玩具轴件或玩具飞机轴件的生产机构和机器原理介绍

　　一般能用作机构基本零件的机械装置有三种类型：

　　1。齿轮装置。那是在回转轴之间进行接触传动的啮合构件。

　　2。凸轮装置。把输入构件的均匀运动转换成输出构件的非均匀运动的装置。 3。平面机构和空间机构也是能使一个点或一个刚体产生机械运动的有用装置。

　　运动链是一个构件系统装置即若干个刚体，它们或者彼此铰接或者互相触，方式上是允许它们彼此间产生相对运动。如果构件中的某一构件被固定而使任何其他一个构件运动到新的位置将会引起其他各个构件也运动到确定的预期的位置上的话，该系统装置就是一个可约束的运动链。如果构件中的某一构件仍保持固定而使任一运动到达一新的位置而不会使其他各个构件运动到一个确定的预期的位置上的话，则该系统装置是一个非约束运动链。 机构或连杆构件是一个可约束的传动链而且是一个从输入到输出以传递运动和（或）力为目的的机械装置。连杆机构是由通常被认为是刚体构件或杆组成的，它们是以销轴铰接的，例如用柱销（圆形的）或棱柱体销轴铰接，以便成形开式或闭式（回环式）的运动链。这样的运动链在至少有一个构件被固定的条件下：（1）如果至少有两个构件能保持运动，就变为机构，（2）如果没有一个构件能够运动，则就成为结构。换句话说，机构是允许其“刚性构件”之间相对运动，而结构则不能。由于连杆机构做成一简单机构而且能设定实现复杂的任务，例如非线性运动和力的传递运动。它们在机构学研究中将受到更多的关注。

　　机构被用于许多许多的机器和装置中。最简单的封闭式的连杆机构就是四杆机构，四杆机构有三个运动构件（加上一个固定构件）并且有四个销轴。连接动力源的构件即原动件，而具有一个移动铰和一个固定铰者叫做输入构件。输出构件将一个移动铰和另一个固定铰连系起来。连接构件即浮动构件将两个移动的铰（回转副）连系起来，因而连接构件就将输入传送到输出。

　　四杆机构若使一个或几个构件无限长而产生某些特殊的构造。曲柄滑块（即曲柄和滑块）机构就是一个四杆机构特例。其以一个滑块替换一个无限长的输出件。内燃机就是建立在这一机构基础上。有着另一种形式的四杆机构，其中滑块是在一运动的构件上导移运动而不是在一固定构件上。这些就被称为曲柄滑块机构的变换，它是其中一个构件（曲柄、连杆或滑块）被固定时形成的。

　　虽然四杆机构和曲柄滑块机构是非常有用而且在成千上万的应用中都可找到。但是我们还看到，这些连杆机构其性能水平的发挥已经受到限制。具有更多构件的连杆机构常常用于更多要求的情况中。然而可以设想多回环的连杆机构的运动常常是更为困难的，特别是当其他零件出现在同一图中的时候，要进行更复杂机构的运动分析：第一步是绘制一等效运动图即示意图。这示意图用于电路图解类似的目的，即仅仅表示机构的主要本质的意图，然而它要体现影响其运动的关键的尺寸。运动图可用两种形式中的一种：一是草图（按比例画出，但放大比例不精确），二是比例准确的运动图（通常用于进一步分析其位置、位移、速度，加速度，力和扭矩传递等等）。为了便于参考，对构件进行顺序编号，（以静止构件编号为1开始编写），而回转副则以字母表示。

　　机构运动分析的第二步：画一个图解图，是要确定机构的自由度数。依据自由度，可意指需要若干个独立输入的运动的数目，以确定机构所有的构件相对于地面的位置。人们可以想象存在数以千计的不同类型的连杆机构。你可想象一个袋子包容大量的连杆机构的组元：二杆组，三杆组，四杆组等等，以及构件，回转副，移动副，凸轮随动件，齿轮，齿链，链轮，皮带，皮带轮等等。（球形运动副，螺旋副以及允许三维相对运动的其他连接尚未包括进去，这里，仅仅讨论平行平面内的平面运动）。而且你可以想象一下把这些组元放在一起而形成的各种类连杆机构的可能性。存在如何帮助人们控制所形成这些机构的规律吗？实际上，大多数机构的任务是要求一个单一的输入被传递到一个单一的输出。因此单一自由度的机构是使用最多的一种机构类型。例如，由直觉即可以看出：四杆机构就是一个单一自由度的连杆机构。

