常用件的结构特点

4．4．1　标准件、常用件的结构特点

在机器中广泛使用着螺纹联接件、键、销、齿轮、滚动轴承等零件，为便于零件批量生产、选用和更换，某些零件的结构形状、尺寸、标记和技术要求都已标准化，这类零件称为标准件，如螺钉、螺栓、螺母、垫圈、键等，如图4－95所示。某些零件只有部分结构要素标准化，这类零件称为常用件，如齿轮、弹簧等，如图4－96所示。在选用时，只要根据它们的结构型式、使用规格、代号、标记等查阅有关国家标准规定，即可得到详细数据。

图4－95　标准件

图4－96　常用件

1）螺纹及螺纹紧固件

（1）螺纹

①螺纹的形成

螺纹是按照螺旋线的原理制造加工而成的。当一平面图形（如三角形、矩形、梯形等）绕一圆柱（或圆锥）表面做螺旋运动时形成的螺旋体，工业上称之为螺纹。在圆柱（或圆锥）外表面上形成的螺纹称为外螺纹；在圆柱（或圆锥）内表面上形成的螺纹称为内螺纹。

螺纹的加工方法有车制、碾压以及用丝锥、板牙等螺纹工具加工。如图4－97所示。

图4－97　常见螺纹加工方法

②螺纹要素

a．牙型。螺纹牙型是指假想用一平面沿螺纹轴线切出的螺纹断面轮廓形状。常见的牙型有三角形、梯形、锯齿形、矩形等。如图4－98所示。

图4－98　螺纹牙型

b．螺纹直径。螺纹的直径有三个，即大径、小径、中径。

螺纹大径又称公称直径，它代表了螺纹尺寸的直径。大径指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径，内、外螺纹的大径分别用D、d表示。小径指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径，内、外螺纹的小径分别用D₁、d₁表示。中径指母线通过牙型上的沟槽和凸起宽度相等的假想圆柱的直径，内、外螺纹的中径分别用D₂、d₂表示。如图4－99所示。

图4－99　螺纹直径

c．线数。螺纹有单线和多线螺纹之分，只有一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，有两条或两条以上在轴向等距分布的螺旋线形成的螺纹称为多线螺纹，如图4－100所示。

图4－100　螺纹线数、螺距和导程

图4－101　螺纹旋向

d．螺距和导程。螺距是指相邻两牙在中径线上对应点间的轴向距离。导程是指同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应点之间的轴向距离。

e．旋向。螺纹有左旋和右旋之分。当螺纹按顺时针方向旋进时，称为右旋螺纹，反之，称为左旋螺纹，如图4－101所示。

内、外圆柱螺纹联接的条件是螺纹的五个要素必须完全相同，否则内、外螺纹不能相互旋合。

③螺纹的种类及标注方法

a．螺纹种类。按螺纹要素是否标准分成：标准螺纹（牙型、直径、螺距符合国家标准的螺纹）、特殊螺纹（牙型符合国家标准，直径和螺距不符合标准的螺纹）、非标准螺纹（牙型不符合标准的螺纹）。

按螺纹的用途分成：联接螺纹如普通螺纹、管螺纹；传动螺纹如梯形螺纹、锯齿形螺纹等。其具体分类详见表4－6。

表4－6　螺纹的牙型、代号和标注示例

b．标准螺纹的标注格式。普通螺纹完整的标记由螺纹代号、螺纹公差带代号、螺纹旋合长度代号三部分组成。基本格式为：

螺纹特征代号见表4－6。公称直径指螺纹大径。当线数为1时，导程和线数省略。左旋螺纹的旋向标为“LH”，右旋时省略不标。粗牙普通螺纹，螺距省略标注。

公差带代号：由公差等级代号和基本偏差代号组成。螺纹公差通常用螺纹中径、顶径公差带代号表示。小写字母用于表示外螺纹的基本偏差代号，大写字母表示内螺纹的基本偏差代号。如M10－5g6g，表示外螺纹中径、顶径公差带代号为5g、6g；M10－6H5H，表示内螺纹中径、顶径公差带代号为6H、5H，当中径、顶径公差带相同时，只标注一个代号，如M10－6g。梯形螺纹和锯齿形螺纹只标注中径公差带代号。

旋合长度：指内、外螺纹旋合在一起的有效长度，普通螺纹的旋合长度分为3组，分别称为短旋合长度、中旋合长度和长旋合长度，相应代号为S、N、L。旋合长度为中等时，“N”不标注。

