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JHMB 14 绞车 设计 CAD

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JHMB-14绞车的设计含6张CAD图,JHMB,14,绞车,设计,CAD

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中期汇报表学生姓名XX专 业XX学 号XX设计（论文）题目JHMB-14 绞车的设计毕业设计（论文）前期工作小结一、中期设计工作完成情况： 首先，在开题报告提交之后，开始搜寻并查阅大量余本课题相关的资料和文献，在何老师商量的交涉之后，开始根据已有的课题进行毕业设计的相关工作。我的题目是JHMB-14绞车的设计，采用一级蜗轮蜗杆和两级圆柱齿轮进行传动。查阅相关资料，整理资料熟悉现有的绞车在国内外的发展现状，同时掌握它们的工作原理； 通过卷筒的速度和卷筒上钢绳的拉力以及各个传动过程中的效率，计算该机械应该有的功率和速度，选择电动机的型号。二、存在的问及解决的措施：1，关于JHMB-14绞车的工作原理，性能参数的计算和一些数据的确定：解决方案;翻阅资料查询有关这方面的知识，对数据进行整理和确定。2， 有关CAD的一些操作方法，还有图纸的格式进行调整等问题：解决方案：询问老师和同学向他们请教，有关这方面的知识。三、后期工作安排： 部件图绘制，说明书编写，总图绘制，说明书编写，写论文副本，完成说明书、图纸绘制，准备答辩总图绘制，说明书编写指导教师意见工作端正，遵守学校出勤纪律，能主动的找导师交流。毕业设计论文的思路比较清晰，工作量充实，认真并且按时完成规定的任务。文章篇幅符合学院的规定，内容完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清晰，语言表达流畅，格式符合规范要求，问题相符，论点突出，论述紧扣主题。签名： 2018 年 4 月 20 日中期情况检查表 学院名称： 机电工程学院 检查日期： 2018 年 4 月 22 日学生姓名XX专 业XX指导教师XX设计（论文）题目JHMB-14绞车的设计工作进度情况目前符合工作进度，任务书以及开题报告都已按时完成并提交，另外关于设计的内容基本完成。对设计的JHMB-14绞车的的总体结构设计已经成型，各参数的设计以及计算也已经准备就绪。 是否符合任务书要求进度是 能否按期完成任务能 工作态度情况(态度、纪律、出勤、主动接受指导等)工作态度认真，认真按时的完成的论文中规定的任务。能够听取老师给的指导意见，并进行修改。能在指定的时间来办公室报道，按时按点的来出勤。主动地找老师询问一些有关论文方面的相关问题，并进行认真的核实和修改。质量评价(针对已完成的部分)毕业设计论文的思路比较清晰，工作量充实，符合本科生毕业设计要求。文章篇幅符合学院的规定，内容完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清晰，语言表达流畅，格式符合规范要求，问题相符，论点突出，论述紧扣主题。存在问题和解决办法存在问题：1、外文翻译的不够通顺，语言表达口语话：2、论文的字 公式 图表排版有问题：3、图纸中有部分表达不清晰。解决办法：1、重新组织外文翻译，时期语言流畅，学术化：2、论文按照模版严格排版：3、图纸按照国际和机械图标标准补充完整。 检查人签名 教学院长签名 课题申报表指导教师XX职称XX教研室XX申报课题名称JHMB-14绞车的设计课题类型工程设计类课题来源B.社会生产实践课题简介绞车是矿山用来回收单体支柱等设备，动力来源于电动机，通过传动系统带动缠绕有钢丝绳的滚筒转动来牵引钢丝绳运动，实现单体支柱的回收。通过设计可以掌握典型的通用机械的设计过程。课题要求（包括所具备的条件）完成总体方案的设计；调研并选定传动机构主要参数；完成传动系统总图及主要零部件图的设计；完成论文的撰写。课题工作量要求绘制图纸若干张，包括总装配图及其主要零部件图，图纸量折合3张零号图；撰写毕业设计论文，字数不少于1.5完；完成4000英文原文的翻译。参考文献不低于15篇,其中英文原文两篇。教研室审定意见 同意室主任签字：学 院审定意见同意 教学院长签字： 任 务 书 1毕业设计的背景：绞车是矿山用来回收单体支柱等设备，动力来源于电动机，通过传动系统带动缠绕有钢丝绳的滚筒转动来牵引钢丝绳运动，实现单体支柱的回收。通过设计可以掌握典型的通用机械的设计过程。2毕业设计(论文)的内容和要求：完成总体方案的设计；调研并选定传动机构主要参数；给定部分参考图；完成传动系统总图及主要零部件图的设计；完成论文的撰写。绘制图纸若干张，包括总装配图及其主要零部件图，图纸量折合3张零号图；撰写毕业设计论文，字数不少于1.5万字；完成4000英文原文的翻译。参考文献不低于15篇,其中英文原文两篇。3主要参考文献：1徐灏机械设计手册.北京：机械工业出版社，20002陈国定，吴立颜.机械设计，高等教育出版社，2013 3裘新建，机械原理课程设计，高等教育出版社，2010 4孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理，高等教育出版社，20154毕业设计(论文)进度计划(以周为单位)：寒假 实习、查资料、英文翻译12周 完成开题报告；34周 确定方案，进行总体方案设计56周 总图绘制，说明书编写712周 部件图绘制，说明书编写13周 填写论文副本，完成说明书、图纸绘制，准备答辩教研室审查意见： 室主任签名： 年 月 日学院审查意见： 教学院长签名： 年 月 日开题报告课题名称JHMB-14绞车设计课题来源工程设计类课题类型社会生产实践1选题的背景及意义：绞车是矿山用来回收单体支柱等设备，动力来源于电动机，通过传动系统带动缠绕有钢丝绳的滚筒转动来牵引钢丝绳运动，实现单体支柱的回收。通过设计可以掌握典型的通用机械的设计过程。2研究内容拟解决的主要问题：课题首先根据市场调研拟定总体设计方案，绘制绞车的工作原理图；通过相关设计计算，确定主要技术参数，完成绞车的总体结构设计；绘制绞车总装图及主要零件图，编写设计说明书。拟主要解决的问题：1， 电机的选择,矿山工作环境中瓦斯浓度很高，预防其发生爆炸：2，制动器的设计,工作环境中可能有较多的人，机械有失效的可能预防发生意外，需要安装紧急的制动装置。 3，减速器的设计和强度计算。4，二级低速齿和卷筒的联接。5，箱体的设计，箱体在总重量中占很大的比例，同时很大程度上影响着集齐的工作精度以及抗震性能。3研究方法技术路线：（1）查阅相关资料，整理资料熟悉现有的绞车在国内外的发展现状，同时掌握它们的工作原理； （2） 通过卷筒的速度和卷筒上钢绳的拉力以及各个传动过程中的效率，计算该机械应该有的功率和速度，选择电动机的型号。（3）由于一级蜗轮蜗杆副减速达到卷筒的线速度要求，所以选用两级齿轮减速来达到卷筒线速度要求，然后计算出两级齿轮副的各个技术参数。（4）根据各轴的转矩选择合适大小的轴颈然后对轴进行强度校核。（5）根据电动机的外伸直径和减速器蜗杆的直径设计联轴器的各部分尺寸，然后对联接联轴器两部分的螺栓进行强度校核。 4研究的总体安排和进度计划：寒假 实习、查资料、英文翻译1-2周完成开题报告；3-4周确定方案，进行总体方案设计；5-6周总图绘制，说明书编写；7-12周部件图绘制，说明书编写；13周填写论文副本，完成说明书、图纸绘制，准备答辩。5主要参考文献：1徐灏机械设计手册.北京：机械工业出版社，2000 2陈国定，吴立颜.