常见连接件和零部件的识别技巧

1.螺纹连接

螺纹可用于螺旋传动和螺纹连接。螺旋传动可以把转动转变为直线运动，具有增力作用，多用于手动机械（老虎钳）及机床的控制机构中。螺纹连接是利用螺纹零件构成的可拆连接，应用十分广泛。

（1）螺纹的相关知识

1）螺纹的类型

①按用途分可分为用于传动的螺纹和用于连接的螺纹。

②按螺纹截面形状（牙型）分可分为三角形、矩形、梯形和锯齿形等（见图5－63）。螺纹连接采用自锁性好的三角形螺纹。

图5-63　螺纹的牙型

（a）三角形螺纹；（b）矩形螺纹；（c）梯形螺纹；（d）锯齿形螺纹

③按螺旋线绕行方向（旋向）分可分为右旋［见图5－64（a）］和左旋［见图5－64（b）］。

螺纹旋向的判别方法：将螺杆直竖，若螺旋线右高左低（向右上升）则为右旋；反之则为左旋。

④按螺旋线的数目分螺纹可分为单线螺纹［见图5－64（a）］、双线螺纹［见图5－64（b）］和多线螺纹。螺纹连接一般多用单线螺纹。

2）螺纹的主要参数

若要保证外螺纹和内螺纹能够旋合在一起（见图5－65），必须使五个要素相一致：

图5-64　螺纹的旋向和线数

图5-65　螺纹的主要参数

①牙型和牙型角α。

②旋向。

③线数n。

④直径，包括大径d（D）、小径d1（D1）和中径d2（D2）。

⑤螺距P。相邻两牙在中径线上对应点之间的轴向距离称为螺距。对于普通连接螺纹，每个公称直径只有一个粗牙螺距，细牙螺距有多个。

另外还有一些导出参数：

①导程S。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称为导程。导程与螺距的关系为

式中，n 为螺旋线数。

②螺旋升角λ。在中径d2 圆柱上，螺旋线切线方向与垂直于螺纹轴线的平面所夹的锐角称为升角，其值为

（2）连接螺纹的类型

用于连接的螺纹都使用三角形螺纹，有以下几种类型：

1）普通螺纹。

普通螺纹牙型角为60°，分为普通粗牙螺纹和普通细牙螺纹，粗牙螺纹是应用最广的连接螺纹，细牙螺纹的螺距小、升角小、自锁性好，其螺杆强度较高，适用于受冲击、振动和变载荷的连接及薄壁零件的连接。但细牙螺纹比粗牙螺纹的耐磨性差，经常装拆时容易滑牙。

2）柱管螺纹。

柱管螺纹牙型角为55°，不具有密封性，用于水、油、气的管路以及电器管路系统的连接。

3）锥管螺纹。

锥管螺纹牙型角为55°，螺纹分布在1∶16 的圆锥管上，旋紧后内外螺纹牙间没有间隙，依靠螺纹牙的变形即可保证连接的紧密性，用于管子、管接头、旋塞、阀门等部位的连接。

（3）螺纹连接的基本类型及应用

根据被连接件的特点或连接的功用，螺纹连接的主要类型有螺栓连接（包括铰制孔用螺栓连接）、双头螺柱连接、螺钉连接和紧定螺钉连接等，见表5－15。

表5-15螺纹连接的基本类型及应用

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（4）常用螺纹连接件

在机械制造中常见的螺纹连接件有螺栓、双头螺柱、螺钉、紧定螺钉、螺母和垫圈等。这些零件的结构和尺寸都已标准化，设计时可根据标准选用。螺纹连接件的类型、结构特点及应用见表5－16。

表5-16　常用螺纹连接件的类型、结构特点及应用

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根据国家标准规定，螺纹连接件分为三个精度等级，其代号为A、B、C 级。A 级精度最高，C 级精度多用于一般的螺纹连接。

螺纹连接件的常用材料为Q215－A、Q235－A、10 钢、35 钢和45 钢，对于重要和特殊用途的螺纹连接件，可采用15Cr、40Cr 等力学性能较高的合金钢。

（5）螺纹连接的预紧

绝大多数螺纹连接装配时都需要把螺母（螺钉）拧紧，使螺杆受到一定的轴向作用力（拉力），这种连接叫作紧螺纹连接；也有极少数情况，螺纹连接在装配时不拧紧，这种连接叫作松螺纹连接。螺纹连接预紧的目的是增强连接的刚性，提高紧密性和防松能力，防止受载荷之后被连接件之间出现缝隙或发生相对滑移，确保连接安全工作。一般螺母的拧紧靠经验控制，重要的紧螺纹连接在装配时常用测力矩扳手和定力矩扳手控制预紧力的大小。

（6）螺纹连接的防松

螺纹连接件常为单线螺纹，能满足自锁条件，在受静载荷及工作温度变化不大时不会自行脱落。但在实际工作中，当外载荷有振动、变化或材料因高温而发生变化时，会造成摩擦力减少，螺纹副中正压力在某一瞬间消失，摩擦力为零，从而使螺纹连接松动，如经反复作用，螺纹连接就会松弛而失效。因此，必须进行防松，否则会影响正常工作，造成事故。防松的目的就是消除（或限制）螺纹副之间的相对运动，或增大相对运动的难度。

常用的防松措施有摩擦力防松和机械防松等，具体防松的方法、结构、工作原理及特点见表5－17。

表5-17　螺纹连接防松的方法、结构、工作原理及特点

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（7）螺纹连接的装配

1）双头螺柱的装配方法。由于双头螺柱没有尖顶，无法将旋入端紧固，故常采用双螺母对顶或螺钉与双头螺柱对顶的方法来装配双头螺柱。

用双螺母对顶装配双头螺柱的具体方法是先将两个螺母相互锁紧在双头螺柱上，然后用扳手扳动上面一个螺母，把双头螺柱拧入螺孔中紧固，如图5－66（a）所示。

用螺钉与双头螺柱对顶装配双头螺柱的具体方法是用螺钉来阻止长螺母和双头螺柱之间的相对运动，然后扳动长螺母，双头螺柱即可拧入螺孔中。松开螺母时，应先使螺钉回松，如图5－66（b）所示。

图5-66　双头螺柱的装配方法

（a）用两个螺母拧入；（b）用长螺母拧入

装配双头螺柱时，必须注意以下几点：

①首先将螺纹和螺孔的接触面清除干净，然后用手轻轻地把螺母拧到螺纹的终止处。

②双头螺柱与螺孔的配合应有足够的坚固性，保证装拆螺母时双头螺柱不能有任何松动现象。

③双头螺柱的轴心线必须与被连接件的表面垂直。

2）螺母和螺钉的装配方法

①螺母或螺钉与零件贴合的表面应当经过加工，否则容易使连接松动或使螺钉弯曲。

②螺母和螺钉的接触表面之间应保持清洁，螺孔内的脏物应当清理干净。

③装配时，必须对拧紧力矩加以控制。

④装配过程中必须保证工具和零件有活动的余地。

2.轴毂连接

（1）键连接概述

键连接主要用于轴和轴上零件之间的周向固定，用来传递扭矩。这种连接的结构简单、工作可靠、装拆方便，因此获得了广泛的应用。键连接按键在连接中的松紧状态分为松键连接和紧键连接两大类。

1）松键连接。

松键连接依靠键的两侧面传递转矩。键的上表面与轮毂键槽底面间有间隙，为非工作面，不影响轴与轮毂的同心精度，装拆方便。松键连接包括平键连接和半圆键连接。

图5－67 所示为普通平键连接，这种键由于加工、装拆方便，不影响同心，对轴的削弱小，所以应用最广。键的端面形状有圆头（A 型）、方头（B 型）和单圆头（C型）三种。

