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华北航天工业学院教案
教研室：机制工艺 讲课老师：陈 明
课程名称
机加工工艺基础
课次
25
主 要 教 学 内 容
时间分配

第九章 经典零件加工
第一节 轴类零件加工工艺
一、轴类零件功用、结构特点及技术要求
二、轴类零件毛坯和材料
三、轴类零件经典工艺路线
四、细长轴加工工艺特点

10
10
50
20

教学目标

了解轴类零件加工工艺、特点
教学关键
轴类零件经典工艺路线
教学难点
细长轴加工工艺特点
教学方法
使用教具
CAI软件，投影等
拟留作业
思索1、3、4

讲课总结

第九章经典零件加工
第一节 轴类零件加工工艺
一、轴类零件功用、结构特点及技术要求
轴类零件是机器中常常碰到经典零件之一。它关键用来支承传动零部件，传输扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，通常由同心轴外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及对应端面所组成。依据结构形状不一样，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。
轴长径比小于5称为短轴，大于20称为细长轴，大多数轴介于二者之间。
轴用轴承支承，和轴承配合轴段称为轴颈。轴颈是轴装配基准，它们精度和表面质量通常要求较高，其技术要求通常依据轴关键功用和工作条件制订，通常有以下几项：
(一)尺寸精度 起支承作用轴颈为了确定轴位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件轴颈尺寸精度通常要求较低（IT6～IT9）。
(二)几何形状精度 轴类零件几何形状精度关键是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等圆度、圆柱度等，通常应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高内外圆表面，应在图纸上标注其许可偏差。
(三)相互位置精度 轴类零件位置精度要求关键是由轴在机械中位置和功用决定。通常应确保装配传动件轴颈对支承轴颈同轴度要求，不然会影响传动件（齿轮等）传动精度，并产生噪声。一般精度轴，其配合轴段对支承轴颈径向跳动通常为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。
(四)表面粗糙度 通常和传动件相配合轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，和轴承相配合支承轴径表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。
二、轴类零件毛坯和材料
(一)轴类零件毛坯 轴类零件可依据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选择棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大轴，通常以棒料为主；而对于外圆直径相差大阶梯轴或关键轴，常选择锻件，这么既节省材料又降低机械加工工作量，还可改善机械性能。
依据生产规模不一样，毛坯铸造方法有自由锻和模锻两种。中小批生产多采取自由锻，大批大量生产时采取模锻。
(二)轴类零件材料 轴类零件应依据不一样工作条件和使用要求选择不一样材料并采取不一样热处理规范（如调质、正火、淬火等），以取得一定强度、韧性和耐磨性。
45钢是轴类零件常见材料，它价格廉价经过调质（或正火）后，可得到很好切削性能，而且能取得较高强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。
40Cr等合金结构钢适适用于中等精度而转速较高轴类零件，这类钢经调质和淬火后，含有很好综合机械性能。
轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并含有较高耐疲惫性能和很好耐磨性能，可制造较高精度轴。
精密机床主轴（比如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选择38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能取得很高表面硬度，而且能保持较软芯部，所以耐冲击韧性好。和渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高特征。
三、轴类零件经典工艺路线
对于7级精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm通常传动轴，其经典工艺路线是：正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。
轴类零件通常采取中心孔作为定位基准，以实现基准统一方案。在单件小批生产中钻中心孔工序常在一般车床上进行。在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。
中心孔是轴类零件加工全过程中使用定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。所以必需安排修研中心孔工序。修研中心孔通常在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。
对于空心轴（如机床主轴），为了能使用顶尖孔定位，通常均采取带顶尖孔锥套心轴或锥堵。若外圆和锥孔需反复数次、互为基准进行加工，则在重装锥堵或心轴时，必需按外圆找正或重新修磨中心孔。
轴上花键、键槽等次要表面加工，通常安排在外圆精车以后，磨削之前进行。因为假如在精车之前就铣出键槽，在精车时因为断续切削而易产生振动，影响加工质量，又轻易损坏刀具，也难以控制键槽尺寸。但也不应安排在外圆精磨以后进行，以免破坏外圆表面加工精度和表面质量。
在轴类零件加工过程中，应该安排必需热处理工序，以确保其机械性能和加工精度，并改善工件切削加工性。通常毛坯铸造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，方便消除粗加工后产生应力及取得良好综合机械性能。淬火工序则安排在磨削工序之前。
四、细长轴加工工艺特点
因为细长轴刚性很差，在加工中极易变形，对加工精度和加工质量影响很大。为此，生产中常采取下列方法给予处理。
(一) 改善工件装夹方法
粗加工时，因为切削余量大，工件受切削力也大，通常采取卡顶法，尾座顶尖采取弹性顶尖，能够使工件在轴向自由伸长。不过，因为顶尖弹性限制，轴向伸长量也受到限制，所以顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖危险。采取卡拉法可避免这种现象产生。
精车时，采取双顶尖法（此时尾座应采取弹性顶尖）有利于提升精度，其关键是提升中心孔精度。
(二)采取跟刀架
跟刀架是车削细长轴极其关键附件。采取跟刀架能抵消加工时径向切削分力影响，从而降低切削振动和工件变形，但必需注意仔细调整，使跟刀架中心和机床顶尖中心保持一致。
(三)采取反向进给
车削细长轴时，常使车刀向尾座方向作进给运动（此时应安装卡拉工具），这么刀具施加于工件上进给力方向朝向尾座，所以有使工件产生轴向伸长趋势，而卡拉工具大大降低了因为工件伸长造成弯曲变形。
(四)采取车削细长轴车刀
车削细长轴车刀通常前角和主偏角较大，以使切削轻快，减小径向振动和弯曲变形。粗加工用车刀在前刀面上开有断屑槽，使断屑轻易。精车用刀常有一定负刃倾角，使切屑流向待加工面。

