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第八章摩擦轮传动第1页，共22页，编辑于2022年，星期三第一节第一节 概述概述一、摩擦轮传动的工作原理及应用一、摩擦轮传动的工作原理及应用 摩擦轮传动摩擦轮传动是由两个摩擦轮及压紧装置等组成，依靠两是由两个摩擦轮及压紧装置等组成，依靠两摩擦轮接触面间的切向摩擦力传递运动和动力。摩擦轮接触面间的切向摩擦力传递运动和动力。工作原理是：工作原理是：摩擦轮摩擦轮A 与与摩擦轮摩擦轮B 相互压紧后，在接触相互压紧后，在接触处产生处产生压紧力压紧力Q，当主动轮，当主动轮A逆时针回转时，摩擦力即带动从逆时针回转时，摩擦力即带动从动轮动轮B顺时顺时针回转。针回转。第2页，共22页，编辑于2022年，星期三二、摩擦轮传动的特点二、摩擦轮传动的特点 1、结构简单、制造容易、结构简单、制造容易。2、过载时打滑能够保护零件。、过载时打滑能够保护零件。3、易于连续平缓地无级变速、具有较大的应用范围。、易于连续平缓地无级变速、具有较大的应用范围。4、在运转中存在滑动、传动效率低、传动比不能保持准、在运转中存在滑动、传动效率低、传动比不能保持准确确。5、结构尺寸较大，作用于轴和轴承上的载荷大、承受过、结构尺寸较大，作用于轴和轴承上的载荷大、承受过载和冲击能力差等缺点，因而只适宜传递动力不大的场合载和冲击能力差等缺点，因而只适宜传递动力不大的场合。第3页，共22页，编辑于2022年，星期三第二节第二节 摩擦轮传动的滑动摩擦轮传动的滑动 接触区接触区内摩擦力的作用内摩擦力的作用，造，造成成主动轮主动轮的表层在进入的表层在进入接触区接触区时时受到受到压缩压缩，离开接触区时受到，离开接触区时受到拉拉伸伸。从动轮正好相反。两摩擦轮。从动轮正好相反。两摩擦轮的表层都要产生不同程度的切向的表层都要产生不同程度的切向弹性变形弹性变形，造成从动轮上指，造成从动轮上指定点落后于主动轮上对应点的位置，引起的相对滑动叫做定点落后于主动轮上对应点的位置，引起的相对滑动叫做弹性滑弹性滑动动。弹性滑动使得从动轮的速度落后。弹性滑动使得从动轮的速度落后于主动轮的速度，摩擦轮的磨损和工作表面温度升高等情于主动轮的速度，摩擦轮的磨损和工作表面温度升高等情况。它是摩擦传动的固有现象，是不可避免的。况。它是摩擦传动的固有现象，是不可避免的。一、弹性滑动一、弹性滑动第4页，共22页，编辑于2022年，星期三 对于圆柱滚子对于圆柱滚子平盘式端面摩擦轮传动和两顶点不平盘式端面摩擦轮传动和两顶点不重合的圆锥摩擦轮传动，由于有一定的重合的圆锥摩擦轮传动，由于有一定的接触宽度接触宽度，在两，在两轮的接触线上，只有轮的接触线上，只有p点（节点）的圆周速度相等，其他点（节点）的圆周速度相等，其他各点都有不同程度的各点都有不同程度的速度差速度差，因而两轮间就要产生，因而两轮间就要产生相对滑相对滑动动，这种由于传动的结构特点而引起的滑动，称之为，这种由于传动的结构特点而引起的滑动，称之为几何滑动几何滑动。二、打滑和几何滑动二、打滑和几何滑动 摩擦轮传动时，当从动轮的摩擦轮传动时，当从动轮的阻抗圆周力阻抗圆周力增大到增大到超过超过接触接触区所能产生的区所能产生的最大摩擦力最大摩擦力fQ 值时，全部接触区表面将发生值时，全部接触区表面将发生显著的显著的相对滑动相对滑动，这种现象称为，这种现象称为打滑打滑。打滑时的载荷即为摩擦传动的极限载荷。打滑时的载荷即为摩擦传动的极限载荷。第5页，共22页，编辑于2022年，星期三 摩擦轮传动时，可能发生摩擦轮传动时，可能发生弹性滑动弹性滑动，打滑打滑和和几何滑动几何滑动等不等不同的现象，其中弹性滑动是运转过程中不可避免的，几何同的现象，其中弹性滑动是运转过程中不可避免的，几何滑动则是由传动装置本身的结构特点所决定的，而打滑除滑动则是由传动装置本身的结构特点所决定的，而打滑除了在起动、停车、变速等特殊情况下短暂时间发生外，正了在起动、停车、变速等特殊情况下短暂时间发生外，正常工作时必须要避免。