摩差制动方法
阅读：829发布：2021-04-13
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1.摩差制动方法，其特征是：采用摩差三要素件进行机械制动，包括直线单向制动和双向制动；旋向单向制动和双向制动；摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件；摩差件通过弹性保持件和制动控制器与驱力件或者机架连接；驱力件固装于机架，摩差件浮装于驱力件；摩差件与目标件之间的摩擦系数大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上；
驱力件与摩差件间采取滑动或滚动摩擦方式；
当b+c≤a时，为本方法的摩差自锁制动即完全制动形态；
当：90°＞b+c＞a且b+c为某一定值时，为本方法的定比减速制动形态；
当90°＞b+c≥a且b+c在此范围随机调整时，为本方法的全程制动形态；
上述式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角；b是摩差件与驱力件之间的摩擦角；c是驱力角；b+c为摩差角。
2.根据权利要求1所述的摩差制动方法，其特征是：所述直线单向制动包括盘式制动时，制动方向为逆驱力角方向；驱力件、摩差件垂直于制动方向依次叠放安装于机架；机架固装于设备上，垂直于制动方向浮动；
目标件根据形状和结构需求采用矩形、盘式或外包式结构，采用矩形或盘式目标件时，目标件位于摩差件一侧与机架之间；采用外包式目标件时，外包式目标件则将两翼分别位于驱力件和摩差件两侧；驱力件与摩差件接触面为斜面，为常接触状态；摩差件与目标件接触面为平面；摩差件通过弹性保持件、控制器与机架连接，将其保持在预工作位置与目标件有一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。驱力件与摩差件间采取滑动或滚动摩擦方式。
3.根据权利要求1或2所述的摩差制动方法，其特征是：所述摩差件是单件或组件；所述驱力件是单件或组件；所述弹性保持件采用螺旋弹簧或片簧。
4.根据权利要求1或2所述的摩差制动方法，其特征是：所述直线双向制动包括盘式制动时，将两组垂直于制动方向依次叠放的驱力件、摩差件相对逆向安装于机架的两边，摩差件的平面相对；机架固装于设备或车辆上，垂直于制动方向浮动；目标件位于两摩差件之间；驱力件与摩差件接触面为斜面，为常接触状态；摩差件与目标件接触面为平面；一组摩差件通过弹性保持件、控制器与机架连接，另一组通过弹性保持件与机架连接，将各组件保持在预工作位置与目标件有一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。驱力件与摩差件间采取滑动或滚动摩擦方式。
5.根据权利要求1或2所述的摩差制动方法，其特征是：所述旋向制动时，除闸瓦式制动外，采取两组或多组摩差三要素件均布的结构形式；驱力件、摩差件和目标件垂直于制动切线方向依次套装；驱力件、摩差件固装于机架；当目标件为轴或轮时，目标件在内，驱力件在外；当目标件为鼓时，目标件在外，驱力件在内；驱力件与摩差件、摩差件与目标件的接触面为组成驱力角的曲面，驱力件与摩差件为常接触状态；摩差件通过弹性保持件、挡片、单向用拨叉、双向用制动凸轮与驱力件连接将其保持在预工作位置，与目标件保持一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。驱力件与摩差件间采取滑动或滚动摩擦方式。
6.根据权利要求1或2所述的摩差制动方法，其特征是：用于闸瓦式制动时，驱力件、摩差件垂直于制动切线方向依次安装，驱力件固装于机架，摩差件浮装于驱力件；此时的目标件为轴或轮；驱力件与摩差件、摩差件与目标件的接触面为组成驱力角的曲面，驱力件与摩差件为常接触状态；摩差件通过弹性保持件与驱力件连接将其保持在预工作位置，与目标件保持一定间隙；采取单组三要素件单控的方式，单组单向制动，两组双向制动；摩差件与目标件之间的摩擦系数大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。驱力件与摩差件间采取滑动或滚动摩擦方式。
7.根据权利要求1或2所述的摩差制动方法，其特征是：所述全程制动时，驱力件、摩差件垂直于制动方向依次安装，驱力件浮装于控制器的调控支座，能绕调控支座轴心旋转，两端与调控杆连接，以调控其驱力角的方向和角度；控制器固装于机架与驱力件、摩差件同一安装中线；摩差组件一、摩差组件三间的圆弧面与调控支座同心，当驱力件旋转时，该弧面同心滑动；驱力件与调控支座、摩差组件与驱力件、摩差组件一与三之间采取滑动或滚动摩擦方式；摩差件与目标件之间的摩擦系数大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上；以上所有部件均置于机架(制动钳)的一侧，连接于摩差组件三两端的弹性保持件将摩差组件、驱力件推靠于制动控制器的调控支座，并与目标件保持一定间隙的预工作位置；目标件的另一侧，安装一与机架随动的制动片；机架垂直于制动方向浮动。
8.根据权利要求1或2所述的摩差制动方法，其特征是：闸瓦式全程制动时，驱力件、摩差件垂直于制动方向依次安装，驱力件浮装于控制器的调控支座，能绕调控支座轴心旋转，两端与调控杆连接，以调控其驱力角的方向和角度；控制器固装于机架与驱力件、摩差件同一安装中线；摩差组件一、摩差组件三间的圆弧面与调控支座同心，当驱力件旋转时，该弧面同心滑动；驱力件与调控支座、摩差组件与驱力件、摩差组件1与3之间采取滑动或滚动摩擦方式；摩差件与目标件之间的摩擦系数大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上；连接于摩差组件3两端的弹簧、片簧将摩差组件、驱力件推靠于制动控制器的调控支座，并与目标件保持一定间隙的预工作位置。