机械设计，高等教育出版社，2013 3裘新建，机械原理课程设计，高等教育出版社，2010 4孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理，高等教育出版社，2015 5 杨可桢, 机械设计基础, 高等教育出版社，2015 6范崇落, 机械加工工艺学, 东南大学出版社, 2009年 7胡兆国, 机械加工基础, 西南交大出版社, 2007 8傅水根, 机械制造工艺学基础 清华大学出版社 2011 9冯新安 机械制造设备基础 机械工业出版社 2004 10王春福 机床夹具设计手册 上海科学技术出版社 11冯道 机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册 机械工业出版社 2003 12成大先 机械设计手册（减速器，电机与电器）化学工业出版社 2001 13高泽远，王金，机械设计基础设计，东北大学出版社，1997 14Robert.Norton Design of Machinery Publication Date 15Copyright Engineering and the Ultimate Publication Date 16王兆义，小型可编程控制器实用技术，北京：机械工业出版社，2002指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日教研室意见： 通过，同意开题 教研室主任签名： 年 月 日学院意见： 教学院长签名： 年 月 日指导记录第一次指导记录： 指导地点 年 月 日第二次指导记录：指导地点 年 月 日第三次指导记录： 指导地点 年 月 日第四次指导记录： 指导地点 年 月 日 第五次指导记录： 指导地点 年 月 日第六次指导记录：指导地点 年 月 日第七次指导记录：指导地点 年 月 日第八次指导记录： 指导地点 年 月 日 第九次指导记录： 指导地点 年 月 日 第十次指导记录： 指导地点 年 月 日 第十一次指导记录： 指导地点 年 月 日 第十二次指导记录： 指导地点 年 月 日 第十三次指导记录： 指导地点 年 月 日 第十四次指导记录： 指导地点 年 月 日 第十五次指导记录： 指导地点 年 月 日 指导教师评阅表学院： 机电工程学院 专业： XX 学生： XX 学号： XX 题目： JHMB-14绞车的设计 评价项目评价要素成绩评定优良中及格不及格工作态度工作态度认真，按时出勤能按规定进度完成设计任务选题质量选题方向和范围选题难易度选题理论意义和实际应用价值能力水平查阅和应用文献资料能力综合运用知识能力研究方法与手段实验技能和实践能力创新意识设计论文质量内容与写作结构与水平规范化程度成果与成效指导教师意见建议成绩是否同意参加答辩评语： 指导教师签名：年 月 日 评阅教师评阅表学院： 机电工程学院 专业： XX 学生： XX 学号： XX 题目： JHMB-14绞车的设计 评价项目评价要素成绩评定优良中及格不及格选题质量选题方向和范围选题难易度选题理论意义和实际应用价值能力水平查阅和应用文献资料能力综合运用知识能力研究方法与手段实验技能和实践能力创新意识设计论文质量内容与写作结构与水平规范化程度成果与成效评阅教师意见建议成绩 是否同意参加答辩 评语： 评阅教师签名：年 月 日 答辩及综合成绩评定表学 院机电工程学院 专 业XX 学生姓名XX 学 号XX 指导教师XX 设计论文题 目JHMB-14绞车的设计 答辩时间 2018 年 5 月 28日 16 时 45 分至 17时 答辩地点敬本楼C503 答辩小组成 员姓名职称XX答辩记录提问人提问主要内容学生回答摘要 答辩记录人签名：答辩小组意见答辩评语： 答辩成绩： 答辩小组组长签名：综合成绩评定指导教师评定成绩评阅教师评定成绩答辩成绩综合评定成绩答辩委员会主任签名： 年 月 日 14JHMB-14绞车的设计,XXXXXX,答辩人：XXX,目录,01,02,03,04,05,绪论,JHMB-14绞车的工作原理,蜗轮蜗杆的设计计算,圆柱齿轮减速器,致谢,绪论,01,研究背景及意义,国内外研究现状,2,1,研究背景,进行矿产资源开采还有运输的时候，最重要的一个机器就是绞车，现在用的是非常多的，比方说矿上面会用到提升绞车，调度绞车等等。对与开采矿产资源来说，绞车是少不了的。绞车还有一个主要的作用，就是在港口进行工作，比方说集装箱起重机，港口装卸门座起重机等等，这种机器的主要执行部分就是绞车，这些绞车的结构，还有形式都是不一样的，因为绞车的作用不一样，所以在对速度进行调整的时候，性能一定要好，并且安全性也要一定好才行。还有，绞车在很多线缆的保存，加工还有输送上用的也是不少的。用在这种作用下，绞车不光能够对速度进行调整，还能够将这些缆线按照直径不一样的大小进行排列，这样生产的时候才能比较顺利，在船上面，还有在大海里面进行开发的时候，绞车都可以拿来使用的。绞车在很多地方都在使用，他们的作用都是不一样的，所以说他们的结构也都是不一样的。要想对绞车的结构，还有性能进行更加深入的研究，所以就要仔细的研究研究的组成，绞车的类型，还有绞车的性能，还有绞车的功能等等。,研究意义,研究意义,绞车有下面的特征：通用程度是很高的，构造也非常紧凑，体积不大，质量小，起重是比较大的，用的时候要想转移是比较便利的，在建筑，矿上，码头上等等都可以对货物进行升降，还能够在生产线上进行使用。绞车有两种速度，一种是慢的，一种是快的。要是大于二十吨的话，绞车就是大吨位的，绞车可以拿来单独用的，还能够放在起重机，建筑上等等使用的机器里面的一个部件，因为用起来不复杂，绕绳是非常的大的，移动起来也比较方便，所以用的是很多的。,根据动力来进行划分，有手动，有电动，有液压的。按照使用途径来分，有建筑上用的，有船上面用的。按照它的功能来进行划分：有船上使用的，有工程上使用的，有矿上面使用的，有电缆的。根据卷筒的样子不一样来进行划分，有一个筒的，有两个筒的。按照卷筒的布局来进行分类，有并列的，有前后的,国外研究现状,在国外，小绞车用的是很多的，生产单位也是比较多的，比方说在苏联还有日本这些国家，矿产上，使用的都是小绞车。在国外的矿上面用的小绞车，类型还有型号都是非常多的，比方说，绞车的牵引力不一样的话，绞车有电动的，有液动的，还有风动的。绞车的工作部分有一个筒的，有两个筒的还有摩擦式的。在进行传动的时候，有皮带的，有链式的，有齿轮的，有蜗轮的，有液压的等等。这些传动里面，用的最多的是行星齿轮传动的。发展方向是更加的标准，更加的系列化，它的发展方向是体积更小，质量更轻，并且结构更加紧凑，效率更高，能源更加节省，使用时间长，噪声小，一个机器可以有好多种用途，功率大，外表看上去漂亮并且还不复杂。,国内研究现状,最近这几十年，我们国家的煤炭行业发生了太大的改变了，整个行业的机械化水平跟国际上也差不了多少了，现在光是开采的煤炭量已经超过了百万吨，不过煤炭行业要想实现机械化，运输是少不了的，输送要使用专门的输送机器，绞车其实就是中间的一个。原来输送煤炭的时候基本上用的都是娦式输送机化，但是下到矿井下之后的轨道，跟运输这种办法是不大合适的，材料在进行输送的时候，基本上都是用一群小轿车来进行，运输的线路是非常长的，环节比较多，使用的搬运机器，工作人员都是非常多的，安全性一点都不好，效率也不高。虽然现在在技术上进行了提升，对于现在矿产资源的需要还是满足不了的。也就是说，现在矿井建设的时候，主要就在于怎么样进行输送。上世纪五十年代的时候我们国家才有了绞车，一开始是模仿日本还有苏联的机器来进行生产的，到了六十年代，开始自己对绞车进行设计；到了七十年代，技术越来越成熟，设计绞车也越来越标准化，系列化。不过跟国外的进行比较，我们国家的绞车不管是类型，还是结构，性能等等，差的不是一点点的。