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购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 科毕业设计（论文） 题 目 制动器设计 姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院电气工程学院 二一六年四月 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 I 摘 要 制动器是用于机构或机器减速或使其停止的制动装置。有时也用作调节或限制机构或机器运动速度。它是保证机构或机器安全工作的重要部件 。 本次毕业设计选择的型号是外抱式制动器里的 主要用于起重、运输、冶金、矿山、港口建设等机械驱动装置和减速停车制动。它具有制动平稳、无噪音、寿命长、体积小、重量轻、维修方便等优点。制动衬垫为卡装饰整体型结构，更换方便、快捷。制动器工作过程：当推动器的电机通电时，电动机带动转轴上的叶轮旋转，在油路中产生压力，此压力将油由活塞上部吸到活塞的下部，活塞上下的液压油产生一个压力差。此压力差迫使活塞和固定在其上的活塞推杆迅速上升，当活塞开到顶端位置时，活塞下部保持恒定的压力，此过程通过杠杆作用，压缩主弹 簧产生力矩，把制动瓦打开（松闸）；当断电时，叶轮停止转动。活塞在制动弹簧回复力及本身质量作用下，迅速下降，迫使油通过油导向器，重新流入活塞上部。这时仍通过杠杆作用，把制动瓦合拢（抱闸），便达到制动的目的。 螺旋弹簧的校核运用了有限元法，这样可以缩短设计周期，也有利于查找变形的截面。 关键词 : 制动器 制动臂 杠杆 拉杆 有限元分析 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 he is in or or to It is as a or or It is to or of is WZ It is It a no is to of in to of of to a on is at of to a to ; is in of is , to of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 录 1 绪 论 . 1 动器设计的意义 . 1 动器研究的现状 . 2 动设计应达到目标 . 2 动系统设计要求 . 2 2 制动器概述及分类 . 3 3 制动器的选择与设计 . 4 动器类型的选择 . 4 用制动器性能比较 . 4 4 制动器总体设计 . 6 计方案的分析与拟定 . 6 动器的工作原理 . 8 知参数 . 8 5 制动器的杠杆比计算 . 10 杆比的设计与计算中参数选择 . 10 闸（即推动器）行程的计算 . 11 闸摩擦副额定正压力的计算 . 11 动覆面的比压 q . 12 生额定力矩所需要的弹簧力： . 12 动弹簧附加压缩量 . 13 6 制动器主弹簧的设计与计算及校核 . 14 簧的设计计算与校核 . 14 簧的稳定性计算及强度校核 . 19 定性计算 . 19 劳强度验算 . 20 种情况下弹簧力所需推动器的推力 . 20 种情况下所需推动器推力 . 21 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 受力分析 . 22 制动器松闸时的受力分析 . 22 制动器抱闸时的受力分析 . 23 8 制动臂强度计算和校核 . 25 力分析 . 26 度计算 . 27 动臂刚度计算与校核 . 27 动臂上孔的挤压校核 . 29 9 销轴的 计算与校核 . 30 动心轴的计算和校核 . 30 底座连接销轴的计算和校核 . 31 动器和底座连接销轴的计算和校 核 . 33 10 推杆的计算及其稳定性校核 . 35 11 制动器使用条件和使用规范及维修 . 37 结 论 . 38 致谢 . 39 参考文献 . 40 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 1 1 绪 论 动器设计的意义 工程机械作为现代社会进步的重要标志，有许多保证其性能的大部件，制动系就是其中一个重要的大部件，它直接影响工程机械的安全性。随着社会的快速发展 和工程强度的日益增大，工程事故也不断增加。据有关资料介绍，在由于工程机械本身的问题而造成的事故中，制动系统故障引起的事故为总数的28%。可见，制动系统是保证工程安全的极为重要的一个系统。此外，制动系统的好坏还直接影响工程机械的施工速度和施工效率，其也是保证工程经济效益的重要因素。