左水平移動(dòng)時(shí)，在不考慮摩擦力的情況下，由于驅(qū)力角c的存在，其對(duì)2產(chǎn)生了合力g。g的作用線垂直于它們的接觸平面，與Y軸夾角為c’(c = c’)；其實(shí)I向左推動(dòng)2時(shí)，必然沿其接觸面產(chǎn)生摩擦力Fx。根據(jù)摩擦角的定義，當(dāng)摩擦力Fx最大時(shí)，其與力g的合力Q的作用線與g的夾角等于二者的摩擦角b ?’力Q將2推靠并傳力于3 ;力Q是三要素件傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的相互作用的總合力，與Y軸的夾角為b+c’，即I與2的摩擦角和驅(qū)力角之和。當(dāng)I與2的摩擦角和驅(qū)力角之和小于a時(shí)，三要素件自鎖一一即摩差自鎖。
[0042]其數(shù)學(xué)表達(dá)式可寫為:b+c’ < a或b+c < a (式一)
[0043]將b+c’即總合力Q的作用線與Y軸的夾角命名為摩差角；總合力Q命名為摩差力。
[0044]摩差力Q與驅(qū)動(dòng)力F及法向力G的關(guān)系式:(參見圖3)Q = F/sin(b+c) =G/tg(b+c) ο (式二)
[0045]摩差自鎖是摩差傳動(dòng)的基本形態(tài)之一。自鎖狀態(tài)下的摩差傳動(dòng)裝置能可靠的傳遞動(dòng)力。如在圖1(a)被所示狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)力F從I端向左輸入，件3便在自鎖狀態(tài)下向左運(yùn)動(dòng)輸出動(dòng)力；從件3端輸入動(dòng)力逆向傳動(dòng)，由件I向右輸出動(dòng)力；從件2向右輸入動(dòng)力，驅(qū)力件I與3同向輸出動(dòng)力。也就是說，三要素件的功能能根據(jù)動(dòng)力傳遞的路徑和方向的不同相互轉(zhuǎn)換。但件1、2與3逆自鎖方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，則實(shí)現(xiàn)自由滑動(dòng)即超越傳動(dòng)。這是摩差自鎖傳動(dòng)的一大特點(diǎn):定向自鎖。即不論動(dòng)力如何傳遞，只要?jiǎng)恿斎爰Ｖ箘?dòng)力輸入，摩差力立即消失，法向力G當(dāng)然同時(shí)消失，2、3間便因輸出件的慣性產(chǎn)生滑動(dòng)。因?yàn)?、3件間此時(shí)不會(huì)有任何額外的法向力產(chǎn)生，而1、2與3間的摩擦力僅取決于3的質(zhì)量，或者說是讓它們無間隙接觸的輕微推力，一般情況下可忽略不計(jì)。逆自鎖方向可定義為:解鎖方向。
[0046]摩差互鎖:在圖1 (a)所示的狀態(tài)下，附加于形成摩差自鎖的三要素件I側(cè)一個(gè)完全形同于3的目標(biāo)件“+I”如圖2所示。此時(shí)，“+I”與3只能水平方向運(yùn)動(dòng)，1、2相互隨動(dòng)。由圖可知1、2、3的摩差自鎖狀態(tài)完全等同于2、1、+1但鎖止方向相反。即兩個(gè)目標(biāo)件同時(shí)相互定向鎖止，形成摩差互鎖。此時(shí)+1與3能互為驅(qū)力件或目標(biāo)件逆向作超越傳動(dòng)；若由I向左輸入驅(qū)動(dòng)力F，所有構(gòu)件互鎖并向左對(duì)+1和3進(jìn)行同向的超越傳動(dòng)；若由2向右輸入驅(qū)動(dòng)力F，所有構(gòu)件互鎖并向右對(duì)+1和3進(jìn)行同向的超越傳動(dòng)；也就是說，摩差互鎖能雙向同時(shí)通過兩個(gè)目標(biāo)件傳遞動(dòng)力；若將摩差互鎖裝置設(shè)計(jì)為旋向傳動(dòng)形式，3、+1是兩個(gè)各自繞同一鉛垂軸心旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤的一部分，1、2是繞同一軸心旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)件，在1、2的推動(dòng)下，則能向兩個(gè)不同方向輸出動(dòng)力:3向上、+1向下輸出扭力。
