7 摩擦轮的设计与计算[2]

    最简单的摩擦轮传动是由两个直接接触并相互压紧的摩擦轮组成，靠两轮接触面所产生的摩擦力来传递运动和动力。

    摩擦轮传动结构简单，传动平稳，噪声小，有过载打滑保护作用，可无级调速；但由于在传动中存在弹性滑动与打滑，传动效率低，磨损快，不能保持准确的传动比，同时，作用在轴与轴承上的力较大，只宜于中小功率的传动。

7.1 摩擦轮方案选择
7.1.1 方案一 圆柱平摩擦轮传动

圆柱平摩擦轮传动的特点与应用：

a）结构简单，制造容易

b）压紧力大，宜用于小功率传动

c）为了减小压紧力，可将轮面之一用非金属材料作覆面

d）大功率传动，摩擦轮常采用淬火钢（如GCr15，淬硬至60HRC），并采用自动压紧卸载环

e）为降低两轴的平行度要求，可将轮面之一制成鼓形，轴系刚性差时亦应如此

f）用于回转简驱动装置、仪表调节装置等

图7-1 圆柱平摩擦轮传动

7.1.2 方案二 圆柱槽摩擦轮传动

圆柱槽摩擦轮传动的特点与应用：

a）压紧力较圆柱平摩擦轮传动小，当时，约为其30%

b）有几何滑动，易发热与磨损，故应限制沟槽高度为 

c）加工和安装要求较高

d）传动比随载荷和压紧力的变化有少量变动

e）用于绞车驱动装置等

图7-2 圆柱槽摩擦轮传动

7.1.3 方案三 端面摩擦轮传动

    端面摩擦轮传动的特点与应用：

a）结构简单，容易制造；

b）压紧力大，有几何滑动，易发热和磨损；

c）将小轮制成鼓形，可减少几何滑动，降低安装精度；

d）轴向移动小轮，可实现正反向无机变速，但应避免在附近运转；

e）要注意大轮的刚度，并控制二轴线的垂直度；

f）用于摩擦压力机等。

图7-3 端面摩擦轮传动

综合以上叙述和此次设计的结构要求，选择第一种方案

7.2 摩擦轮传动的主要失效形式

摩擦轮传动的主要失效形式：

a）疲劳点蚀和表面压溃  多发生在闭式传动中，主要是由于高的接触应力而造成。

b）轮面胶合  压紧力大，且转速很高时，摩擦表面时温度升高，导致润滑油膜破裂而造成。

c）表面磨损  多发生在开式传动中。

7.3 摩擦轮的材料

摩擦轮材料应满足弹性模量大、耐磨性好、接触疲劳强度高、价格低且热处理及加工性能好等要求。

选用原则：

a）要求结构紧凑、传动效率高时采用淬火钢对淬火钢或钢对钢。

b）对于尺寸较大、转速较低、且为干摩擦的开式传动，一般选用铸铁对铸铁或铸铁对钢。

c）要求传动平稳、不添加润滑剂，噪声小和摩擦系数高的场合，可选用铸铁（或钢）对酚醛层压布材、皮革、橡胶或压制石棉纤维等。

根据此装置的结构和设计需要，选用铸铁为材料。

7.4 摩擦轮传动的设计和计算

传动比    

摩擦系数查表取   

载荷系数 ，取

齿宽系数        取

综合弹性模量

,为主、从动轮材料的弹性模量

查表得

所以

许用接触应力查表得

    取

摩擦传动示意图

初算中心距 

    取

式中  为摩擦因数，查表取；

    为传递功率；

    为小摩擦轮转速；

摩擦轮宽度 

所以每个托轮的宽度 

小摩擦轮直径 

取           

大摩擦轮直径 

实际中心距   

主动转距     

8 轴的设计和计算[3]
8.1 轴的材料

应用于轴的材料种类很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度和其他机械性能等的要求，采用的热处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求经济合理来选择轴的材料。

轴的常用材料是优质碳素钢，如35、45和50，其中以45号钢最为常用。

根据本设计的要求，选45号钢作材料

8.2 轴的结构设计

轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。

一般轴的结构设计原则：

a）节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状；

b）易于轴上零件的精确定位、稳固、装配、拆卸、和调整；

c）采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施；

d）便于加工制造和保证精度。

由材料力学可知，轴的扭转强度条件为

                               （8-1）

式中   为轴的扭转切应力，单位为;

       为轴传递的转矩，单位为;

       为轴传递的功率，单位为；

       为轴的转速，单位为;