矿上面使用的小绞车，在上世纪六十年代的时候，将绞车调度的标准进行制定，后来对于回柱绞车的标准也进行了制定，使用了一段时间之后，对设定的这两个标准进行了修订，确定标准是JB965-83，JB1409-83。,JHMB-14绞车,02,JHMB-14绞车的构成,JHMB-14绞车的组成部分：1、电动机；2、底架；3、蜗轮蜗杆减速器；4、两级齿轮传动；5、紧急制动装置。,绞车的结构示意图,工作原理,JHMB-14绞车的动力是电动机，这个电动机是防爆的，用联轴器将电动机的轴还有蜗杆轴都连接起来，在蜗轮蜗杆的速度降低之后，经过两级齿轮减速部分，这样传动比就可以满足绞车的需要了，之后二级齿轮减速部分的低速齿轮，通过螺栓还有滚筒连接，这样动力就传送到滚筒上，那么滚筒就按照设定的速度将钢绳卷起来，将柱子进行牵引，那么绞车的功能就能够实现了,蜗轮蜗杆减速器,03,蜗轮蜗杆减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机(马达)的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。,圆柱齿轮减速机，是一种动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置。圆柱齿轮减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。,4圆柱齿轮减速器,致谢,特别感谢我的指导老师。在我毕业论文的写的过程中，指导老师陆老师给我提供了相当大的帮助和指导。从开始选题到中期修正，到最终定稿，指导老师给我提供了许多宝贵建议。也要感谢学校所有曾经教过我的专业老师，老师们教会了我的不光是专业知识，更多的是对待学习、对待生活的态度。最后对各位老师、教授还有各位老师对我毕业设计的评审和指导表示我最衷心的感谢！谢谢！,汽车绞车锥型制动器性能的研究李东旭、宁宁、王松泉、海波江机械工程的发展2016年,卷。8(5)1 - 62016年作者(年代)DOI:10.1177 / 1687814016645492摘要绞车制动是为了防止在工作时间发生倒车。基于两种类型的制动器的分析,本文建立了关系模型的刹车力和制动轴上的螺纹的角度构建模型制动力的关系和锥的高度,发现刹车力时最大的螺杆的角度是45。同时发现制动力随载荷的增加而增大，而制动力与锥体的高度呈正相关。在同一绞车中制造并安排了两种制动机构进行实验性能比较。实验结果表明,绞车最后用锥形制动器的温度达到约60C,33%低于90C的盘式制动器,空载电流的锥形制动器绞车是60以下,而在盘式制动器绞车在90后7分钟,比锥形制动器消耗33%的能量。锥形制动器可以有效的减少有害摩擦的发生，显著的提高绞车的效率，并且能够解决因热积聚而引起的尼龙电缆损坏引起的绞车安全问题。关键词 锥型制动器；汽车绞车；螺杆机构前言大马力的车辆需要安装一个紧急救援装置，它安装在汽车前保险杠下，这是一种被称为绞车的一种由主机推动的mechan- ism。绞车制动器的作用机理是防止在工作时间发生倒车现象。当车辆陷入困境时，绞车的倒车是意见非常危险的，它需要启动绞车来拯救自己。突然绞车可能使车辆处于更危险的状态。因此，绞车制动器的可靠性至关重要。考虑到安装位置的限制，制动器安装在卷扬机滚筒内。这种设计使制动器处于密闭空间。当绞车工作时产生了大量的热，由于热耗散较差，所以在鼓中产生热量，热量的积累导致了温度的升高。鼓起来，然后把缠绕在鼓上的尼龙绳拉出来。最终会严重影响绞车的使用寿命，危及人员安全。棘轮爪机构是一种可靠的制动机构，但在运行过程中会产生大量的振动和噪声。因此，它将增加机械故障的可能性和制动的制造成本。由于这些缺点，棘轮爪机制不是。图1所示 绞车的结构图应用广泛。蜗轮机构也是一种制动机构，其运行噪音较小。然而，它会在这个过程中产生大量的热量。制动机构需要油润滑，需要高密封性能。它需要精确的制造成本，因此具有蜗轮机构的制动机构也没有得到广泛的应用。液压绞车具有很好的制动性能，但它对我们的汽车液压泵和液压动力源装置有很高的要求，所以这种绞车并没有被广泛使用。相关研究如图1所示，大多数绞车采用的设计是制动机构安装在绞车滚筒内:绞车的左边是动力装置，包括电子控制装置和电机;绞车的中档是执行机构滚筒，绞车的右侧是减速机构。电机通过制动机构将动能传递到减速机的输入端。动能通过减速器到滚筒。滚轮转风电缆，驱动牵引车辆。制动机构通过样条与辊筒连接。盘式制动器花键是在摩擦盘总成上加工而不是锥形制动器，其花键是在花键轮毂制动器上加工的。因此，摩擦盘总成和花键轮毂制动相对于制动轴静力，当绞车工作时，相对运动部件与相对静止部件之间的摩擦力起到制动作用。埋入式车辆绞车的制动机构为圆盘式设计，如图2所示。图2为常用盘式制动器机构结构图。电机通过与凸轮2的耦合传递动能，凸轮2的凸缘与内螺纹压力板4的凸缘重合，通过螺纹的内螺纹压力板将扭力弹簧3推到左边。内螺纹压力板4将不再挤压fric- tion板和制动释放。电源通常可以传送到下一个单元，绞车也可以运行。图2 常用盘式制动器机构结构图(1)弹簧;(2)凸轮;(3)扭力弹簧;(4)内螺纹压力板;(5)摩擦盘组装;碟形弹簧(6);(7)平垫圈;(8)制动轴;(9)内部摩擦磁盘正常。权力时,电机停止旋转,扭力弹簧3推动内部线程施压的板4。在电阻的作用下，内螺纹压力板4按摩擦盘总成5和内部摩擦盘9。摩擦盘总成5通过样条连接到滚轮上，内部摩擦盘9通过键槽与制动轴连接。内螺纹压盘4按下摩擦盘装配5和内部摩擦磁盘9和刹车的工作原理。当负载较大时，制动力更强。盘式制动器的可靠性是非常不稳定的。在绞车的正常操作下，滚筒会产生大量的热量，导致辊筒温度急剧上升。最终，它会烧掉牵引尼龙绳，引起严重的摩擦磨损，这将影响绞车的整个寿命。此外,有一个操作员的安全隐患和vehicle.9锥形制动器结构设计。如图3所示，为锥形制动器的结构图，主要由制动轴、凸轮、内摩擦盘、花键轮毂制动器和单列圆锥滚子轴承组成。电机将动能传递给制动器，使凸轮3枚硬币的凸缘与内螺纹制动锥体5的凸缘连接在一起，内螺纹制动锥体5通过制动轴1上的螺纹向左转。内螺纹制动锥体5与花键轮毂制动6分离，松开制动器，由制动器释放的动力传递给减速机，驱动鼓，然后绞车运行正常。当电源关闭时，电机停止转动，扭力弹簧4推动内部。图3 锥形制动器结构结构图(1)制动轴;(2)弹簧;(3)凸轮;(4)扭力弹簧;(5)内螺纹制动锥体;(6)花键枢纽闸;(7)单列圆锥滚子轴承。图4 螺纹力图螺纹制动锥体5向右。在电阻的作用下，内螺纹制动锥体5按下。花键枢纽闸6。花键轮毂制动器6与滚轮与花键连接，内螺纹制动锥体5与制动轴连接。内螺纹制动锥体5按花键轮毂制动器6和。制动性能理论分析制动轴上的负载产生轴向压力F，由负载耦合作用于螺杆机构产生，并分布在接触面上。螺杆机构由制动轴与螺纹、连接片凸轮和内螺纹制动锥体组成。载荷耦合在凸轮和内螺纹制动锥体上，通过螺纹传递轴向压力。如图4所示，是线的力图(图4的垂直方向图表示轴向方向，水平方向代表径向方向)。载荷力作用于螺纹上的减速器，在螺纹上施加的载荷为F1，减速器的透射比为1/32。线程的角度是一个(0 90),和F4是F轴向压力,给出如下 （1） （2） （3）材料间摩擦系数为m。在极坐标下，R=3cm，R1=1cm，建立了半径为3的环.应力d如下所示 （4）本文给出了微区da。 (5）给出了微摩擦df。 （6）微摩擦力在轴上产生的微力矩为dT，如下面的公式所示 （7）减速机的SiON比为1/32。螺纹的角度为（090），F4为轴向压力F，如下面的公式所示 (8）由四个摩擦面产生的总制动力矩为Tdisk，如下面的公式所示 （9）锥形制动器的接触面的是锥形的。用同样的无穷小方法的计算制动力矩。在三维圆柱坐标系中建立了模型锥角b。 