A 型平键键槽用端铣刀加工［见图5－68（a）］，键在槽中固定较好，但槽对轴的应力集中影响较大。

B 型平键键槽用盘铣刀加工［见图5－68（b）］，槽对轴的应力集中影响较小，但对于尺寸较大的键，要用紧定螺钉压紧，以防松动。

C 型平键常用于轴的端部连接，轴上键槽常用端铣刀铣通。

图5-67　普通平键连接

图5-68　键槽的加工

（a）端铣刀加工；（b）盘铣刀加工

当轮毂在轴上需沿轴向移动时，可采用导向平键（见图5－69），如汽车变速器中的滑动齿轮与轴之间的连接。导向平键是加长的普通平键，为防止松动，用两个螺钉固定在轴槽中；为装拆方便，在键的中部制有起键螺孔。轮毂上的键槽与键是间隙配合，当轮毂移动时，键起导向作用。

当轴上零件沿轴向移动距离较长时，可采用如图5－70 所示的滑键连接。滑键固定在轮毂上，随传动零件沿键槽移动。平键的键和键槽尺寸及配合要求见表5－18。如图5－71 所示的半圆键连接，它能在轴的键槽内摆动，以适应轮毂键槽底面的斜度，由于其装配方便、定心性好，故适合锥形轴端与轮毂的连接；但轴槽过深，对轴的削弱较大，主要用于轻载连接。

图5-69　导向平键

图5-70　滑键

表5-18　平键和键槽尺寸（GB/T 1096—2003）　mm

图5-71　半圆键

2）紧键连接。用于紧键连接的键具有一个斜面。由于斜面的楔形影响，使轮毂与轴产生偏心，所以紧键连接的定心精度不高，常用于精度要求不高、转速较低的场合，如农业机械和建筑机械等。紧键连接包括楔键连接和切向键连接。如图5－72 所示，楔键的上、下表面是工作面，键的上表面和轮毂的键槽底面都有1∶100 的斜度。键楔入键槽后，工作表面产生很大的预紧力并靠工作面摩擦力传递转矩，它能承受单向的轴向力，并起轴向固定作用。楔键分普通楔键 ［见图5－ 72（a）］和钩头楔键［见图5－72（b）］两种。钩头楔键的钩头是为便于拆卸用的，因此装配时须留有拆卸位置。外露钩头随轴转动，容易发生事故，应加防护罩。

图5-72　楔键

（a）普通楔键；（b）钩头楔键

图5－73 所示为切向键连接，它由两个普通楔键组成。装配时两个键分别自轮毂两端楔入，装配后两个相互平行的窄面是工作面，工作时主要依靠工作面直接传递转矩。单个切向键只能传递单向转矩。

图5-73　切向键连接

若需传递双向转矩，应装两个互成120°～135°的切向键（不允许对称安装）。切向键能传递很大的转矩，常用于重型机械。

图5-74　花键连接

（a）花键轴；（b）轮毂

（2）花键连接

当要求传递的转矩很大，普通平键不能满足要求时，应采用花键连接。花键连接是由周向均布的多个键齿的花键轴与带有相应的键齿槽的轮毂相配合而组成的连接，如图6－74 所示。

花键连接的特点是：键齿数多，承载能力强；键槽较浅，应力集中小，对轴和毂的强度削弱也小；键齿均布，受力均匀；轴上零件与轴的对中性和导向性好；但加工需要使用专用设备，成本较高，故它适用于定心精度要求较高、载荷较大的场合。

花键连接已标准化，按齿形不同，分为矩形花键［图5－75（a）］、渐开线花键［图5－75（b）］和三角形花键等。矩形花键定心精度高，定心稳定性好，轴和孔的花键齿在热处理后引起的变形可用磨削的方法消除，齿侧面为两平行平面，加工较易，应用广泛。矩形花键有三种定心方式：大径定心、小径定心和齿侧定心，一般采用小径定心，这种定心方式的定心精度高、稳定性好，但花键轴和孔上的齿均需在热处理后磨削，以消除热处理变形。大径定心容易加工，用于不需要表面热处理的中、低载情况。渐开线花键的齿廓为渐开线，应力集中比矩形花键小，齿根处齿厚增加，强度高；工作时齿面上有径向力，起自动定心作用，使各齿均匀承载，寿命长；可用加工齿轮的方法加工，工艺性好，常用于传递载荷较大、轴径较大、定心精度要求高的场合。

图5-75　矩形花键和渐开线花键

（a）矩形花键；（b）渐开线花键

（3）销连接

销作为定位元件，主要用于固定零件之间的相对位置［见图5－76（a）］，也可用于轴与毂的连接或其他零件的连接，以传递不大的载荷［见图5－76（b）］。在安全装置中，销还常用作过载剪断元件［见图5－76（c）］，称为安全销（过载销）。

图5-76　销连接

（a）固定销；（b）连接销；（c）过载销

销按其外形可分为圆柱销、圆锥销及异形销等，这些销都有国家标准。与圆柱销、圆锥销相配的被连接件孔均需铰光和开通。对于圆柱销连接，需要有微量的过盈量，多次装拆后定位精度会因磨损而降低。圆锥销连接的销和孔均制有1∶50 的锥度，装拆方便，多次装拆对定位精度影响较小，故可用于需经常装拆的场合。特殊结构形式的销统称为异形销，其结构、特点可参照《机械零件设计手册》。

3.联轴器和离合器

联轴器和离合器都是用来连接两个同心轴，使之一起转动并传递转矩的装置。联轴器与离合器的区别是：联轴器只有在机器停止运转后将其拆卸才能使两轴分离；离合器则可以在机器的运转过程中进行分离或接合。

（1）联轴器

1）联轴器分类

对于联轴器所连接的两轴，由于制造、安装误差或受载、变形等一系列原因，两轴的轴线会产生径向、轴向、角向或综合偏差（图5－77）。轴线偏移将使机器工作情况恶化，因此，要求联轴器具有补偿轴线偏移的能力。此外，在有冲击、振动的工作场合，还要求联轴器具有缓冲和吸振的能力。

根据联轴器是否有补偿被连接两轴轴线相对偏移的能力和是否有挠性元件，联轴器可分为以下几种：

①刚性联轴器，不具有补偿被连两轴轴线相对偏移的能力，也不具有缓冲减振性能；但结构简单，价格便宜。只有在载荷平稳、转速稳定，且能保证被连两轴轴线相对偏移极小的情况下，才可选用刚性联轴器。

②挠性联轴器，具有一定的补偿被连接两轴轴线相对偏移的能力，最大补偿量随型号不同而异。挠性联轴器又可分为以下三种：无弹性元件的挠性联轴器、非金属弹性元件的挠性联轴器、金属弹性元件的挠性联轴器。

③安全联轴器，其在结构上的特点是存在一个保险环节（如销钉可动连接等），只能承受限定载荷。当实际载荷超过预先限定的载荷时，保险环节就会发生变化，截断运动和动力的传递，从而保护机器的其余部分不致损坏，即起到安全保护作用。