制动系统既可以使工作中的机械减速，又可保证停止后的工程机械能驻留原地不动。由此可见，制动系对于工程机械的安全性，停止的可靠性和工程经济效益起着重要的保证作用。 当今，随着社会经济不断发展，工程量以及工程强度的增加，对工程机械制动系的 工作可靠性要求显得日益重要。只有制动性能良好和制动系工作可靠的工程机械才能充分发挥出其强大的功能并保证施工的安全性。由此可见，制动系是工程机械非常重要的组成部分，从而对工程机械制动系的机构分析与设计计算也就显得非常重要了 随着工业技术的迅速发展，现代的机器为提高动力性、经济性、全性，以及减少废物污染保护环境，减少新产品设计周期，广泛的采用网络技术和虚拟模仿技术，且技术日益成熟。目前，工业发达国家在新生产的工业产品，已普遍采用了全自动化生产。 20世纪 70年代随着电子技术的进步、数字电子技术大规模集成电路的发展 和微机的应用，电子控制式的制动器日趋成熟，成本不断下降，并且体积小、重量轻、控制精度高，其安全效能十分显著。例如：上海汽车制动系统有限公司引进并合资生产的汽车防抱死制动系统（ 品已于1997年 2月顺利投产； 测控一体化制动控制系统（ 充满创意的电子控制式制动系统，奔驰公司将把它安装在未来的乘用车上。与奔驰公司创造的 脉相承，这种系统将成为提高汽车驾驶安全性的一个新里程碑。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 2 动器研究的现状 工程机械在工作中要频繁 进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到人身安全，因此制动性能是工程机械非常重要的性能之一，改善工程机械的制动性能始终是工程机械设计制造和使用部门的重要任务。当工程机械制动时，由于其受到与之前相反的外力，所以才导致制动器发挥制动效果。对这一过程情况的分析有助于制动系统的分析和设计，因此制动过程受力情况分析是实验和设计的基础，由于这一过程较为复杂，因此一般在实际中只能建立简化模型分析。 动设计应达到目标 制动转矩 1800M ；退距 2 配推动器型号 ；电动机功率 330W； 操作频率 2000次 /h；重量 1。 动系统设计要求 提出制动系统的结构方案，确定相匹配的液压推动器及其推动杆，使制动性能更加稳定。对制动瓦的瓦衬部分采用半金属摩擦块材料并采用组装式安装，使其不仅散热性好、冲击强度大、摩擦性能稳定，并且由于采用组装式，科技克服铆接所带来的加工、安装、维修中的不便，同时又使其经济性和制造工艺性有所改善。制动臂采取弯形臂，并采用铸造成型，这样即保证了同芯的要求，又克服了直臂所造成的工作中转角过大、退居不均、结构尺寸不紧凑的特点 2。 校核部分采 用有限元方法，其与传统方法相比，可以减少设计成本、缩短设计和分析的循环周期、增加产品和工程的可靠性、查找事故原因。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 3 2 制动器概述及分类 制动器是用于机构或机器减速或使用其停止的自动装置。有时也用作调节或限制机构或机器的运动 速度。它是保证机构或机器正常安全工作的重要部件。 电力制动（再生制动、涡流制动、反接制动等）只能消耗、机构或机器的一部分动能，减小或限制其运动速度，不能使运动停止。机械制动器则具有减速、停止及支持等功能。 为了减小制动转矩，缩小制动器尺寸。通常将制动器装在机构的高速轴上，或装在 机构的高速轴上，或装在减速器的输入轴上。某些安全制动器则装在低速轴或卷筒轴上，以防止在传动机构中断轴时物品的坠落。特殊情况下也有将制动器装在其他轴上的。 按工作状态分，制动器可分为常闭式和常开式。常闭式制动器靠弹簧或重力的作用经常处于紧闸状态，而机构运行时，则用人力或松闸器制动器使制动器松闸。与此反常开式制动器经常处于松闸状态，只有施加外力时才能使其紧闸。 按照构造特征分，常用制动器分类如下： 摩擦式制动器（常开常闭式） 外抱块制动器 长行程块式，短行程块式制动器 内张蹄式制动器 双蹄式、多蹄式制动 器 带式制动器 简单带式、差动带式综合带式制动器、短行程带式制动器 盘式制动器 a 钳盘 固定钳式浮动钳式制动器 b 全盘 单盘式、多盘式载荷自制盘式制动器 c 锥盘 锥盘式载荷自制锥盘式制动器 非摩擦式制动器 磁粉式制动器（半摩擦式） 磁涡流式制动器 水涡流式制动器 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 4 3 制动器的选择与设计 动器类型的选择 要应用制动器的机构或机器的工作性质和条件 例如对于起重机械的起升和变幅机构都必须采用常闭式制动器。