常工作时必须要避免。第6页，共22页，编辑于2022年，星期三 弹性滑动现象将造成从动轮的速度损失、传动比不弹性滑动现象将造成从动轮的速度损失、传动比不准确，其中的速度损失程度采用滑动率来表示：准确，其中的速度损失程度采用滑动率来表示：当忽略弹性滑动时，摩擦轮传动的传动比：当忽略弹性滑动时，摩擦轮传动的传动比：当需要准确计算，考虑当需要准确计算，考虑弹性滑动的影响时：弹性滑动的影响时：当两轮皆为钢时，当两轮皆为钢时，0.2；当两轮为钢材对夹布胶；当两轮为钢材对夹布胶木时，木时，1；当两轮为钢材对橡胶时，；当两轮为钢材对橡胶时，3。三、传动比三、传动比第7页，共22页，编辑于2022年，星期三 主、从动轮的转向相反或相同。此种结构形式简单，主、从动轮的转向相反或相同。此种结构形式简单，制造容易，但所需压紧力较大，宜用于小功率传动的场制造容易，但所需压紧力较大，宜用于小功率传动的场合。合。一、一、圆柱平摩擦轮传动圆柱平摩擦轮传动 分外切和内分外切和内切两种。切两种。传动比：传动比：第三节第三节 摩擦轮传动的类型及基本结构摩擦轮传动的类型及基本结构第8页，共22页，编辑于2022年，星期三 其特点是带有其特点是带有2 2 角度的槽，侧角度的槽，侧面接触。因此，在同样压紧力的条件下，面接触。因此，在同样压紧力的条件下，可以增大切向摩擦力，提高传动功率。可以增大切向摩擦力，提高传动功率。但易发热与磨损，传动效率较低，并且但易发热与磨损，传动效率较低，并且对加工和安装要求较高。该传动适用于对加工和安装要求较高。该传动适用于铰车驱动装置等机械中。铰车驱动装置等机械中。二、圆柱槽摩擦轮传动二、圆柱槽摩擦轮传动 第9页，共22页，编辑于2022年，星期三两两轮轮锥锥面面相相切切，可可传传递递两相交轴之间的运动。两相交轴之间的运动。三、圆锥摩擦轮传动三、圆锥摩擦轮传动 当两圆锥角当两圆锥角 1 2=90 时，时，其传动比为：其传动比为：当当两两圆圆锥锥角角 1 2 90 时时，其传动比为：其传动比为：第10页，共22页，编辑于2022年，星期三 用用于于传传递递两两垂垂直直相相交交轴轴间间的的运运动动。其其传动比为传动比为：四、滚轮圆盘式摩擦轮传动四、滚轮圆盘式摩擦轮传动 式中式中r为滚轮的半径；为滚轮的半径；a为滚轮与摩擦盘的接触点到轴为滚轮与摩擦盘的接触点到轴3的的距离。距离。第11页，共22页，编辑于2022年，星期三 用用于于传传递递两两任任意意角角度度相相交交轴轴间间的的运运动动。其其传传动动比比为为：五、滚轮圆锥式摩擦轮传动五、滚轮圆锥式摩擦轮传动 式中式中r为滚轮的半径；为滚轮的半径；a为滚轮为滚轮2与摩擦锥的接触点与摩擦锥的接触点p到摩到摩擦锥底端擦锥底端q点间的距离；点间的距离；R为摩擦锥底端的半径。为摩擦锥底端的半径。第12页，共22页，编辑于2022年，星期三 第四节第四节 摩擦轮的材料选择摩擦轮的材料选择 一、选材要求一、选材要求 摩擦轮的材料应满足如下要求：摩擦轮的材料应满足如下要求：1、具有较大的弹性模量以减少弹性滑动和功率损耗；、具有较大的弹性模量以减少弹性滑动和功率损耗；2、具有较大的摩擦系数，能提供更大的摩擦力，提高传动、具有较大的摩擦系数，能提供更大的摩擦力，提高传动能力能力；3、接触疲劳强度高；、接触疲劳强度高；4、耐磨性能好，延长工作寿命；、耐磨性能好，延长工作寿命；5、对温度、湿度敏感性小。对温度、湿度敏感性小。第13页，共22页，编辑于2022年，星期三二、摩擦轮材料的配对二、摩擦轮材料的配对1、淬火钢、淬火钢淬火钢淬火钢 强度高，适用于高速运转和要求结强度高，适用于高速运转和要求结构紧凑的摩擦轮传动中。可以在油池中或干燥的状态下使构紧凑的摩擦轮传动中。可以在油池中或干燥的状态下使用。用。2、淬火钢、淬火钢 铸铁铸铁 强度较高，可以在油池中或干燥的状态强度较高，可以在油池中或干燥的状态下使用。下使用。3、钢、钢夹布胶木、塑料具有较大的摩擦系数和中等的强度，夹布胶木、塑料具有较大的摩擦系数和中等的强度，通常在干燥状况下使用。