第三节 经典齿轮零件加工工艺分析
　　圆柱齿轮加工工艺过程常因齿轮结构形状、精度等级、生产批量及生产条件不一样而采取不一样工艺方案。下面列出两个精度要求不一样齿轮经典工艺过程供分析比较。
　　一、一般精度齿轮加工工艺分析
　　（一）工艺过程分析
　　图9－17所表示为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为7－6－6级，其加工工艺过程见表9－6。
　　从表中可见，齿轮加工工艺过程大致要经过以下多个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。
齿号
Ⅰ
Ⅱ
齿号
Ⅰ
Ⅱ
模数
2
2
基节偏差
±0.016
±0.016
齿数
28
42
齿形公差
0.017
0.018
精度等级
7GK
7JL
齿向公差
0.017
0.017
公法线长度变动量
0.039
0.024
公法线平均长度
21.36 0－0.05
27.6 0－0.05
齿圈径向跳动
0.050
0.042
跨齿数
4
5
表9－6双联齿轮加工工艺过程
序号
工序内容
定位基准
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
毛坯铸造
正火
粗车外圆及端面，留余量1.5～2mm，钻镗花键底孔至尺寸φ30H12
拉花键孔
钳工去毛刺
上芯轴，精车外圆，端面及槽至要求
检验
滚齿（z＝42），留剃余量0.07～0.10 mm
插齿（z＝28），留剃余量0.0,4～0.06 mm
倒角（Ⅰ、Ⅱ齿12°牙角）
钳工去毛刺
剃齿（z＝42），公法线长度至尺寸上限
剃齿（z＝28），采取螺旋角度为5°剃齿刀，剃齿后公法线长度至尺寸上限
齿部高频淬火：G52
推孔
珩齿
总检入库
外圆及端面
φ30H12孔及A面
花键孔及A面
花键孔及B面
花键孔及A面
花键孔及端面
花键孔及A面
花键孔及A面
花键孔及A面
花键孔及A面
　　加工第一阶段是齿坯最初进入机械加工阶段。因为齿轮传动精度关键决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这和切齿时采取定位基准（孔和端面）精度有着直接关系，所以，这个阶段关键是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿内孔和端面精度基础达成要求技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外次要表面加工，也应尽可能在这一阶段后期加以完成。
　　第二阶段是齿形加工。对于不需要淬火齿轮，通常来说这个阶段也就是齿轮最终加工阶段，经过这个阶段就应该加工出完全符合图样要求齿轮来。对于需要淬硬齿轮，必需在这个阶段中加工出能满足齿形最终精加工所要求齿形精度，所以这个阶段加工是确保齿轮加工精度关键阶段。应给予尤其注意。
　　加工第三阶段是热处理阶段。在这个阶段中关键对齿面淬火处理，使齿面达成要求硬度要求。
　　加工最终阶段是齿形精加工阶段。这个阶段目标，在于修正齿轮经过淬火后所引发齿形变形，深入提升齿形精度和降低表面粗糙度，使之达成最终精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮内孔和端面均会产生变形，假如在淬火后直接采取这么孔和端面作为基准进行齿形精加工，是极难达成齿轮精度要求。以修整过基准面定位进行齿形精加工，能够使定位正确可靠，余量分布也比较均匀，方便达成精加工目标。
　　（二）定位基正确实定
　　定位基准精度对齿形加工精度有直接影响。轴类齿轮齿形加工通常选择顶尖孔定位，一些大模数轴类齿轮多选择齿轮轴颈和一端面定位。盘套类齿轮齿形加工常采取两种定位基准。
　　1）内孔和端面定位　　选择既是设计基准又是测量和装配基准内孔作为定位基准，既符合“基准重合”标准，又能使齿形加工等工序基准统一，只要严格控制内孔精度，在专用芯轴上定位时不需要找正。故生产率高，广泛用于成批生产中。
　　2）外圆和端面定位　　齿坯内孔在通用芯轴上安装，用找正外圆来决定孔中心位置，故要求齿坯外圆对内孔径向跳动要小。因找正效率低，通常见于单件小批生产。
　　（三）齿端加工
　　图9－18所表示，齿轮齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱，和去毛刺等。倒圆、倒尖后齿轮，沿轴向滑动时轻易进入啮合。倒棱可去除齿端锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。
　　用铣刀进行齿端倒圆，图9－19所表示。倒圆时，铣刀在高速旋转同时沿圆弧作往复摆动（每加工一齿往复摆动一次）。加工完一个齿后工件沿径向退出，分度后再送进加工下一个齿端。
　　齿端加工必需安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿以后。
· 第四节 经典轴类零件加工工艺分析       [转贴 -09-10 13:46:15 ] 发表者: jixieren   