④启动安全联轴器，其除了具有过载保护作用外，还有将机器电动机的带载启动转变为近似空载启动的作用。

2）常用联轴器的结构和特点

常用联轴器主要有固定式刚性联轴器、可移式刚性联轴器和非金属弹性元件联轴器等。

①固定式刚性联轴器，主要包括套筒联轴器和凸缘联轴器。

a.套筒联轴器如图5－78 所示，将套筒与被连接两轴的轴端分别用键（或销钉）固定连成一体，即成为套筒联轴器。

图5-77　两轴间的位移

图5-78　套筒联轴器

（a）键连接的套筒联轴器；（b）销连接的套筒联轴器

其结构简单，径向尺寸小，但要求被连接两轴必须很好地对中，且装拆时需做较大的轴向移动，故常用于要求径向尺寸小的场合。单键连接的套筒联轴器可用于传递较大转矩的场合［见图5－78（a）］；若采用销钉连接［见图5－78（b）］，则常用于传递较小转矩的场合，或用作剪销式安全联轴器。

b.凸缘联轴器如图5－79 所示，其由两个半联轴器及连接螺栓组成。

图5-79　凸缘联轴器

（a）凹、凸圆柱面配合对中；（b）配合螺栓连接对中

凸缘联轴器结构简单、成本低，但不能补偿两轴线可能出现的径向位移和偏角位移，故多用于转速较低、载荷平稳、两轴线对中性较好的场合。它有两种对中方法，一种是用两半联轴器的凹、凸圆柱面（桦肩）配合对中，另一种是用配合螺栓连接对中，前者制造方便。

在外缘圆周速度v＜35 m／s 时，凸缘材料用中等强度的铸铁；在v＜65 m／s 时，凸缘材料用35 钢、45 钢或ZG310－570。

②可移式刚性联轴器，主要包括滑块联轴器、齿式联轴器和万向联轴器。

a.滑块联轴器如图5－80 所示，滑块联轴器由两个带有凹槽的半联轴器1、3 和端面有榫的中间圆盘2 组成。圆盘两面的榫位于互相垂直的两条直径方向上，分别嵌入半联轴器相应的凹槽中。联轴器允许两轴有一定的径向位移。当被连接的两轴有径向位移时，中间圆盘将在半联轴器的凹槽中做偏心回转，由此引起的离心力将使工作表面压力增大而加快磨损。为此，应限制两轴间的径向位移量y＜0.04d（d 为轴径）、偏角位移量α＜0.5°，且轴的转速不超过250 r／min。

图5-80　滑块联轴器

（a）结构图；（b）实物图
1，3—带有凹槽的半联轴器；2—中间圆盘

滑块联轴器主要用于没有剧烈冲击载荷而又允许两轴线有径向位移的低速轴连接。联轴器的材料常选用45 钢或ZG310－570，中间圆盘也可用铸铁。摩擦表面应进行淬火，硬度为46～50 HRC。为了减少滑动面的摩擦和磨损，还应注意润滑。

b.齿式联轴器由两个具有外齿环的半内套筒轴和两个具有内齿环的凸缘外壳组成的半联轴器通过内、外齿的相互啮合连接而成（见图5－81）。两凸缘外壳用螺栓连成一体，两齿式联轴器内、外齿环的轮齿间留有较大的齿侧间隙，外齿轮的齿顶做成球面，球面中心位于轴线上，故能补偿两轴的综合位移（见图5－81（a））。齿环上常用压力角为20°的渐开线齿廓，齿的形状有直齿和鼓形齿，后者称为鼓形齿联轴器。

图5-81　齿式联轴器

（a）位移补偿原理；（b）实物图

c.万向联轴器如图5－82 所示，万向联轴器由两个轴叉分别与中间的十字销以铰链相连，万向联轴器两轴间的夹角可达45°。单个万向联轴器工作时，两轴的瞬时角速度不相等，从而会引起冲击和扭转振动，为避免这种情况，保证从动轴和主动轴均以同一角速度等速回转，应采用双万向联轴器，并满足中间轴与主、从动轴间夹角相等，以及中间轴两端轴叉应位于同一平面内（见图5－83）的要求。

图5-82　万向联轴器

图5-83　双万向联轴器

③非金属弹性元件联轴器

a.梅花形弹性联轴器。如图5－84 所示，梅花形弹性联轴器主要由两个带凸齿的半联轴器和弹性元件组成，靠半联轴器和弹性元件的密切啮合并承受径向挤压以传递转矩，当两轴线有相对偏移时，弹性元件发生相应的弹性变形，起到自动补偿作用。梅花形弹性联轴器主要适用于启动频繁、正反转、中高速、中等转矩和要求高可靠性的工作场合，例如：冶金、矿山、石油、化工、起重、运输、轻工、纺织等机械及水泵、风机等。

图5-84　梅花形弹性联轴器

（a）结构图；（b）实物图

b.弹性套柱销联轴器。弹性套柱销联轴器（见图5－85）的结构与凸缘联轴器相似，只是用套有弹性圈1 的柱销2 代替了连接螺栓，故能吸振。安装时应留有一定的间隙，以补偿较大的轴向位移，其允许轴向位移量x＜6 mm，允许径向位移量y＜0.6 mm，允许角偏移量α＜1°。弹性套柱销联轴器结构简单，价格便宜，安装方便，适用于转速较高、有振动和经常正反转、启动频繁的场合，如电动机与机器轴之间的连接就常选用这种联轴器。

c.弹性柱销联轴器。弹性柱销联轴器的结构如图5－86 所示，它采用尼龙柱销1将两半联轴器连接起来，为防止柱销滑出，两侧装有挡板2。其特点及应用情况与弹性套柱销联轴器相似，而且结构更为简单，维修安装方便，传递转矩的能力很大，但外形尺寸和转动惯量较大。

图5-85　弹性套柱销联轴器

（a）结构图；（b）实物图
1—弹性圈；2—柱销

图5-86　弹性柱销联轴器

（a）结构图；（b）实物图
1—尼龙柱销；2—挡板

d.滑块联轴器。将十字滑块改为方块，用尼龙或夹布胶木做成，如图5－87 所示，适用于小功率、转速高、剧烈冲击处。

e.轮胎联轴器。如图5－88 所示，由两个半联轴器、轮胎、压板连接螺钉组成。特点：弹性变形大，寿命长，无须润滑，径向尺寸大，适用于启动频繁、双向运转、潮湿多水处。

图5-87　滑块联轴器

（a）结构图；（b）分解图

图5-88　轮胎联轴器

④联轴器选用程序。

a.选择联轴器品种、形式。在标准联轴器中了解联轴器（尤其是挠性联轴器）在传动系统中的综合功能，从传动系统总体设计考虑，选择联轴器的品种、形式。

b.联轴器转矩计算。传动系统中功率N、轴的转速n 和转矩T 存在确定的计算关系，可以得到联轴器轴的理论转矩T，再根据工况系数K 及其他有关关系可计算联轴器的计算转矩Tc＝KT。

c.初选联轴器型号。根据计算转矩Tc，从标准系列中可选定相近似的公称转矩Tn，选型时应满足Tn≥Tc。初步选定联轴器型号（规格），从标准中可查得联轴器的许用转速［n］和最大径向尺寸D、轴向尺寸L0，还应满足联轴器转速n≤［n］。

d.根据轴径调整型号。初步选定的联轴器连接尺寸，即轴孔直径d 和轴孔长度L，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径d 调整联轴器的规格。

e.选择连接形式。联轴器连接形式的选择取决于主、从动端与轴的连接形式，一般采用键连接，为统一键连接形式及代号，在GB／T 3852—2017 中规定了七种键槽形式、四种无键连接，用得较多的是A 型键。

（2）离合器

离合器在机器运转中可将转动系统随时分离或接合。对离合器的基本要求有：接合平稳，分离迅速而彻底；调节和修理方便；轮廓尺寸小；质量小；耐磨性好，有足够的散热能力；操作方便、省力。

