J31-4000压力机制动器系统设计毕业设计.doc

青岛理工大学毕 业 设 计 题目：J31-4000压力机制动器系统设计 学生姓名： 李 源 学生学号： 200889011 院系名称： 机电工程系 专业班级： 机械设计制造及其自动化083 指导教师： 李长河 李杨 2012年 6月20日 毕业设计任务书专业 机械设计制造及其自动化 班级 083 姓名 李源 下发日期 2012年3月26日题目设计适用于J31-4000KN曲柄压力机的制动器装置专题J31-4000KN压力机制动器系统设计主要内容及要求主要内容： 设计适用于J31-4000KN曲柄压力机的制动器装置，加深基础知识，培养比较强的创意识和学习能力，提高知识应用于实践的能力，从而达到巩固、深化所学的知识，达到设计人员基本素质的能力。要求：认真广泛收集查阅有关曲柄压力机的相关资料（专业书籍、刊物论文、设计手册等）深入了解掌握与课题有关的内容及背景。熟悉和掌握曲柄压力机的工作原理和机械结构，注意理论与实践的结合，使整个设计在设计上是先进的，在经济上是合理的，在生产上是可行的。夹具设计方案应该合理，有一定的特色和见解；步骤清晰正确；设计制图符合国家标准；使用计算机设计和绘图；说明书要求文字通顺、语言简练、图示清晰；按照设计进度，在教师指导下，独立完成设计任务、必须以负责的态度对待自己所做的技术规定、数据和计算结果。主要技术参数工程压力 400t ；材料摩擦系数0.3；转动惯量8.6 kgm；力矩增大系数1.7；力矩增大系数8.63 Nm；制动角5；摩擦半径0.23m进度及完成日期 2012.3.26 - 2012.4.2 资料收集可从图书馆、互联网络等多种渠道获取。资料收集工作应贯穿论文定稿前的全过程。2012.4.3 - 2012.4.18 翻译两篇机械专业英文文章，扎实专业英语基础。2012.4.192012.5.9撰写设计论文提纲，根据布局图画出相应的零件图，并对此进行一系列操作。 2012.5.10 - 2012.6.15 选择结构方案，确定零件材料及尺寸，并进行较好的强度校核。 2012.6.16 2012.6.20 设计审阅、修改、准备及答辩。系主任签字日期教研室主任签字日期指导教师签字日期指 导 教 师 评 语 指导教师: 年 月 日青岛理工大学毕业设计评阅意见表设计题目 J31-4000KN压力机制动器系统设计评价项目评价标准（A级）满分评 分ABCDE文献资料利用能力能独立地利用多种方式查阅中外文献；能正确翻译外文资料；能正确有效地利用各种规范、设计手册等。10109876综合运用能力研究方案设计合理；设计方法科学；技术线路先进可行；理论分析和计算正确；动手能力强；能独立完成设计；能综合运用所学知识发现和解决实际问题；研究结果客观真实。20192017181516131412设计质量设计结构严谨；逻辑性强；语言文字表准确流畅；格式、图、表规范；有一定的学术水平或实际价值4037-4032-3628-3125-2724创新能力有较强的创新意识；所做工作有较大突破；设计有独到见解151513-1411-12109工作量工作量饱满；圆满完成了任务书所规定的各项任务。151513-1411-12109总分是否同意将该设计提交答辩：是（ ） 否（ )具体评阅及修改意见： 评阅人： 年 月 日注：1.请按照A级标准，评出设计各项目的具体得分，并填写在相应项目的评分栏中； 2.计算出总分。