　　画运动图和确定机构自由度的过程，就是运动分析和综合过程的第一个阶段。在运动分析中，根据机构的几何形状加上可能知道的其特性（如输入角、速度，角加速度等）来研究确定具体的机构。另一方面，运动综合则是设计一个机构以完成一个所要求的任务的过程。于此，选择新机构的类型和尺寸是运动综合的一个部分。设想相对运动的能力，能推想出之所以这样设计一个机构的原因和对一个具体设计进行改进的能力是一个成功的机构学家的标志。虽然这些能力来自先天的创造性，然而更多的是因为掌握了从实践中提高的技术。

　　运动分析

　　最简单最有用的机构之一是四杆机构。以下论述中的大部分内容集中讨论连杆机构上，而该程序也适用于更复杂的连杆机构。

　　我们已经知道四杆机构具有一个自由度。关于四杆机构，有没有要知道的有用的更多内容呢？的确是有的！这些包括格拉肖夫准则，变换的概念，死点的位置（分歧点），分支机构，传动角，和他们的运动特征，包括位置，速度和加速度。

　　四杆机构可具有一种称作曲柄摇杆机构的形式，一种双摇杆机构，一种双曲柄（拉杆）机构，致于称作哪一种形式的机构，取决于跟机架（固定构件）相连接的两杆的运动范围。曲柄摇杆机构的输入构件，曲柄可旋转通过360°并连续转动，而输出构件仅仅作摇动（即摇摆的杆件）。作为一个特例，在平行四杆机构中，输入杆的长度等于输出杆的长度，连接杆的长度和固定杆（机架）的长度，也是相等的。其输入和输出都可以作整周转动或者转换成称作反平行四边形机构的交叉结构。格拉肖夫准则（定理）表明：如果四杆机构中，任意两杆之间能作连续相对转动，那么，其最长杆长度与最短杆长度之和就小于或等于其余两杆长度之和。

　　应该注意：相同的四杆机构，可有不同的形式，这取决于哪一根杆被规定作为机架（即作固定杆）。运动变换的过程就是固定机构传动链中的不同的杆件以产生不同的机构运动过程。除了具备关于构件回转范围的知识之外，还要具备如何使机构在制造之前就能“运转”的良好措施，那将是很有用的。哈登伯格（Hartenberg）说到：“运转”是一个术语，其意义是传给输出构件的运动的有效性。它意味着运转平稳，其中能在输出构件中产生一个力或扭矩的最大分力是有效的。虽然最终的输出力或扭矩不仅是连杆几何图形的函数，而且一般也是动力或惯性力的结果，那常常是大到如静态力的几倍。为了分析低速运转或为了易于获得如何能使任一机构“运转”的指数，传动角的概念是非常有用的。在机构运动期间，传动角的值在改变。传动角0°可发生在特殊位置上。在此特殊位置上输出杆将不运动而与施加到输入杆上的力多大无关。事实上，由于运动副摩擦的影响，一般根据实际经验，用比规定值大的传动角去设计机构。衡量连杆机构传递运动能力的矩阵基础的定义已经研究出来。一个决定性因素的值（它含有对于某个给定机构图形，位置的输出运动变量对输入变量的导数）是该连杆机构在具体位置中的可动性的一个尺度。

　　如果机构具有一个自由度（例如四杆机构），则规定的一个位置参数，如输入角，就将完全确定该机构休止的位置（忽视分支机构的可能性）。我们可研究一个关于四杆机构构件绝对角位置的分析表达式。当分析若干位置和（或）若干不同机构时候，这将是比几何图形分析程序要有用得多，因为该表达式将使自动化计算易于编程。实现机构速度分析的相对速度法即速度多边形是几种有效的方法之一。这端（顶）点代表着机构上所有的点，具有零速度。从该点到速度多边形上的各点画的线代表着该机构上相应各点的绝对速度。一根线连接速度多边形上的任意两点就代表着作为该机构上两个对应的点的相对速度。

　　另外的方法就是瞬时中心法，即瞬心法，该方法是非常有用的而且常常是在复杂连杆机构分析时较快的方法。瞬心是一个点，该点在那一瞬间，机构上的两构件之间不存在相对运动。为了找出已知机构某些瞬心的位置，肯尼迪（Kennedy）三中心理论就非常有用。它是说：彼此相对运动的三个物体的三个瞬心必定是在一直线上。

　　机构各构件的加速度是令人感兴趣的，因为它影响惯性力，继而影响机器零件的应力、轴承载荷、振动和噪音。由于最终的目的是机器和机构惯性力的分析，所有加速度的各分量都应一次性地画在同一坐标系中--机构的固定构件的惯性坐标系中表示出来。

　　应注意的是：相对于固定回转副的回转刚体上的一点加速度分量通常有两个。一个分力方向切于该点的轨迹，其指向与该物体的角加速度方向相同，并被称为切向加速度。它的存在完全是由于角速度的变化率引起的。