常用的离合器类型有：

①按控制方式：手动控制和自动控制。

②按工作原理：机械式、气动式、液压式、电磁式、超越式、离心式、安全离合器。

③按接合原理：啮合式、摩擦式。

1）牙嵌离合器。如图5－89 所示，牙嵌离合器主要由端面带牙的两个半离合器1、2 组成，通过啮合的齿来传递转矩。其中半离合器1 固装在主动轴上，半离合器2 则利用导向平键安装在从动轴上，沿轴线移动。工作时，利用操纵杆（图中未画出）带动滑环3 使半离合器2 做轴向移动，从而实现离合器的接合或分离。牙嵌离合器结构简单，尺寸小，工作时无滑动，并能传递较大的转矩，故应用较多。

图5-89　牙嵌离合器

1，2—半离合器；3—滑环

其缺点是运转中接合时有冲击和噪声，必须在两轴转速差很小或停车时进行接合或分离。

牙嵌离合器的牙型主要有矩形牙（z＝3～15）、梯形牙（z＝5～11，接合不太容易）、三角形牙（z＝15～60，易于接合，但承载低）、锯齿形牙（z＝2～6，只能单向接合）等。

2）摩擦离合器。摩擦离合器可分为单盘式、多盘式和圆锥式三类，这里只简单介绍前两种。

①单盘式摩擦离合器如图5－90 所示，单盘式摩擦离合器是由两个半离合器1、2 组成的。工作时两个半离合器相互压紧，靠接触面间产生的摩擦力来传递转矩，其接触面可以是平面［见图5－90（a）］或锥面［见图5－90（b）］。对于同样大小的压紧力，锥面能传递更大的转矩。半离合器1 固装在主动轴上，半离合器2 利用导向平键（或花键）安装在从动轴上，通过操纵杆和滑环3 使其在轴上移动，从而实现接合和分离。这种离合器结构简单，但传递的转矩较小，实际生产中常用多盘式摩擦离合器。

②多盘式摩擦离合器如图5－91 所示，多盘式摩擦离合器是由外摩擦片5、内摩擦片6 和主动轴套筒2、从动轴套筒4 组成的。主动轴套筒用平键（或花键）安装在主动轴1 上，从动轴套筒与从动轴3 之间为动连接。当操纵杆拨动滑环7向左移动时，通过安装在从动轴套筒上的杠杆8 的作用，使内、外摩擦盘压紧并产生摩擦力，使主、从动轴一起转动（图示为压紧状态）；当滑环向右移动时，则使两组摩擦片放松，从而使主、从动轴分离。压紧力的大小可通过从动轴套筒上的调节螺母来控制。多盘式摩擦离合器的优点是径向尺寸小而承载能力大，连接平稳，因此适用的载荷范围大，应用较广。

其缺点是盘数多，结构复杂，离合动作缓慢，发热、磨损较严重。

与牙嵌离合器比较，摩擦离合器的优点是：

①可以在被连接两轴转速相差较大时接合。

图5-90　单盘式摩擦离合器

1，2—半离合器；3—滑环；4—从动轴；5—主动轴

图5-91　多盘式摩擦离合器

1—主动轴；2—主动轴套筒；3—从动轴；4—从动轴套筒；5—外摩擦片；6—内摩擦片；7—滑环；8—杠杆；9—弹簧片；10—双螺母

②接合和分离的过程较平稳，可以用改变摩擦面上压紧力大小的方法调节从动轴的加速过程。

③过载时的打滑可避免其他零件损坏。

由于上述优点，故摩擦离合器应用较广。

其缺点是：

①结构较复杂，成本较高。

②可能产生滑动，不能保证被连接两轴精确地同步转动。

3）离心式离合器。

图5－92 所示为离心式离合器。其工作原理是：在两个拉伸螺旋弹簧的弹力作用下，主动部分的一对闸块2 与从动部分的鼓轮1 脱开，当转速达到某一数值，离心力增加到能克服弹簧拉力时，便使闸块2 绕其支点向外摆动与从动鼓轮1 压紧，离合器即进入接合状态。当接合面上产生的摩擦力矩足够大时，主、从动轴即一起转动。闭式离心离合器的工作原理与上述相反。在正常工作条件下，闸块与鼓轮表面压紧，转速超过一定数值后，闸块在压缩弹簧的作用下与鼓轮脱离，从而脱开连接。

图5-92　离心式离合器

1—鼓轮；2—闸块；3—转架；4—主动轴；5—导杆；6—弹簧

4）电磁离合器。

电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉（通电前磁粉处于自由状态），则可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器（见图5－93）。

5）超越离合器。

超越离合器可实现单向超越（或接合），接合比较平稳，无噪声，主要有滚柱式超越离合器和棘轮式超越离合器（自行车后轮轴，俗称飞轮），如图5－94 所示。

图5-93　磁粉式电磁离合器

（a）断电分离状态；（b）通电接合状态

图5-94　超越离合器

4.弹簧

（1）弹簧的功用

弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用下产生较大的弹性变形。弹簧在各类机械中应用十分广泛，其功用如下：

1）控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机气缸的阀门弹簧等。

2）减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振弹簧，以及各种缓冲器用的弹簧等。

3）储存及输出能量，如钟表弹簧、枪栓弹簧等。

4）测量力的大小，如测力器和弹簧秤中的弹簧等。

（2）弹簧的类型

1）根据性质不同可分为压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧。

2）按外形不同可分为螺旋弹簧、碟形簧、环形簧、涡卷弹簧和板簧。

弹簧的结构形式见表5－19。

表5-19　弹簧的结构形式

续表

3）按弹簧的重要性和载荷性质可分为：Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类。

Ⅰ类：受变载荷作用次数在106 次以上的重要弹簧（气门弹簧、制动弹簧）。

Ⅱ类：受变载荷作用次数在103～105 次以上或受冲击载荷的弹簧（调速器弹簧、车辆弹簧）。

Ⅲ类：受变载荷作用次数在103 次以下（静载荷）的弹簧（安全阀弹簧、离合器弹簧）。

螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制而成的，由于制造简便，所以应用最广。在一般机械中，最常用的是圆柱螺旋弹簧。

（3）弹簧特性线和刚度表示

弹簧载荷与变形量之间的关系曲线称为弹簧特性线。使弹簧产生单位变形所需要的载荷称为弹簧的刚度，以k 表示。

拉、压弹簧：

扭转弹簧：

弹簧特性线呈直线的，其刚度为常数，称为定刚度弹簧；当特性线呈折线或曲线时，其刚度是变化的，称为变刚度弹簧。

（4）螺旋弹簧的结构

1）压缩弹簧两端的端面圈与邻圈并紧，不参与弹簧变形，只起支撑的作用，俗称死圈。每端至少3／4 圈，端头厚度≥d／8。按端部结构分，常见的有（见图5－95）：

图5-95　压缩弹簧的端部结构

（a）YⅠ型；（b）YⅡ型；（c）YⅢ型

YⅠ型：并紧并磨平（稳定性好）。

YⅡ型：加热卷绕时弹簧丝两端锻扁且与邻圈并紧。

YⅢ型：并紧不磨平。一般d≤0.5 mm 可不磨平，d ＞0.5 mm 可磨平。

2）拉伸弹簧钩环形式：LⅠ型、LⅡ型、LⅦ型、LⅧ型，如图5－96 所示。

（5）弹簧的参数

1）圆柱螺旋弹簧的主要参数。

圆柱螺旋弹簧的主要参数（见图5－97）如下：

弹簧丝直径d：d 增大时，弹簧强度将提高。

图5-96　拉伸弹簧的端部结构

（a）LⅠ型；（b）LⅡ型；（c）LⅦ型；（d）LⅧ型

图5-97　弹簧的主要参数

弹簧指数C（又称旋绕比）：是一般弹簧圈中径与弹簧丝直径之比，C＝一般取C＝4～16，C 值小的弹簧刚度大，其推荐值见表5－20。

表5-20　圆柱螺旋弹簧C 的推荐值

弹簧圈中径D：

内径D1：

外径D2：

弹簧节距p。

螺旋升角α。

2）圆柱螺旋弹簧的几何尺寸计算。

圆柱压缩和拉伸弹簧的几何尺寸计算见表5－21。

表5-21　圆柱压缩和拉伸弹簧的几何尺寸计算

知识拓展

一、液压传动简介

用液体作为工作介质来实现能量传递的传动方式称为液体传动。液体传动按工作原理的不同分为两类，以液体动能进行工作的称为液力传动，以液体压力能进行工作的称为液压传动，即液压传动是以液压油作为工作介质，依靠密封容器的体积变化来传递运动，依靠液压油内部的压力传递动力。