Nate的体系，Tan b=2=2=L(tanb.m)，锥底半径R=3cm，顶半径R9=1cm。微区为da，具体如下面的公式所示。 （10） (11) (12)图5 T和角的关系螺丝微摩擦为dF，如下面的公式所示。 (13)摩擦面产生的制动力矩为T，如下面的公式所示 (14) (15) (16)根据公式(3)-(9)，当荷载为60n时，摩擦系数为0.3。图5显示了T和螺钉角度之间的关系。圆盘式制动器的制动力矩与工作载荷、摩擦系数、螺杆角度有关。锥型制动器的制动力矩不仅与上述因素有关，也与锥体长度l有关，如图5所示，当螺钉的角度为45时，制动力矩最大，所述摩擦系数为0.3。根据公式(3)-(16)，当负载变化时，制动力矩与锥体高度的关系如图6所示。制动力矩随着锥体的高度而增大，当载荷较大时，它的制动力更强。图6 制动力矩与圆锥高度的关系图7绞车试验平台实验分析为了比较两种制动器的综合有效的性能，制造出来了两种有效的制动机构，并在同一绞车中进行了两种有效的制动机构性能比较。选择角45和圆锥6厘米。图7是winch测试平台，其功能是测试绞车的动态负载性能。图8 刹车温度与时间的关系图9 空载速度与时间的关系系统提供了两个12,000磅的绞盘和盘型和锥型刹车机构。它们安装在测试平台上，测试两种有效的制动机构空载特性和动态负载特性。首先，在空载试验中，两个绞车在相同的条件下运行，没有绞盘绳。在每隔1分钟的时间内记录制动瞬变电流和电流变化。第二，在动态负荷试验中，将卷绕绳与两个绞车和载荷分别赋予不同的动载和记录动载、电压和电流值。实验人员同过并根据无负荷试验的记录数据，图8显示了随时间变化的两个制动器tem- perature的关系曲线，图9显示了随时间变化的两个绞车的空载速度，图10显示了工作电流的变化。根据图8,绞车最后用锥形制动器的温度保持在大约60C,33%低于90C的盘式制动器。锥式制动器在无载瞬变电磁法中具有明显的优势。在负载测试过程中，3分钟后，当盘式制动器工作时，温度急剧上升。当锥体制动温度升高时。两种有效的制动机构在刹车的时间上有着不同的数值变化和有效的刹车时间。图10工作电流与时间的关系图11工作电流与负载的关系从图9可以看出，磁盘制动绞车的速度在4分钟内突然下降，而装有锥形制动器的绞车速度保持在50 rad/min。通过实验数据和实验图表的观察很明显，锥体制动器对绞车空载速度的影响较小。空载电流是判断绞车的性能的关键。通过实验数据和实验图表的观察如图10所示，锥形制动绞车的空载电流在60 A以下，而在盘式制动绞车中，7分钟后为90 A以上，消耗33%的能量。图11显示了工作电流与负载的关系，根据动态负载测试的记录数据。通过实验数据和实验图表的观察从图11可以看出，锥式制动器的工作电流总是低于盘式制动器。圆锥式制动器的效率高于盘式制动器。在绞车的正常工作状态下，T没有多余的摩擦力，所以没有必要克服摩擦，减少能量损失。锥式制动器不产生余热，有效的提高绞车的性能。结论通过理论计算和实验结果表明，锥形制动器的性能优于盘式制动器。锥形制动器可以有效的减少有害摩擦的发生，显著的提高绞车的效率，能够解决因热积聚而引起的尼龙电缆损坏的绞车安全问题。刹车力传动效率最高时制动轴上的螺旋角是45。当绞盘工作正常时，盘闸不能完全释放。在主轴的高速旋转过程中，有大量的热源。热量在滚筒内积聚，不能被排出。滚筒的温度上升，最终会在滚筒周围燃烧尼龙绳子。而制动盘与主轴之间的摩擦也会降低主轴的使用寿命。锥形制动器可以解决这一问题，从而大大的提高了绞车的性能。参考文献1。索洛维约夫和切尔尼夫斯基。拖网绞盘的计算和实验分析。Eng失败肛门2013;28日:160 - 165。2。在拖网绞盘设计中，以渔场为基础。海洋Eng 2015;102:136 - 145。3所示。Picchio R, Magagnotti N, Sirna A，等。改进的绞车技术，以减少伐木损失。航空医学2013;32:350 - 351。4所示。在直升机的救援行动中，包括了一名急救员的绞车。受伤2012;43:1377 - 1380。5。Wang F, Gu KK, Wang WJ, et al.关于制动蹄材料在湿陷下制动摩擦性能的研究。穿2015;342 - 343:262 - 269。6。太阳D, Wang S, Xiao Z, et al.用旋涡式制动器对密封的旋转动力系数的测量。科学理论马赫2015;94:188 - 199。7所示。Picchio R, Magagnotti N, Sirna A，等。改进的绞车技术，以减少伐木损失。生态Eng 2012;47:83 - 86。8。Hu J, Wang M和Zan T.通过滑滚比的滚珠螺杆机构的运动学。科学理论马赫2014;79:158 - 172。9。本文研究了热膨胀对精密机床滚珠丝杆进给系统热致误差的影响。2015年J马赫工具;97:60 - 71。Research ArticleAdvances in Mechanical Engineering2016, Vol. 8(5) 16? The Author(s) 2016DOI: 10.1177/1687814016645492A study on properties of a cone-typebrake for motor vehicle winchDongxu Li, Ningning Hu, Songquan Wang and Haibo JiangAbstractThe brake of winch is to prevent the occurrence of reverse slipping at working time. Based on the analysis of two typesof brake, this article establishes the relationship model of the brake force and the angle of the screw thread on the brakeshaft and builds the model of the relationship of the brake force and the height of the cone and found that the brakeforce is the largest when the angle of the screw is 45?. Also found that the brake force increases with the increase in theload, and the brake force is positively related to the height of the cone. Two brake mechanisms are manufactured andarranged in the same winch to conduct the experimental performance comparison. The experimental results show thatthe temperature of the winch with cone brake finally reaches about 60?C, which is 33% lower than the 90?C of the diskbrake, and the no-load current of the cone brake winch is under 60A, while in the disk brake winch it is over 90A after7min, which consumes 