《机械设计》-第八章 摩擦轮传动

第一节概述一、摩擦轮传动的工作原理及应用图8一1(a)所示的是一最简单的摩擦轮传动，它是由两个相互压紧的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。其工作原理是:摩擦轮A与摩擦轮B相互压紧后，在接触处产生压紧力Q，当主动轮A逆时针回转时，摩擦力即带动从动轮B顺时针回转。此时驱动从动轮所需的工作圆周力F,，应小于两摩擦轮接触处所能产生的最大摩擦力fQ，即F≤fQ为摩擦系数，其值与摩擦材料、表面状态及工作情况有关。为了使工作可靠，引入一个可靠性系数K,KFt=fQ，在一般动力传动中，取K=1.25~1.67;在仪表中，取K=2一3。下一页返回第一节概述二、摩擦轮传动的特点摩擦轮传动具有结构简单，制造容易，过载时打滑，能够保护零件，传动平稳，无噪声，可用于较高转速的传动中，易于连续平缓地无级变速等优点，因而具有较大的应用范围。但由于在运转中存在滑动、传动效率低、传动比不能保持准确、结构尺寸大以及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。上一页返回第二节摩擦轮传动中的滑动一、弹性滑动如图8-2所示，当摩擦轮传动时，主动轮1依靠与从动轮2之间的接触摩擦传递运动和动力，而主动轮所受的摩擦力与其速度方向相反，从动轮所受的摩擦力与其速度方向相同，由于接触区内摩擦力的作用，结果造成主动轮的表层在进入接触区时受到压缩，而在离开接触区时受到拉伸。相反，从动轮的表层在进入接触区时要受到拉伸，而在离开接触区时要受到压缩。因而，两摩擦轮的表层都会产生不同程度的切向弹性变形，与理论上两个相切圆做纯滚动相比，从动轮上指定点落后于主动轮上对应点的位置，由此引起的相对滑动叫做弹性滑动。弹性滑动使得从动轮的速度落后于主动轮的速度、摩擦轮的磨损加剧和工作表面温度升高等，它是摩擦传动的固有现象，是不可避免的。下一页返回第二节摩擦轮传动中的滑动二、打滑和几何滑动摩擦轮传动时，主动轮作用在从动轮上的驱动圆周力F1，应等于接触面上所产生的全部摩擦力的总合。当从动轮的阻抗圆周力增大到超过接触区所能产生的最大摩擦力刀值时，全部接触区表面将发生显著的相对滑动，这种现象称为打滑。打滑时的载荷即为摩擦传动的极限载荷。打滑会使摩擦轮表面的磨损加剧而降低工作寿命，正常工作时，不应发生打滑现象，但当机器启动或者变速的短暂时间内，由于惯性力的影响，打滑是很难避免的。对于图8-3(a)所示的圆柱滚子一平盘式端面摩擦轮传动和图8-3(b)所示的两顶点不重合的圆锥摩擦轮传动，由于有一定的接触宽度，在两轮的接触线上，只有P点(节点)的圆周速度相等，其他各点都有不同程度的速度差，因而两轮间就要产生相对滑动，这种由于传动的结构特点而引起的滑动，称为几何滑动。上一页下一页返回第二节摩擦轮传动中的滑动三、传动比摩擦轮传动中的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摩擦轮的材质不同，摩擦轮传动的滑动率数值也不一样。当两轮皆为钢质时，ε≈0.2%;当两轮为钢材一夹布胶木时，ε≈1%;当两轮为钢材对橡胶时，ε≈3%。摩擦轮传动的传动比，当忽略弹性滑动时当需要准确计算，考虑弹性滑动的影响时上一页返回第三节摩擦轮传动的类型及基本结构一、圆柱平摩擦轮传动如图8-4所示，圆柱平摩擦轮传动分为外切和内切两种类型，其传动比为式中，“-”、“+”分别表示外切或内切时，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合。二、圆柱槽摩擦轮传动图8-5所示为圆柱槽摩擦轮传动，其特点是带有2~3角度的槽的两侧面接触。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。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。该传动适用于铰车驱动装置等机械中。下一页返回第三节摩擦轮传动的类型及基本结构三、圆锥摩擦轮传动图8-6所示为圆锥摩擦轮传动，可传递两相交轴之间的运动，两轮锥面相切。当两圆锥角时，其传动比为当两圆锥角时，其传动比为垂直相交轴圆锥摩擦轮传动在实际使用中通常采用双从动轮对称布置的结构形式，以改善受力状况。这种形式的摩擦轮传动结构简单，易于制造，但安装要求较高，常用于摩擦压力机中。上一页下一页返回第三节摩擦轮传动的类型及基本结构四、滚轮圆盘式摩擦传动图8-7所示为滚轮圆盘式摩擦传动，用于传递两垂直相交轴间的运动。盘形摩擦轮装在轴3上，滚轮2装在轴1上，并可沿轴1上的花键移动，其传动比为式中，r为滚轮的半径;a为滚轮与摩擦盘的接触点到轴3的距离。此种结构形式需要压紧力较大，易发热和磨损。如果将滚轮制成鼓形，可减小相对滑动。如果沿轴1方向移动滚轮，可实现正反向无级变速。