标记示例：M20×2－7g6g－L－LH表示左旋细牙普通外螺纹，公称直径为20mm，螺距为2mm，螺纹中径和顶径公差带代号分别为7g、6g，L表示采用长旋合长度。

c．特殊螺纹的标记。特殊螺纹的标注，应在牙型符号前加注“特”，并注出大径和螺距。如图4－102所示。

d．非标准螺纹的标记。应注出螺纹的大径、小径、螺距和牙型的尺寸。如图4－103所示。

图4－102　特殊螺纹的标注

图4－103　非标准螺纹的标注

（2）螺纹紧固件及其联接

①螺纹紧固件

螺纹紧固件是指用螺纹起联接作用的标准件。常用的螺纹紧固件有螺栓、双头螺柱、螺钉、螺母、垫圈等。螺纹紧固件的结构型式和尺寸已全部标准化，各种紧固件都有相应的标记。一般完整的标记包括名称、国标代号、尺寸、性能和构成等，见表4－7。可根据它们的规定标记选取。

表4－7　常用的螺纹紧固件种类、标记

续表

②螺纹紧固件的联接

螺纹紧固件的联接形式有：螺栓联接、双头螺柱联接、螺钉联接，见表4－8。

表4－8　螺纹紧固件的联接形式

续表

例　已知螺纹紧固件的标记为：螺栓GB／T 5782M20×l、螺母GB／T 6170M20、垫圈GB／T 97．1 20，被联接件的厚度δ₁＝25mm、δ₂＝25mm，确定螺栓的有效长度l。

解：根据GB／T 6170、GB／T 97．1查得：m＝18mm，h＝3mm

取a＝0．3×20＝6

l≥δ₁＋δ₂＋h＋m＋a＝25＋25＋3＋18＋6＝77

根据GB／T 5782查得最接近的标准长度为80，即l＝80mm。

2）键联接

除螺纹联接外，键联接和销联接也是常用的可拆卸的联接。如图4－104所示为键联接。为了把齿轮和轴装配在一起，使其同时转动，通常在轮毂和轴上分别加工出键槽，然后把键的一部分放入轴的键槽内，再将带键的轴装入具有通槽的轮毂中，使键的另一部分嵌入轮毂中的键槽中，这种联接称为键联接，这时键起传递扭矩的作用。

图4－104　键联接

常用的键有普通平键、半圆键、钩头楔键。如图4－105所示。

图4－105　常用的键

（1）普通平键　普通平键的两个侧面是工作面，上下两个底面是非工作面。联接时，键的两个侧面与轴和轮毂上的键槽侧面接触，下底面由于受重力作用与轴上键槽的底面接触，上底面与轮毂上键槽的底面有一定间隙。

普通平键的标记为：键　键宽b×键长L GB／T 1096—2003

如：键6×18 GB／T 1096—2003

（2）半圆键　半圆键联接时，与普通平键类似。适用于传递扭矩较小的场合。半圆键的标记为：键　键宽b×键长L GB／T 1099—2003

如：键6×18 GB／T 1099—2003

（3）钩头楔键　钩头楔键上底面成楔形，有1∶100的斜度，联接时，需沿轴向楔入，联接可靠。

钩头楔键的标记为：键　键宽b×键长L GB／T 1565—2003

3）销联接

销联接常用于零件的联接或定位，常用的销有圆柱销、圆锥销、开口销。销的标记见表4－9。

表4－9　销的标记

4）齿轮

齿轮是机械工程中应用最广泛的一种常用件，它的主要作用是传递动力或改变运动方向或速度。

根据它的用途，齿轮传动可分为三大类：圆柱齿轮传动———用于平行轴之间的传动；圆锥齿轮传动———用于两相交轴线间的传动；蜗轮蜗杆传动———用于两垂直交叉轴线间的传动。如图4－106所示。