9.根据权利要求1或2所述的摩差制动方法，其特征是：摩差制动装置组合应用，是将摩差三要素件的驱力件、摩差件按直线制动模式，预制为单向或双向摩差制动单元，并组合为适合一定规格和形状的目标件的多通、多位、多向自锁构件。这些构件都能与同规格的目标件随意套合、锁定；瞬间解锁调整或分离。
10.根据权利要求1或2所述的摩差制动方法，其特征是：所述旋向制动时，摩差件采用组件形式，摩差件使用弧面衡力法作为辅助方法，即以摩差组件一和摩差组件二之间弧面间的自由滑动来保证三要素件良好的贴合和受力均衡；
所述直线制动且三要素件的受力要求均匀时，摩差件采用组件形式，摩差件使用弧面衡力法作为辅助方法。
11.根据权利要求1或2所述的摩差制动方法，其特征是：本发明的辅助方法——加角速补法，即在制动器的机架与驱力件之间增加一个两倍于摩差角的加角件，使驱力件和摩差件在制动时，沿此件的斜角滑动，能快速消除间隙。
摩差制动方法
技术领域
[0001] 本发明属于机械传动或制动领域。
背景技术
[0002] 制动，即是运转中的机械设备、部件等停止现有运动的过程。电气制动与机械制动均为制动的方式，电气制动是通过与驱使设备运动的运转方式相反的电气连接方式从而使设备达到加速停止的效果；机械制动则是通过物理力学方式抑制设备的现有运动。
[0003] 优缺点比较：
[0004] 目前应用最广泛的是摩擦式的机械制动。但几乎所有的摩擦式的机械制动系统都要具备四个基本组成部分。1、供能装置：包括供给、调整制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。2、控制装置：包括产生制动动作和控制制动效果的部件。3、传动装置：包括将制动能量传输到制动器的各个部件。4、制动器：产生阻碍车辆或设备的运动或运动趋势的制动力的部件。即几乎所有的制动器的制动力，需要有机械、液压或气压动力系统提供制动能量，因此导致控制和传动装置也较复杂。
发明内容
[0005] 本发明的目的是克服上述不足问题，提供一种摩差制动方法，改变传统摩擦制动的方式方法，以实现不需要供能装置的摩擦式机械制动系统，使制动时能量损耗量最大限度降低，效率大幅提升，制动形式多样化。
[0006] 本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：摩差制动方法，采用摩差三要素件进行机械制动。摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件。
[0008] 当：90°＞b+c’＞a且b+c’为某一定值时：式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角；b是摩差件与驱力件之间的摩擦角；c是驱力角；b+c为摩差角；为本方法的定比减速制动形态。
[0009] 当90°＞b+c’≥a且b+c’在此范围随机调整时：式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角；b是摩差件与驱力件之间的摩擦角；c是驱力角；b+c为摩差角；为全程(调控) 制动形态。
[0010] 本方法能用于直线单向、双向、换向；旋向单向、双向制动和摩差制动装置的组合应用。
[0011] 用于直线单向制动(含盘式制动)时，制动方向为逆驱力角方向。驱力件、摩差件垂直于制动方向依次叠放安装于机架(制动钳)；机架固装于设备上，垂直于制动方向浮动；目标件根据形状和结构需求：矩形、盘式目标件位于摩差件一侧与机架之间；外包式目标件则将两翼分别位于驱力件、目标件两侧；驱力件与摩差件接触面为斜面，为常接触状态；摩差件与目标件接触面为平面；摩差件通过螺旋弹簧、片簧、控制器与机架连接，将其保持在预工作位置与目标件有一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。驱力件与摩差件间采取滑动或滚动摩擦方式。
[0012] 制动时，控制器释放，摩差件在弹簧作用下即刻消除间隙贴靠目标件，此时，摩差件与目标件的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件，进而使浮装的机架夹紧目标件，外包式目标件则为涨紧目标件，实施制动。解除制动时，控制器工作，推动摩差件压缩弹簧回位。
[0013] 用于直线双向制动(含盘式制动)时，将两组垂直于制动方向依次叠放的驱力件、摩差件相对逆向安装于机架(制动钳)的两边，摩差件的平面相对；机架固装于设备或车辆上，垂直于制动方向浮动；目标件位于两摩差件之间；驱力件与摩差件接触面为斜面，为常接触状态；摩差件与目标件接触面为平面；一组摩差件通过螺旋弹簧、片簧、控制器与机架连接，另一组通过螺旋弹簧、片簧与机架连接，将各组件保持在预工作位置与目标件有一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。驱力件与摩差件间采取滑动或滚动摩擦方式。
[0014] 制动时，控制器释放，摩差件在弹簧作用下即刻消除间隙贴靠目标件，此时，制动方向的摩差件与目标件的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件，相对的组件则与机架刚性连接，随浮装的机架夹紧目标件，实施制动。反向制动时，两组件的作用相反。若将两组件均安装控制器，能分向控制制动：只打开某一组件的控制器时，为该组制动方向制动，目标件能反方向自由滑动；两只控制器全打开时，双向制动；即能实现变方向的单向制动，也能同时双向制动的特殊需要。，控制器工作，推动摩差件压缩弹簧回位。
