邱宣怀《机械设计》(第4版)笔记和考研真题详解-第10章 摩擦轮传动【圣才出品】

第10章　摩擦轮传动
10.1　复习笔记
一、概述
1．摩擦轮传动工作原理
如图10-1所示是最简单的摩擦轮传动，由两个相互压紧的圆柱摩擦轮组成。

当传动正常工作时，主动轮1可借助摩擦力的作用带动从动轮2回转，并使传动基本上保持固定的传动比。

设
F
N 为两轮接触面间的法向压力，μ为轮面材料的摩擦系数，则传动在接触面间的最大摩擦力为μF N ，此摩擦力应大于或等于带动从动轮所需的工作圆周力F ，即
图10-1 圆柱平摩擦轮传动
2．分类
（1）按形状分类
按照摩擦轮形状不同，摩擦轮传动的类型如图10-2所示。

（a ）图为圆柱摩擦轮传动；（b ）、（c ）、（d ）图为圆锥摩擦轮传动；（e ）图为平盘摩擦轮传动。

上述都属于传动比基本固定的摩擦轮传动。

图10-2 摩擦轮传动的类型
（2）无级变速器
摩擦无级变速器是指从动轮转速可以调节、传动比可作相应改变的摩擦轮传动。

图
10-3中，（a ）图为直接接触的圆柱一圆盘式摩擦无级变速器，（b ）图为间接接触的环柱体摩擦无级变速器。

属于这一类的传动称为传动比可调的摩擦轮传动。

图10-3 摩擦无级变速器
3．优缺点
（1）优点
①由于摩擦轮轮面没有轮齿，所以制造简单，而且工作时不会发生类似齿轮节距误差所引起的周期性冲击，因而运转平稳，噪声很小；
②过载时发生打滑，故能防止机器中重要零件的损坏；
③能无级地改变传动比（通称无级调速）。

（2）缺点
①效率较低；
②当传递同样大的功率时，轮廓尺寸和作用在轴与轴承上的载荷都比齿轮传动大；
③由于上述两项原因，所以不宜传递很大的功率；
④不能保持准确的传动比；
⑤干摩擦时磨损快、寿命低；
⑥必须采用压紧装置等。

二、摩擦轮传动中的滑动
1．弹性滑动和打滑
（1）弹性滑动定义
两摩擦轮受压后，在接触处因材料的弹性变形而被压出一小平面。

当传递功率时，在该平面上受到摩擦力的作用，从而使主动轮表面任一微块在通过接触区的过程中由压缩逐渐变为拉伸，而从动轮上的对应微块则由拉伸逐渐变为压缩，所以彼此之间就产生相对滑动。

这种由于材料弹性变形而产生的滑动称为弹性滑动。

（2）打滑的定义
当传动正常工作时，在接触面上的诸微摩擦力之和等于从动轮上的圆周阻力。

当圆周力增大并大于最大的摩擦力μF N
值时，全部接触表面将发生滑动，这时就称为打滑。

刚要打滑时的载荷是传动的极限载荷。

（3）滑动率
在具有弹性滑动的情况下，从动轮速度总是落后于主动轮速度。

设v 为从动轮在没有弹性滑动时的圆周速度，v′为从动轮在有弹性滑动时的圆周速度，那么滑动率（速度损失率）
图10-4 几何滑动
2．几何滑动
（1）几何滑动定义
几何滑动是指由于传动的几何关系所引起的滑动。

以槽摩擦轮传动为例，在不打滑情况下两轮在沿接触长度上的各点速度如图10-4所示，其中两轮只有C点的表面速度相等，其他各点都有不同程度的速度差，因而都有相对滑动产生。

（2）节点和节圆直径
节点是指不发生相对滑动的C点。

节圆直径是指通过节点的摩擦轮直径。

节点位置是随着传递转矩的大小而改变，节圆直径也相应改变，所以有几何滑动的摩擦轮传动的传动比不可能为常数。

（3）几何滑动的影响
几何滑动不仅影响传动比的准确性，而且会加速磨损、降低效率和使传动发热。

接触点距c点愈远，速度差愈大。

因此在设计有几何滑动的传动时，应尽量降低接触长度以减小相对滑动。

三、摩擦轮材料
根据摩擦轮传动的工作特点，对摩擦轮材料提出了下列要求：
1．弹性模量
弹性模量要大，以减小弹性滑动和滚动摩擦损失。

2．摩擦系数
摩擦系数要高，以便在传递同样大圆周力的情况下可减小两轮间的压紧力。

3．表面接触强度和耐磨性
表面接触强度和耐磨性要好，以保证传动所需的寿命等。

四、圆柱摩擦轮传动计算
1．传动比
设D 1、
D 2分别为主动轮和从动轮的直径，n 1、n 2分别为主动轮和从动轮的实际转速，摩擦轮传动的实际传动比
2．压紧力计算
（1）法向压力的计算
法向压力F N 是由对摩擦轮所施加的外力F Q 产生的，力
F Q 称为压紧力。

摩擦力应大于或等于从动轮所需的圆周力，即μF N ≥F。

为了计及载荷的不稳定性和保证传动的工作可靠性，引入一载荷系数K 。

由此得出所需的法向压力
P 1为传动功率，单位kW ；D 2为从动轮直径，单位mm ；n 2为从动轮转速，单位r/min ；μ为摩擦系数；K 为载荷系数。

（2）压紧力F Q
①圆柱平摩擦轮传动的压紧力F Q 为
②圆柱槽摩擦轮传动的压紧力F Q 为
通常取
β=12°～18°。

由于槽摩擦轮有较大的几何滑动，所以只宜用在低速的传动中。

3．表面接触强度计算
（1）圆柱平摩擦轮传动中心距a 的公式
式中ψ为轮宽系数，通常取ψ=0.2～0.4；E 为综合弹性模量，单位MPa ；[σH ]为许用接触应力；式中正号用于外接触，负号用于内接触。

（2）圆柱槽摩擦轮传动
由于槽的侧面是两轮的接触工作面，因此它应该按照如图10-5所示的两个半径为ρ1和ρ2的当量接触圆柱进行表面接触强度计算。

图10-5 圆柱槽摩擦轮传动的当量
圆柱槽摩擦轮传动中心距a 的公式。