图4－106　齿轮传动

这里重点介绍渐开线直齿圆柱齿轮的结构参数。

直齿圆柱齿轮的外观是圆柱形，齿的方向与轴线平行。各部分的名称、参数如图4－107所示。

图4－107　渐开线直齿圆柱齿轮各部分名称、参数

（1）渐开线直齿圆柱齿轮的各部分名称

①齿顶圆直径d_a　通过齿顶的圆柱面直径。

②齿根圆直径d_f　通过齿根的圆柱面直径。

③分度圆直径d　通过齿槽弧长与齿厚弧长相等的圆柱面直径。

④齿距p　分度圆上相邻两齿廓对应点之间的弧长。分度圆上齿厚（s）＝齿槽宽（e）＝p／2。

⑤齿高h　轮齿的齿顶和齿根在径向上的高度称全齿高h。

齿顶高h_a　齿顶圆与分度圆之间的径向距离。齿根高h_f　齿根圆与分度圆之间的径向距离。

⑥中心距a　两啮合齿轮轴线之间的距离称为中心距。（2）渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数

①齿数z　齿轮上的轮齿数，它是根据传动比计算确定的。

②模数m　模数是计算齿轮的主要参数，齿轮分度圆直径d＝齿距p×齿数z／π，令m＝p／π，则m称为模数，所以，d＝mz。

相互啮合的一对齿轮，齿轮的齿距p一定相等，因而模数m也一定是相等的。

为了便于设计和制造齿轮，已将模数标准化。见表4－10。

表4－10　模数的标准系列

（3）渐开线直齿圆柱齿轮尺寸计算公式

齿轮的齿数z、模数m是齿轮的基本参数。设计计算时，先确定m、z，然后计算其他各部分尺寸。计算公式见表4－11。

表4－11　标准直齿圆柱齿轮各部分尺寸计算公式

5）滚动轴承

滚动轴承用于支承旋转轴，具有摩擦力小、结构紧凑、旋转精度高的特点，是现代机器中广泛采用的标准件。

（1）滚动轴承的结构和类型

滚动轴承的种类很多，但它们的结构大致相似，一般由外圈、内圈（或上圈、下圈）、滚动体和保持架所组成。如图4－108所示。常用的滚动轴承有：

①深沟球轴承　适用于承受径向载荷。

②推力球轴承　适用于承受轴向载荷。

③圆锥滚子轴承　适用于同时承受径向载荷和轴向载荷。

图4－108　常用滚动轴承及其结构

（2）滚动轴承的代号

按国家标准规定，滚动轴承代号是用字母加数字来表示滚动轴承的结构、尺寸、公差等级、技术性能等特征。轴承代号由前置代号、基本代号、后置代号构成，类型代号：60000型———深沟球轴承；50000型———平底推力球轴承；30000型———圆锥滚子轴承。前、后置代号———轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有所改变时，在基本代号左、右添加的补充代号，其构成见表4－12。

表4－12　轴承代号

例　轴承代号6204

6———类型代号（深沟球轴承）

2———尺寸系列（02）代号

04———内径代号（内径尺寸＝04×5＝20mm）

6）弹簧

弹簧主要用于减震、夹紧、复位等。常用弹簧有压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、蜗卷弹簧等。如图4－109所示。对这些弹簧的结构形式、尺寸、精度、材料、表面处理、标记等均有规定，选用时可查阅相关国家标准。这里重点介绍圆柱螺旋压缩弹簧的名称及参数。

图4－109　常用弹簧

（1）圆柱螺旋压缩弹簧的参数

①材料直径d　表示弹簧丝的直径。

②弹簧外径D　表示弹簧的最大外径。

③弹簧内径D₁　表示弹簧内圈的直径D₁＝D－2d。

④弹簧中径D₂　表示弹簧的平均直径D₂＝D－d。

⑤节距t　除支承圈外，相邻两圈对应点之间的轴向距离。

⑥有效圈数n、支承圈数n₂、总圈数n₁　为使螺旋压缩弹簧工作时受力均匀，增加弹簧的平稳性，弹簧两端须并紧、磨平。并紧、磨平的各圈是起支承作用的，称支承圈，支承圈数用n₂表示。保持相等节距的圈数称有效圈数n。总圈数为有效圈数与支承圈数的总和，n₁＝n＋n₂。

⑦自由高度H₀　不受外力作用时弹簧的高度H₀＝nt＋（n₂－0．5）d。

⑧旋向　弹簧分为左旋和右旋，常用右旋。

⑨展开长度L　坯料的长度。

图4－110　压缩弹簧各部分名称

（2）圆柱螺旋压缩弹簧的标记

圆柱螺旋压缩弹簧标记的组成规定如下：

例　YB型右旋弹簧，材料直径为25mm，弹簧中径为100mm，自由高度为250mm，制造精度为3级，材料为60Si2MnA，表面涂漆处理。

标记为：YB25×100×250GB／T 2089—2003