第四节 经典轴类零件加工工艺分析
　　一、阶梯轴加工工艺过程分析
　　图 6—35 为减速箱传动轴工作图样。表 6—12 为该轴加工工艺过程。生产批量为小批生产。材料为 45 热轧圆钢。零件需调质。 　　（一）结构及技术条件分析
　　该轴为没有中心通孔多阶梯轴。依据该零件工作图，其轴颈 M 、 N ，外圆 P,Q 及轴肩 G 、 H 、 I 有较高尺寸精度和形状位置精度，并有较小表面粗糙度值，该轴有调质热处理要求。
　　（二）加工工艺过程分析
　　1 ．确定关键表面加工方法和加工方案。

　　传动轴大多是回转表面，关键是采取车削和外圆磨削。因为该轴关键表面 M,N,P,Q 公差等级较高（ IT6 ），表面粗糙度值较小（ Ra0.8 μ m ），最终加工应采取磨削。其加工方案可参考表 3-14 。
　　2 ．划分加工阶段
　　该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔），半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理为界。
　　3 ．选择定位基准
　　轴类零件定位基面，最常见是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面同轴度及端面对轴线垂直度是相互位置精度关键项目，而这些表面设计基准通常全部是轴中心线，采取两中心孔定位就能符合基准重合标准。而且因为多数工序全部采取中心孔作为定位基面，能最大程度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一标准。
　　但下列情况不能用两中心孔作为定位基面：
　　（ 1 ）粗加工外圆时，为提升工件刚度，则采取轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。
　　（ 2 ）当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面中心孔因钻出通孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采取三种方法。
　　①当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度小于 2 mm 60 o 内锥面来替换中心孔；

　　②当轴有圆柱孔时，可采取图 6 — 36 a 所表示锥堵，取 1 ∶ 500 锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵锥度和工件两端定位孔锥度相同；
　　③当轴通孔锥度较大时，可采取带锥堵心轴，简称锥堵心轴，图 6 — 36 b 所表示。
　　使用锥堵或锥堵心轴时应注意，通常中途不得更换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再使 用中心孔时方能拆卸。
　　4 ．热处理工序安排
　　该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。如采取锻件毛坯，必需首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可无须进行正火处理。
　　5 ．加工次序安排
　　除了应遵照加工次序安排通常标准，如先粗后精、先主后次等，还应注意：
　　（ 1 ）外圆表面加工次序应为，先加工大直径外圆 ，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件刚度。
　　（ 2 ）轴上花键、键槽等表面加工应在外圆精车或粗磨以后，精磨外圆之前。
　　轴上矩形花键加工，通常采取铣削和磨削加工，产量大时常见花键滚刀在花键铣床上加工。以外径定心花键轴，通常只磨削外径键侧，而内径铣出后无须进行磨削，但如经过淬火而使花键扭曲变形过大时，也要对侧面进行磨削加工。以内径定心花键，其内径和键侧均需进行磨削加工。
　　（ 3 ）轴上螺纹通常有较高精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生变形会影响螺纹精度。所以螺纹加工宜安排在工件局部淬火以后进行。

