1、维维护技术基础护技术基础（第二版）（第二版）第第4章章 弹簧弹簧、轴承和传动轴承和传动刘成英刘成英4.1 4.1 弹簧的类型、材料、性能及应用弹簧的类型、材料、性能及应用弹簧的主要功用：弹簧的主要功用：控制机构的运动或零件的位置缓冲及吸控制机构的运动或零件的位置缓冲及吸 振储存能量振储存能量 测量力的大小测量力的大小4.1.1 4.1.1 弹簧的类型弹簧的类型 1.1.螺旋弹簧螺旋弹簧 按形状分：圆柱形和圆锥形按形状分：圆柱形和圆锥形 按受载分：拉伸弹簧按受载分：拉伸弹簧 压缩弹簧压缩弹簧 扭转弹簧扭转弹簧 区别：区别：拉伸弹簧拉伸弹簧 间距很小或无间距，压缩弹间距很小或无间距，压缩弹 簧留有
2、足够的间距簧留有足够的间距 压缩弹簧对高径比有工作条件限制，对压缩弹簧对高径比有工作条件限制，对 于拉伸弹簧和扭转弹簧没有严格限制于拉伸弹簧和扭转弹簧没有严格限制2.其他弹簧其他弹簧 蝶形弹簧：承受压缩载荷，主要用于载荷很大蝶形弹簧：承受压缩载荷，主要用于载荷很大、轴向尺轴向尺 寸受限制的重型缓冲减振装置寸受限制的重型缓冲减振装置 环形弹簧：属于压缩弹簧，能吸收较多能量，缓冲和吸环形弹簧：属于压缩弹簧，能吸收较多能量，缓冲和吸 振能力大，故多用于重型机械的缓冲装置振能力大，故多用于重型机械的缓冲装置 盘簧：属于扭转弹簧，常用于仪器和仪表中的减振装置盘簧：属于扭转弹簧，常用于仪器和仪表中的减振装
3、置 板簧：属于弯曲弹簧，主要用于车辆减振板簧：属于弯曲弹簧，主要用于车辆减振 片簧：片簧：主要用于弹簧工作行程和作用力均不大的情况主要用于弹簧工作行程和作用力均不大的情况4.1.2 弹簧材料及性能弹簧材料及性能弹弹簧材料要求：高的弹性极限，高的疲劳强度，具有一定的簧材料要求：高的弹性极限，高的疲劳强度，具有一定的 塑性和韧性塑性和韧性、良好的热处理性能良好的热处理性能常常用的弹簧材料有优质碳素钢用的弹簧材料有优质碳素钢、合金钢和有色金属合金合金钢和有色金属合金1.碳素弹簧钢碳素弹簧钢具具有较高的强度有较高的强度、适宜的韧性和塑性，但弹簧丝直径适宜的韧性和塑性，但弹簧丝直径大于大于12mm12m
4、m时，不易淬透，故仅适用于做小尺寸的时，不易淬透，故仅适用于做小尺寸的弹簧弹簧2.2.合金弹簧钢合金弹簧钢弹弹性好性好、淬透性好淬透性好、回火稳定性好及抗疲劳性好，常回火稳定性好及抗疲劳性好，常用于制作承受交变载荷用于制作承受交变载荷、冲击载荷或工作温度较冲击载荷或工作温度较高的弹簧高的弹簧3.3.有色金属合金有色金属合金用用于潮湿于潮湿、酸性或其他腐蚀介质中工作的弹簧酸性或其他腐蚀介质中工作的弹簧4.1.3 弹簧在飞机上的应用弹簧在飞机上的应用压簧被广泛应压簧被广泛应用于各种机械控用于各种机械控制活门中，用于制活门中，用于限定活门位置限定活门位置、压力控制与调节压力控制与调节拉簧常被用于操纵
5、拉簧常被用于操纵系统，用于提供感觉系统，用于提供感觉力及限定位置力及限定位置扭力弹簧扭力弹簧常在需要扭常在需要扭力限制或复力限制或复位时使用位时使用4.2 轴承的种类轴承的种类、材料材料、构造和应用构造和应用轴承功用：轴承功用：支撑轴支撑轴及轴上零件并保持及轴上零件并保持轴的旋转精度，同轴的旋转精度，同时也时也 减少转轴与减少转轴与支承间的摩擦和磨支承间的摩擦和磨损损轴轴承分类：承分类：滚动轴滚动轴承和滑动轴承承和滑动轴承轴承的分类：轴承的分类：按按承受载荷的方向承受载荷的方向可分可分为：为：轴承可分为向心型轴承和推力型轴承两大类轴承可分为向心型轴承和推力型轴承两大类。向向心轴承只能承受径向载