[0047]摩差傳動(dòng)的基本形態(tài)之二:當(dāng):90° >b+c’ >a(式三)，且b+C’為某一定值時(shí)，三要素件間產(chǎn)生的法向力G也為一定值。如圖3所示:設(shè)輸入的驅(qū)動(dòng)力F = Fl = F2。當(dāng)摩差角為d+c’ 2時(shí)，對(duì)件3的最大正壓力為G2 ;當(dāng)摩差角為d+c’ I時(shí)，對(duì)件3的最大正壓力為Gl;當(dāng)摩差角d+c’ = a時(shí)，對(duì)件3的最大正壓力為G。已知b+c’彡a時(shí)，三要素件自鎖，不論驅(qū)動(dòng)力F任何變化G都會(huì)同比變化，保持平衡。理論上此時(shí)能傳遞無限大的動(dòng)力。但b+c’> 3時(shí)，三要素件不能自鎖，傳遞動(dòng)力的能力取決于2、3間摩擦力的大小。在材料、潤滑方式一定的情況下這一摩擦力的值完全取決于正壓力的值。而摩差傳動(dòng)方法只需確定b+c’為一合適定值便可獲得所需的正壓力值。
[0048]基于此狀態(tài)，能設(shè)計(jì)出任意需求的限載傳動(dòng)裝置。如圖4所示:設(shè)某傳動(dòng)系統(tǒng)傳力極限為F’ ；當(dāng)我們將三要素件對(duì)3產(chǎn)生的最大摩擦力設(shè)計(jì)為Fo時(shí)，可令b+c’ = d，90° > d> a時(shí)，法向力為Go，摩差力為Qo ;三要素件產(chǎn)生的最大摩擦力與系統(tǒng)傳力極限比例為Fo/F’ = Qo/Q = Go/Go當(dāng)載荷超過Fo時(shí)，2、3間打滑以保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)安全。
[0049]創(chuàng)造摩差條件的方法:摩差傳動(dòng)方法的核心是摩擦系數(shù)之差。創(chuàng)造合適的摩差條件的方法有多種。如:選擇不同的材料、特殊工藝減摩處理、采取不同的潤滑方式或摩擦方?ζ寺寺。
[0050]例如:采用石棉片與鋼作組合摩差件2。2的石棉片與3的摩擦系數(shù):μ = 0.4 ;2的鋼面與I的摩擦系數(shù):μ = 0.15。則:a = 21° 4屮；b = 8° 32r。按式一:b+c’< a。則 c’ 彡 a-b 彡 21° 48' -8。32 彡 13° 16'。即驅(qū)力角彡 13° 16'。
[0051]創(chuàng)造合適的摩差條件的原則是:使摩擦系數(shù)差值盡可能大。以便獲取較大的驅(qū)力角和效率。
[0052]因摩差傳動(dòng)方法應(yīng)用廣泛，不同應(yīng)用場(chǎng)合的三要素部件差異很大；且實(shí)際使用時(shí)，驅(qū)力件與目標(biāo)件可互換。為了便于對(duì)其結(jié)構(gòu)的理解和原理的闡述，設(shè)定當(dāng)前主動(dòng)件為驅(qū)力件I ;從動(dòng)件或被制動(dòng)件為目標(biāo)件3.
[0053]摩差組件2可是單體件，也可是組件?，F(xiàn)有例圖中最多三件:2-1—一接觸件I的部件；2_3——接觸件3的部件；2_2——中間件。
[0054]實(shí)施例一
[0055]如圖5所示的直線傳動(dòng)自鎖裝置，為工作常態(tài)型，用于直線傳動(dòng)，摩差三要素件包括驅(qū)力件、摩差件和目標(biāo)件，驅(qū)力件、摩差件和目標(biāo)件垂直于傳動(dòng)方向依次疊放且面接觸，驅(qū)力件與摩差件接觸面為斜面，驅(qū)力件采用組件形式，由驅(qū)力件主體和驅(qū)力件輔件構(gòu)成，本例中驅(qū)力件輔件采用壓蓋5結(jié)構(gòu)，固定在驅(qū)力件主體的一端，摩差件一端通過彈性保持件(彈簧4)與驅(qū)力件輔件壓蓋連接，摩差件與目標(biāo)件之間的摩擦系數(shù)大于摩差件與驅(qū)力件之間的摩擦系數(shù)I倍以上，且b+c < a，式中a是摩差件與目標(biāo)件之間的摩擦角，b是摩差件與驅(qū)力件之間的摩擦角，c是驅(qū)力角；
[0056]運(yùn)行時(shí)，驅(qū)力件主體接收外接動(dòng)力，摩差件2在彈簧4作用下，與目標(biāo)件3保持適度的接觸，驅(qū)動(dòng)件將外力傳遞給摩差件，摩差件將外力傳遞給目標(biāo)件，實(shí)現(xiàn)自上而下箭頭方向(逆驅(qū)力角方向)自鎖，而反向(順驅(qū)力角方向)無自鎖條件，則自由滑動(dòng)，其滑動(dòng)阻力僅為彈簧4輕推件2靠在件3上所產(chǎn)生的摩擦力，一般忽略不計(jì)。目標(biāo)件與外部需要?jiǎng)恿Φ募佑|，實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)。解除自鎖時(shí)，用解鎖器8推動(dòng)摩差件壓縮彈簧而脫離與目標(biāo)件的接觸，解除自鎖傳動(dòng)。