　　另一个分量，总是指向物体的回转中心，被称为标准的向心加速度，这个分量由于速度矢量的方向发生改变而存在。

　　运动的综合

　　机构是形成许多机械装置的基本几何结构单元，这些机械装置包括自动包装机、打印机、机械玩具、纺织机械和其他机械等。典型的机构要设计成使刚性构件相对基准构件产生所希望的运动。机构的运动设计即运动的综合，第一步常常是先设计整部机器。当考虑受力时，要提出动力学方面的问题，轴承的荷载、应力、润滑等类似的问题，而较大的问题是机器结构问题。

　　运动学家把运动学定义为“研究机构的运动和创建机构的方法”。这个定义的第一部分就涉及运动学分析。已知一个机构，其构成的运动特性将由运动学分析来确定。叙述运动分析的任务包含机构的主要尺寸、构件间的相互连结和输入运动的技术特性或驱动方法。目的是要找出位移、速度、加速度、冲击或跳动（二阶加速度），和可能发生的各构件的高阶加速度以及所描述径迹和由某些构件来实现的运动。定义的第二部分可用以下两方面来解释：

　　1。研究借助机构来产生给定运动的方法

　　2。研究建造能产生给定运动机构的方法，在两个方案中，运动是给定的而机构是创建的。这就是运动综合的本质。这样运动综合涉及到为给定性能的机构的系统设计。运动综合方面又可归结为以下两类：

　　1。类型综合。规定所要求的性能，怎样一种类型的机构才是合适的？（齿轮系，连杆机构？还是凸轮机构？）而机构应具有多少构件？需要多少个自由度？怎样的轮廓结构才是所希望的？等等。关于杆件数目和自由度的考虑通常被认为是类型综合中被称作为数量综合的一个分支领域。

　　2。尺寸综合。运动综合的第二个主要类型是通过目标法来确定的最佳方法。尺寸综合试图确定机构的重要尺寸和起动位置，该机构是为着实现规定的任务和预期的性能而事先设想的。

　　所谓重要的尺寸意思是指关于两杆、三杆等的长度或杆间距离，构件数和轴线间的角度，凸轮轮廓尺寸，凸轮随动件的直径，偏心距，齿轮配额等等。预想机构类型可能是曲柄滑块机构、四杆机构，带盘型从动件的凸轮机构，或者是以拓扑学方法而非因次分析法所确定的具有某种结构形状更为复杂的连杆机构。对于运动综合，惯例上有三个任务：函数生成，轨迹生成和运动生成。

　　在函数生成机构中输入和输出构件的转动或移动必须是相互关联的。对于一个任意函数y＝f（x），一个运动综合的任务可能是设计一个连杆机构使输入和输出建立起关系以便使得在xo＜x＜xn-1的范围内输入按x运动，而输出按y＝f（x）运动。在输入和输出件回转运动情况下，转角φ和φ分别是x和y的线性模拟。当输入件回转到一个独立x值时，在一个“黑箱”的机构中，使输出构件转到相对应的由函数y＝f（x）决定的数值上。这可被认为是机械模拟计算机的最简单的情形。各种不同的机构都可以包含在这个“黑箱”内，然而对于任意函数的无误差生成，四杆机构是无能为力的，仅仅可能在有限精确度内与之相匹配。它广泛用于工业上，因为四杆机构在构建和维修上都是简单的。

　　在轨迹生成机构中，在“浮动杆”上一个点要描画一条相对于一个固定坐标系确定的轨迹。如果该轨迹点是既要与时间相关又要与位置相关，该任务被称之为预定周期的轨迹生成。轨迹生成机构的一个例子就是设计来投掷棒球或网球的四杆机构。在这种情况下，点P的轨迹将是这样：在预定的位置捡起一个球，并在预定的时间周期内沿着预定的径迹把球传送出去，能达到合适的速度和方向。

　　机械装置设计中有着许多情形，在这些情形中既要导引刚体通过一系列规定的、受限制的独立位置，又要在减少受限制而且独立的位置的数目时，对运动体的速度和（或）加速度加以约束，那是必要的。运动生成或刚体导引机构要求：一个完整的物体要被导引通过一预定的运动序列。作为被导引的物体通常是“浮动构件”的一部分，那不仅是预定点P的轨迹，也是通过该点并嵌入该物体内的线的转动。例如，该线可能代表自动化机械中的一个载体件，那是在载体件上的一个点具有一个预定的轨迹而该载体件又具有一个预定的角度方位。预定方式装料机的吊斗的运动是运动生成机构的另一个例子。吊斗端的轨迹是有极限的。因为其端口必须实现挖掘的运动轨迹，紧跟着要实现提升和倾泻的轨迹。吊斗的角度方位对保证斗中物料从正确的位置倾泻（倒）同样是重要的。