[0015] 用于旋向(圆柱面)制动时，除闸瓦式制动外，一般采取多组摩差三要素件均布的结 构形式；驱力件、摩差件和目标件垂直于制动切线方向依次套装；驱力件、摩差件固装于机架；当目标件为轴或轮时，目标件在内，驱力件在外；当目标件为鼓时，目标件在外，驱力件在内；驱力件与摩差件、摩差件与目标件的接触面为组成驱力角的曲面，驱力件与摩差件为常接触状态；摩差件通过螺旋弹簧、片簧、挡片、单向用拨叉、双向用制动凸轮与驱力件连接将其保持在预工作位置，与目标件则保持一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。驱力件与摩差件间采取滑动或滚动摩擦方式。
[0016] 制动时，拨叉或制动凸轮推动摩差组件克服弹簧阻力消除间隙与目标件接触，此时，制动方向的摩差件与目标件的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件，实施制动；当目标件为轴或轮时，为抱紧制动；当目标件为鼓时，为涨紧制动；解除制动时，拨叉或制动凸轮释放，摩差件在弹簧作用下回位。
[0017] 用于闸瓦式制动时，驱力件、摩差件垂直于制动切线方向依次安装，驱力件固装于机架，摩差件浮装于驱力件；此时的目标件为轴或轮；驱力件与摩差件、摩差件与目标件的接触面为组成驱力角的曲面，驱力件与摩差件为常接触状态；摩差件通过螺旋弹簧与驱力件连接将其保持在预工作位置，与目标件则保持一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。驱力件与摩差件间采取滑动或滚动摩擦方式。一般采取单组三要素件单控的方式，单组单向制动，两组双向制动；
[0018] 制动时，机架推动驱力件与摩差组件消除间隙与目标件接触，此时，制动方向的摩差件与目标件的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件，实施制动。解除制动时，机架回位，摩差件在弹簧作用下回位。
[0019] 以上制动形式，均能分别设计为：摩差自锁制动即完全制动(抱死)形态的制动器，即b+c≤a。式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角；b是摩差件与驱力件之间的摩擦角；c是驱力角；b+c为摩差角；或定比减速制动形态的制动器，即90°＞b+c’＞a且b+c’为某一定值。式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角；b是摩差件与驱力件之间的摩擦角；c是驱力角；b+c为摩差角。
[0020] 用于全程制动时，驱力件、摩差件垂直于制动方向依次安装，驱力件浮装于控制器的调控支座，能绕调控支座轴心旋转，两端与调控杆连接，以调控其驱力角的方向和角度；控制器固装于机架(制动钳)与驱力件、摩差件同一安装中线；摩差组件1、摩差组件3间的圆弧面与调控支座同心，当驱力件旋转时，该弧面同心滑动；驱力件与调控支座、摩 差组件与驱力件、摩差组件1与3之间采取滑动或滚动摩擦方式；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上；以上所有部件均置于机架(制动钳)的一侧，连接于摩差组件3两端的弹簧、片簧将摩差组件、驱力件推靠于制动控制器的调控支座，并与目标件(制动盘或导轨)保持一定间隙的预工作位置；目标件即机架(制动钳)的另一侧，安装一与机架随动的制动片；机架(制动钳)可垂直于制动方向浮动。
[0021] 制动时，制动控制器推动调控支座、驱力件、摩差组件克服片簧的弹力，消除与目标件的间隙，使双侧的制动片贴靠在件1上；此时调控杆将驱力角调控在最佳初始角度；随着制动需求的变化，在制动控制器作用下，驱力件绕调控支座轴心旋转以调整驱力角，摩差组件1、摩差组件3间的圆弧面同心滑动；使摩差角在预定范围内变化，即90°＞b+c’≥a且b+c’在此范围随机调整，式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角；b是摩差件与驱力件之间的摩擦角；c是驱力角；b+c为摩差角；制动方向的摩差件与目标件的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生随驱力角变化的摩差力并反作用于目标件，以获取随机需要的制动力，实施全程制动；调整驱力角的方向便能换向制动，解除制动时，制动控制器回位；弹簧、片簧推动摩差组件、驱力件回位。
[0022] 闸瓦式全程制动时，驱力件、摩差件垂直于制动方向依次安装，驱力件浮装于控制器的调控支座，能绕调控支座轴心旋转，两端与调控杆连接，以调控其驱力角的方向和角度；控制器固装于机架与驱力件、摩差件同一安装中线；摩差组件1、摩差组件3(闸瓦)间的圆弧面与调控支座同心，当驱力件旋转时，该弧面同心滑动；驱力件与调控支座、摩差组件与驱力件、摩差组件1与3之间采取滑动或滚动摩擦方式；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上；连接于摩差组件3两端的弹簧、片簧将摩差组件、驱力件推靠于制动控制器的调控支座，并与目标件保持一定间隙的预工作位置。