此机构常用于摩擦压力机中。上一页下一页返回第三节摩擦轮传动的类型及基本结构五、滚轮圆锥式摩擦传动图8一8所示为圆锥式摩擦传动，滚轮2绕轴1转动，并可在轴1的花键上移动。轴3与轴1之间的夹角为y，其值等于摩擦轮的半锥角。轴1与轴3的传动比为式中，r为滚轮的半径;a为滚轮2与摩擦锥的接触点P到摩擦锥底端9点间的距离;R为摩擦锥底端的半径。该机构兼有圆柱和圆锥摩擦轮传动的特点，可用于无级变速传动中。上一页返回第四节摩擦轮的材料选择一、选材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。2)具有较大的摩擦系数，能提供更大的摩擦力，提高传动能力。3)接触疲劳强度高。4)耐磨性能好，延长工作寿命。5)对温度、湿度敏感性小。二、摩擦轮材料的配对(1)淬火钢一淬火钢。采用轴承钢GCr15制造，并且淬硬到HRC≥60，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用。下一页返回第四节摩擦轮的材料选择(2)淬火钢一铸铁。强度较高，可以在油池中或干燥的状态下使用。(3)钢一夹布胶木、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。(4)钢一木材、皮革、橡胶。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。用于摩擦轮传动的各种材料组合的摩擦系数、工作条件、性能数据和适用场合见表8一1。上一页返回第五节摩擦轮传动的计算一、圆柱摩擦轮传动的失效形式(1)打滑。防止打滑就要保证两摩擦轮之间有足够的压紧力，采用高摩擦系数的配对材料。(2)表面点蚀。进行表面接触疲劳强度计算，从而确定出摩擦轮的直径。(3)表面磨损。按单位接触线长度上的许用线载荷进行计算。二、摩擦轮传动的计算几种常见的摩擦轮传动的计算公式见表8一2。返回第六节摩擦无级变速器简介一、摩擦无级变速原理图8-9所示为圆柱滚子一平板式无级变速器的示意图。当主动摩擦轮1以恒定的转速n1回转时，因轮1紧紧压在从动摩擦轮2上，因而靠摩擦力的作用带动从动摩擦轮2以转速n2回转。假定在节点P处无滑动，则在节点P处，即在该处两轮的圆周速度相等，故其传动比i12=n1/n2=r2/r1。如果主动轮1沿着O1-O2，轴改变自己的位置，也就改变了从动摩擦轮2的工作半径r2，从而也就改变了从动轮的转速n2。因为主动摩擦轮1可以在主动轴O1-O2，上连续任意移动，故可以在一定范围内无级地改变n2的值，实现无级变速。二、常见摩擦无级变速的形式1.按摩擦轮形状分①圆盘式;②圆锥式;③球面式。下一页返回第六节摩擦无级变速器简介2.按两摩擦轮轴线相互位置分①互相垂直;②互相平行;③同轴;④任意。三、常用摩擦无级变速装置工程中摩擦式无级变速装置主要有以下几种形式:1.滚轮平盘式无级变速装置如图8一10所示，这种结构形式的无级变速装置，传递相交轴的运动和动力，可实现升速或降速传动，可以逆转，并且具有结构简单、制造方便等特点。但传动存在较大的相对滑动、磨损严重等缺点。上一页下一页返回第六节摩擦无级变速器简介2.钢球外锥轮式无级变速装置如图8一11所示，主要由两个锥轮1、2和一组钢球3(通常为6个)组成。主、从动锥轮1和2分别装在轴I,II上，钢球3被压紧在两锥轮的工作锥面上，并可绕轴4自由转动。工作时，主动锥轮1依靠摩擦力带动钢球3绕轴4旋转，钢球同样依靠摩擦力带动从动锥轮2转动。这种结构用于相同轴线的无级变速传动，可以用作升速或降速传动;可调换主、从动轴位置实现对称调速。具有结构简单、传动平稳、相对滑动小、结构紧凑等特点，而且具有传递恒定功率的特性。3.菱锥式无级变速传动如图8一12所示，空套在轴4上的菱形滚锥3(通常为5或6个)被压紧在主、从动轮1,2之间。轴4支承在支架5上，其倾斜角是固定的。工作时，主动轮1靠摩擦力带动菱形滚锥3绕轴4旋转，菱形滚锥又靠摩擦力带动从动轮2旋转。上一页下一页返回第六节摩擦无级变速器简介这种结构形式为同轴线传动，可以用作升速和降速传动，具有传递恒定功率的特性。4.宽V带式无级变速传动如图8一13所示，在主动轴I和从动轴II上分别装有锥轮la,1b和2a,2b，其中锥轮1b和2a分别固定在轴I和轴II上，锥轮la和2b可以沿轴I、II同步移动。宽V带3套在两对锥轮之间，工作时如同V带传动，传动比i=r2/r1。通过轴向同步移动锥轮la和2b,可改变传动半径r1和r2，从而实现无级变速。这种结构为平行轴传动，可以用作升速或降速传动;同时，主、从动轮位置可以互换，实现对称调速。具有传递恒定功率的特性，但结构尺寸较大。上一页返回图8一1摩擦传动原理图返回图8-2摩擦轮传动中的弹性滑动返回图8一3摩擦轮传动中的几何滑动返回图8一4圆柱平摩擦轮传动返回图8一5圆柱槽摩擦轮传动返回图8一6