　　凸轮和齿轮

　　凸轮装置是把一种运动改变成另一种运动的方便装置。这种机器零件具有曲面或槽面，该曲面或槽面与从动件相配合并将运动传给从动件。凸轮的运动（通常是转动）被传递给从动件作摇动或移动，或两者均有。由于各种各样的几何体和大量的凸轮与从动件相结合，因此凸轮是一种极多功能的万用的机械零件。虽然凸轮和从动件可以为运动、轨迹和功能生成而设计，但其主要是用于利用凸轮和从动件作为功能生成构件。

　　根据凸轮形状，最普遍的凸轮种类是：盘形传动凸轮（两维的，即平面的）和圆柱形凸轮（三维的，即空间的）机构。从动件可以用几个方法分类：根据从动件的运动，例如移动或摇动来分类，根据平移式（直线）从动件运动是沿径向的还是从凸轮轴中心偏心的和根据从动件接触面的形状（比如平面、辊子、点--刀尖式，球面，平面曲线或空间曲面）。

　　对于一个对心直动滚子从动件盘形凸轮，可画出的与凸轮表面相切且与轮轴同心的最小圆是基圆。随动件的点就是产生节线的辊子中心的点。压力角就是辊中心轨迹方向线和通过辊子中心的节线的法线之间的夹角而且是传动角的余角。忽略摩擦影响，这法线方向跟凸轮与从动件之间接触力方向是重合一致的。像在一连杆机构中，压力角在循环运转过程中变化且是凸轮把运动作用力传递到从动件去的一种量度。大压力角将产生施加到从动件杆上的侧向力，因摩擦力存在，那将势必把从动件限制在导槽中。在自动化机械中的许多应用需要间歇运动。一个典型的例子将要求一个含有上升一停歇一返回和可能另一个停歇的周期，每阶段经过一个指定的角度，伴随着一个所要求的从动件的位移，这个位移以厘米或度来度量。设计者的工作就是相应地设计出该凸轮。首先要做的决策就是要选择凸轮从动件的类型。规定的应用可能要求凸轮和从动件相结合。转化为决策的某些因素有：几何形状条件，动力条件，环境条件和经济因素。一旦凸轮与从动件运动副类型被选定，则从动件运动就必定选定。因此，速度、加速度和在某些情况下，从动件位移的进一步的方案实属极端重要。

　　齿轮是借助于轮齿成功啮合来传递运动的机器零件。齿轮从一根回转轴到另一回转轴传递运动或传递运动到一传动齿条。多数应用中都以恒定角速比（或常定扭矩比）而存在。恒定角速比应用中必定是轴向传动。在各种各样有用的齿轮类型基础上，输入轴和输出轴需要在一直线上或需要互相平行都不受什么限制。由于使用非圆齿轮，非线性角速比也是很有用的。为了保持恒定的角速度，各个齿轮齿廓必须服从齿轮啮合的基本规律：为了一对齿能传递恒定角速比，他们接触齿廓的形状必须是要这样：公法线通过两齿轮中心连线上的固定点。

　　满足啮合基本规律的两啮合齿廓被称为共轭齿廓。尽管有着许多满足相啮合齿的可能齿形能被设计出来，以满足基本啮合规律，但一般仅有两种在使用：摆线齿廓和渐开线齿廓。渐开线具有若干重要的优点：它易于加工制造和一对渐开线齿轮之间的中心距可以变化而不改变速比，当使用渐开线齿廓时，可不要求精密的轴间公差。

　　有几种标准齿轮可供选用。为了在平行轴条件下应用，通常使用直齿圆柱齿轮，平行轴斜齿轮或人字齿齿轮。在相交轴的情况下使用直齿锥齿轮或螺旋齿轮。对于非相交轴和非平行轴齿轮传动，交错轴螺旋齿轮，蜗杆蜗轮，端面齿轮、斜齿圆锥齿轮或准双曲面齿轮将被选用。对于直齿圆柱齿轮，相啮合齿轮的节圆是彼此相切的。他们互相滚动而无滑动。齿顶高是轮齿伸出超过节圆的高度（也是节圆和齿顶圆之间在径向的距离）。顶隙是一个给定齿的齿根高（在节圆以下的齿高）大于与它相啮合的齿轮的齿顶高的量（差值）。齿厚是沿着节圆圆弧上跨齿的距离，而齿间距（齿槽S）是沿着节圆圆弧上相邻两齿间的空间距离。而齿侧间隙是在节圆上的齿槽宽度大于其相啮合齿轮在节圆上的齿厚的差值。