[0023] 制动时，制动控制器推动调控支座、驱力件、摩差组件克服片簧的弹力，消除与目标件的间隙，使摩差件(摩差件3为闸瓦)贴靠在件1上；此时调控杆将驱力角调控在最佳初始角度；随着制动需求的变化，在制动控制器作用下，驱力件绕调控支座轴心旋转以调整驱力角，摩差组件1、摩差组件3间的圆弧面同心滑动；使摩差角在预定范围内变化，即90°＞b+c’≥a且b+c’在此范围随机调整，式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角；b是摩差件与驱力件之间的摩擦角；c是驱力角；b+c为摩差角；制动方向的摩差件与目标 件的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生随驱力角变化的摩差力并反作用于目标件，以获取随机需要的制动力，实施全程制动；调整驱力角的方向便能换向制动，解除制动时，制动控制器回位；片簧推动摩差组件、驱力件回位。
[0024] 摩差制动装置组合应用，是将摩差三要素件的驱力件、摩差件按上述直线制动模式，预制为单向或双向摩差制动单元，并组合为适合一定规格和形状的目标件(一般为矩形或圆形)的多通、多位、多向自锁构件。这些构件都能与选定的目标件随意套合、锁定；瞬间解锁调整或分离；对于需经常调整、组合量很大的并经常拆装的棚架来说能大幅地提高效率；也能用于所有需要任意调整双向锁止位置的器械、机具设备：小到家具、灯具、体育器械，大到展架、货架、施工支架等等。
[0025] 本发明适用于完全(抱死)、定比减速、全程调控的直线制动和圆周制动，摩差制动包括直线单向制动器、直线双向制动器、直线双向分控制动器、盘式制动器、闸瓦式制动器、旋向单向轴制动器、旋向双向轴制动器、旋向单向鼓制动器、旋向双向鼓制动器、全程制动器和摩差制动装置组合应用等。
[0026] 本发明涉及自定义名词释义：摩差——不同物质间或物质在不同摩擦形式下的摩擦系数或摩擦角之差。摩差自锁——利用摩差形成的构件自锁。也就是具有合适驱力角的驱力件1和摩差件2及目标件3的组件间形成的自锁。驱力件——摩差制动过程中，具有驱力角驱使摩差力产生的的部件。摩差件——位于驱力件、目标件之间，两个工作面的摩擦系数有足够大差别的部件，它即可为单体件也可为组合件。目标件——摩差制动过程中，被制动的部件。驱力角——驱力件和摩差件接触面与X轴的夹角b。摩差力——摩差制动过程中，自动生成的总合力Q。摩差角——总合力Q的作用线与Y轴的夹角b+c’。
[0027] 本发明的优点是：1、仅以被制动件——目标件本身的动力便自动生成制动力，节能效果显著。2、因不需要动力装置，致制动系统结构简单。3、适合单点自控，提高制动精度。4、应用范围广泛，适用于完全(抱死)、定比减速、全程调控的直线制动和圆周制动，以及多种组合应用。
附图说明
附图说明
[0028] 图1是本发明三要素件结构示意图；(a)是直线摩差传动的示意图；(b)是绕O点作旋转运动的摩差传动的示意图。
[0029] 图2是本发明第二种基本形态示意图。
[0030] 图3是本发明定比减速制动示意图。
[0031] 图4是本发明第三种基本形态示意图。
[0032] 图5是本发明的摩差式直线单向制动器示意图。
[0033] 图6是本发明的目标件外包式的摩差式直线单向制动器示意图。
[0034] 图7是本发明的能分向控制的摩差式直线双向制动器示意图。
[0035] 图8是本发明的摩差式直线双向制动器示意图。
[0036] 图9是本发明的摩差制动装置组合应用示意图；(a)是直通单向构件的示意图；(b)是直通双向构件示意图；(c)是三通单、双向构件示意图；(d)是两通单向构件示意图；
(e)是四通单、双向构件示意图；(f)为(e)的俯视图；(g)是四通全双向构件示意图；(h)为(g)的俯视图。
(e)是四通单、双向构件示意图；(f)为(e)的俯视图；(g)是四通全双向构件示意图；(h)为(g)的俯视图。
[0037] 图10是本发明的摩差式单向轴制动器示意图。
[0038] 图11是本发明的摩差式双向轴制动器示意图。
[0039] 图12是本发明的摩差式单向鼓制动器示意图。
[0040] 图13是本发明的摩差式双向鼓制动器示意图。
[0041] 图14是本发明的摩差式闸瓦制动器示意图。
[0042] 图15是本发明的摩差式全程制动器示意图。
[0043] 图16是本发明的摩差式闸瓦全程制动器示意图。
[0044] 图17是本发明的辅助方法——弧面衡力法示意图。
[0045] 图18是本发明的辅助方法——加角速补法示意图。
[0046] 图中：1——驱力件；2——摩差组件；2-1——摩差组件一；2-2——摩差组件二；2-3——摩差组件三；3——目标件；4——螺旋弹簧；5——片簧；6——弹簧座；7——控制器；8——机架(制动钳)；9——拨叉；10——制动凸轮；11——挡片；12——摩擦片；
13——调控杆；14——调控支座；15——加角件；A1——单向摩差制动单元；A2——双向摩差制动单元。
13——调控杆；14——调控支座；15——加角件；A1——单向摩差制动单元；A2——双向摩差制动单元。
[0047] 摩差组件2可是单体件，也可是组件。现有例图未显示滚动摩擦形式，只显示两件：2-1——接触件1的部件；2-3——接触件3的部件；2-2——中间件未显示。
具体实施方式
[0048] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明并不局限于具体实 施例。
[0049] 三要素件的基本形态和基本关系：图1所示的是本发明三要素件的基本结构：图1(a)是直线摩差传动的示意图。件1、2、3分别表示垂直于传动方向、依次叠放的三个面接触构件——三要素件；分别称1、2、3为：驱力件、摩差件(与件3的摩擦系数一般大于与件