1.液压传动概述

（1）液压传动的工作原理

图5－98 所示为一台磨床工作台的液压传动系统图。它由油箱1、过滤器2、液压泵3、溢流阀4、换向阀5、节流阀6、换向阀7、液压缸8 以及连接这些元件的油管、管接头等组成。其工作原理是：电动机驱动液压泵从油箱中吸油，将油液加压后输入管路。油液经换向阀5、节流阀6、换向阀7 进入液压缸左腔，推动活塞而使工作台向右移动。这时液压缸右腔的油液经换向阀7 和回油管①流回油箱。

如果将换向阀手柄转换成如图5－98（b）所示状态，则油液经过换向阀7后进入液压缸右腔，推动活塞而使工作台向左移动，并使液压缸左腔的油液经换向阀7 和回油管①流回油箱。

图5-98　驱动机床工作台液压传动系统图

1—油箱；2—过滤器；3—液压泵；4—溢流阀；5，7—换向阀；6—节流阀；8—液压缸

如果将换向阀手柄转换成如图5－98（c）所示的状态，则管路中的油液将经换向阀5 和回油管③流回油箱，这时工作台停止运动。

从上面例子中可以看到：

1）液压传动是以密封容积中的受压液体作为工作介质来传递运动和动力的。它先将机械能转换为液体的压力能，再将液体的压力能转换为机械能，所以液压传动是一个不同能量的转换过程。

2）当系统工作中需克服的负载（如重力、切削力、摩擦力等）不同时，需要的工作压力亦不同，因此，泵输出油液的压力应能调整。

3）由于液压缸活塞（执行元件）的运动速度需要改变，所以进入液压缸的液体流量也在改变。

（2）液压传动系统的组成

通过分析可知，一个完整的液压传动系统由以下几部分组成：

1）动力元件即液压泵，它是将原动机输入的机械能转换为液压能的装置，其作用是为液压系统提供压力油。

2）执行元件是指液压缸和液压马达，它是将液体的压力能转换为机械能的装置，其作用是在压力油的推动下驱动工作部件。

3）控制元件指各种阀类元件，如溢流阀、节流阀、换向阀等，它们的作用是控制液压系统中油液的压力、流量和方向，以保证执行元件完成预期的工作运动。

4）辅助元件是指除上述三个组成部分以外的其他装置，主要包括油箱、油管、管接头、滤油器、压力表、流量表等，其作用是为系统的正常工作提供条件。

5）工作介质即传动液体，通常为液压油，其作用是实现运动和动力的传递。

（3）液压传动系统的图形符号

如图5－98 所示的液压系统中，各元件是以结构符号表示的，称为结构式原理图，其直观性强，容易理解，但绘制比较困难。在实际工作中，为了简化液压系统图，目前各国均用元件的图形符号来绘制液压系统图，这些符号只表示元件的职能及连接通路，而不表示其结构。目前我国的液压系统图采用GB／T 786.1—2009所规定的图形符号绘制，如图5－99 所示。

（4）液压传动的特点

液压传动与机械传动及其他传动相比具有以下特点：

1）液压传动装置运动平稳、反应快、惯性小，能快速启动、制动和换向。

2）液压传动装置输出动力大。与其他传动相比，其体积小、质量轻、结构紧凑。

3）液压传动装置可在运行中随时进行大范围无级调速。

4）由于液压元件具有自润滑作用，因此维护简单、使用寿命长。

图5-99　液压传动系统图形符号

5）操作简单方便，易于实现过载保护。

6）易于实现液压元件的自动控制，设计开发机电液一体化系统。

7）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、集成化，便于设计、制造、使用与维修。

8）液压油容易泄漏，不仅影响传动效率，而且不宜用于要求定传动比的场合。

9）液压元件要求制造精度高，对油液污染比较敏感，因此液压系统的造价较高。

10）液压系统的压力、流量损失大，能量转换效率低。

11）液压系统在出现故障时不易找出原因。

（5）液压系统的基本参数

1）液体单位面积上所受到的法向力称为压力，通常以p 表示。

式中，p 为液体压力（MPa）；F 为液压推力或液压作用力（N）；A 为承压面积（mm2）。

2）流量与流速

单位时间内流过管道或液压缸某一截面的液体体积称为流量，通常以qv 表示。

式中，V 为进入液压缸的油液体积（m3）；t 为流过V 体积所需的时间（s）；A 为活塞的有效作用面积（m2）；l 为油液流过的距离（m）；v 为流速（m／s）。

流量的国际单位制单位是m3／s（立方米每秒），常用单位还有L／min（升每分）。

由上式可得流速公式：

液压油流过不同截面积的通道时，各个截面积的流速是与通道的截面积成反比。如油液流经无分支管道时，每一横截面上通过的流量一定是相等的。流量计是用来测量流体量的计量仪器，流量计测量出来的流体量不是瞬时流量。

3）功率

功率是力在单位时间内所做的功，用P 表示，单位为W（瓦）或kW（千瓦）。作用在活塞上的总压力F＝pA，当活塞移动距离为L 时，如图5－100所示，力F 所做的功为

故液压功率为

图5-100　活塞做功与压力的关系

式中，p 为液体压力（MPa）；qV 为液体的流量（m3／s）。

由上式可以看出，在液压传动系统中，液体压力和流量的乘积就是功率。

（6）液压油

液压油是一般液压系统的工作介质，同时也是液压元件的润滑剂，它对液压元件的选用、液压系统的性能有着较大的影响，因此有必要了解有关液压油的性质、要求和选用方法。

1）液压油的种类。

液压传动及液压控制系统所用工作介质主要可分为石油型（矿物型）、合成型和乳化型三大类。目前，90%以上的液压设备采用石油型液压油，在要求不高的液压系统中可使用普通润滑油，在一些高温、易燃、易爆的工作场合，为安全起见，其液压系统常使用抗燃性能较好的合成型和乳化型工作介质。

2）液压油的性质。

①密度。单位体积液体的质量称为液体的密度。液压油的密度随压力的增加而增大，随温度的升高而减小，但变化很小，一般可以忽略不计。

②可压缩性。液体在压力的作用下使体积变小的性质称为液体的可压缩性。随着温度的升高，液压油体积增大的性质称为膨胀性。在一般液压传动中，液压油的可压缩性和膨胀性很小，可以忽略不计。

③黏性。液体在外力作用下流动时，分子之间由于内聚力而具有一种阻碍分子之间相对运动的内摩擦力，这一特性称为液体的黏性。液体的黏性用黏度表示，黏度大，液层间的内摩擦力就大，油液就稠，反之油液就稀。