　　螺纹件、紧固件和联接件

　　固紧和联接零件的典型方法包括利用诸如螺栓、螺帽、有头螺钉、定位螺钉、铆钉、锁紧装置和键。零件也可以用熔焊、铜焊和夹紧连接。在工程图学和金属加工工艺研究中常常包括关于各种连接方法的说明，在工程上对此很感兴趣的，求知欲强的任何人自然会获得关于固紧方法上良好的基础知识。

　　如果让一个穿制服的人去选择他能想象的机械设计方面最枯燥最不感兴趣的学科的话，那么他就会选择紧固件学科，即螺栓和螺帽。事实上，术语“螺栓和螺帽”是与艰苦、单调的工作同义。但是乏味的工作总是需要的。人们严肃设想能有一群螺栓螺帽制造者组成一个协会并在一起召开年会吗？那样的话，还有什么学科不能让人感兴趣呢？

　　大型喷气发动机客机像波音747和洛希德1011，需要250万个紧固件，其中一些每个要花数美元。例如波音747，大约需要装70000个钛合金紧固件，全部大约要花150000美元；400000个具有精密公差的其他紧固件，大约要花250000美元；和30000个挤压用铆钉，价值每个50美分。为了保持低成本，波音和洛希德和他们的工程承包人常常重新审查紧固件的设计、安装技术和加工工具。节省设计和加工工具费用将找到一个预备市场，那将像Jumbo喷气发动机增值那样而增长价值。

　　紧固件是根据计划并以如何使用他们来命名的，而不是根据其在具体例子中实际的应用。如果记住了这个基本事实，就将不难区别螺钉和螺栓。如果所设计的产品其主要目的是把它装入到已攻丝的螺纹孔中，那就是螺钉。这样螺钉是要在螺钉头上施加扭矩来旋紧的。如果所设计的产品打算跟螺母配合使用，那就是螺栓。螺栓是靠在螺母上施加扭矩来旋紧的。双头螺栓就像刻了螺纹的杆，一端旋入螺纹孔中，另一端再装上螺帽，那就是确定产品名称的意义，并不是其实际使用。这样，在各种场合用钻头去钻孔穿过两块钢板，人们就会用螺栓和螺帽来连接它们，这可能是人们所希望的。有四种形式的螺钉头，最普遍使用四种带帽螺钉是：六角头螺钉，槽头螺钉，平头螺钉和内六角沉头螺钉。

　　当想要一个可以被拆开又不破坏被联接零件的联接时，而且这个联接又要有足够的强度以承受外拉力和剪力或这两种力的结合，使用淬火垫圈的简单螺栓联结是一个很好的方法。在这种连接中，首先把螺栓上紧以产生一预紧载荷初拉力，而后施加外拉力载荷和剪切载荷。预载荷的作用是使被联接零件处于压应力状态以便更好地抵抗剪切载荷。螺栓预加载荷的重要性不能被过高地估计。较高预载荷能提高螺栓联结的抗疲劳能力和改善锁紧作用。

　　已经知到：高预载荷在重要的螺栓联接中是非常希望的。下一步我们必须考虑，当要装配零件时，实际研制预载的保险的办法。

　　如果具有横截面积为A的螺栓总长度为L，当它被装配时，实际上是可以用千分表来测量的。由于预载力F而使螺栓伸长为d，d可以利用公式d＝FL／AE来计算。式中E是螺栓材料的弹性模量。那么简便地旋紧螺母直至使螺栓伸长达到d。这就保证了所希望的预紧载荷已经达到。

　　然而螺钉的伸长通常是不可能被测量的。因为螺钉端部可能是盲孔。在许多情况下，去测量螺栓的伸长也是不实际的。在这样情况下，要求能产生具体预载荷的扭矩扳手必须加以测定。因为扭矩扳手，气动冲击扳手，或螺帽旋动圈数扳手等方法，可能被使用。

　　减（耐）摩擦轴承

　　减摩擦（滚动）轴承这个术语被用于描述一类轴承，其主要载荷是通过滚动接触而不是滑动接触的元件传递的。在滚动轴承中起动摩擦和运行摩擦大体上是相同的，有关摩擦的有效载荷、速度和温度变化是小的。把滚动轴承说是“减摩擦轴承”可能是错的，因为某些轴承的摩擦不存在，但是这一术语已普遍地彻底地用于工业上了。从机械设计者的观点出发：研究减摩擦轴承当与所研究的课题相比较时，可提供几方面的思考。减摩擦轴承方面的专家面临着设计一组组成滚动轴承的元件，这些元件必须设计得能装入所规定的尺寸空间，它们必须设计成能承受具有某种特性的载荷而最后这些元件必须设计成当规定条件下运转时具有令人满意的寿命。因此轴承专家必须考虑这些事项：破坏荷载、摩擦力、热、抗腐蚀、运动学问题，材料性质、润滑、加工公差、装配、使用和费用。从所有这些因素的考虑出发，在判断中他要达到一种妥协方案。这一方案就是所陈述问题的最佳答案。