33% energy than cone brake. The cone brake can reduce the occurrence of harmful friction andenhance the efficiency of winch and is able to solve the winch safety problem caused by nylon cable damage because ofthe heat accumulation.KeywordsCone-type brake, vehicle winch, screw mechanismDate received: 7 November 2015; accepted: 29 March 2016Academic Editor: Francesco MassiPrefaceLarge horsepower vehicles need to install an emergencyrescue device which is installed under front bumper ofthe vehicle, and it is a kind of a host-promoted mechan-ism that is called winch. The mechanism of the winchbrake is to prevent the occurrence of reverse slipping atworking time. Winch reversing is very dangerous whenthe vehicle is in trouble, and it needs to launch thewinch to rescue itself.1,2Sudden winch reversing couldmake the vehicle in a more dangerous state. Therefore,the reliability of the winch brake is crucial.Considering the limits of the installation position,the brake is installed inside the roller of winch. Thisdesign keeps the brake in a confined space. A lot of heatis produced when the winch works, and the heat accu-mulates in the drum because the heat dissipation ispoor, heat accumulation causes the temperature ofdrum to rise and then leads the Nylon rope which wrapsaround the drum to burn out.3,4Finally, it will seriouslyaffect the service life of the winch and threaten thesafety of personnel.The ratchet pawl mechanism is a reliable brakemechanism, but it will produce a lot of vibration andnoise during the operation. Consequently, it willincrease both the possibility of mechanical failure andthe cost of brakes manufacturing. As a result of thesedisadvantages, the ratchet pawl mechanism is notSchool of Mechanical & Electrical Engineering, Jiangsu Normal University,Xuzhou, ChinaCorresponding author:Ningning Hu, School of Mechanical & Electrical Engineering, JiangsuNormal University, Xuzhou 221116, China.Email: Huning_Creative Commons CC-BY: This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 3.0 License(/licenses/by/3.0/) which permits any use, reproduction and distribution of the work withoutfurther permission provided the original work is attributed as specified on the SAGE and Open Access pages (/en-us/nam/open-access-at-sage).applied widely. The worm gear mechanism is also akind of brake mechanism, which runs with less noise.5However, it will produce a lot of heat in the process.The brake mechanism needs oil lubrication and requireshigh sealing performance. It needs accurate manufac-ture which produces high cost, so the brake mechanismwith a worm gear mechanism is not applied widelyeither. Hydraulic winch has a great brake performance,but it has high standards for the hydraulic pump andhydraulic power source device of our vehicle, so thiskind of winch is not widely used.6Related researchAs shown in Figure 1, most of the winches use thedesign that the brake mechanism is mounted inside thewinch roller: the left of the winch is power unit whichincludes electronic control device and motor; the mid-dle of the winch is executing agency roller, the right ofthe winch is reduction mechanism. The motor passesthe kinetic energy through the brake mechanism to theinput terminal of the reducer. The kinetic energy passesthrough