第八章 标准件和常见件
课时
１．螺纹形成，要素，种类，要求画法，标注，螺纹上常见结构，螺纹测绘
2
２．螺栓连接，双头螺柱连接，螺钉连接
2
３．键联接
４．圆柱销连接，圆锥销连接，开口销连接
2
５．齿轮基础知识，圆柱齿轮，圆锥齿轮，蜗杆和蜗轮画法
2
６．弹簧种类，圆柱螺旋压缩弹簧画法
７．滚动轴承代号，滚动轴承简化画法
8．焊接图举例
2
教学目标和要求
本章中螺纹连接、齿轮啮合、键联结等所包含知识已不是单独零件，而是逐步向部件过渡经典装配结构，其目标是为下一步学习装配图打下基础，要熟练掌握这些装配结构要求画法。
关键难点
本章关键介绍了螺纹连接、键联结、齿轮、轴承、弹簧等常见件和标准件要求画法。难点是螺纹连接和轴承要求画法，学习本章时要注意对国家标准正确了解和部分标准数据查阅方法。
知识点
教学安排

知识点
教学方法
第一讲
一、螺纹及螺纹联接
（1）螺纹参数
（2）螺纹要求画法
（3）螺纹尺寸标注
课件
第二讲
（4）螺纹联接件
课件
第三讲
二、键联接
（1）一般平键联接
（2）半圆键联接
（3）钩头楔键
（4）花键
（5）测绘轴
课件
第四讲
三、齿轮
（1）齿轮各部分名称和参数
（2）直齿圆柱齿轮要求画法
（3）斜齿圆柱齿轮要求画法
（4）直齿圆锥齿轮画法
（5）测绘齿轮
课件
第五讲
四、滚动轴承
（1）滚动轴承分类
（1）滚动轴承画法
（2）滚动轴承代号
画模型

【内容概要】本章关键介绍了螺纹连接、键联结、齿轮、轴承、弹簧等常见件和标准件要求画法。难点是螺纹连接和轴承要求画法，学习本章时要注意对国家标准正确了解和部分标准数据查阅方法。 另外，本章中螺纹连接、齿轮啮合、键联结等所包含知识已不是单独零件，而是逐步向部件过渡经典装配结构，其目标是为下一步学习装配图打下基础，要熟练掌握这些装配结构要求画法。
第一讲 螺纹及螺纹联结
1．  知识关键点
（1）       螺纹参数
（2）       螺纹分类
（3）       螺纹要求画法
（4）       螺纹尺寸标注
2．  教学手段
利用课件和实物模型讲解螺纹形成和参数，对螺纹分类关键分清管螺纹和一般螺纹，螺纹要求画法要具体讲解，把多种表示方法讲解清楚。
3．   课前准备
准备螺纹车刀、丝锥、外螺纹和内螺纹零件模型。
4．   教学内容
（1）螺纹参数
①牙型：在经过螺纹轴线剖面上，螺纹轮廓形状称为牙型。相邻两牙侧面间夹角称为牙型角。常见一般螺纹牙型为三角形，牙型角为60°。
②大径、小径和中径：大径是指和外螺纹牙顶、内螺纹牙底相重合假想柱面或锥面直径，外螺纹大径用d表示，内螺纹大径用D表示。小径是指和外螺纹牙底、内螺纹牙顶相重合假想柱面或锥面直径，外螺纹小径用d1表示，内螺纹小径用D1表示。在大径和小径之间，设想有一柱面（或锥面），在其轴剖面内，素线上牙宽和槽宽相等，则该假想柱面直径称为中径，用d2(或D2)表示。(图8-1所表示)

图8-1 螺纹参数
③线数：形成螺纹螺旋线条数称为线数。有单线和多线螺纹之分，多线螺纹在垂直于轴线剖面内是均匀分布。
④螺距和导程：相邻两牙在中径线上对应两点轴向距离称为螺距。同一条螺旋线上，相邻两牙在中径线上对应两点轴向距离称为导程。线数n、螺距P、导程S之间关系为：S=n.P
⑤旋向：沿轴线方向看，顺时针方向旋转螺纹成为右旋螺纹，逆时针旋转螺纹称为左旋螺纹。
螺纹牙型、大径、螺距、线数和旋向称为螺纹五要素，只有五要素相同内、外螺纹才能相互旋合。
（2）螺纹要求画法
① 外螺纹要求画法 图8-2 所表示，外螺纹牙顶用粗实线表示，牙底用细实线表示。在不反应圆视图上，倒角应画出，牙底细实线应画入倒角，螺纹终止线用粗实线表示，螺尾部分无须画出，当需要表示时，该部分用和轴线成15°细实线画出，在百分比画法中，螺纹小径可按大径0.85倍绘制。在反应圆视图上，小径用3/4圆细实线圆弧表示，倒角圆不画。常见错误画法见图8-3