　　减摩擦轴承制造者已经做出了有用的几乎是无数规格和形式的滚动轴承。他们已经将这些规格和类型连同所建议的载荷和速度一起在手册中列表显示。这样机械设计专家的任务就不是如何去设计滚动轴承而是如何去选择滚动轴承的问题了。

　　然而我们不能如此简单地讨论这一课题。至少，简短地研讨减摩擦轴承的内容应该是关于机械设计文献的一部分，进而，如果我们考察过多种机械元件，例如齿轮、轴承、紧固件、离合器和类似元件，减摩擦轴承代表着关于机械寿命精确度，荷载能力和可靠性的完美的顶峰，那可能就是真的了。这完美程度未曾有过靠偶然的因素来实现。那是一个最佳工程实践的例子，并可将所掌握知识在别处运用。

　　制造出的轴承承受纯径向载荷、纯轴向载荷或者承担上述二者相结合的载荷。球轴承的术语在图1中有说明（在这未表示出来），该图表示了轴承的四个主要零件。这些零件就是外圈、内圈、钢球即滚动元件，和分隔器。在便宜的轴承中分隔器是被省略的，但它具有重要的分隔钢球的作用，因之将不会发生擦伤接触。

　　单列深沟轴承将承受径向载荷和一些轴向载荷。靠将内圈移偏到一定位置，然后将钢球塞入沟槽中，加载后钢球被分开，而分隔器是后来再装配上去的。

　　利用内外圈上的装填缺口，能让较多的钢球被填塞进去，这样来增加承载能力。然而要注意减小轴向载荷，因为当轴向的载荷出现在钢球正对准圈上缺口时，钢球将发生振摆擦伤，以致跳出。

　　角接触轴承会产生较大的轴向推力。所有这些轴承都可以在一边或两边用挡板防护。这些挡板并不是完全密闭的但对灰尘污物提供防护措施。许多轴承制造时在一端或两端予以密封。当两端都进行密封时，轴承在制造厂就已润滑。尽管密闭轴承假定为了提高寿命已被润滑过，但有时还是要规定润滑的方法。

　　单列轴承会经受小量的轴向偏移或挠曲，但这里是个严重的问题，可能要用自动调心轴承。双列轴承做成多种类型和规格。虽然双列轴承一般需要较少的零件，占有较小的空间，但为了同样的使用目的，有时两个单列轴承一起使用。

　　大量的标准的滚子轴承也是很有用的。圆柱滚子轴承比同样规格的球轴承将承受较大的载荷，因为有较大的接触面。然而他们也有缺点，那就是其滚道和滚子几乎都要求有精密的几何形状。圆形滚子推力轴承、滚针轴承，圆锥滚子轴承各自都用于不同的用途。

　　当减摩擦轴承中的钢球或滚子进入载荷区中滚动时，在内圈、滚动元件和外圈上产生Hertzian应力，因为接触元件在轴向的曲率与径向的曲率是不同的。为了计算这些应力的公式比起Hertzian方程要复杂得多。如果轴承清洁并得到合适的润滑和安装，对灰尘和污物入口处作了密封，并在这种状况下还作了维护且在合理的温度下运转，那么金属的疲劳将仅仅是由于受到损坏时才会发生。由于这应力的作用将是数以万计，因此，轴承寿命这术语就非常普遍地使用。

　　在疲劳损伤首次发生之前，单个轴承的寿命是以轴承运转的总转数来定义或以轴承在给定的常速下运转的小时数来定义。当然疲劳具有统计学上的本质意义，因此如果试验大量的轴承，某些离中趋势是可以预料到的。一组看起来相同的球轴承的额定寿命被定义为：其百分之九十的轴承在没有出现疲劳损伤前能够完成或者超额完成运行的转数，或当这组轴承以某个给定的恒定速度运行时的小时数。

　　减摩轴承在大量的机械产品中使用，例如玩具、家居用品，制冷设备、辊子底架、车库门、卡车、工业机械、牙科设备和引导导弹发射的装置等等。这些应用中的某些用途需要精密轴承，但对于其他场合，由于使用精密轴承成本高而被禁止使用。