3）液压油的选用。

在选择液压传动用油时，一般要根据液压系统的使用要求和工作环境以及综合经济性等因素确定液压油的品种。液压油的黏度主要根据液压泵的类型来确定，同时还要考虑工作压力范围、油膜承载能力、润滑性、系统温升程度、液压油与液压元件的相容性等因素。此外，还要考虑工作环境因素、液压油的成本，以及连带的液压元件成本、使用寿命、维护费用和生产效率等因素，如外界温度条件会影响液压传动系统的工作性能。

4）防止油温过高。

液压系统中防止油温过高的方法主要有以下几种：

①保持油箱中的正确油位，形成足够的循环冷却条件。

②保持液压设备的清洁，形成良好的散热条件。

③在保证系统正常工作的条件下，尽量调低油泵的压力。

④正确选择油液，黏度不易过高，并注意保持油液干净。

⑤适当采用冷却装置。

2.常见的液压元件

液压元件包括动力元件、执行元件、控制元件和辅助元件等，下面分别介绍这几种液压元件。

（1）动力元件

液压泵作为液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换成液压能输出，为执行元件提供压力油。液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性，在液压传动中占有相当重要的地位。

1）液压泵的工作原理与基本类型。

图5－101 所示为单柱塞泵，它由偏心轮1、柱塞2、回程弹簧3、缸体4 和单向阀5、6 组成。

柱塞2 和缸体4 形成密封容积。柱塞在偏心轮l 和回程弹簧3 的作用下，上下往复运动，当其向下运动时，密封容积扩大形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下，经过单向阀5 被吸入缸体，这一过程称为吸油。当柱塞向上运动时，吸入的油液经过单向阀6 被压出，这一过程称为压油。若偏心轮不停地转动，液压泵就不断地吸油和压油。这种靠密封容积的变化完成吸油、压油过程的液压泵称为容积式液压泵。容积式液压泵的流量决定于密封容积的变化量以及变化频率。

由上可知，液压泵的工作过程就是吸油和压油的过程，其正常工作的必备条件如下：

①应具备密封容积；

②密封容积能交替变化，泵的输油量与密封容积变化的大小及单位时间内的变化次数成正比；

③应有配流装置，它保证在吸油过程中密封容积与油箱相通，同时关闭供油管路，压油时，密封容积与供油管路相通而与油箱切断；

④吸油过程中，油箱必须和大气相通，这是吸油的必要条件，在压油过程中，实际油压决定于输出油路中所遇到的阻力，即决定于外载，这是形成油压的条件。

液压泵种类很多，按泵的结构形式，可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵；按输出的流量是否可以调节，可分为定量泵和变量泵；按泵的额定压力高低，可分为低压泵、中压泵和高压泵；按泵的可输入方向，可分为单向泵和双向图泵。常见液压泵的图形符号如图5－102 所示。

图5-101　单柱塞泵工作原理

1—偏心轮；2—柱塞；3—回程弹簧；4—缸体；5，6—单向阀

图5-102　常见液压泵的图形符号

（a）单向定量泵；（b）单向变量泵；（c）双向定量泵；（d）双向变量泵

2）齿轮泵。

齿轮泵一般是单向定量泵，按结构形式可分为外啮合和内啮合两种，外啮合齿轮泵具有结构简单、紧凑，容易制造，成本低，对油液污染不敏感，工作可靠，维护方便，寿命长等优点，故广泛应用于各种低压液压系统中。

外啮合齿轮泵的工作原理如图5－103 所示，齿轮泵体内装有一对模数相同、齿数相等的齿轮，当吸油口和压油口分别用油管与油箱和系统接通后，齿轮各齿槽和泵体以及齿轮前后端面（图中未表示）形成密闭工作腔，而啮合线又把它们分为互不相通的吸油腔和压油腔。当电动机带动齿轮按图示箭头方向旋转时，由于相互啮合的轮齿逐渐脱开，右侧吸油腔的密封工作腔容积逐渐增大，形成部分真空，在大气压的作用下油箱中的油液被吸进来，并被旋转的齿轮带到左侧；左侧齿不断进入啮合，密闭容积减小，油液受压被挤出输入系统而压油。齿轮泵不断旋转，吸油、压油过程便连续进行。由此可见，齿轮泵是利用齿间密闭容积的变化来实现吸油和压油的，其输出流量的多少取决于密封工作腔容积变化的大小。

3）叶片泵

叶片泵按其流量是否可以调节，分为变量叶片泵和定量叶片泵。变量泵是单作用式泵，定量泵是双作用式泵。

①单作用式叶片泵。图5－104 所示为单作用式叶片泵的工作原理。转子1 装在定子2 内，两者有一个偏心距e，叶片装在相对于转子旋转方向后倾的转子槽中，并可在槽中滑动，在转子两侧装有固定的配油盘6。当传动轴5 带动转子1 转动时，由于离心力的作用使叶片顶部紧靠在定子内壁上，这样在定子、转子、叶片和配油盘间形成若干个密封容积。配油盘上开有两个互不相通的窗，吸油窗通吸油口，压油窗通压油口，配油盘起配流的作用。

当转子按图5－104 所示方向转动时，右部叶片逐渐伸出，叶片间的密封容积逐渐增大，造成局部真空，从吸油窗吸油，这是吸油区的工作原理。当回转至左部时，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，密封容积逐渐缩小，将油液从压油窗压出，这是压油区的工作原理。

图5-103　外啮合齿轮泵工作原理

图5-104　单作用式叶片泵工作原理

1—转子；2—定子；3—吸油窗；4—叶片；5—传动轴；6—配油盘

在吸油区和压油区之间，有一段封油区，把吸油区和压油区分开。这种叶片泵的转子每转一周，每个密封容积完成一次吸油和压油，因此称为单作用式叶片泵。若改变转子与定子中心的偏心距和偏心方向，则可以改变输油量和输油方向，成为变量叶片泵。

②双作用式叶片泵。双作用式叶片泵的工作原理如图5－105 所示，它也是由定子1、转子2、叶片3、配油盘和泵体等组成的。转子和定子中心重合，定子内表面近似椭圆形，由两段长半径为R 的圆弧、两段短半径为r 的圆弧和四段过渡曲线组成，两侧的配油盘各开有两个油窗。由图5－105 可以看出，在转子每转一周的过程中，每个密封容积完成两次吸油和压油过程，所以称为双作用式叶片泵。由于这种泵有两个吸油区和两个压油区，并且转子及轴承所承受的径向液压力位置对称，所以作用在转子上的液压力互相平衡，因此这种泵也称为卸荷式叶片泵，可以提高工作压力。双作用式叶片泵的转子和定子是同轴的，所以不能改变输油量，是定量泵。

图5-105　双作用式叶片泵工作原理

1—定子；2—转子；3—叶片

叶片泵具有寿命长、噪声低、流量均匀、体积小、质量轻等优点；缺点是对油液污染较敏感，自吸能力较齿轮泵差一些，结构也较复杂，工艺要求高。叶片泵一般用于中压系统，如机床等机械的液压系统。

4）柱塞泵

柱塞泵是利用柱塞在缸体内做往复运动，使密封容积发生变化而吸油和压油的。按其柱塞排列方向不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两类。轴向柱塞泵又分为直轴式（斜盘式）和斜轴式两种，其中直轴式应用较广。