6、荷，有的向心轴承承心轴承只能承受径向载荷，有的向心轴承承受径向载荷受径向载荷的同时的同时,还能承受不大的轴向载还能承受不大的轴向载荷荷;推力轴承只能用来承受轴向载荷。推力轴承只能用来承受轴向载荷。按按滚动体的滚动体的形状可分为：形状可分为：滚动轴承分为滚珠轴承和滚棒轴承滚动轴承分为滚珠轴承和滚棒轴承。滚滚棒轴承分为圆柱滚棒轴承、圆锥滚棒棒轴承分为圆柱滚棒轴承、圆锥滚棒轴承等轴承等。1.滚动轴承滚动轴承 1）构造）构造圆锥轴承圆锥轴承2 2）材料）材料 内外圈和滚动体材料用强度高内外圈和滚动体材料用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢耐磨性好的铬锰高碳钢 如如GCr15GCr15和和GCr15SiMn。
7、保持架应用最广泛的是低碳钢板冲保持架应用最广泛的是低碳钢板冲 压浪形、筐形、盒形等保持架，压浪形、筐形、盒形等保持架，整体保持架选用铜合金、整体保持架选用铜合金、铝合金、酚醛层压布板或工程塑料铝合金、酚醛层压布板或工程塑料3 3）特点）特点 采用滚动轴承支撑的装置启动力矩小采用滚动轴承支撑的装置启动力矩小;径向游隙小，运径向游隙小，运 转精度高转精度高;机构的轴向结构紧凑机构的轴向结构紧凑;便于密封，易于维护便于密封，易于维护;标标 准化程度高，成批生产，成本较低。准化程度高，成批生产，成本较低。滚动轴承承受冲击载荷能力较差滚动轴承承受冲击载荷能力较差;高速重载下轴承寿命高速重载下轴承寿命 较
8、低较低;振动及噪音较大振动及噪音较大;径向尺寸比滑动轴承大。径向尺寸比滑动轴承大。2.滑动轴承滑动轴承 1）构造）构造 分整体式和剖分式分整体式和剖分式宽径比（宽径比（B/dB/d）1.51.5的轴承，可采用自的轴承，可采用自动调心轴承动调心轴承2）材料）材料 对轴瓦材料的要求：有足够的强度，对油的吸附能力强对轴瓦材料的要求：有足够的强度，对油的吸附能力强 摩擦系数小，耐磨性好，导热好且易于加工摩擦系数小，耐磨性好，导热好且易于加工 常见的轴瓦材料：常见的轴瓦材料：（1）轴承合金）轴承合金 （2）青铜）青铜 （3）铸铁）铸铁 其他材料：塑料其他材料：塑料、尼龙及粉末冶金尼龙及粉末冶金3 3）特
9、点）特点 滑动轴承工作平稳滑动轴承工作平稳、可靠，噪声较滚动轴承低。普通滑动可靠，噪声较滚动轴承低。普通滑动 轴承的启动摩擦阻力较滚动轴承大得多。轴承的启动摩擦阻力较滚动轴承大得多。4.2.2 轴承在飞机上的应用轴承在飞机上的应用 轴承在飞机发动机上的典型应用轴承在飞机发动机上的典型应用转子支撑转子支撑 低压转子：低压转子：021 中压转子：中压转子：120 高压转子：高压转子：101 RB211三转子发动机的支承方案三转子发动机的支承方案 低压转子：低压转子：021 高压转子：高压转子：101CFM56发动机转子支承方案简图发动机转子支承方案简图4.2.3 轴承的拆装轴承的拆装 轴承的组合和