　　为了识别各种各样类型的轴承的需要，AFBMA决定组建一些关于建立轴承公差标准的下属委员会。

　　AFBMA--耐摩轴承厂商协会（美国）

　　斜齿轮、蜗杆蜗轮和锥齿轮

　　在直齿圆柱齿轮的受力分析中，是假定各力作用在单一平面的。在这一课中，我们将研究作用力具有三维坐标的齿轮。因此，在斜齿轮的情况下，其齿向是不平行于回转轴线的。而在锥齿轮的情况中各回转轴线互相不平行。像我们将要讨论的那样，尚有其他道理需要学习、掌握。

　　斜齿轮用于传递平行轴之间的运动。倾斜角度每个齿轮都一样，但一个必须右旋斜齿，而另一个必须是左旋斜齿。齿的形状是一渐开线螺旋面。如果一张被剪成平行四边形（矩形）的纸张包围在齿轮圆柱体上，纸上印出齿的角刃边就变成斜线。如果我展开这张纸，在斜角刃边上的每一个点就发生一渐开线曲线。

　　直齿圆柱齿轮轮齿的初始接触处是跨过整个齿面而伸展开来的线。斜齿轮轮齿的初始接触是一点，当齿进入更多的啮合时，它就变成线。在直齿圆柱齿轮中，接触线是平行于回转轴线的。在斜齿轮中，该线是跨过齿面的对角线。它是轮齿逐渐进行啮合并平稳地从一个齿到另一个齿传递运动，那样就使斜齿轮具有高速重载下平稳传递运动的能力。斜齿轮使轴的轴承承受径向和轴向力。当轴向推力变得大了或由于别的原因而产生某些影响时，那就可以使用人字齿轮。双斜齿轮（人字齿轮）是与反向的并排地装在同一轴上的两个斜齿轮等效。他们产生相反的轴向推力作用，这样就消除了轴向推力。当两个或更多的单向齿斜齿轮被装在同一轴上时，齿轮的齿向应作选择，以便产生最小的轴向推力。

　　蜗轮与交错轴斜齿轮相似。小齿轮即蜗杆具有较小的齿数，通常是一到四齿，由于它们完全缠绕在节圆柱上，因此它们又被称为螺纹齿。与其相配的齿轮叫做蜗轮，蜗轮不是真正的斜齿轮。蜗杆和蜗轮通常是用于向垂直相交轴之间的传动提供大的角速度减速比。蜗轮不是斜齿轮，因为其齿顶面做成中凹形状以适配蜗杆曲率，目的是要形成线接触而不是点接触。然而蜗杆蜗轮传动机构中存在齿间有较大滑移速度的缺点，正像交错轴斜齿轮那样。

　　蜗杆蜗轮机构有单包围和双包围机构。单包围机构就是蜗轮包裹着蜗杆或部分地包围着蜗杆的一种机构。当然，如果每个构件各自局部地包围着对方的蜗轮机构就是双包围蜗轮蜗杆机构。这两者之间的重要区别是，在双包围蜗轮组的轮齿间有面接触，而在单包围蜗轮组的轮齿间只有线接触。一个装置中的蜗杆和蜗轮正像交错轴斜齿轮那样具有相同的齿向，但是其斜齿齿角的角度是极不相同的。蜗杆上的齿斜角度通常很大，而蜗轮上的则极小。因此惯常规定蜗杆的导角，那就是蜗杆齿斜角的余角；也规定了蜗轮上的齿斜角，该两角之和就等于90°的轴线交角。

　　当齿轮要用来传递相交轴之间的运动时，就需要某种形式的锥齿轮。虽然锥齿轮通常制造成能构成90°轴交角，但它们也可产生任何角度的轴交角。轮齿可以铸出、铣制或滚切加工。仅就滚齿而言就可达一级精度。在典型的锥齿轮安装中，其中一个锥齿轮常常装于支承的外侧。这意味着轴的挠曲情况更加明显而使在轮齿接触上具有更大的影响。

　　另外一个难题，发生在难于预示锥齿轮轮齿上的应力，实际上是由于轮齿被加工成锥状造成的。

　　直齿锥齿轮易于设计且制造简单，如果他们安装的精密而确定，在运转中会产生良好效果。然而在直齿圆柱齿轮情况下，在节线速度较高时，他们将发出噪音。在这些情况下，通常设计使用螺旋锥齿轮，实践证明是切实可行的，那是和配对斜齿轮很相似的配对锥齿轮。当在斜齿轮情况下，螺旋锥齿轮比直齿轮能产生平稳得多的啮合作用，因此碰到高速运转的场合那是很有用的。当在汽车的各种不同用途中，有一个带偏心轴的类似锥齿轮的机构，那是常常所希望的。这样的齿轮机构叫做准双曲面齿轮机构，因为他们的节面是双曲回转面。这种齿轮之间的轮齿作用是沿着一根直线上产生滚动与滑动相结合的运动并和蜗轮蜗杆的轮齿作用有着更多的共同之处。