图5－106 所示为斜盘式轴向柱塞泵的工作原理。泵由斜盘l、柱塞2、缸体3、配油盘4、传动轴5 等主要零件组成。斜盘1 和配油盘4 是不动的，传动轴5 带动缸体3、柱塞2 一起转动，柱塞2 靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上。当传动轴按图5－106 所示方向旋转时，柱塞2 在其自下而上回转的半周内逐渐向外伸出，使缸体内密封工作腔的容积不断增加，产生局部真空，从而将油液经配油盘4 上的配油窗口吸入；柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使缸体内密封工作腔的容积不断减小，将油液从配油盘窗口b 向外压出。缸体每转一周，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油和压油动作。改变斜盘的倾角γ，可以改变柱塞往复行程的大小，因而也就改变了泵的排量。若改变斜盘倾角的方向，也就改变了泵吸、压油的方向，从而成为双向变量轴向柱塞泵。

图5-106　斜盘式轴向柱塞泵的工作原理

1—斜盘；2—柱塞；3—缸体；4—配油盘；5—传动轴

柱塞泵具有加工方便、配合精度高、密封性能好、容积效率高等特点，故可在高压下工作。

（2）执行元件

液动机是液压系统的执行元件，是能量转换装置，按其输出机械能的运动形式可分为两大类：一类是液压马达，它将液体的压力能转换成旋转运动或往复摆动的机械能；另一类是液压缸，它将液体的压力能转换成直线运动的机械能。

1）液压马达。

液压马达与液压泵的结构基本相似，按结构形式不同，也分为齿轮式、叶片式和柱塞式三种；按速度的大小可分为高速马达、中速马达和低速马达三大类。现以轴向柱塞液压马达为例，说明液压马达的工作原理。

轴向柱塞液压马达与轴向柱塞泵的结构基本相同，通常具有可逆性。图5－107 所示为斜盘式轴向柱塞液压马达的工作原理。斜盘1 和配油盘4 固定不动，柱塞2 可在回转缸体3 的孔内移动。斜盘中心线与回转缸体中心线间的倾角为γ。高压油经配油盘窗口进入回转缸体中的柱塞孔时，处在高压腔中的柱塞被顶出，压在斜盘上。斜盘对柱塞的反作用力F 可分解为与柱塞上液压力平衡的轴向分力Fx 和作用在柱塞上的垂直分力Fy。垂直分力使回转缸体产生转矩，带动液压马达轴转动。

图5-107　斜盘式轴向柱塞液压马达工作原理

1—斜盘；2—柱塞；3—回转缸体；4—配油盘

因为液压马达需要正反转，其配油盘必须在构造和安装位置上对称，因此并不是所有型号的轴向柱塞泵都能作为液压马达使用。

2）液压缸。

液压缸是液压系统中应用最广的执行元件之一，与液压马达一样，其也是将液体的压力能转变为机械能的能量转换装置，只不过液压缸是带动工作机做直线往复运动。若要改变油缸的运动速度，只要改变流入液压缸中油液的流量即可。液压缸结构简单，工作可靠，与杠杆、连杆、齿轮齿条、棘轮棘爪、凸轮等机构配合，能实现多种机械运动，其应用比液压马达更为广泛。液压缸按结构形式可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类；按作用方式可分为单作用式和双作用式两种。单作用液压缸的压力油只从缸的一侧输入，液压缸只能实现一个方向的运动，反向运动（回油）则需借助于弹簧力、重力等外力。双作用液压缸的压力油可以从缸两侧交替或同时输入，液压缸可以实现两个方向的往复运动。当液压缸活塞所受的外力恒定时，活塞的截面积越大，其所受的压力就越小。

（3）控制元件

液压系统中，控制元件的作用是控制液压系统的液流方向、压力和流速，从而实现控制执行元件的运动方向、作用力、运动速度及动作顺序等。

1）方向控制阀。

方向控制阀的作用是通、断油路或控制油液的方向，以控制执行元件的启动、停止和运动方向。方向控制阀按其用途可分为单向阀和换向阀。

①单向阀。普通单向阀的作用是只允许油液往一个方向流动，不允许其反向流动，简称单向阀。对单向阀的要求为正向液流通过时压力损失小，反向截止时密封性能好。单向阀只允许油液沿一特定方向流动而反向截止，故又称止回阀。图5－108 所示为普通单向阀的结构简图和图形符号，它主要由阀体1、阀芯2 和弹簧3 等组成，阀的连接形式为螺纹连接。当压力油从左端油口A 流入时，油液推力克服弹簧3 作用在阀芯2上的力，使阀芯向右移动，打开阀口，并通过阀芯上的径向孔a、轴向孔b，从阀体右端油口B 流出。当压力油从右端油口流入时，液压力和弹簧力方向相同，使阀芯压紧在阀体1 的阀座上，若阀口关闭，油液则无法通过。

图5-108　普通单向阀的结构简图和图形符号

（a）结构简图；（b）图形符号
1—阀体；2—阀芯；3—弹簧

单向阀常被安装在泵的出口，防止系统的压力冲击影响泵的正常工作，或在泵不工作时防止系统油液经泵倒流回油箱。如油压千斤顶为确保起重物体不回落，避免发生安全事故，在进油路中必须装单向阀。单向阀还被用来分隔油路以防止干扰，并与其他阀并联组合成复合阀，如单向减压阀、单向节流阀等。单向阀的安装具有方向性，但对其压差大小有具体规定。

液控单向阀是一种加液压控制信号后可反向导通的单向阀，其结构及图形符号如图5－109 所示。当控制口K 不通压力油时，压力油只能从通口A 流向通口B，不能反向流动，此时与普通单向阀相同；当控制油口K 通压力油时，活塞1 右移，通过顶杆2顶开阀芯3，使通口A 和B 接通，油液可以双向自由流动。需要指出的是：控制压力油油口不工作时，应使其通回油箱，否则控制活塞难以复位，单向阀反向不能截止液流。

图5-109　液控单向阀的结构和图形符号

（a）结构简图；（b）图形符号
1—活塞；2—顶杆；3—阀芯

②换向阀。换向阀的作用是利用阀芯与阀体相对位置的变动，改变阀体上各油口的通断状态，从而控制油路连通、切断或改变液压系统中油液的流动方向。

换向阀的用途十分广泛，种类也很多，按阀芯相对于阀体运动的方式分，有转阀式换向阀和滑阀式换向阀两类；按操纵方式分，有手动、机动、电磁、电液动等多种；按阀芯在阀体内工作位置的数目分，有二位阀、三位阀等；按阀体上主油口的数目分，有二通阀、三通阀、四通阀和五通阀。

阀体和阀芯是滑阀式换向阀的主体结构，阀体上有多个油口，各油口之间的通、断取决于阀芯的不同工作位置，阀芯在外力作用下移动，可以停留在不同的工作位置上，控制方式如图5－110 所示。

图5-110　换向阀控制方式

（a）手动；（b）机动；（c）电磁动；（d）弹簧复位；（e）液动；（f）液动外控；（g）电液动

三位换向阀的阀芯在中间位置时，各油口间有不同的连通方式，可满足不同的使用要求，这种连通方式称为换向阀的中位机能。中位机能不同，换向阀对系统的控制性能也不同。

2）压力控制阀

压力控制阀简称压力阀，它的作用是控制液压系统的压力，或利用压力控制其他元件的动作。压力控制阀按其功能和用途不同，可分为溢流阀、减压阀、顺序阀和压力继电器等。这类阀的共同特点是利用作用在阀芯上的液压力和弹簧力相平衡的原理来工作。

①溢流阀。溢流阀主要起溢流和稳压的作用，以保证系统在安全保护状态下工作（又称安全阀）。溢流阀一般安装在液压泵出口的油路上，根据结构可分为直动式和先导式两类。直动式一般用于低压系统，先导式用于中、高压系统。液压系统中的溢流阀用以控制液压缸的最大工作压力，其图形符号如图5－111 所示。