10、固定轴承的组合和固定;轴承的配合和拆装轴承的配合和拆装;轴承的轴承的 润滑和密封润滑和密封 1.轴承的组合和固定轴承的组合和固定 轴承的固定，含外圈固定，内圈固定。轴承的固定，含外圈固定，内圈固定。轴向要留有间隙轴向要留有间隙 受力传递受力传递轴承装配轴承装配示意图示意图2.轴承的配合和拆装轴承的配合和拆装 （1）滚动轴承内圈与轴是基孔制，一般是过盈配合）滚动轴承内圈与轴是基孔制，一般是过盈配合;滚动轴滚动轴承外圈与轴承座的配合是基轴制，一般是过渡配合。承外圈与轴承座的配合是基轴制，一般是过渡配合。（2）拆装方法：）拆装方法：压力机压力机 轴承预热轴承预热 专用工具专用工具3.3.轴承的润滑和
11、密封轴承的润滑和密封 润滑的目的：减小摩擦和磨损，降低功率损耗，冷却，防润滑的目的：减小摩擦和磨损，降低功率损耗，冷却，防尘，防锈和吸振尘，防锈和吸振 1 1）润滑剂）润滑剂 润滑油润滑油 润滑脂润滑脂 固体润滑剂固体润滑剂2）润滑方法）润滑方法 （1）滴油润滑）滴油润滑 （2）油环润滑）油环润滑 （3）飞溅润滑）飞溅润滑 （4）压力润滑）压力润滑 压力润滑分类：直接润滑法压力润滑分类：直接润滑法 间接润滑法间接润滑法3）密封）密封 作用：防止灰尘作用：防止灰尘、水分、杂质等侵入轴承，并阻止润滑水分、杂质等侵入轴承，并阻止润滑 剂流失剂流失直接润滑法是通过一个标定孔供应一定温度和压力的滑油，孔
12、的尺寸确定直接润滑法是通过一个标定孔供应一定温度和压力的滑油，孔的尺寸确定了在各种工况下的流量。保持滑油干净十分重要，喷油孔前，供了在各种工况下的流量。保持滑油干净十分重要，喷油孔前，供油路上安装有若干油滤和滤网。油路上安装有若干油滤和滤网。间接润滑法是滚道下润滑方法间接润滑法是滚道下润滑方法,滑油喷雾在空心转子轴的内壁滑油喷雾在空心转子轴的内壁,由于离心力由于离心力滑油停留在壁上滑油停留在壁上,然后滑油通过轴和轴承内滚道上的孔向外流动然后滑油通过轴和轴承内滚道上的孔向外流动,在保持架离开轴承。这种方法比直接润滑带走的热量多。在保持架离开轴承。这种方法比直接润滑带走的热量多。封严皮碗封严皮碗O
13、型圈封严型圈封严4.3.齿轮传动齿轮传动4.3.1 齿轮传动特点与齿轮传动特点与 优点：传动平稳，效率较高，工作可靠性高，寿命较长优点：传动平稳，效率较高，工作可靠性高，寿命较长 缺点：要求较高的制造和安装精度，成本较高，不能远距缺点：要求较高的制造和安装精度，成本较高，不能远距 离传动离传动齿轮机构齿轮机构的分类的分类对齿轮传动的基本要求对齿轮传动的基本要求:传动平稳传动平稳承载能力强承载能力强1.1.圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动u 两直齿圆柱齿轮的齿廓在任何啮合位置，其接触线都是与轴线相两直齿圆柱齿轮的齿廓在任何啮合位置，其接触线都是与轴线相平行的直线，一对直齿的齿廓进入和脱离接触都是突然发生
14、的，故其平行的直线，一对直齿的齿廓进入和脱离接触都是突然发生的，故其噪声较大，不适合高速传动。噪声较大，不适合高速传动。u 斜齿轮的接触线都是与轴线不相平行的斜线，轮齿的接触是逐渐进斜齿轮的接触线都是与轴线不相平行的斜线，轮齿的接触是逐渐进入啮合和逐渐分开的，故工作平稳。另外，斜齿轮齿数比直齿轮多，入啮合和逐渐分开的，故工作平稳。另外，斜齿轮齿数比直齿轮多，重合度大，故承载能力较高。但传动中存在轴向分力，需要安装推力重合度大，故承载能力较高。但传动中存在轴向分力，需要安装推力轴承。轴承。圆筒蜗轮杆圆筒蜗轮2.锥齿轮传动锥齿轮传动 锥齿轮传动用于传递两相交轴之间的运动和动力，通常两锥齿轮传动用于