若总分60分，“设计质量”259铜基粉末冶金04-0.4510-15218 表2-2 J31-4000KN压力机制动器参数表压力机型号离合器轴转速 n（r/min）从动部分转动惯量J（kgm）摩擦材料 制动器制动力矩(Nm)制动角（rad）压强q（1*10）磨损系数kJ31-4003498.9铜基粉末0.191J31-40046023.2石棉塑料86000.1406.8212三，改善离合器与制动器的散热： 对于制动器来说，若使制动角满足设计要求，必须有一定的制动力矩，而制动力矩的大小主要有摩擦系数，平均摩擦半径和正压力来决定。摩擦副的材质一定且稳定工作温度在一定范围内，可把摩擦系数视为常量。可见：保持制动力矩一定时，平均摩擦半径与正压力成反比关系。实践证明：适当增大制动器的平均摩擦半径，减小正压力，可以降低其稳定工作温度和摩擦表面的瞬时温度。对于J31-4000KN压力机，制动器稳定工作温度的高低，可以用摩擦盘的温升系数K表示： K = C 公斤米/厘米*分 （2-2） 式中 ： 一次制动功 公斤*米； C 每分钟制动次数 （一般为滑块连续行程次数的50%60%）； F 摩擦盘的有效环形面积 厘米。 F = （R+ ） （R ）厘米 （2-3）式中 ： R 平均摩擦半径， 厘米； 摩擦块在镶盘上的径向尺寸 厘米。为使制动器稳定工作温度在一定范围内，对J31-4000KN压力机的离合器制动器，温升系数K 不超过7公斤米/厘米*分。同时为使摩擦表面的瞬时温度不至过高而引起冒烟，对一次制动时的K/C应予以控制，一般，对J31-4000KN压力机K/C取0.91。四，提高离合器制动器联锁操纵系统工作的可靠性。离合器接合前制动器不能完全脱开，或者在制动接合前离合器不能完全脱开，必然引起离合器制动器过热，电动机超载和设备人身事故。J31-4000KN压力机联锁操纵系统采用非刚性联锁中的气阀联锁。 第三章 离合器制动器的结构设计3.1 离合器制动器的布置离合器制动器的布置可分为三类（1） 离合器制动器均置于双支撑之间。主要缺点是更换易损件(包括摩擦片，气缸密封和三角皮带等)时需要拆卸离合器制动器的较多零件，维修工作量大。（2） 离合器制动器悬臂安放。此种结构离合器轴受力与变形较小，更换易损件方便，主要问题是需要附加支撑飞轮的刚性套，要采用较大的滚动轴承。悬臂安放的结构，在安置模具时影响到行车对压力机的接近。悬臂离合器结构简单，不用轴进气密封结构。（3） 离合器置于双支撑间，而制动器悬于压力机后方。J31-4000KN压力机采用此种结构。（图3.1 浮动镶块式摩擦离合器-制动器 ）3.2 飞轮布置我国与国外大部分单，双点压力机。飞轮布置于离合器轴上，电动机与飞轮间采用三角皮带传动。3.3 离合器制动器的联锁控制所谓离合器与制动器的联锁控制是指离合器与制动器的正常接合顺序，当离合器接合时，制动器首先脱开，而当制动时则应先脱开离合器。如果联锁失灵，则会引起离合器制动器的发热并加快摩擦副磨损，甚至还可以造成设备与人身事故。联锁操纵装置的灵敏性，影响到用寸动行程调整模具时和生产事故时的急速制动。离合器制动器的操纵系统应能保证实际制动角30。当前离合器制动器联锁操纵装置可分为两类：刚性联锁：主要优点是工作可靠，操作系统简单，实际制动角小。当前悬臂离合器制动器的刚性联锁机构工作情况不好。离合器制动器位于支撑之间，气缸为主动件（与飞轮一起旋转）的刚性联锁装置，尚无成熟结构。 