图8-2 外螺纹要求画法

图8-3 外螺纹常见错误画法
②内螺纹要求画法 在采取剖视图时，内螺纹牙顶用细实线表示，牙底用粗实线表示。在反应圆视图上，大径用3/4圆细实线圆弧表示，倒角圆不画。若为盲孔，采取百分比画法时，终止线到孔末端距离可按0.5倍大径绘制，钻孔时在末端形成锥面锥角按120度绘制（图8-4）。需要注意是，剖面线应画到粗实线。其它要求同外螺纹。常见错误画法见图8-5

图8-4 内螺纹要求画法

图8-5 内螺纹常见错误画法
③内、外螺纹旋合画法（图8-6） 在剖视图中，内、外螺纹旋合部分应按外螺纹要求画法绘制，其它不重合部分按各自原有要求画法绘制。必需注意是，
图8-6 内、外螺纹旋合画法

图8-7 旋合画法中常见错误
表示内、外螺纹大径细实线和粗实线，和表示内、外螺纹小径粗实线和细实线应分别对齐。在剖切平面经过螺纹轴线剖视图中，实心螺杆按不剖绘制。旋合画法中常见错误见图8-7。
（3）螺纹尺寸标注
①一般螺纹尺寸标注（图8-8） 一般螺纹尺寸由螺纹长度、螺纹工艺结构尺寸和螺纹标识组成，其中螺纹标识一定要注在大径上。完整螺纹标识以下：
特征代号 公称直径 × 螺距 旋向 - 中径公差代号 顶径公差代号 旋合长度代号
一般螺纹牙型代号为M，有粗牙和细牙之分，粗牙螺纹螺距可省略不注；中径和顶径公差带代号相同时，只标注一次；右旋螺纹可不注旋向代号，左旋螺纹旋向代号为LH；旋合长度为中型(N)时不注，长型用L表示，短型用S表示。

图8-8 螺纹尺寸标注
②管螺纹尺寸标注　管螺纹分为用螺纹密封管螺纹和非螺纹密封管螺纹。管螺纹尺寸引线必需指向大径，其标识组成以下：
密封管螺纹代号：特征代号 尺寸代号 - 旋向代号
非密封管螺纹代号：特征代号 尺寸代号 公差等级代号 － 旋向代号
需要注意是，管螺纹尺寸代号并不是指螺纹大径，其参数可由相关手册中查出。

表8-1 管螺纹尺寸标注

5．作业 习题集中螺纹画法练习。
第二讲 螺纹联接件
1．  知识关键点
（1）       螺栓联接
（2）       螺柱联接
（3）       螺钉联接
2．   教学方法
对六角头螺栓和螺母画法要介绍百分比画法和简化画法，要说明螺母百分比画法也适适用于非标准件，本讲比较枯燥乏味，讲解时要注意把要求画法和投影关系结合起来。以螺栓为主，螺钉和螺柱为辅。螺钉联接以圆柱头和沉头螺钉为主。
3．   课前准备
准备螺栓、螺钉、螺柱联接件各一套。
4．             教学内容
（1）       螺栓联接
螺栓联接紧固件有螺栓、螺母和垫圈。紧固件画法通常采取百分比画法绘制，即以螺栓上螺纹公称直径(大径d)为基准，其它各部分结构尺寸均按和公称直径成一定百分比关系绘制。螺母和垫圈百分比画法见图8-9，螺栓百分比画法见图8-10，螺栓联接画图步骤见图8-11，其中l=t1+t2+0.15d+0.8d+0.2d，然后查表取标准值。

图8-9 螺母和垫圈百分比画法

图8-10 螺栓百分比画法

图8-11 螺栓联接画图步骤
（2）       钉联接圆柱头螺钉和沉头螺钉得到百分比画法见图8-12。

图8-12 螺钉联接百分比画法
（3）       螺柱联接
双头螺柱两端均加工用螺纹，一端和被联接零件旋合，另一端和螺母旋合，双头螺柱联接百分比画法和螺栓联接基础相同。双头螺柱旋入端长度bm要依据被联接件材料而定（钢：bm=d；铸铁：bm=1.25d）。长度L要依据计算值查表取标准值。

图8-13 螺柱联接
5．作业 习题集中螺纹联接件相关练习
第三讲 键联接
1.        知识关键点
（1）    一般平键联接
（2）    半圆键联接
（3）    钩头楔键联接
（4）    花键联接
（5）    轴类零件测绘
2.         教学方法
本讲在教学中要注意教会同学查阅相关手册图表，利用动画和模型演示键联接装配图画法。将轴类零件测绘和螺纹、键内容结合在一起有利于化解零件图难度，并和生产实际相联络，对培养学生测绘能力有好处。
3.     课前准备
熟悉课件，准备一套平键联接和花键联接模型。准备几张以往同学绘制轴类零件图作业。
4.     教学内容
(1)    一般平键联接