15、传递两相交轴之间的运动和动力，通常两轴交角为轴交角为90o示例图示例图4.3.2 齿轮传动的传动比齿轮传动的传动比 主动轮的转速与被动轮的转速之比称为齿轮传动的传主动轮的转速与被动轮的转速之比称为齿轮传动的传 动比。传动比是定值动比。传动比是定值中间轮改变传中间轮改变传动方向，不改动方向，不改变传动比变传动比 轮系轮系：由一系列相互啮合的齿轮组成的传动由一系列相互啮合的齿轮组成的传动系系统统轴轮系轴轮系：所有齿轮轴线的位置固定不动；所有齿轮轴线的位置固定不动；周转轮系周转轮系：至少有一个齿轮的轴线不固至少有一个齿轮的轴线不固定定；平面定轴轮系平面定轴轮系：轴线平行；：轴线平行；空间定轴轮系空间
16、定轴轮系：不一定平：不一定平行行；结论：结论：定轴轮系的传动比等于各对齿轮传动比的连乘积，其值等于各定轴轮系的传动比等于各对齿轮传动比的连乘积，其值等于各对齿轮的从动轮齿数的乘积与主动轮齿数的乘积之对齿轮的从动轮齿数的乘积与主动轮齿数的乘积之比比；4.3.3 齿轮轮齿的失效形式齿轮轮齿的失效形式1.轮齿轮齿折折断断u轮齿折断有多种形式，在正常情轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在轮齿受载时，齿根处产生的因为在轮齿受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的分的截面突变及加
17、工刀痕等引起的应力集中作用，当轮齿重复受载后，应力集中作用，当轮齿重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，致使轮齿疲劳扩展，致使轮齿疲劳折折断断u为了提高齿轮的抗折断能力，可为了提高齿轮的抗折断能力，可采取下列措施：采取下列措施：1）用增加齿根过渡）用增加齿根过渡圆角半径及消除加工刀痕的方法来圆角半径及消除加工刀痕的方法来减小齿根应力集中；减小齿根应力集中；2）增大轴及支）增大轴及支承的刚性，使轮齿接触线上受载较承的刚性，使轮齿接触线上受载较为均匀；为均匀；3）采用合适的热处理方法）采用合适的热处理方法使齿芯材料具有足够的韧性；使齿芯材料具有足够的韧性；4
18、）采）采用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表用喷丸、滚压等工艺措施对齿根表层进行强化处理。层进行强化处理。1)齿齿面面磨磨损；损；它它是开式齿轮传动的主要形式之一。改用是开式齿轮传动的主要形式之一。改用闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的方闭式齿轮传动是避免齿面磨粒磨损最有效的方法。法。2.轮齿表面的破坏轮齿表面的破坏2）齿齿面面点点蚀蚀 点点蚀就是齿面材料变化着的接触应蚀就是齿面材料变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤伤现现象齿象齿面上最初出现的点蚀仅为针尖面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，如工作条件未加改善，麻大小的麻点，如工作条件未加改善，