[0057]實(shí)施例一所示的裝置，其與曲柄連桿機(jī)構(gòu)組合應(yīng)用時(shí)如圖6所示:電機(jī)B驅(qū)動(dòng)曲柄C旋轉(zhuǎn)，鉸接于曲柄和單向摩差自鎖傳動(dòng)裝置單元A的機(jī)架的連桿D，便推拉受一定約束的單向摩差自鎖傳動(dòng)裝置單元A作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)A順箭頭方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，便將目標(biāo)件3鎖住一起運(yùn)動(dòng)；回程時(shí)則脫鎖滑動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)單向間歇自鎖傳動(dòng)。此類傳動(dòng)系統(tǒng)中的摩差傳動(dòng)裝置，是不需任何操控而隨機(jī)自動(dòng)鎖止、釋放的核心裝置。解鎖器8能推動(dòng)2件壓縮彈簧4，脫離與3件的接觸即解除工作狀態(tài)。該裝置也可視作直線超越離合器。
[0058]此裝置能與間歇、脈沖傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組合作直線傳動(dòng)，也能多件組合形成連續(xù)傳動(dòng)，用于超長規(guī)格件直線傳送。如圖7所示:電機(jī)B通過夾角為180度的曲柄，帶動(dòng)兩套摩差自鎖傳動(dòng)裝置單元；曲柄每轉(zhuǎn)一周，兩套裝置各完成一次輸送(也能更多組合使輸送接近勻速)。此類組合能用于一些型材的輸送。
[0059]實(shí)施例二
[0060]若將實(shí)施例一圖5所示的裝置，兩件組合為一送一鎖，能向任何方向作無限長件3的輸送，也能完成件3的舉升和降落。如圖8所示的千斤頂:其中采用兩組摩差三要素件串聯(lián)安裝進(jìn)行直線傳動(dòng)，每組摩差三要素件包括驅(qū)力件、摩差件和目標(biāo)件，驅(qū)力件、摩差件和目標(biāo)件垂直于傳動(dòng)方向依次疊放且面接觸，驅(qū)力件與摩差件接觸面為斜面，驅(qū)力件采用單件形式，位于上方的三要素件中的摩差件一端通過彈性保持件(彈簧4)與機(jī)體上端蓋連接；位于下方的三要素件中的摩差件上端與彈性平衡器9連接；摩差件與目標(biāo)件之間的摩擦系數(shù)大于摩差件與驅(qū)力件之間的摩擦系數(shù)I倍以上，且b+c < a式中a是摩差件與目標(biāo)件之間的摩擦角，b是摩差件與驅(qū)力件之間的摩差角，c是驅(qū)力角；
[0061]機(jī)座11內(nèi)順工作方向同心、定距安裝兩個(gè)稍作控制方面改動(dòng)的圖5所示的摩差自鎖裝置:在作升降動(dòng)作的下方裝置中，加裝了升降轉(zhuǎn)換凸輪12、解鎖平衡彈簧14、平衡彈簧總成15 ;在兩裝置中間設(shè)一可以隨需調(diào)整的彈性平衡器9等輔助件。舉升時(shí):彈性平衡器9和轉(zhuǎn)換凸輪12為關(guān)閉狀態(tài)，下方的自鎖裝置鎖住件3 (升降桿)、被壓動(dòng)的升降杠桿13將升降托架總成10驅(qū)動(dòng)向上；上方裝置在件3上行時(shí)為滑動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)下方裝置上升到限定位置后，換向下行時(shí)，上方裝置自動(dòng)鎖住件3，而下方裝置解鎖滑行至起始位置。如此重復(fù)，完成舉升。下降時(shí):彈性平衡器9和轉(zhuǎn)換凸輪12為打開狀態(tài)，此時(shí)下方裝置被凸輪12解鎖，當(dāng)杠桿13驅(qū)動(dòng)其上升時(shí)為滑動(dòng)狀態(tài)，但升至彈性平衡器9的設(shè)定工作點(diǎn)時(shí)，通過平衡彈簧總成又鎖住該裝置，使該裝置在升至頂點(diǎn)前，對(duì)件3進(jìn)行微量的舉升，以解除上方裝置的受力。同時(shí)，彈性平衡器9將上方裝置解鎖。此時(shí)在杠桿13的控制下使下方裝置下行至終點(diǎn)。此刻彈性平衡器9再將上方裝置并件3鎖住而凸輪12又將下方裝置解鎖。周而復(fù)始，完成下降。由于現(xiàn)有的機(jī)械式千斤頂多為螺旋傳動(dòng)，故摩擦損失很大。圖8所示的千斤頂之效率可高于其數(shù)倍。
[0062]實(shí)施例三
[0063]此類裝置還能制成各種形狀的拉伸夾具、吊具、牽引裝置。圖5所示的裝置能據(jù)需要制成矩形材夾具。圖9所示的是板材的拉伸夾具，采用摩差三要素件實(shí)現(xiàn)摩差傳動(dòng)方法，摩差三