通常在干燥状况下使用。4、钢、钢木材、皮革、木材、皮革、橡胶橡胶 虽然具有较大的摩擦系数但虽然具有较大的摩擦系数但强度很低，通常用于小功率的传动中。强度很低，通常用于小功率的传动中。第14页，共22页，编辑于2022年，星期三第五节第五节 摩擦轮传动的计算摩擦轮传动的计算 摩擦轮传动的计算步骤是：首先选定传动型式和摩擦轮摩擦轮传动的计算步骤是：首先选定传动型式和摩擦轮材料副，然后通过强度计算定出摩擦轮的主要尺寸，最后进材料副，然后通过强度计算定出摩擦轮的主要尺寸，最后进行合理的结构设计。行合理的结构设计。一、圆柱摩擦轮传动的失效形式一、圆柱摩擦轮传动的失效形式 2、表面点蚀、表面点蚀 1、打滑、打滑 3、表面磨损、表面磨损 二、摩擦轮传动的计算二、摩擦轮传动的计算 计算公式见表计算公式见表82。第15页，共22页，编辑于2022年，星期三第六节第六节 摩擦无级变速器简介摩擦无级变速器简介 如图所示，当主动轮如图所示，当主动轮1以转速以转速n1回转时，靠摩擦力的作用带回转时，靠摩擦力的作用带动从动轮动从动轮2以转速以转速n2回转。在节点回转。在节点p处，两轮的圆周速度相等，处，两轮的圆周速度相等，故其传动比故其传动比i12=n1/n2=r2/r1。如果主动轮沿着。如果主动轮沿着O1-O1轴改变轴改变自己的位自己的位置，也就改变了从动轮的工置，也就改变了从动轮的工作半径作半径r2，从而也就改变了，从而也就改变了从动轮的转速从动轮的转速n2。主动轮在。主动轮在轴轴O1-O1上连续任意的移动，上连续任意的移动，故可以在一定范围内无级的故可以在一定范围内无级的改变改变n2的值，实现无级变速的值，实现无级变速。一、摩擦无级变速原理一、摩擦无级变速原理 第16页，共22页，编辑于2022年，星期三二、常见摩擦无级变速的形式二、常见摩擦无级变速的形式 1、按摩擦轮形状分、按摩擦轮形状分 u 互相垂直；互相垂直；u 互相平行；互相平行；u 同轴；同轴；u 任意。任意。l 圆盘式；圆盘式；l 圆锥式；圆锥式；l 球面式。球面式。2、按两摩擦轮轴线相互位置分、按两摩擦轮轴线相互位置分 第17页，共22页，编辑于2022年，星期三三、常用摩擦无级变速装置三、常用摩擦无级变速装置 1、滚轮平盘式无级变速装置、滚轮平盘式无级变速装置 这种结构型式的这种结构型式的无级变速装置，传无级变速装置，传递相交轴的运动和递相交轴的运动和动力，可实现升速动力，可实现升速或降速传动，可以或降速传动，可以逆转，并且具有结逆转，并且具有结构简单，制造方便构简单，制造方便等特点。但传动存等特点。但传动存在较大的相对滑动，磨损严重等缺点。在较大的相对滑动，磨损严重等缺点。第18页，共22页，编辑于2022年，星期三 这种结构用于相同轴这种结构用于相同轴线的无级变速传动，可以线的无级变速传动，可以用作升速或降速传动；主、用作升速或降速传动；主、从动轴位置可调换实现对从动轴位置可调换实现对称调速。具有结构简单，称调速。具有结构简单，传动平稳，相对滑动小，传动平稳，相对滑动小，结构紧凑等特点，而且具结构紧凑等特点，而且具有传递恒定功率的特性。有传递恒定功率的特性。2、钢球外锥轮式无级变速装置、钢球外锥轮式无级变速装置第19页，共22页，编辑于2022年，星期三 这种结构型这种结构型式为同轴线传式为同轴线传动，可以用作动，可以用作升速和降速传升速和降速传动，具有传递动，具有传递恒定功率的特恒定功率的特性。性。3、菱锥式无级变速传动、菱锥式无级变速传动第20页，共22页，编辑于2022年，星期三 这种结构为平行轴传这种结构为平行轴传动，可以用作升速或降速动，可以用作升速或降速传动；同时，主、从动轮传动；同时，主、从动轮位置可以互换，实现对称位置可以互换，实现对称调速。具有传递恒定功率调速。具有传递恒定功率的特性，但结构尺寸较大。的特性，但结构尺寸较大。4、宽、宽V带式无级变速传动带式无级变速传动第21页，共22页，编辑于2022年，星期三本章结束本章结束第22页，共22页，编辑于2022年，星期三