图8-14 一般平键联接
一般平键基础尺寸有键宽b、高h和长度L，比如b=8,h=7,L=25,A型平键，则标识为：键8×25（GB/T 1096-1979）。轴上键槽深度t和轮毂上键槽深度t1可由相关手册中查出。轴、轮毂键槽表示方法和尺寸标注见图8-14。
（2）半圆键联接

图8-15 半圆键
半圆键基础尺寸有键宽b、高h、直径d1和长度L，比如b=6,d1=25,L=24.5,则标识为：键6×25（GB/T1099-1979）。轴上键槽深度t可由相关手册中查出。轴、轮毂键槽表示方法和尺寸标注见图8-15。
（3）钩头楔键
钩头楔键基础尺寸有键宽b、高h和长度L，比如b=18,h=11,L=100,则标识为：键18×100（GB1565-79）。轴、轮毂和键装配画法见图8-16。

图8-16 钩头楔键
（4）花键
外花键画法和螺纹相同，大径用粗实线绘制，小径用细实线绘制，不过，大小径终止线用细实线表示，键尾用和轴线成30°细实线表示。当采取剖视时，若剖切平面平行于键齿剖切，键齿按不剖绘制，且大小径均采取粗实线画出。在反应圆视图上，小径用细实线圆表示。
外花键标注可采取通常尺寸标注法和代号标注法两种。通常尺寸标注法应标注出大径D、小径d、键宽B(及齿数N)、工作长度L；用代号标注时，指导线应从大径引出，代号组成为：齿数×小径×小径公差带代号×大径×大径公差带代号×齿宽公差带代号
内花键画法和标注和外花键相同，只是表示公差带代号用大写字母表示。花键连接画法和螺纹连接画法相同，即公共部分按外花键绘制，不重合部分按各自要求画法绘制。

图8-17 花键联接
【测绘】测绘图8-18所表示轴

图8-18 轴类零件测绘
轴类零件是旋转零件，通常由外圆柱面、圆锥面、螺纹、键槽等组成。和轴配合零部件有轮、套、轴承、键等，工艺结构有螺纹退刀槽、砂轮越程槽、中心孔等。通常测绘步骤以下：
（1）绘制零件草图
轴类零件通常见一个基础视图和移出断面或局部放大图表示，基础视图轴线水平放置，轴上键槽最好放置在前面，用移出断面表示键槽深度，砂轮越程槽或退刀槽常见局部放大图表示。
（2）尺寸测量
绘制出草图以后，确定要测量尺寸，测量尺寸之前，要依据被测尺寸精度选择测量工具，线性尺寸关键测量工含有千分尺、游标卡尺和钢板尺等，千分尺测量精度在IT5-IT9之间，游标卡尺测量精度在IT10以下，钢板尺通常见来测量非功效尺寸。轴类零件测量尺寸关键有以下几类：
①    轴径尺寸测量 由测量工具直接测量轴径尺寸要经过圆整，使其符合国家标准（GB/T 2822-1981）推荐尺寸系列，和轴承配合轴径尺寸要和轴承内孔系列尺寸相匹配。
②    轴径长度尺寸测量 轴径长度尺寸通常为非功效尺寸，用测量工具测出数据圆整成整数即可，需要注意是，长度尺寸要直接测量，不要用各段轴长度累加计算总长。
③    键槽尺寸测量 键槽尺寸关键有槽宽b、深度t和长度L，从外观即可判定和之配合键类型（本例为A型平键），依据测量出b、t、L值，结合轴径公称尺寸，查阅GB1096-79，取标准值。
④    螺纹尺寸测量 螺纹大径测量可用游标卡尺，螺距测量可用螺纹规，图6-28所表示。在没有螺纹规时可用薄纸压痕法，采取压痕法时要多测量多个螺距，然后取标准值。
（3）确定尺寸公差及配合代号。
本例中和轴承配合尺寸为φ35k6 。键槽偏差可查阅GB1096-79,因为轴径偏差为φ44h7(-0.025),键槽深度为5+0.2,所以39偏差为39-0.225
（4）确定表面粗糙度（详见第七章）
本例中和轴承配合轴径表面粗糙度取Ra=1.6，和轮配合轴径表面粗糙度取Ra=3.2，其它表面取Ra=12.5。
（5）确定材料和热处理方法（请参阅相关材料和热处理相关资料）
（6）绘制轴零件图。
5.     作业
习题集中键联接、在A4图纸上绘制轴零件图（带螺纹和键槽）。在部署作业时要讲清楚以下问题：
（1）       要把轴类零件表示方法
（2）       尺寸测量和圆整
（3）       键槽、螺纹和中心孔测量和标注
（4）       偏差和粗糙度数值有老师给出，学生抄注。
（5）       展示以往同学作业