而对于车辆及起重机械的运行和旋转机构等，为了控制制动转矩的大 小以便准确停车，则多采用于常开式的制动器。 充分注意制动器的任务 例如支持物品用制动器的制动转矩必须有足够的裕度，即应保证一定的安全系数。对于安全性有高度要求的机构需装设双重制动器，如运送熔化金属的起升机构规定必须装设两个制动器，其中每一个制动器都能安全地支持铁水包而不致坠落。对于落重式制动器，则应考虑散热问题。它必须具有足够的散热面积，使其能将在制动时重物位能所产生的热量散去，以免过热损坏或失效。 考虑应用的场所。 如安装制动器的地点有足够的空间时，则可选用外抱式制动器空间受限 制处，则可采用内蹄式、带式、盘式制动器。 用制动器性能比较 动器特点及应用说明 构造简单可靠，散热好。瓦块有充分和较均匀的退距，调整间隙方便。对于直形制动臂，制动转矩大小与转向无关，制动轮轴不受弯曲作用力。但包角和制动转矩小，制动比带式制动器复杂，杠杆系统复杂外形尺寸大。应用较广，适于工作濒繁及空间较大的场合。 制动器特点及应用说明 两个内置的制动蹄在径向向外挤压制动鼓，产生制动转矩。机构紧凑，散热性好，密封容易。可用于安装空间受限制的场合，广泛用于轮式起重机，各种车辆 如汽车、拖拉机等的车轮中。 动器特点及应用说明 构造结构紧凑，包角大（可超过 2 ），制动转矩大。制动轮轴手较大的弯购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 5 曲作用力，制动带的比压和磨损不均匀。简单和差动带式制动器的制动转矩大小均与旋转方向有关。限制于应用范围，散热差。适于大型机器，要求结构紧凑的制动，如用于移动式起重机中。 式制动器的特点及应用说明 利用轴向压力使圆盘或圆锥形摩擦表面压紧，实行制动。制动轮轴不受弯曲，构造紧凑。有带式制动器比较磨损均匀，制动转矩大小与选择方向无关，制动封闭型式防尘防潮。摩擦面散热条件次于块式 和带式，温度教高。适于应用在紧凑性要求高的场合，如车辆的车轮和电动葫芦中。 荷自动盘式制动器的特点及应用说明 靠重自重在机构中产生的内力制动。它能保证重物在升降过程中平稳下降和安全悬吊，主要用于提升设备及起重机械的起升机构中。 粉制动器的特点及应用说明 主要利用磁粉磁化时所产生的剪力来制动。体积小，重量轻。激磁功率小且制动转矩与转动件的转速无关。然磁粉会引起零件磨损，使用于自动控制及各种机器的驱动系统中。 涡流制动器的特点及应用说明 紧固耐用，维修方便，调速范围大。 但低速时效率低，温升高，必须采取散热措施。常用于有垂直负载的机械中，（如起重机械的起升机构）吸收停车前的功能，以减轻停止式制动器的负载。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 6 4 制动器总体设计 计方案的分析与拟定 本次设计制动器的基本要求是：构造简单可靠，制动平稳。操纵灵活，散热性好，体积小，重量轻。根据此基本要求注重选择外抱式制动器，通常简称块式制动器。 外抱式制动器主要用于起重、运输、冶金、矿山、港口、建筑等机械驱动装置的机械制动。具有制动平稳、无噪音、寿命长、体积小、重量轻、维修方便等特点。 外抱式制动器的优点为：当制动臂 为直杆时，制动转矩大小与转向无关，制动时制动轮轴不受附加的弯曲作用力；但当制动臂为弯杆，制动时将使制动轴承受附加的弯曲作用力；其次是易于调整制动瓦块与制动轮间的退距，制动瓦块摩擦衬片磨损比较均匀。 根据以上基本要求和用途及其特点推荐两种设计方案以比较确定：第一种方案：传动装置简图 采用 动器与机架相匹配组成制动装置， 列推动器由驱动电动机购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 7 和器身两部分组成。电机为全封闭式的二级三相微型异步电动机具有出力大、体积小、重量轻、性能指标优异，使用安全可靠等优点。机架部 分由底座、制动臂、制动瓦、主弹簧、杠杆推杆、拉杆等部分组成。结构简单、价格便宜、制动力大。但由于液压缸密封性能较差，只限于倾斜 15左右的安装位置，传递推力的双推杆装置，在安装时位置精度不宜保证，且加工调试维修都不方便。制动臂加工时，同心度又不易保证且制动臂采用直臂造成工作时，转角过大，退距不均匀，且主弹簧的安装位置增大了整机的结构尺寸。制动瓦部分采用铆接式组装，使制动瓦衬在摩损后不宜更换。制动瓦衬采用石棉材料，其耐热性较差，热衰退现象严重，摩耗高，同时制动性能不稳定。又由于该方案的杠杆比单一。因此，制动力 矩的大小无法调整，这些都给实际生产中带来不便。 第二种方案： 采用 推动器由驱动电机和液压缸组成。电机和液压缸组成一体密封性能极好、具有使用寿命长、操作频率高的特点。