1的摩擦系数1倍以上)、目标件。2与3的摩擦角为a，接触平面与传力方向平行；1与2的摩擦角为b，它们的接触平面与X轴的夹角即驱力角为c；图1(b)是绕O点作旋转运动的摩差传动的示意图：三要素件垂直于传动切线方向、依次叠放，接触面为弧面；旋转运动时，三要素件的基本关系与图1(a)一致：2、3的接触弧面为同心弧面，传力的方向与运动方向的切向平行；1、2间接触弧面的法线与2、3间接触弧面的法线夹角c’＝C。那么，我们只以图1(a)便可说明摩差传动的原理，进而理解摩差制动的原理。
1的摩擦系数1倍以上)、目标件。2与3的摩擦角为a，接触平面与传力方向平行；1与2的摩擦角为b，它们的接触平面与X轴的夹角即驱力角为c；图1(b)是绕O点作旋转运动的摩差传动的示意图：三要素件垂直于传动切线方向、依次叠放，接触面为弧面；旋转运动时，三要素件的基本关系与图1(a)一致：2、3的接触弧面为同心弧面，传力的方向与运动方向的切向平行；1、2间接触弧面的法线与2、3间接触弧面的法线夹角c’＝C。那么，我们只以图1(a)便可说明摩差传动的原理，进而理解摩差制动的原理。
[0050] 设：件1、2、3的静态接触强度为无间隙、但2、3间可轻松滑动；1、3只能水平方向运动；1、2相互随动。当在驱动力F作用下1向左水平移动时，在不考虑摩擦力的情况下，由于驱力角c的存在，其对2产生了合力g。g的作用线垂直于它们的接触平面，与Y轴夹角为c’(c＝c’)；其实1向左推动2时，必然沿其接触面产生摩擦力Fx。根据摩擦角的定义，当摩擦力Fx最大时，其与力g的合力Q的作用线与g的夹角等于二者的摩擦角b；力Q将2推靠并传力于3；力Q是三要素件传动时产生的相互作用的总合力，与Y轴的夹角为b+c’，即1与2的摩擦角和驱力角之和。当1与2的摩擦角和驱力角之和小于a时，三要素件自锁——即摩差自锁。
[0051] 其数学表达式可写为：b+c’≤a或b+c≤a (式一)
[0052] 将b+c’即总合力Q的作用线与Y轴的夹角命名为摩差角；总合力Q命名为摩差力。
[0053] 摩差力Q与驱动力F及法向力G的关系式：(参见图2)Q＝F/sin(b+c)＝G/tg(b+c)。(式二)
[0054] 摩差制动的原理：摩差传动与摩差制动的区别仅在于三要素件的状态转换——如果图1中的件3与2具有一定的间隙，3是一个向右的运动部件，件1、2是其运动方向上的固定部件时，只要消除它们的间隙让它们完全接触而呈图1状态，2、3间产生的摩擦力由2传动给1，同时产生反力F，三要素件立刻自锁，以实施瞬间的完全制动。(注：摩差力的生成，完全是组件间结构导致其“内生”——即自动生成的。并且只有在传递动力或制动时才发生——力随需生。)
[0055] 摩差自锁是摩差制动的基本形态之一。
[0056] 摩差制动的基本形态之二：当：90°＞b+c’＞a(式三)，且b+c’为某一定值时，三要素件间产生的法向力G也为一定值。如图2所示：设制动时最大摩擦力F＝F1＝F2。当摩差角为d+c’2时，对件3的最大正压力为G2；当摩差角为d+c’1时，对件3的最大正压力为G1；当摩差角d+c’＝a时，对件3的最大正压力为G。已知b+c’≤a时，三要素件自锁，不论驱动力F任何变化G都会同比变化，保持平衡。但b+c’＞a时，三要素件不能自锁，制动力取决于G的大小。而摩差制动方法只需确定b+c’为一合适定值便可获得所需的正压力值。基于此状态，可以设计出任意需求的定比减速制动装置(即只靠自身结构产生的与总制动力成一定比例制动力的减速制动装置——如图3所示，设对件3的完全制动力(即最大摩擦力)为F’，令b+c’＝d 90°＞d＞a时，完全制动所需的法向力为G，摩差力为Q。当我们将组件对件3产生的最大制动力设计为Fo时，法向力为Go，摩差力为Qo；该组件产生的制动力比例Fo/F’＝Qo/Q＝Go/G。制动时，件3在摩擦力Fo的作用下开始减速直至静止。
[0057] 摩差制动的基本形态之三：当：90°＞b+c’≥a(式四)，且b+c’在此范围随机调整时，便可实现优越的全程制动——只通过对b+c’的调整即能随意控制制动力在0至最大值(抱死)间变化，而无需施加其它制动力的情况下，来满足制动全过程的需求。参见图4：F为件2、3间接触时产生的摩擦力，并设为定值；如完成对其制动全过程所要求的法向力G的变化范围为G1---Gn。我们只需要将摩差角b+c’从b+c’1至b+c’n之间任意调整即能达到(当然，制动过程实际上是动态的，所需制动力是随机变化的。但借此静态的力的关系图，能更简捷的说明摩差角与决定制动力大小的法向力的变化关系，)。调整b+c’值须用摩差制动方法的辅助方法之一——同心弧面调整法。参见图15：件1的定位弧面、2-1、2-3的弧面均同心于14的O点。以保证b+c’的随意调整。
[0058] 创造摩差条件的方法
[0059] 摩差制动方法的核心是摩擦系数之差。创造合适的摩差条件的方法有多种。如：选择不同的材料、特殊工艺减摩处理、采取不同的润滑方式或摩擦方式等等。
[0060] 例如：采用石棉片与钢作组合摩差件2。2的石棉片与3的摩擦系数：μ＝0.4；2的钢面与1的摩擦系数：μ＝0.15。则：a＝21°48′；b＝8°32′。按式一：b+c’≤a。则c’≤a-b≤21°48′-8°32≤13°16′。即驱力角≤13°16′即可。
[0061] 创造合适的摩差条件的原则是：使摩擦系数差值尽可能大。以便获取较大的驱力角和效率。
[0062] 实施例一