第四讲 齿轮
1．  知识关键点
（1）           渐开线齿轮齿廓参数
（2）           直齿圆柱齿轮图样画法
（3）           斜齿圆柱齿轮图样画法
（4）           直齿圆锥齿轮图样画法
（5）           齿轮零件测绘
2．   教学方法
利用实物模型和课件组织教学，要在黑板上演示直齿圆柱齿轮和直齿圆锥齿轮啮合画法，不能全用课件演示，不然学生不能掌握正确画图步骤。在讲解齿轮测绘时要利用量具真实演示尺寸测量和处理过程，并绘制出齿轮工作图。
3．  课前准备
多种齿轮模型、量具（游标卡尺、钢板尺等）、以往同学测绘齿轮零件图。
4．  教学内容
（1）渐开线直齿圆柱齿轮各部分名称和参数（图8-19）
齿顶圆直径da——经过齿顶圆柱面直径；
齿根圆直径df——经过齿根圆柱面直径；
分度圆直径 d——在垂直于齿向截面内，用一个假想圆柱面切割轮齿，使得齿隙弧长e和齿厚弧长s相等，这个假想圆柱面称为分度圆，其直径称为分度圆直径；
齿高 h——齿顶圆和齿根圆之间径向距离；
齿顶高ha——齿顶圆和分度圆之间径向距离；
齿根高hf——齿根圆和分度圆之间径向距离；
齿距 p——分度圆上相邻两齿廓对应点之间弧长称为齿距；
齿厚 s——分度圆上轮齿弧长；
齿数 Z——齿轮上轮齿个数；
模数 m——因为分度圆周长 pz=πd，所以，d=(p/π)z，定义(p/π)为模数，模数单位是毫米，依据d=mz可知，当齿数一定时，模数越大，分度圆直径越大，承载能力越大。模数值已经标准化；
压力角α——一对齿轮啮合时，在分度圆上啮合点法线方向，和该点瞬时速度方向所夹锐角，称为压力角。标准齿轮压力角为20°；
中心距 a——两齿轮轴线之间距离；

图8-19 直齿圆柱齿轮各部分名称及代号
节圆直径d'——两齿轮啮合时，在连心线上啮合点所在圆称为节圆。正确安装标准齿轮节圆和分度圆重合。
已知模数m和齿数z，标准齿轮其它参数可按下述公式计算：
齿顶高　ha=m 　　　　　　　分度圆直径　d=mz
齿根高　hf=1.25m　　　　　 齿顶圆直径　da=(z+2)m
齿高　　h=2.25m 　　　　　 齿根圆直径　df=(z-2.5)m
中心距　a=(mz1+mz2)/2 　　 z1、z2为一对齿轮啮合时齿数。
（2）直齿圆柱齿轮要求画法
单个齿轮画法和啮合画法图8-20所表示。齿顶圆和齿顶线用粗实线绘制；分度圆和分度线用点画线绘制；齿根圆和齿根线用细实线绘制（也可省略不画），在剖视图中，齿根线用粗实线绘制，轮齿一律按不剖绘制。其它部分结构均按真实投影绘制。

图8-20 直齿圆柱齿轮画法
（3）斜齿圆柱齿轮要求画法
斜齿轮轮齿在一条螺旋线上，螺旋线和轴线夹角称为螺旋角。斜齿轮画法和直齿轮相同，当需要表示螺旋线方向时，可用三条和齿向相同细实线表示，图8-21所表示。

图8-21 斜齿圆柱齿轮画法
（4）直齿圆锥齿轮画法
直齿圆锥齿轮齿坯图8-22所表示，其基础形体结构由前锥、顶锥、背锥等组成。因为圆锥齿轮轮齿在锥面上，所以齿形和模数沿轴向是改变。大端法向模数为标准模数，法向齿形为标准渐开线。在轴剖面内，大端背锥素线和分度锥素线垂直，轴线和分度锥素线夹角δ称为分度圆锥角。图8-23所表示。

图8-22 圆锥齿轮坯

图8-23 圆锥齿轮参数

直齿圆锥齿轮画法图8-24所表示。直齿圆柱齿轮计算公式仍适适用于圆锥齿轮大端法线方向参数计算。圆锥齿轮啮合画图步骤图8-25所表示。安装正确标准齿轮，两分度圆锥相切，分度锥角δ1和δ2互为余角，啮合区轮齿画法同直齿圆柱齿轮。