安装相应辅助件能实现制动时间可调节，使制动性能更加平稳。液压系统的油腔密封采用双层密封圈，使密封性能大大提高。安装位置能做 90 的偏转。推动部分采用单推杆的形式，使加工安装维修有了大的改善。推杆采用先进的防护措施，可减少摩损和防腐蚀，使用于空气中腐蚀介质和相对温度高、购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 8 灰 尘大的场合。制动瓦部分的瓦衬采用半金属磨擦块材料，不刮伤制动轮表面切散热性能好，冲击强度高，摩擦系数大，摩擦性能稳定。安装采用组装式，克服了铆接所带来的加工、安装、维修中的不便，同时又使其经济性和制造工艺性有所改善。制动臂由原来的直臂改成弯形臂，并采用铸造成形，使零件加工时，保证了同心度的要求，且克服了直臂所造成的工作中转角过大、退距不均、结构尺寸不紧凑的缺点。杠杆部分杠杆比增多。可根据用户需要调节制动力矩的大小，主弹簧的安装位置由原来的横装改为纵装，使整机结构尺寸减小，并使传递动力系统结构简化。 综上所述 ，第二种方案较第一种方案优良，符合制动装置的基本要求。经分析确定方案（ 2）为本次设计的题目。 动器的工作原理 当推动器的电机通电时，电动机带动转轴上的叶轮旋转，在油路中产生压力，此压力将油又活塞上部吸到活塞的下部，活塞上下的液压油产生一个压力差。此压力差迫使活塞和固定在其上的活塞推杆迅速上升，当活塞开到顶端位置时，活塞下部保持恒定的压力，此时过程通过杠杆作用，压缩主弹簧产生力矩，把制动瓦打开（松闸）；当断电时，叶轮停止转动。活塞在制动弹簧回复力及本身质量作用下，迅速下降，迫使油通过油导向器，重新 流入活塞上部。这时仍通过杠杆作用，把制动瓦合拢（抱闸），便达到制动的目的。 知参数 查机械设计手册 4第二版 200 710制动器性能参数 选型号为 630/121，制动轮直径 630动转矩 1800 M；退距 2 配推动器型号 ； 电动机功率 330W；操作频率 2000 次 /h；重量 查机械设计手册 4第二版 第 41表：型号 30/121， D： 630 425 330 327 选装图外型尺寸： G： 450 f： 220 k： 400 I： 170 d： 27 n 5选 5 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 9 E 375选 375 M： 250 B 250 选 250 b 250选 245 T 240选 240 S 148选 148 1015 835 如下图： 动平稳，无噪声，寿命较长，重量轻，体积小，每小时可接 通由电 720 次，使用于运动和旋转机构，不应用于需快速制动的地方。 退距 E=2 D=4630 制动转矩 800 2800 N M 安装尺寸符合： 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 10 5 制动器的杠杆比计算 杆比的设计与计算中参数选择 试选 30 95 b=171 98 47 推动器至主制动轮的杠杆比 i= 232 h (5 式中 2h 从制动臂底端到制动瓦的距离 ,2h =330h 从制动瓦到制动臂末端的距离 ,3h =495mm e 从制动轮中芯到右螺栓的距离， e =400 mm b 制动瓦的宽度， b =150 1L , 2L ,e ,b 带入式 (3得 i 推动器至主弹簧的杠杆比 12式中 2g 从制动轮中芯到右螺栓的距离， 2g =447 1g 从制动轮中芯到左螺栓的距离， 1g =198 1g , 2g 带入式 （ 5得 1i = 弹簧至制动瓦的杠杆比 2 321 hh = 330 495330171198 中 2g 从制动轮中芯到左螺栓的距 离， e =198mm b 制动瓦的宽度， b =150 L 从制动瓦到制动臂末端的距离， 2L =495 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 11 1L 从制动臂底端到制动瓦的距离， 1L =330 闸（即推动器）行程的计算 闸行程的计算 由起重机设计手册式 2i= 中 退距， =i 推动器至制动轮的杠杆比， i =6 将 ， i 带入式 （ 3得 18h 松闸补偿行程的计算 假设制动瓦衬允许磨损到即开始进行补偿阶段，试取 =从安全考虑，一般取 由式 i=2所以 取 3式：为退距 松闸 装置到制动瓦间的效率 闸摩擦副额定正压力的计算 选取摩擦材料为半金属材料（以金属为填料高分子树脂为粘接剂构成的复合材料） 由起重机设计手册式 3. 