the reducer to the roller. The roller turns wind-ing cable to drive towing vehicle. The brake mechanismconnects with the roller by spline. The disk brake splineis machined on the friction disk assembly, rather thanthe cone brake, whose spline is machined on spline hubbrake. So, the friction disk assembly and the spline hubbrake relative to the brake shaft static and the frictionbetween relative motion component and relative staticcomponent play brake effect when the winch isworking.The brake mechanism of embedded-type vehiclewinch is disk-type design, as shown in Figure 2. Figure2 shows the structure diagram of common disk brakemechanism. The motor transfers kinetic energy throughthe coupling to the cam 2, the lug of the cam 2 coincideswith the lug of the internal thread pressure plate 4, andthe internal thread pressure plate through the threadpushes the torsion spring 3 to the left. The internalthread pressure plate 4 will no longer squeeze the fric-tion plate and brake is released. Power can be passed tothenextunitnormallyandthewinchoperatesnormally. When power is off, the motor stops rotatingand the torsion spring 3 pushes the internal thread pres-sure plate 4 to the right. Under the action of resistance,the internal thread pressure plate 4 presses the frictiondisk assembly 5 and the internal friction disk 9. Thefriction disk assembly 5 is connected to the roller byspline, and the internal friction disk 9 is connected withthe brake shaft by keyway. The internal thread pressureplate 4 presses the friction disk assembly 5 and theinternal friction disk 9 and the brake works. The brakeforce is stronger when the load is larger.7,8The reliability of disk brake is very unstable. Underthe normal operation of the winch, roller will producelarge amounts of heat, which cause the temperature ofroller to increase sharply. Eventually, it will burn outthe traction nylon rope and cause serious friction wear-ing, which will affect the whole life of the winch. Inaddition, there is a hidden trouble in the safety of theoperator and the vehicle.9The design of the cone brake structureAs shown in Figure 3, it is the structure diagram ofcone brake, which is mainly consisting of brake shaft,cam, internal friction disk, spline hub brake and single-row tapered roller bearing. The motor passes kineticenergy to the brake, making the lug of the cam 3 coin-cides with the lug of the internal thread brake cone 5,and the internal thread brake cone 5 moves to the leftthrough the thread on the brake axle 1. The internalthread brake cone 5 separates from the spline hub brake6, brake is released, power released by the brake passesto the reducer and drives the drum, and then the winchoperates normally. When power is off, the motor stopsrotating and the torsion spring 4 pushes the internalFigure 1. Structure diagram of the winch.Figure 2. Structure diagram of common disk brake mechanism.