[0063] 图5是本发明摩差式直线单向制动器的示意图：制动方向为逆驱力角方向；摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件；驱力件、摩差件垂直于制动方向依次安装于机架(制动钳)内；机架固装于设备上，垂直于制动方向浮动；目标件位于摩差件一侧与机架之间；驱力件与摩差件接触面为斜面，为常接触状态；摩差件与目标件接触面为平面；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上；b+c≤a或90°＞b+c＞a且为某一定值；式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角，b是摩差件与驱动件之间的摩擦角，c是驱力角；弹簧4、片簧5和控制器7将摩差件2(制动片)保持在预工作位置，使其与目标件3(导轨、制动盘等)具有适当间隙，以保证2、3件相对运动无摩擦；箭头表示运动方向。
[0064] 制动时：控制器7释放，件2在弹簧4作用下即刻贴靠件3，与此同时，2、3件间的摩擦力通过件传2递于件1，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件3，进而使浮装的机架夹紧目标件，实施制动。解除制动时，控制器工作，推动摩差件压缩弹簧回位。
[0065] 这种制动器特别适合用于各种举升设备防坠落(保险)装置，它能设计为完全制动，也能设计为定比减速制动形式，以瞬间完全制动或减速制动，避免强烈震动。
[0066] 实施例二
[0067] 图6是件3(导轨)外包式的摩差式直线单向制动器的示意图：制动方向为逆驱力角方向；摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件；驱力件固装于机架(未画出)，摩差件贴靠驱力件安装；机架固装于设备上，垂直于制动方向浮动；目标件的两翼位于驱力件、摩差件两侧；驱力件与摩差件接触面为斜面，为常接触状态；驱力件、摩差件与目标件接触面为平面；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上；b+c≤a或90°＞b+c＞a且为某一定值；式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角，b是摩差件与驱动件之间的摩擦角，c是驱力角；弹簧4、弹簧座6和控制器7将摩差件2保持在预工作位置，使其与目标件3具有适当间隙，以保证2、3件相对运动无摩擦；箭头表示运动方向。
[0068] 制动时，控制器7释放，弹簧4推动件2贴靠件3并消除了件1与件3的间隙，与此同时，2、3件间的摩擦力通过件传2递于件1，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件3，进而使浮装的机架涨紧目标件，实施制动。解除制动时，控制器工作，推 动摩差件压缩弹簧回位。
[0069] 实施例三
[0070] 图7是本发明能分向控制的摩差式直线双向制动器示意图：它等于将实施例一图5所示的两个单向摩差自锁装置相对、逆向组合；机架(制动钳)8垂直于制动方向浮动；通过各自的控制器7控制能实现三种工况：1)单侧工作时，动作过程同实施例一图5所示，此时另侧摩差件2被机架刚性约束，从而夹紧目标件；反向运动时工作侧的件2呈脱锁滑动状态，另一侧的件2则被控制器7限制而不会产生动作——此为单向制动工况。2)两侧同时工作——两个控制器7都释放时，双向皆为制动状态，即双向制动工况。3)两侧控制器7分别按需交替工作，则形成了换向制动工况。
[0071] 实施例四
[0072] 图8是本发明摩差式直线双向制动器示意图：基本结构同图7，但它只需一个控制器便可实现双向制动；另一侧控制器的位置，换用一弹簧与其他弹性保持件将摩差件保持在预工作位置。
[0073] 制动时，控制器7释放，两侧摩差件2夹紧目标件3时，因另侧的件2没有控制器自锁方向只有保持弹簧，另侧就自然形成反向制动(箭头表示各侧的锁止方向)，而控制器侧的件2则在机架8限位状态下，不能产生反向滑动，遂轻易完成双向制动。解除制动时，控制器工作，推动摩差件压缩弹簧回位。
[0074] 以上形式制动器略作形状改动便能直接用于盘式制动装置。也能制成各种类型的结构件，用于所有可以任意调整双向锁止位置的器械、机具设备：小到家具、灯具、体育器械，大到展架、货架、建筑施工支架等等。
[0075] 实施例五
[0076] 图9是本发明的摩差制动装置组合应用示意图：如将图5、图8两种制动器的制动形式整合，预制为单向或双向摩差制动单元，并组合为适合一定规格和形状的目标件(一般为矩形或圆形)的多通、多位、多向自锁构件。如图9所示：图中双点划线处表示目标件3；各种矩形图表示不同功能组合、不同形状的结构件；A1为单向摩差制动单元，A2为双向摩差制动单元；(a)是直通单向构件的示意图；(b)是直通双向构件示意图；(c)是三通单、双向构件示意图；(d)是两通单向构件示意图；(e)是四通单、双向构件示意图；(f)为(e)的俯视图；(g)是四通全双向构件示意图；(h)为(g)的俯视图。这些构件都可与件3快捷的套合、锁定、解锁调整或分离。对于需经常调整、组合量很大的并经常拆装的棚架 来说可大幅地提高效率。
[0077] 实施例六
[0078] 图10是本发明的摩差式单向轴制动器示意图：本例采取三组摩差三要素件均布的结构形式；制动方向为逆驱力角方向；摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件，驱力件、摩差件和目标件垂直于制动切线方向依次套装；驱力件与摩差件接触面为弧面，摩差件为组件，驱力件采用单件形式，如图：驱力件内三处均布开设有凹槽，凹槽底面为内凸轮面，与目标件柱面形成合适的驱力角；驱力件固装于机架，摩差件浮装于驱力件；目标件为轴或轮；驱力件与摩差件为常接触状态；摩差件通过螺旋弹簧、拨叉与驱力件连接将其保持在预工作位置，与目标件则保持一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。b+c≤a或90°＞b+c＞a且为某一定值；式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角，b是摩差件与驱力件之间的摩擦角，c是驱力角；