       为轴的抗扭截面系数，单位为；

       为许用扭转切应力，单位为。

由此推得实心圆轴的最小直径(单位为)为

       (8-2)

式中为计算常数，，取决于轴的材料和受载情况

查表取 

所以 

当轴段上开有键槽时，应适当增大直径以考虑键槽对轴的强度的削弱：时，单键槽增大3%，双键槽增大7%；时，单键槽增大5%~7%，双键槽增大10%~15%。最后应对进行圆整。

综合以上取，

轴的结构设计如下图：

图8-1 主轴

9 轴承盖的设计计算[1]

螺钉联接式轴承盖调整轴承间隙方便，密封性好，应用广泛。

轴承外径    

根据轴承外径取螺钉直径  

螺钉孔直径    

    

    

    

    取 

    

    

    取 

    由结构确定，

    查表得 , , ,

代号入下图所示：

图9-1 轴承盖

10 轴承的选择和润滑：
10.1 轴承的选择：

    选择滚动轴承的类型与多种因素有关，通常根据下列几个主要因素：

A.负荷情况  负荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据负荷的大小，方向和性质来选择轴承。

a)负荷大小：一般情况下，滚子轴承由于是线接触，承载能力大，适用于承受较大负荷，球轴承由于是点接触，承载能力小，适用于轻，中等负荷。

b)负荷方向：纯径向力作用，宜选用深沟球轴承，圆柱滚子轴承或滚针轴承。纯轴向负荷作用，选用推力球轴承或推力滚子轴承。径向负荷和轴向负荷联合作用时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。若径向负荷较大而轴向负荷较小时，也可选用深沟球轴承和内外圈都有挡边的圆柱滚子轴承。若轴向负荷较大而径向负荷小时，可选用推力角接触轴承，推力圆锥滚子轴承。

c)负荷性质：有冲击负荷时，宜选用滚子轴承。

B.高速性能  球轴承不滚子轴承有较高的极限转速，故高速时应优先考虑选用球轴承。在相同内径时，外径越小，滚动体越轻小，运转时滚动体作用在外圈上的离心力也越小，因此更适合于较高转速下工作。在一定条件下，工作转速较高时宜选用超轻，特轻系列的轴承。

C.调心性能  当轴两端轴承孔同心性差或轴的刚度小，变形较大，以及多支点轴，均要求轴承调心性好，这时应选用调心球轴承或调心滚子轴承。

D.允许的空间  径向尺寸受限制的机械装置，可选用滚针轴承或特轻，超轻型轴承；轴向尺寸受限制时，宜选用窄或宽系列的轴承。

E.安装与拆卸方便  整体式轴承座或频繁装拆时，应优先选用内外圈可分离的轴承。轴承装在长轴上时，为装拆方便可选用带锥孔和紧定套的轴承。

根据以上所述及本设计的具体要求，选用调心球轴承。

10.2 轴承的润滑

    轴承润滑主要目的是减少摩擦和磨损，同时起到冷却，吸振，防锈及降噪的作用。

    常用的润滑剂有润滑油，润滑脂及固体润滑剂(二硫化钼)。选择润滑剂应当考虑工作温度，轴承负荷，转速及其工作环境影响。一般来说，温度高，负荷大，转速低时选用粘度高的润滑剂。

润滑油选择：常用的润滑油有--机械油，高速机械油，汽轮机油，压缩机油，变压器油，汽缸油等等。一般而言，轴承转速越高，则选用较低粘度的润滑油。负荷越重，则选用粘度较高的润滑油。润滑方法有：油浴润滑，循环油润滑，喷油润滑及油雾润滑。

    选择润滑油或脂润滑的一般原则如表10-1：

表10-1 选择润滑油或脂润滑的一般原则

影响选择的因素	用润滑脂	用润滑油
温度	当温度超过120时，要用特殊润滑脂。当温度升高到200-220时，再润滑的时间间隔要缩短	油池温度超过90或轴承温度超过200时，可采用特殊的润滑油
温度系数	<400000	〈400000－500000
载荷	低到中等	各种载荷直到最大
轴承形式	不用于不对称的球面滚子推力轴承	用于各种轴承
壳体设计	较简单	需要较复杂的密封和供油装置
长时间不需维护的地方	可用。根据操作条件，特别要考虑工作温度	不可以用
集中供油	选用泵送性能好的润滑脂。不能有效地传热，也不能作为液压介质	可用
最低转矩损失	如填装适当，比采用油的损失还要低	为了获得最低功率损失，应采用有清洗泵或油雾装置的循环系统
污染条件	可用。正确的设计可防止污染物的侵入	可用。但要采用有防护、过滤装置的循环系统