19、麻点就会逐渐扩大，甚至数点连成一片，点就会逐渐扩大，甚至数点连成一片，最后形成了明显的齿面损伤。最后形成了明显的齿面损伤。3）齿面胶合）齿面胶合对对于高速重载的齿轮传于高速重载的齿轮传动（如航空发动机减速动（如航空发动机减速器的主传动齿轮），齿器的主传动齿轮），齿面间的压力大，瞬间温面间的压力大，瞬间温度高，润滑效果差，当度高，润滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮瞬时温度过高时，相啮合的两齿面就会发生粘合的两齿面就会发生粘在一起的现象，由于此在一起的现象，由于此时两齿面又在作相对滑时两齿面又在作相对滑动，相粘结的部位即被动，相粘结的部位即被撕破，于是在齿面上沿撕破，于是在齿面上沿相对滑动的方向形
20、成伤相对滑动的方向形成伤痕，称为胶合痕，称为胶合4）塑性变形）塑性变形由由于材料的塑性流于材料的塑性流 动方向动方向和齿面上所受的摩擦力方和齿面上所受的摩擦力方向一致，所以在主动轮的向一致，所以在主动轮的轮齿上沿相对滑动速度为轮齿上沿相对滑动速度为零的节线处被碾出沟槽零的节线处被碾出沟槽,而而在从动轮的轮齿上则在节在从动轮的轮齿上则在节线处被挤出脊棱。这种现线处被挤出脊棱。这种现象称为滚压塑变（见右象称为滚压塑变（见右图）。锤击塑变则是伴有图）。锤击塑变则是伴有过大的冲击而产生的塑性过大的冲击而产生的塑性变形，它的特征是在齿面变形，它的特征是在齿面上出现浅的沟槽，且沟槽上出现浅的沟槽，且沟槽的
21、取向与啮合轮齿的接触的取向与啮合轮齿的接触线相一致。线相一致。提高轮齿齿面提高轮齿齿面硬度，采用高粘度的或加硬度，采用高粘度的或加有极压添加剂有极压添加剂 的润滑油均的润滑油均有助于减缓或防止轮齿产有助于减缓或防止轮齿产生塑性变形。生塑性变形。4.3.4 齿轮传动的维护与润滑齿轮传动的维护与润滑 正确安装正确安装 日常维护：保持良好的润滑日常维护：保持良好的润滑 润滑：润滑：1.1.开式传动的润滑，定期刷油开式传动的润滑，定期刷油 2.2.闭式传动闭式传动：浸油润滑和喷油润滑浸油润滑和喷油润滑4.4 带传动带传动 4.4.1 带传动的组成与种类带传动的组成与种类 带带传动是由固联于主动轴上的带
22、轮（主动轮）、固联于从传动是由固联于主动轴上的带轮（主动轮）、固联于从动轴上的带轮（从动轮）和紧套在轮上的传动带组成动轴上的带轮（从动轮）和紧套在轮上的传动带组成的的。常常见的传动类型有：平带传动、见的传动类型有：平带传动、V型型带（三角带）传带（三角带）传动动、圆圆带带传动、传动、同同步齿形带步齿形带传动。传动。带传动比及计带传动比及计算算4.4.2 带传动的工作原理与特点带传动的工作原理与特点 带带传传动是动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机械传传动动。靠带与带的摩擦力拖动带运动。靠带与带的摩擦力拖动带运动。优优点点:结
23、构简单，使用维护方便；过载时，带会在带轮上打滑，避免损结构简单，使用维护方便；过载时，带会在带轮上打滑，避免损坏其它零件，有过载保护作用；运行平稳噪音小、振动小；制造安装精度坏其它零件，有过载保护作用；运行平稳噪音小、振动小；制造安装精度要求不要求不高高。缺缺点点:由于弹性且靠摩擦力传动，因此带与带轮之间存在弹性滑动，不由于弹性且靠摩擦力传动，因此带与带轮之间存在弹性滑动，不能保证准确传动比；由于传动中存在弹性滑动，消耗了部分功率，传动效能保证准确传动比；由于传动中存在弹性滑动，消耗了部分功率，传动效率较低；使用寿命较短；与啮合传动相比，张紧力和轴上压力较大，轴易率较低；使用寿命较短；与啮合传
