求助：钢轮踏面与轨道摩擦系数的计算

沈石头08-08 14:15

当前工况是钢轮材料ZG310~570，表面淬硬至HB300~380; 轻轨30-GB/T11264-1989（该是碳钢55Q),表面硬度不小于197HB. 钢轮受到通过轴心的径向压力为25000N,要确认钢轮与轻轨间的摩擦系数。钢轮的滚动速度不大，够不上机械手册里相对滑动速度对摩擦系数的影响。找类似的工况，手册前面有个冷钢在辊道上的摩擦是0.15～0.18。不知这个数据是否能采用，另外手册后文有滑动摩擦因数与压力变化的关系，这个只针对摩擦面上两者材料软硬不同的情况？还是硬度相近的材料也可以如此计算。比如上面提到的冷钢在辊道上的摩擦系数是0.15～0.18，如果压力比较大，是否就要取摩擦系数较大即在表面压力影响下的摩擦系数？手册上的数据是根据接触表面不同的应力对应不同的摩擦系数，而摩擦学里有弹性接触表面最大压应力的求法，同时也可求出弹性接触面的宽度，已知踏面长度，这样就知道了面积，同样可求应力。这种情况下以哪个数据为准？我的工况是圆柱面与平面弹性接触，接触面弹性变形后不是平面而是弧面，表面接触应力是由中间向两边减小的。我计算了弹性接触表面最大压应力和弹性接触面宽度，利用宽度和踏面长度求出面积再求平均压应力，结果是平均应力比最大压应力多一点点，约3％　　小结一下：问题1.钢轮在轨道上的摩擦系数有没有定值？　问题2.钢轮在轨道上的正压力对摩擦系数的有无量化的影响？是否与接触面的材料有关系？问题3.关于机械手册压力变化对滑动摩擦系数的影响其针对的接触面都是平面吗？如果是弧面，表面应力如何计算？　问题4.压力变化对有量纲的滚动摩擦因数有无影响？附图是摩擦学教材上提供的，接触面上最大压应力和接触面宽度的求法

9回答

zerowing08-08 15:00

0.05

沈石头08-08 14:58

上面的没给滚轮直径，粗略算一下，250w应该够了

JOYO08-08 14:56

鄙人也一直关注 zerowing大师的“关于小车功率的帖子... ”查了一些论文资料里面很多都是按静阻力计算的一大部分情况都是忽略风阻、坡阻的（室内环境）。现列出一工况还请大侠如果有空列出计算过程。一四轮小车前驱后驱随动内装滚动轴承风阻及坡阻忽略整车质量1700KG 启动/制动要求：5S内从0加速到0.9M/S 制动同理不能打滑接触副材料：轮子：铸钢轨道：轻轨条件不够的话可以补充说明：小弟不是在套结果哦因为自己计算的和实际上的就是能差10倍所以很想请大侠演算下计算过程毕竟理论是要结合实际应用的。谢谢!

翔梦随风08-08 14:56

如果承载过大，是没有定值的。定值摩擦系数的前提是，接触面不发生变形。你这里提到的摩擦系数实际上属于滚 ... 　　如果从接触面是否发生变形来决定是否选用定值摩擦系数，那么难点就是变形的大小在不同工况中的容忍程度，因为表面有压力的接触都存在变形。计算表面压应力是为了对比手册上的应力影响下滑动摩擦系数，知道目前选取的摩擦系数0.18相对于应力影响下的摩擦系数有多大差距，而计算这个表面接触应力我就想到了摩擦学书上的这两个公式，后面的计算是偶然发现的结果，其实当时还有个疑问，接触面是个弧面，我这样用投影面积算平均应力肯定是偏大的。　　对于我这个工况来说，依大侠的说法就是先校表面接触强度，确定疲劳校验没有问题才能确定是否有定值滚摩系数？滚动摩擦系数平时用的少，我们原先的老设计也是用滑动摩擦系数算的电机选型，通过实际使用发现电机驱动力富余很多，所以现在再核算一次。谢谢大侠的指点，我的思路有点混乱，在何时考虑选用滚动摩擦系数不很清楚，尤其有的工况同时存在滚动摩擦和滑动摩擦时，比如带钢输出时，辊子与带钢表面同时就有滚动摩擦和滑动摩擦，不知道大侠对于这种工况下的摩擦系数确定有没有经验？谢谢指点！

pacelife08-08 14:55

希望对楼主有用 ps，建议楼主看看

oliver9708-08 14:55

鄙人也一直关注 zerowing大师的“关于小车功率的帖子... ”查了一些论文资料里面很多都是按静 ... 大侠，你发我这了，不是让zerowing大师计算吗？另外我按照大师的帖中的算法，根据你不计风阻坡阻的要求推出了下面的公式。不过你说你关注过zerowing大师的帖子，自己也算过功率实际有10倍差距，为何不知提供缺少驱动轮半径，电机输出转速+传动比（或者驱动轮转速）？我前面说过的10倍之差只是个偶然，因为我们的移动小车所在导轨安装有平行度不够的原因，所以有的小车因为安装问题驱动吃力。我当前的工况实际选型电机功率比滚阻功率计算结果大115倍。

一2三08-08 14:53

如果承载过大，是没有定值的。定值摩擦系数的前提是，接触面不发生变形。你这里提到的摩擦系数实际上属于滚动摩擦系数。如果接触面发生变形，滚摩是肯定会变小的。另外，温度的变化也是有影响的。原则上说，在使用定值滚摩系数前，首先要校验两个接触面的接触强度。在疲劳校验没有问题后，可以按照定值摩擦系数计算。如果发生了滑动摩擦，原则上说，滑动摩擦系数只取决于表面粗糙度。但如果发生接触面侵蚀现象，就相当于改变了表面粗糙度，会产生滑动摩擦系数的变化。至于你提到的弹性接触。我不太明白你的意思。滚摩的产生机理实际上就是一种弹性接触变形。这个弧面有什么影响吗？另外，可能有点外行，为什么你会去计算平均应力。一讲应力实际上就是一种微元化力学分析了，为什么要再计算平均？

沈石头08-08 14:50

学习

沈石头08-08 14:47

如果承载过大，是没有定值的。定值摩擦系数的前提是，接触面不发生变形。你这里提到的摩擦系数实际上属于滚 ... 　　换用固定的滚动摩擦系数0.05cm进行计算，这样算到电机这里的输出功率（0.0375kW，计入传动效率值，下同)远小于原来用滑动摩擦系数(0.18)计算的结果（1.68kW)。用滚动摩擦系数计算得到的功率确实是个最小的理论功率，实际中当前选用的电机为2.2kW,在一个偶然的机会下把原来一个减速箱用反了，作为一个增速箱用，这样相当于驱动力是原来的四分之一，而大多数设备照样能驱动，运行正常，部分设备因为轨道安装的原因驱动力不够，运行有卡滞。可见用滑动摩擦系数来粗算电机的功率选型是存在很大的浪费的，但是如果仅仅靠滚动摩擦系数的计算结果来确定电机功率又肯定不够，因为实际应用结果表明实际需要的功率是理论计算结果的10倍左右。当然这里面不排除安装和加工的问题。遇到这样的情况，实际使用的经验成了验证设计最好的方式。但是初始设计肯定不是这样的顺序，不知道大侠对于这样的问题：理论与现实差距较大，加工和安装会影响到理论计算结果的情况，除了做样机，有没有应对的办法？