〖實例14〗摩擦輪傳動加壓方式的優劣

鬼魅道長

這次是一個摩擦輪加壓的討論，如圖14-1所示可看出主要原理是減速機驅動橡膠輪帶動鋼筒轉動，旋轉方向已示出。

1.問題描述

方案1和方案2的加壓方式，從受力分析來看，使用效果一樣嗎？如不一樣，哪一種更合理？有沒有更好的方案？

2.討論

甲說，分析這類問題，通常首先是憑感覺，這是人類長期自然進化發展出來的天生的判斷力，如果看起來不協調，往往就有隱患；某些非常重要的設備，在樣機做出來之后會讓一些老工程師和科學家坐在一邊看兩天，不為別的，就是純粹地盯著看，如果覺得哪里不合適，馬上有人記下來，也許就是一個隱患；從圖14-1上看，此機構的力傳遞路線是：彈簧—減速機安裝座—減速機輸出軸—小摩擦輪，由此將小摩擦輪壓緊在大摩擦輪上；

一般這種小摩擦輪材料是聚氨酯，大摩擦輪材料是Q235；可以看出其設計思想為：使用一段時間后，小摩擦輪直徑磨損變小，這時只需將彈簧的壓緊螺母向里旋緊，即可繼續正常使用，直至用到需要更換摩擦輪；

這種加壓裝置，不足之處是減速機輸出軸承受較大彎矩，選擇減速機時要考慮減速機輸出軸所能承受的最大徑向力必需大于摩擦輪傳動所需的正壓力，而且要留出一定的富裕量；優點是裝置簡單、體積小，使用時調整、更換摩擦輪都很方便。

粗略分析之后，甲建議不要使減速器直接聯接小摩擦輪，說，這樣會讓減速器輸出軸承受側彎距，并提出解決方案：

1．摩擦輪固定在一個回轉臂上，通過回轉臂壓緊大的摩擦輪；

2．減速器與摩擦輪之間增加一個傳動裝置，可以采用鏈條、三角帶或同步帶，根據設備工作條件選擇傳動方式。

乙說，整個磨擦輪的機構也有問題：

1． 首先，只有一個鉸接機構，電機、減速器及壓板等會有較大的重量，造成磨擦輪側彎而沒有理想中的水平壓進，那么磨擦輪軸線有可能不能保持與大輪平行，從而造成偏磨，使用時間越久問題會越嚴重；

2． 其次，沒有考慮卸荷；磨擦輪懸臂安裝，大輪給減速器輸出軸同樣于正壓力的反壓力，輸出軸的軸承會有問題；

建議更改方案：

1．用雙導軌保持磨擦輪水平壓進；

2．做卸荷機構，磨擦輪用單獨的軸承支承反壓力，軸承座與進給導軌架固連，當然電機減速器也與導軌架固連，減速器輸出軸與磨擦輪軸用聯軸器聯接。

不用說，如果按照上面甲、乙兩位提出的方案進行安排肯定更合理，但提問者解釋說，安裝空間有限，恐怕只能如此布置；在選擇減速機時，已考慮到減速機輸出軸所允許承受的最大徑向力，并計算出摩擦輪傳動的最大徑向力約980Kgf；所選減速機額定承受的最大徑向力為1600Kgf，所以使用應該沒問題，但對減速機的壽命可能會有一點影響。

丙完全理解提問者的無奈，說，有時候設計就是在一個無可奈何的情況下進行的；所有的工程師都希望能夠擁有最寬松的條件和最有力的支持，可以做出一套如春夜暖風般讓所有人在各方面都感到心滿意足的方案，但是很可惜，正如現實中不會出現誤差為零的尺寸一樣，想要做出符合要求的設計，往往都必須在某一些方面付出代價，就好像這臺加壓裝置的配置，為了節約空間，只好退而求其次；而為了在“不完全”的條件下把設計做好，如圖14-2的受力分析，就是必不可少的了。

丁說，從圖14-2可以看出，兩輪的正壓力總是沿著兩輪的圓心連線的——即法線方向；而對減速機進行受力分析可知，雖然力的方向不太一樣，但對鉸軸產生的力矩效果是一樣的；由此可以得出結論，兩種方案，其實并沒有區別。

丙不同意，說，上面的分析中其中有個致命的疏忽，即：雖然在靜止情況下，彈力和正壓力對鉸軸的力矩和為零，但小摩擦輪的驅動電機啟動時，一定會有新的力加入，受力情況會改變；

具體是這樣的：在完全靜止的情況下，受力如圖14-2所示，當驅動電機帶動小摩擦輪做逆時針旋轉時，大摩擦輪得到兩輪相切點的向下的力，并做順時針旋轉，由此可知小摩擦輪從與大摩擦輪相切點處得到一個向上的反力，方案一和方案二一致；但不一致的地方在于鉸鏈座的位置，方案一的鉸鏈座在下方，方案二的鉸鏈座在上方；

因此可以得到這樣的判斷：

方案一，小摩擦輪得到的反力使得整個自動加壓裝置有脫離大摩擦輪的趨勢；

方案二，小摩擦輪得到的反力使得整個自動加壓裝置有靠近大摩擦輪的趨勢；

丁同意丙的分析，并補充說，電機啟動的時候最為猛烈，然后逐漸趨于平穩；而在任一瞬間這種趨勢的劇烈程度，取決于此時小摩擦輪驅動大摩擦輪所需要克服的阻力矩的大小，如大摩擦輪中心軸的軸承的滾動摩擦力，大摩擦輪自身的慣性矩等。

3． 結論

結論大致就出來了，兩種方案的優缺點是互補的，方案一的優點是減速機輸出軸相對負載小，電機不易卡死，缺點是易振動，而方案二正好相反，優點是不易振動，缺點是減速機輸出軸相對負載大，電機易卡死。至于孰優孰劣，就要看這臺機器的其他部件設計方案了。

小貼士：

在成大先主編的《機械設計手冊》（化學工業出版社第3版）第3卷，第2章摩擦輪傳動里的圖12-2-5—一種自動加壓裝置中，顯示的裝置和方案二原理一樣，只是擺放位置稍有變化。有興趣的讀者，不妨查閱一番，以作比較。

https://zhuanlan.zhihu.com/c_1051171562501287936

寂靜天花板

說的精彩，直覺就是依據日常生活的現象來判斷，雖然不一定精確，但是定性分析上多數是可靠的，比如樸素唯物主義，原始共產主義社會，畢達哥拉斯原子論。

ming1206

很好學習了

龍吟Winn

樓主搞什么產品的？莫非是overhead monorail ？

ananc7

先評論后細看

pyc5850

佩服甲乙丙丁這些大俠 考慮問題有思想，有深度。

709079691

   越看越覺得做設計好難，每個方案都有欠缺和優點；咋么選擇真需要不停的累計。

麥兜大俠

一直在關注大俠的分析案例  很受益  希望繼續不斷更新

gyq720

最有感觸的是“”丙“”所說的，如果大家都沒有限制條件，任你天馬行空的去做的話，那肯定會做的很完美，但設計，不可能不給定你限制條件，就是矛盾中進行的。

lcj239

一直關注著大俠的實例，贊