[0079] 制动时，拨叉9推动摩差组件2克服弹簧阻力消除间隙与目标件3接触，摩差件2与目标件3的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件，实施抱紧制动；解除制动时，拨叉释放，摩差件在弹簧作用下回位。
[0080] 实施例七
[0081] 图11是本发明的摩差式双向轴制动器示意图：本例采取四组摩差三要素件、a-a，b-b两组同向相对，相互逆向的结构形式；摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件，驱力件、摩差件和目标件垂直于制动切线方向依次套装；驱力件与摩差件接触面为弧面，摩差件为组件，驱力件采用单件形式，如图：驱力件内四处开设有驱力角相对同向、相互逆向的凹槽，凹槽底面为内凸轮面，与目标件柱面形成合适的驱力角；驱力件固装于机架，摩差件浮装于驱力件；目标件为轴或轮；驱力件与摩差件为常接触状态；摩差件通过螺旋弹簧、制动凸轮与驱力件连接将其保持在预工作位置，与目标件则保持一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。b+c≤a或90°＞b+c＞a且为某一定值；式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角，b是摩差件与驱力件之间的摩擦角，c是驱力角；
[0082] 制动时，制动凸轮10将相应的摩差组件2推靠于件3，摩差件2与目标件3的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件，实施抱紧制动；a向旋转制动时，a-a组件对件3实施摩差制动，b-b组件不动；b向旋转制动时，b-b组件实施摩差制动，a-a组件不动。制动解除时，凸轮10释放，摩差件在弹簧作用下 回位。
[0083] 实施例八
[0084] 图12是本发明的摩差式单向鼓制动器示意图：本例采取三组摩差三要素件均布的结构形式；制动方向为逆驱力角方向；摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件，驱力件、摩差件和目标件垂直于制动切线方向依次套装；驱力件与摩差件接触面为弧面，摩差件为组件，驱力件采用单件形式，如图：驱力件三处均布凸轮面，与目标件柱面形成合适的驱力角；驱力件固装于机架，摩差件浮装于驱力件；目标件为制动鼓；驱力件与摩差件为常接触状态；摩差件通过螺旋弹簧、拨叉与驱力件连接将其保持在预工作位置，与目标件则保持一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。b+c≤a或90°＞b+c＞a且为某一定值；式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角，b是摩差件与驱力件之间的摩擦角，c是驱力角；
[0085] 制动时，拨叉9推动摩差组件2克服弹簧阻力消除间隙与目标件3接触，摩差件2与目标件3的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件，实施涨紧制动；解除制动时，拨叉释放，摩差件在弹簧作用下回位。
[0086] 实施例九
[0087] 图13是本发明的摩差式双向鼓制动器示意图。本例采取四组摩差三要素件、a-a，b-b两组同向相对，相互逆向的结构形式；摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件，驱力件、摩差件和目标件垂直于制动切线方向依次套装；驱力件与摩差件接触面为弧面，摩差件为组件，驱力件采用单件形式，如图：驱力件为驱力角相对同向、相互逆向的凸轮面，与目标件柱面形成合适的驱力角；驱力件固装于机架，摩差件浮装于驱力件；目标件为制动鼓；驱力件与摩差件为常接触状态；摩差件通过螺旋弹簧、挡片、制动凸轮与驱力件连接将其保持在预工作位置，与目标件则保持一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。b+c≤a或90°＞b+c＞a且为某一定值；式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角，b是摩差件与驱力件之间的摩擦角，c是驱力角；
[0088] 制动时，制动凸轮10将相应的摩差组件2推靠于件3，摩差件2与目标件3的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件，实施涨紧制动；a向旋转制动时，a-a组件对件3实施摩差制动，b-b组件不动；b向旋转制动时，b-b组件实施摩差制动，a-a组件不动。制动解除时，凸轮10释放，摩差件在弹簧作用下 回位。
[0089] 实施例十
[0090] 图14是本发明的摩差式闸瓦制动器示意图：本例采取单组三要素件单控的方式，单组单向制动，两组双向制动；摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件，驱力件、摩差件垂直于制动切线方向依次安装，驱力件固装于机架，摩差件浮装于驱力件；此时的目标件为轴或轮；驱力件与摩差件、摩差件与目标件的接触面为组成驱力角的曲面，驱力件与摩差件为常接触状态；摩差件通过螺旋弹簧与驱力件连接将其保持在预工作位置，与目标件则保持一定间隙；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上。b+c≤a或90°＞b+c＞a且为某一定值；式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角，b是摩差件与驱力件之间的摩擦角，c是驱力角。
