为专用的自攻螺钉用螺纹。自攻螺钉多用来紧固连接两个薄的金属构件,将之连接成一个整体。

因为这种螺钉硬度较高,所以在构件上需要事先制出小孔,这样可以直接旋入构件的孔中,使构件内形成相应的内螺纹。这种连接形式也是可拆卸连接的一种。

螺钉:螺钉是一种由头部和螺杆两部分构成的紧固件。根据用途的不同,这一紧固件又可分为机器螺钉、紧定螺钉和特殊用途螺钉三种类型。机器螺钉的用途主要是用于一个紧固螺纹孔的零件,与一个带有通孔的零件之间的紧固连接,不需要螺母配合紧固螺钉,主要用于固定两个零件之间的相对位置。

木螺钉:木螺钉与机器螺钉很类似。不过,螺杆上的螺纹是专用的木螺钉用螺纹,木螺钉可以直接旋入木质构件中。木螺钉主要用途是用于把一个带通孔的金属(或非金属)零件与一个木质构件紧固连接起来。这种连接也是可拆卸连接的一种。

垫圈:垫圈是一种形状呈扁圆环形的常见紧固件。它主要用在螺栓、螺钉或螺母的支撑面与连接零件表面之间。它的应用可以增大被连接零件接触表面面积,降低单位面积压力和保护被连接零件表面不被损坏,所以它的作用也很重要。还有一种弹性垫圈,主要用来阻止螺母回松。

挡圈:挡圈是一种装在机器设备的轴槽或孔槽中的紧固件。它的作用主要是阻止轴上或孔上的零件运动时左右移动。

铆钉:是一种由头部和钉杆两部分构成的紧固件。它的用途主要是用来紧固连接两个带通孔的零件(或构件),将之连接成一个整体。这种连接形式我们称之为铆钉连接,通常简称为铆接。因为要分开连接在一起的两个零件,必须破坏固定零件的铆钉,所以这种连接属于不可拆卸连接。

组合件和连接副件:组合件是指组合供应的一类紧固件。例如把某种机器螺钉(或螺栓、自攻螺钉)与平垫圈(或弹簧垫圈、锁紧垫圈)组合供应。连接副件指将某种专用螺栓、螺母和垫圈组合供应的一类紧固件,如钢结构所用的高强度大六角头螺栓连接副件。

当然,紧固件的种类还有很多,以上介绍的不过是生产生活中一些常见的紧固件。有兴趣的可以查阅相关资料,了解更多的紧固件知识。

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