(1) Clip spring; (2) cam; (3) torsion spring; (4) internal thread pressureplate; (5) friction disk assembly; (6) disk spring; (7) flat gasket; (8) brakeshaft; (9) internal friction disk.2Advances in Mechanical Engineeringthread brake cone 5 to the right. Under the action ofresistance, the internal thread brake cone 5 presses thespline hub brake 6. The spline hub brake 6 connectswith the roller by the spline, and the internal threadbrake cone 5 connects with the brake shaft. The internalthread brake cone 5 presses the spline hub brake 6 andbrake works. The brake force is stronger when the loadis larger.Theoretical analysis of brakingperformanceLoads on the brake shaft generate axial pressure Fwhich is produced by the load couple acting on thescrew mechanism and distributed in the contact sur-face. The screw mechanism is composed of a brakeshaft with thread, a connecting piece cam, and internalthread brake cone. The load couple is forced on thecam and the internal thread brake cone and passesaxial pressure through thread. As shown in Figure 4,which is the force diagram of thread (the vertical direc-tion of the Figure 4 represents the axial direction andthe horizontal direction represents the radial direction).The load force acts on the thread through the reducer,the load forced on the thread is F1, and the transmis-sion ratio of the reducer is 1/32. The angle of thread isa (0a90?), and F4 is the axial pressure F, whichis given as followsF=F4=F1sinacosa1F1=Fload322F=Fload32sinacosa3The friction coefficient between materials is m. A cir-cle of radius 3 is established in the system of polar coor-dinates, R=3cm, and R1=1cm.Stress d is given as followsd=FA=Fload32sinacosapR2? pR124The micro-area dA is given as followsdA=r+dr2? r2hidu2=rdrdu5The micro-friction dF is given as followsdF=dmdA=Fload32sinacosamrdrdupR2? pR126The micro-torque produced by the micro-frictionforcing on the axis is dT and is given as followsdT=rdF=Fload32sinacosamr2drdupR2? pR127The braking torque generated by one friction surfaceT is given as followsT=2p0RR1Fload32sinacosamr2drdupR2? pR128The total braking torque generated by four frictionsurfaces is Tdisk, which is given as followsTdisc=4T=1348Floadsinacosam9Contacting surface of conical brake is a cone. Thesame infinitesimal method is used to figure out thebraking torque. The model cone angle b is establishedin the three-dimensional cylindrical coordinate system,givingtanb=2=2=L(tanb.m),theconebottomradius R=3cm, and top radius R9=1cm.The micro-area is dA, which is given as followsdA=rdudz10r=R ?2Lz11dA=R ?2Lz?dudz12Figure 3. Structure diagram of cone brake structure.(1) Brake shaft; (2) Clip spring; (3) cam; (4) torsion spring; (5) internalthread brake cone; (6) spline hub brake; (7) single-row tapered rollerbearing.Figure 4. Force diagram of thread.Li et al.3The micro-friction is dF, which is given as followsdF=dmdA13The braking torque generated by the friction surfaceis Tsinb22p0L0d R ?2Lz?dzdu=F=132Floadsinacosa14d=ffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiL2+4pFloadsinacosa256pL15T=2p0L0d R ?2Lz?2mdzdu=31L2? 6?ffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiL2+4pFloadsinacosam768pL216According to formulae (3)(9), when the load is60,000N, the friction coefficient is 0.3. The relationshipbetween T and the angle of the screw is shown inFigure 5.The brake torque of disk-type brake is related toworking load, friction coefficient, and the angle of thescrew. The brake torque of the cone-type brake is notonly related to the above factors, but also to the conelength L. In Figure 5, it shows that when the angle ofthe screw is 45?, the