　　轴、离合器和制动器

　　轴是一转动或静止杆件。通常有圆形横截面。在轴上安装像齿轮、皮带轮、飞轮、曲柄、链轮和其他动力传递零件。轴能够承受弯曲，拉伸，压缩或扭转载荷，这些力相结合时，人们期望找到静强度和疲劳强度作为设计的重要依据。因为单根轴可以承受静应力，变应力和交变应力，所有的应力作用都是同时发生的。

　　“轴”这个词包含着多种含义，例如心轴和主轴。心轴也是轴，既可旋转也可以静止的轴，但不承受扭转载荷。短的转动轴常常被称为主轴。

　　虽然来自M。H。G方法在设计轴中难于应用，但它可能用来准确预示实际失效。这样，它是一个检验已经设计好了的轴的或者发现具体轴在运转中发生损坏原因的好方法。进而有着大量的关于轴设计的问题，其中由于别的考虑例如刚度考虑，尺寸已得到较好的限制。

　　设计者去寻找关于圆角尺寸、热处理、表面光洁度和是否不需要进行喷丸处理等资料，目的是要实现所要求的寿命和可靠性，那才是真正的唯一的需要。

　　由于他们的功能相似，在这课中将离合器和制动器一起处理。简化摩擦离合器或制动器的动力学表达式中，各自以角速度ω1和ω2运动的两个转动惯量I1和I2，在制动器情况下其中之一可能是零，由于接上离合器或制动器而最终要导致同样的速度。因为两个构件开始以不同速度运转而使打滑发生了，并且在作用过程中能量散失，结果导致温升。在分析这些装置的性能时，我们应注意到作用力、传递的扭矩、散失的能量和温升。所传递的扭矩关系到作用力、摩擦系数和离合器或制动器的几何状况。这是一个静力学问题。这个问题将必须对每个几何结构形状分别进行研究。然而温升与能量损失有关，研究温升可能与制动器或离合器的类型无关。因为几何形状的重要性是散热表面。各种各样的离合器和制动器可作如下分类：

　　1。轮缘式内膨胀制动块；

　　2。轮缘式外接触制动块；

　　3。条带式；

　　4。盘型或轴向式；

　　5。圆锥型；

　　6。混合式。

　　分析摩擦离合器和制动器的各种形式都应用一般的同样的程序，下面的步骤是必需的：

　　1。假定或确定摩擦表面上压力分布；

　　2。找出最大压力和任一点处压力之间的关系；

　　3。应用静平衡条件去找寻（a）作用力；（b）扭矩；（c）支反力。

　　混合式离合器包括几个类型，例如强制接触离合器，超载释放保护离合器，超越离合器，磁液离合器等等。

　　强制接触离合器由一个变位杆和两个夹爪组成。各种强制接触离合器之间最大的区别与夹爪的设计有关。为了在接合过程中给变换作用予较长时间周期，夹爪可以是棘轮式的，螺旋形或齿形的。有时使用许多齿或夹爪。他们可能在圆周面上加工齿，以便他们以圆柱周向配合来结合或者在配合元件的端面上加工齿来结合。

　　虽然强制离合器不像摩擦接触离合器用得那么广泛，但它们确实有很重要的应用。该离合器需要同步操作。

　　装置，例如线性驱动装置或电机操作螺杆驱动器必须运行到一定的限度然后停顿下来。为着这些用途就需要超载释放保护离合器。这些离合器通常用弹簧加载，以使得在达到预定的力矩时释放。当到达超载点时听到的“咔嚓”声就被认定为是所希望的信号声。

　　超越离合器或连轴器允许机器的被动构件“空转”或“超越”，因为主动驱动件停顿了或者因为另一个动力源使被动构件增加了速度。这种离合器通常使用装在外套筒和内轴件之间的滚子或滚珠。该内轴件，在它的周边加工了数个平面。驱动作用是靠在套筒和平面之间楔入的滚子来获得。因此该离合器与具有一定数量齿的棘轮棘爪机构等效。

　　磁液离合器或制动器相对来说是一个新的发展，它们具有两平行的磁极板。这些磁极板之间有磁粉混合物润滑。电磁线圈被装入磁路中的某处。借助激励该线圈，磁液混合物的剪切强度可被精确地控制。这样从充分滑移到完全锁住的任何状态都可以获得。