随着我国林业政策的调整和国家环保政策的加强，森林采伐对象发生了根本性的转变，采伐对象由过去的以天然林或天然次生林为主转变为以人工林为主，同时采伐的大径木减少、小径木居多，轻型集材绞盘机慢慢取代了以往的大、中型集材绞盘机。轻型集材绞盘机是依靠摩擦卷筒与钢索产生的摩擦力牵引钢索运行，以往摩擦卷筒采用结构钢作为材料，摩擦系数低、结构笨重。如何提高林业集材绞盘机摩擦卷筒产生的摩擦牵引力和减轻其重量是一个重要的课题。通过选用不同的材料作为摩擦卷筒的制作材料，可以改变摩擦卷筒与钢索产生的牵引力和自身重量；优化摩擦卷筒形状、尺寸可以减轻摩擦卷筒的重量。因此，对摩擦卷筒进行结构优化设计，是提高绞盘机集材作业效率和减轻设备重量的一项最重要内容。　　本文以轻型集材绞盘机摩擦卷筒为研究对象，分别对结构钢、丁晴橡胶和MC尼龙三种不同的摩擦卷筒材料进行摩擦磨损试验，根据试验分析结果计算其使用寿命，并应用有限元分析软件进行强度和刚度的验证，选出较优的组合材料摩擦卷筒；然后，通过有限元拓扑优化和尺寸优化，对摩擦卷筒进行了结构上的设计，具体研究内容及结果如下：　　针对“多功能轻型集材绞盘机系统开发”项目所设计的轻型集材绞盘机，对轻型绞盘机所需的摩擦牵引力进行了理论计算与分析；通过分析影响摩擦卷筒摩擦牵引力大小的主要因素，进而提出选择合适的摩擦副及对结构进行改进是提高摩擦卷筒牵引力的主要途径。　　通过MMS-2A微机控制摩擦磨损试验机对丁晴橡胶、MC尼龙、结构钢三种材料的摩擦卷筒模型进行摩擦磨损试验和分析，得出丁晴橡胶、MC尼龙、结构钢作为摩擦卷筒的材料其使用寿命分别为1.5年、3.5年、16年；在此基础上，结合各材料特点及摩擦卷筒使用要求，选择橡胶＋结构钢、橡胶＋尼龙和结构钢＋尼龙三种不同组合材料的摩擦卷筒，通过有限元分析软件对其进行强度和刚度验算，最终得出摩擦卷筒结构材料的最佳组合方案是：丁晴橡胶（轮缘）＋结构钢或结构钢（轮缘）＋MC尼龙，为摩擦卷筒在材料上的改进提供了参考依据。　　应用有限元拓扑优化，对丁晴橡胶（轮缘）＋结构钢摩擦卷筒轮毅部分进行结构上的设计，优化结果为轮辐结构，重量减轻了49.6%；在此基础上进一步对优化结构进行有限元仿真分析，表明优化结果满足性能要求，可为便捷式绞盘机摩擦卷筒的设计提供一定的借鉴意义。