brake torque is the largest, suppos-ing the friction coefficient is 0.3.According to formulae (3)(16), when the loadchanges, the relationship between the brake torque andthe height of the cone is shown in Figure 6. The braketorque increases with the height of the cone and thebrake force is stronger when the load is larger.Experimental analysisIn order to compare the performance of the two typesof brakes, two brake mechanisms are manufacturedand arranged in the same winch to conduct the experi-mental performance comparison. The angle 45? and thecone 6cm are chosen.Figure 7 is the winch test platform, whose functionis to test the dynamic-load performance of winch. I amFigure 5. The relationship between Tand the angle of thescrew.Figure 6. The relationship between the brake torque and theheight of the cone.Figure 7. Winch test platform.4Advances in Mechanical Engineeringprovided with two 12,000-pound winches with a disk-type and a cone-type brake mechanism, respectively.They are installed on the test platform to test no-loadcharacteristics and dynamic-load characteristics.First, in the no-load test, two winches operate in thesame condition without winch ropes. The brake tem-perature and current changes are recorded at everyinterval of 1min.Second, in the dynamic-load test, winding rope tothe two winch and loading gives a different dynamicload and records dynamic load, the voltage, and cur-rent value. According to the recorded data of the no-load test, Figure 8 shows the relation curve of the tem-perature of two brakes which changes with time, Figure9 shows the no-load speed of the two winches whichchange with time, and Figure 10 shows the changes inworking currents.According to Figure 8, the temperature of the winchwith cone brake finally maintains at about 60?C, whichis 33% lower than the 90?C of the disk brake. The conebrake has an obvious advantage in the no-load tem-perature. The temperature had an acute rise when thedisk brake works after 3min during the on-load test,while the cone brake temperature increases gently.From Figure 9, it can be seen that the speed of diskbrake winch suddenly declines within 4min, while thespeed of winch equipped with cone brake stays at50rad/min. It is obvious that the cone brake has lessinfluence on the no-load speed of winch.The no-load current is the key to judging the perfor-mance of a winch. As shown in Figure 10, the no-loadcurrent of the cone brake winch is under 60A, while inthe disk brake winch it is over 90A after 7min, whichconsumes 33% energy than cone brake. Figure 11shows the relationship between the working currentand the load according to the recorded data of thedynamic-load test.From Figure 11, it can be seen that operatingcurrent in cone brake is always lower than that in diskbrake. The efficiency of the cone-type brake is higherthan that of the disk brake. T had no excess frictionduring the normal working condition of the winch, sothere is no need to overcome the friction and the energyloss can be reduced. The cone brake does not produceexcess heat and improves the performance of thewinch.Figure 8. The relationship between temperature of brake andtime.Figure 9. The relationship between no-load speed and time.Figure 10. The relationship between working current