②减压阀。减压阀是一种利用液流流过缝隙产生压力损失，使其出口压力低于进口压力的压力控制阀。减压阀的用途是降低液压系统中某一部分的压力。缝隙越小，压力损失越大，减压作用越强。减压阀按调节要求不同有：用于保证出口压力为定值的定值减压阀；用于保证进、出口压力差不变的定差减压阀；用于保证进、出口压力成比例的定比减压阀。其中定值减压阀应用最广，简称减压阀。按调压方式不同分为直动式减压阀和先导式减压阀两类。

减压阀的图形符号如图5－112 所示。

图5-111　溢流阀的图形符号

（a）直动式；（b）先导式

图5-112　减压阀的图形符号

（a）直动式；（b）先导式

③顺序阀。顺序阀利用油路的压力来控制液压系统中多个执行元件的先后顺序。顺序阀在调压方式上也分为直动式和先导式两种，一般先导式用于压力较高的液压系统中。

3）压力继电器。

压力继电器是利用液体压力来启闭电气触点的液压电气转换元件，其作用是根据液压系统的压力变化，通过压力继电器内的微动开关，自动接通或断开电器线路，实现执行元件的顺序控制或安全保护。

压力继电器按结构特点可分为柱塞式、弹簧管式和膜片式等。压力继电器的图形符号如图5－113 所示。

4）流量控制阀。

流量控制阀通过调节阀口通流面积的大小来控制通过阀的流量，从而改变执行元件（液压缸或液压马达）的运动速度。常用的流量阀有节流阀和调速阀等。

①节流阀。节流阀是一个最简单、最基本的流量控制阀，其实质相当于一个可变节流口，借助于控制机构使阀芯相对于阀体孔运动，从而改变阀口的过流面积。如液压机是采用节流阀来控制液压缸活塞移动的快慢的。

②调速阀。调速阀是由定差减压阀和节流阀串联而成的组合阀。

调速阀多用于工作速度稳定性要求比较高的机械，如金属切削机床。因为节流调速能量损失较大，故在对速度稳定性要求高，且压力较高的机械中应用较少。

节流阀和调速阀的图形符号如图5－114 所示。

图5-113　压力继电器的图形符号

图5-114　节流阀和调速阀的图形符号

（a）节流阀；（b）调速阀

（4）辅助元件

液压系统的辅助元件有密封装置、过滤器、蓄能器、管件和油箱等。

1）密封装置。

对密封装置的基本要求是：有良好的密封性能，装配和加工工艺简单，互换性好，在油液中有良好的稳定性，寿命长，密封处的摩擦阻力小，因此，常用的密封件材料是耐油橡胶，其次是聚氨酯。

2）过滤器。

液压系统所用的油液必须经过过滤，并在使用过程中保持清洁。

过滤器可以安装在液压泵的吸油口、出油口以及重要元件的前面。通常情况下，泵的吸油口装粗过滤器，泵的出油口或在重要元件之前安装精过滤器。

3）蓄能器。

蓄能器是一种能够蓄存液体压力能，并在需要时把它释放出来的能量储存装置。当液压系统的工作平稳性要求较高时，可在冲击源和脉动源附近设置蓄能器。蓄能器的类型主要有弹簧式和充气式两种。

4）管件。

①油管。油管的作用是连接液压元件和输送油液。液压传动中常用的油管有钢管、铜管、橡胶软管、尼龙管和塑料管等，须按照安装位置、工作环境和工作压力来正确选用。钢管和铜管用于固定元件之间的连接，软管一般用于有相对运动的元件之间的连接。

②管接头。管接头是油管与油管、油管与液压件之间的可拆式连接件，它必须具有装拆方便、连接牢固、密封可靠、外形尺寸小、通流能力大、压降小和工艺性好等各项条件。按连接油管的材质分为钢管管接头、金属软管管接头和胶管管接头等，其规格、品种可查阅有关手册。

5）油箱。

油箱用来储油、散热、分离油中的空气和杂质。一般要求油箱散热好、易维护、清理方便且能减少油箱发热及液压源振动对主机工作精度和性能的影响。

知识归纳整理

一、知识点梳理

通过前面课程的学习，我们了解了带、链、齿轮、蜗轮等机械传动以及液压传动的基础知识和各自形式的优缺点；掌握了典型机械零部件（螺纹连接，键、花键及销连接，铆接、焊接和胶接，蜗杆，轴承，轴，联轴器、离合器、弹簧等）的结构设计参数。在工程上，其根据各自的优缺点都有极广泛的应用。为了大家对所学知识能有更好的理解和掌握，利用树图形式归纳如下，仅供参考。

二、自我反思

1.学习中的收获或体会

2.工程上遇到的常用传动方式优缺点分析

自测题

任务一　工程常用传动方式识别

一、填空题

1.机械传动分为摩擦传动和________传动两大类型。

2.三角带不宜做改变方向的________传动。

3.齿轮分度圆直径等于齿数乘以________。

4.蜗轮蜗杆传动的传动效率比齿轮传动________。

5.在机械传动中，输出功率与输入功率之比称为________。

6.渐开线齿轮的分度圆啮合角（压力角）为________。

7.啮合圆（节圆）直径与齿数之比称为齿轮________。

8.齿轮副传动比等于被动齿轮与主动齿轮________之比。

9.直齿圆柱齿轮的正确啮合条件是：两齿轮的________相等，两齿轮分度圆上的压力角相等。

10.齿轮传动可传递动力，改变________和方向。

11.带传动是利用传动带与带轮之间的________来传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的传动。

12.带传动中，带在带轮上的包角不能小于________。

13.V 带传动中，主动轮和从动轮的轮槽对称中心平面应________。

14.链条装配后，过紧会增加负载，加剧________。

15.链条装配后，过松容易产生振动或________。

16.蜗杆传动机构装配后，蜗杆轴线和蜗轮轴线应________。

17.蜗杆传动机构装配后，蜗杆曲线应在蜗轮轮齿的________内。

任务二　工程上常用的机械零部件识别

一、填空题

1.轴承按承受载荷的方向可分为推力轴承、________和向心推力轴承三种。

2.轴承按工作元件摩擦性质分，可分为________和滚动轴承。

3.滚动轴承的结构，一般由外圈、内圈、________和保持架组成。

4.滚动轴承按滚动体种类分为________轴承、球轴承和滚针轴承。

5.轴承产生点蚀主要是________通过轴承滚动摩擦工作面所致。

6.根据轴所承受载荷不同，可将轴分为心轴、转轴和________三类。

7.滑动轴承和滚动轴承是按工作组件的________来划分的。

8.滑动轴承获得液体摩擦状态可采用________两种润滑方法。

9.测绘螺纹前应先确定螺纹的旋向、公称直径、牙型、________。

10.销在装配中起定位和________等作用。

11.键在连接中主要起________的作用。

12.螺纹按截面形状不同可分为三角形、________、锯齿形以及其他特殊形状。

13.螺纹按用途可分为________和传动螺纹。

14.螺纹连接是一种可拆卸的固定连接，分为________和特殊螺纹连接。

15.螺纹防松的目的就是防止摩擦力矩________和螺母回转。

16.普通平键连接适用于高精度、传递________、冲击及双向扭矩的场合。

17.花键连接适用于载荷较大和________要求较高的连接。

18.在螺纹连接中，安装弹簧垫圈是为了________。

【注释】

[1]渐开线发生在基圆上滚过的线段长度，等于基圆上被滚过的一段弧长的性质；或渐开线与基圆之间为纯滚动，没有相对滑动的性质。