[0091] 制动时，机架8推动驱力件1与摩差组件2消除间隙与目标件接触，此时，制动方向的摩差件与目标件的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生摩差力并沿摩差角斜边方向反作用于目标件，实施摩差制动。解除制动时，机架回位，摩差件在弹簧作用下回位。
[0092] 实施例十一
[0093] 图15是本发明的摩差式全程制动器示意图：摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件，驱力件、摩差件垂直于制动方向依次列装，驱力件浮装于控制器的调控支座，能绕调控支座轴心旋转，两端与调控杆连接，以调控其驱力角的方向和角度；控制器固装于机架(制动钳)与驱力件、摩差件同一安装中线；摩差组件1、摩差组件3间的圆弧面与调控支座同心，当驱力件旋转时，该弧面同心滑动；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上；以上所有部件均置于机架(制动钳)的一侧，连接于摩差组件3两端的弹簧、片簧将摩差组件、驱力件推靠于制动控制器的调控支座，并与目标件(制动盘或导轨)保持一定间隙的预工作位置；目标件即机架(制动钳)的另一侧，安装一与机架随动的制动片；机架(制动钳)可垂直于制动方向浮动；
[0094] 制动时，制动控制器7推动调控支座14、驱力件1、摩差组件2克服片簧5的弹力消除件2与目标件3的间隙，使摩差组件与摩擦片12均贴靠在件1上；此时调控杆13将驱力角调控在最佳初始角度；随着制动需求的变化，在制动控制器7作用下，驱力件1绕调控支座14轴心旋转以调整驱力角，摩差组件1、摩差组件3间的圆弧面同心滑动；使摩差角在预定范围内变化，即90°＞b+c’≥a且b+c’在此范围随机调整，式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角；b是摩差件与驱力件之间的摩擦角；c是驱力角；b+c为摩差角； 制动方向的摩差件与目标件的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生随驱力角变化的摩差力并反作用于目标件，以获取随机需要的夹紧制动力，实施全程制动；调整驱力角的方向便能换向制动，解除制动时，制动控制器回位；弹簧、片簧推动摩差组件、驱力件回位。
[0095] 实施例十二
[0096] 图16是本发明的摩差式闸瓦全程制动器示意图：摩差三要素件包括驱力件、摩差件和目标件，驱力件、摩差件垂直于制动方向依次列装，驱力件浮装于控制器的调控支座，能绕调控支座轴心旋转，两端与调控杆连接，以调控其驱力角的方向和角度；控制器固装于机架与驱力件、摩差件同一安装中线；摩差组件1、摩差组件3(闸瓦)间的圆弧面与调控支座同心，当驱力件旋转时，该弧面同心滑动；摩差件与目标件之间的摩擦系数一般要大于摩差件与驱力件之间的摩擦系数1倍以上；连接于摩差组件3两端的弹簧、片簧将摩差组件、驱力件推靠于制动控制器的调控支座，并与目标件保持一定间隙的预工作位置。
[0097] 制动时，制动控制器7推动调控支座14、驱力件1、摩差组件2克服弹簧4的弹力，消除与目标件的间隙，使摩差件(摩差组件3为闸瓦)贴靠在件1上；此时调控杆13将驱力角调控在最佳初始角度；随着制动需求的变化，在制动控制器7作用下，驱力件绕调控支座轴心旋转以调整驱力角，摩差组件1、摩差组件3间的圆弧面同心滑动；使摩差角在预定范围内变化，即90°＞b+c’≥a且b+c’在此范围随机调整，式中a是摩差件与目标件之间的摩擦角；b是摩差件与驱力件之间的摩擦角；c是驱力角；b+c为摩差角；制动方向的摩差件与目标件的摩擦力通过摩差件传递于驱力件，从而产生随驱力角变化的摩差力并反作用于目标件，以获取随机需要的制动力，实施全程制动；调整驱力角的方向便能换向制动，解除制动时，制动控制器回位；片簧推动摩差组件、驱力件回位。
[0098] 实施例十三
[0099] 图17是本发明的辅助方法——弧面衡力法示意图：本辅助方法为本发明在旋向制动装置中必用的方法。对于摩差组件2与目标件3接触面的受力均匀度要求高或在制动过程中产生受力异变的直线传动装置中也需用。如图示的摩差式鼓制动器的三要素件，它的摩差组件有半月形的2-1件和鞍形的2-3件。两件间的圆弧面结构使组件呈衡力状态。本辅助方法原理是：当三要素件贴合制动时，其曲面相对于件1呈双点划线位置所示的运动趋势，而不是与件1曲面的各对应点等距运动。因此势必导致件2-3与件3接触面受力异变不均。但利用弧面衡力法时，件2-1会沿件2-3圆弧面滑移来符合件3位移而保证两曲面良好的 贴合并均匀受力。
[0100] 实施例十四
[0101] 图18是本发明的辅助方法——加角速补法示意图：由于某些摩差制动装置受材料限制不能获得较大的驱力角，或预工作位置间隙较大而需要足够的补偿量及在足够小的行程内消除间隙。加角速补法可简便易行地解决这一问题，而不需增加其它装置。如图所示：该方法是在摩差式制动器的机架(制动钳)8和驱力件1中间增加了两倍于摩差角角的加角件15。当控制器7释放时，弹簧4推动件1、摩差组件2-1、2-3顺加角件15的斜角滑动，迅速消除与件3间隙。
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