24、动相比，张紧力和轴上压力较大，轴易受损；不适宜高温、易燃、易爆、油污的场受损；不适宜高温、易燃、易爆、油污的场所所。4.5 链传动链传动4.5.1 链传动的组成链传动的组成、特点与应用特点与应用组成：链传动由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的组成：链传动由装在平行轴上的主动链轮、从动链轮和绕在链轮上的链链条条 组组成。工作时，靠链条链节与链轮轮齿的啮合带动从动轮回转成。工作时，靠链条链节与链轮轮齿的啮合带动从动轮回转并并传传 递递运动和动力。运动和动力。特点：特点：1 1）由于链传动属于带有中间挠性件的啮合传动，所以可获得准）由于链传动属于带有中间挠性件的啮合传动，所以可获得准确确
25、的的 平平均传动比；均传动比；2 2）与带传动相比，链传动预紧力小，所以链传动轴压力小，而）与带传动相比，链传动预紧力小，所以链传动轴压力小，而传传递递 的的功率较大，效率较高，链传动还可以在高温、低速、油污等功率较大，效率较高，链传动还可以在高温、低速、油污等情情况况 下下工作；工作；3 3）与齿轮传动相比，两轴中心距较大，制造与安装精度要求较）与齿轮传动相比，两轴中心距较大，制造与安装精度要求较低低，成成本低廉。本低廉。4 4）链传动运转时不能保持恒定的瞬时传动比和瞬时链速，所以）链传动运转时不能保持恒定的瞬时传动比和瞬时链速，所以传传动动 平平稳性较差，工作时有噪音且链速不宜过高。稳性较
26、差，工作时有噪音且链速不宜过高。应应用：适用于中心距较大，要求平均传动比准确的场合。传动链传递用：适用于中心距较大，要求平均传动比准确的场合。传动链传递的的功功 率率一般在一般在100kW100kW以下，最大传动比以下，最大传动比 ，链速不超过，链速不超过15m/s15m/s。4.5.2 链传动的种类与构造链传动的种类与构造 最常用的是套筒滚子链和齿形链最常用的是套筒滚子链和齿形链滚子链由滚子链由内链板内链板1、外链板外链板2、销轴、销轴3、套筒套筒4和滚子和滚子5组成。组成。多多排链：几个普通的排链：几个普通的单排链彼此之间用长单排链彼此之间用长销销轴连接而轴连接而成成。特点：承受较大载荷，
27、特点：承受较大载荷，传递较大功率。传递较大功率。滚子链的连接使滚子链的连接使用连接链节或过用连接链节或过渡链节渡链节2.齿齿形形链链 齿齿形链：齿形链板、导形链：齿形链板、导板、套筒和销轴等组板、套筒和销轴等组成成。特特点：齿形链传动平稳，点：齿形链传动平稳，速度高，承受冲击的性能速度高，承受冲击的性能好，噪声小好，噪声小(又称无声链又称无声链)；结构复杂，装拆较难，质结构复杂，装拆较难，质量较大，易磨损，成本较量较大，易磨损，成本较高高4.5.3 4.5.3 链传动的维护与润滑链传动的维护与润滑 1.1.链传动的使用与维护链传动的使用与维护 （1 1）安装正确）安装正确 （2 2）设置设置张张紧装置紧装置 （3 3）封闭在护罩封闭在护罩 2.2.链传动的润滑链传动的润滑 （1 1）人工定期润滑）人工定期润滑 （2 2）滴油润滑）滴油润滑 （3 3）油池润滑）油池润滑 （4 4）压力润滑）压力润滑本章结束本章结束