压力 N= = 000)28001800( =（ N 式中 额定力矩 800mm u 摩擦系数 ,u =买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 12 D 制动轮直径 ,D=500 u ， D 带入式（ 3得 56003200 N 动覆面的比压 q 取制动瓦的宽度 B=250 制动覆面包容角的中心角一般取 =70 80 ，选取 =70 一个制动瓦的伏面弧长 L= 0360 式中 制动伏包容角的中芯角， = 070 D 制动轮直径， 630 ,D 带入式 （ 3得 L = 摩擦材料的许用比压 q= 由起重机设计手册式 q= q q= q 故许用比压满足要求 生额定力矩所需要的弹簧力： 2 0 7 2 中 额定力矩 ,800 D 制动轮直径， D =630i 主弹簧至制动轮的杠杆比 ,2i =3 u 摩擦系数， u =买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 13 工作行程系用系数， = D ,2i ， u ， 带入式（ 3得 F =1123 N 动弹簧附加压缩量 动器至最大行程时弹簧附加压缩量 h h = 11i =328 中 h 工作行程 , h =18 1h 补偿行程 ， 1h =57 1i 1i =2 将 h ， 1h ， 1i 带入式 （ 3得 h =38 偿压缩量 h 为使瓦衬磨损后，仍能保证额定力矩弹簧所附加的压缩量 h =11= 式中 松闸补偿行程 松闸器至弹簧的杠杆比 将 1h ， 1i 带入（ 3得 h =3.5 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 14 6 制动器主弹簧的设计与计算及校核 簧的设计计算与校核 弹簧按结构形状可分为圆柱螺旋弹簧，变径螺旋弹簧，弹簧多在变应力下工作，其应力不允许超过屈服极限，因此材料要求具有高的疲劳极限屈服极限和一定的冲击韧性。对热成型的大型弹簧要求材料具有良好的淬透性低的过热敏感性和不易脱碳性，热轧弹簧钢主要以圆钢扁钢和方钢等产品供应，其直径或厚度一般为 5 50用于制造大型弹簧。此类材料在制造弹簧时一般采用加热成型，然后经淬火回火 处理。冷轧弹簧钢主要以钢丝和钢带等材料供应。碳素弹簧钢丝多为淬火的冷拉钢丝，多用于制造小型弹簧，冷卷成型后，只需进行退火处理 6。 根据此制动器的要求，可选用圆柱螺旋弹簧，考虑到制动器的应用场合，可选用热轧弹簧钢，材料硬度应在 45 50度范围在 200，故符合条件的材料有四种： 55500选用 60根据所受冲击负荷次数，故选用类 6。 原始参数： 查机械设计手册 4第 2版 弹簧的工作行程 h =最小工作负荷 大工作负荷 3352N（估取） 材料： 根据用途及工作要求（机械设计手册 4第二版），选该弹簧材料： 60缩弹簧的 t=710 N/表 4 切变模量 G= 31079 性模量 E= 310206 （符合 表 4 由表 4=7 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 15 K = 4 （ 6 式中 C 弹性指数 将 C 带入式（ 6得 d d=t6 式中 最大工作载荷， 3352 N K 弹簧曲度系数 ,K = 弹性指数 ,C =7 t 许用切应力 , t =710 K ,C , t 带入式（ 6得 d 标准值 d=10 簧其他参数 直径 d=10由表 4 =565 本题目工作情况同表中数据一样为第 表 4 （ 6 式中 最大工作载荷， 3352 N 许用应力 , =565 t 许用切应力 , t =710 t , 带入式 (6得 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 16 2667N 查表 4640N 所以选 d=10 弹簧中径 D 为 80 弹簧的内径 1D 外径 2D ， 内径： 1 （ 6 外径： 2 式中 D 弹簧中径， D =80mm d 弹簧丝直径， d =10 D, (6得 1D =70D =90 弹簧所需的刚度 P P = F （ 6 式中 工作最大负荷， 3352N 工作最小负荷， 弹簧工作行程， 入式 （ 6得 P 要求刚度下的总压缩量 （ 6 式中 工作最大负荷， 3352 N P 弹簧要求的刚度， P =买后包含有 纸和说明书 ,咨询 动器的设计 17 将 P 带入式 (6得 效圈数 n n= 34（ 6 式中 刚度下的总压缩量， 剪切弹性模量， G =79000 d 弹簧丝直径
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