图8-24 圆锥齿轮画图步骤

图8-25 圆锥齿轮啮合画图步骤
5．作业 按模型在A4（或A3）图纸上绘制直齿圆柱齿轮零件图。要求同上一讲测绘轴。
【齿轮测绘】 测绘图8-26所表示齿轮

图8-26 齿轮测绘
齿轮测绘就是用量具对齿轮实物几何要素进行测量，如齿顶圆直径da、全齿高h、公法线长度Wk、齿数等，经过计算推算出原设计基础参数，如模数m、齿形角α、齿顶高系数ha、齿顶间隙系数c等，并据此计算出制造时所需要尺寸，如齿顶圆直径da、分度圆直径d及齿根圆直径df等，然后依据齿轮设计参数进行精度设计，绘制成一张齿轮工作图。测绘步骤以下：
（1）几何参数测量
① 齿数Z确实定：完整齿轮只需数一数多少个齿即可。
② 齿顶圆da和齿根圆df测量：对偶数齿齿轮，可用游标卡尺直接测量，得到da和df；而对于奇数齿齿轮，因为齿顶对齿槽，所以无法直接测量，带孔齿轮可按图8-27所表示方法测出D和e，然后由da=D+2e计算出齿顶圆直径da，由df=D+2n计算出df。

图8-27 奇数齿齿顶圆直径测量
③ 全齿高测量：全齿高h可采取游标卡尺直接测量，也能够用间接法测量齿顶圆直径da和齿根圆直径df，由h=(da-df)/2全齿高。或测量内孔壁到齿顶距离H1和内孔壁到齿根距离H2，由h=H1-H2全齿高h。
④ 中心距a测量：中心距可经过测量箱体上两孔内壁距离间接测得。
⑤ 公法线长度测量：公法线长度Wk可用游标卡尺或公法线千分尺测量，图8-28所表示。跨测齿数k可按下式计算：
k=z(α/180)+0.5
本例中取k=16(20/180)+0.5=2.7 取k=3
当α=20°时，直齿圆柱齿轮公法线长度计算公式为：
Wk=m[2.9521(k-0.5)+0.014z]
⑥基圆齿距Pb测量：由图6-32可知，公法线长度每增加一个跨距，即增加一个基圆齿距，所以基圆齿距Pb可经过公法线长度Wk和Wk+1间接测得，Pb=Wk+1-Wk。

图8-28 公法线长度测量
（2）基础参数确实定
基础参数有模数m、齿数z、齿形角α、齿顶高系数ha和顶隙系数c，确定方法以下：
①    标准制度识别 齿形角α确实定和标准制度相关，可经过了解齿轮生产国家，认定该齿轮标准制度，如中国、日本、法国等生产齿轮可判定为模数制，齿形角α=20°齿顶高系数ha=1.0，或ha=0.8；如美、英等国生产齿轮，可能为径节制，α=14.5°或α=20°,齿顶高系数ha=1.0，或ha=0.875。
②    模数确实定 当标准制度认定后，模数能够由以下方法确定，为使模数确定无误，应多用多个方法相互印证。
由齿顶圆直径da或齿根圆直径df计算确定模数：m=da/(z+2ha)或m=df/(z-2ha-2c)；式中齿顶高系数ha和顶隙系数c以标准值代入，国产齿轮ha=1.0,c=0.25。计算所得值和标准模数值(附表1 GB1357-87)进行比较，当计算值和标准值相符或靠近时，取标准值。若计算值和标准值相差较大，可考虑变位齿轮。
用测定全齿高计算模数：m=h/(2ha+c)
用测定中心距计算模数：m=2a/(z1+z2)
③    当模数确定后，可按下式计算确定齿形角：α=arccos(Pb/mπ)，若计算出齿形角和标准值不靠近，可考虑变位齿轮。
④    齿顶高系数ha和顶隙系数c确实定：齿顶高系数 ha可由测得齿顶圆直径da按公式ha=da/2m-z/2 计算确定。顶隙系数c可由测定齿根圆直径df或全齿高h按下式计算确定：c=z/2-df/2m-ha或c=h/m-2ha 。计算所得值应和标准值靠近，不然，应考虑变位齿轮。
⑤    加工所需参数计算：在确定齿数、模数、齿形角、齿顶高系数ha和顶隙系数c后，可按下式计算齿顶圆直径da、分度圆直径d和齿根圆直径df:
d=mz
da=m(z+2ha)
df=m(z-2ha-2c)
（3）齿轮精度确实定
在齿轮测绘中，齿轮基础参数确定后，还应该确定齿轮精度等级，在工作图上标出齿轮精度、尺寸公差、形位公差及表面粗糙度要求，使之成为一张完整零件图，只有这么才能制造出合