图3.1 浮动镶块式摩擦离合器-制动器 1-导向销 2-制动器气缸 3,18-制动盘 4,15-垫片 5，13-浮动镶块 6-制动弹簧7,9-活塞8-大皮带轮 10-脱开弹簧 11-主动摩擦盘 12-从动盘 14-从动轴 16-旋转密封 17-螺栓（1） 非刚性连锁：非刚性连锁的方法很多，但目前较普遍使用的是气阀联锁。J31-4000KN压力机联锁操纵系统采用此种气阀联锁。由于联锁操作系统中电器的的收发信号，阀的动作，气体沿管道的流动，气缸活塞运动等均需要时间，所以压力机的单次行程工作时间滑块每分钟行程数，总是小于压力机连续运动的行程数。3.4 制动形式的选择当前制动器的制动形式有气制动与弹簧制动。制动可靠应该作为选择制动形式的主要依据。（一）气制动结构简单；气缸布置不受制动弹簧的影响；调整方便，通过改变气压即可调整制动力矩，为防止直立式压路机在没有压缩空气的情况下因滑块自重下落而造成意外人身事故，应增设辅助制动装置。与弹簧制动比较，气制动的工作可靠性较差。大吨位及卧式压力机采用气制动比较适宜。J31-4000KN压力机采用气制动。（二）弹簧制动的最大优点是制动可靠。设计中的问题有气缸的布置受弹簧尺寸与布置的的影响，脱开制动器需要的力较气制动大，各弹簧需要仔细调整。防止弹簧力不均匀造成气缸歪斜；大尺寸的螺旋弹簧的性能不能保证，当前中等吨位，直立式压路机广泛选择螺旋弹簧制动。弹簧制动的结构形式有圆柱螺旋弹簧和蝶簧。蝶簧具有以小变形承受高负荷的特点，结构比较紧凑，单个蝶簧的允许变形较小，使用中应按负荷大小和制动器脱开行程的大小，采用组合蝶簧，蝶簧组数与行程大小有关。制动气缸面积与气压，应根据脱开制动弹簧所需之最大力计算。弹簧分可调整与不可调整式，当弹簧工艺能保证各弹簧的尺寸与机械性能均匀一致时，可采用不可调式，它的结构简单。3.5 气体密封装置气体密封装置可分为气缸密封和轴进气密封。（1） 轴进气密封：离合器气缸与飞轮一起转动，压缩空气经离合器轴中心孔和飞轮与轴的相对转动面引入气缸。在离合器接合之前和接合过程中，飞轮相对于离合器轴转动。为防止压缩空气从相对转动面泄露，并提高相对转动密封的摩擦寿命。可采用锥面密封与端面密封装置。 （二）气缸密封：气缸密封采用定型密封圈(有O型V型和L型密封圈)和薄膜密封。 耐油橡胶L型密封：固定压盖的螺丝拧紧程度不易掌控，拧得太近，胶圈受压膨胀，紧贴气缸，增加摩擦阻力，甚至拧死，拧得太松了压盖螺丝处漏气。L型密封圈定心困难，造成周边摩擦阻力与密封的情况不一。 V型密封圈是较常用的密封圈。为便于安装，环形气缸密封圈的内外沟槽在活塞高度方向上应当错开(10毫米左右，如图3.2)，密封应当放在二配合件的轴上。V型密封靠压缩空气自封，必须将压缩空气引与密封圈上部。沟槽的结构和尺寸应防止密封圈在工作中翻转的可能性。J31-4000KN压力机采用V型密封圈密封 图3.2 V型密封圈 3.6 摩擦盘导向结构摩擦盘导向结构有三种：齿导向，销导向，键导向。（1） 齿导向：一般多用于摩擦盘的离合器制动器结构。其中包括：主动盘与固定在飞轮上的内齿套和从动盘与轴套的导向。（2） 销导向：单盘离合器制动器主动盘与制动器的导向采用销导向，六销式导向加工工艺差，摩擦盘受热膨胀后容易在导向配合处卡死。三销式导向，由于成120布置，导向间隙受摩擦盘径向尺寸增加的影响较小。（3） 键式导向：结构简单，其工艺性能和使用性能比较好。 J31-4000KN压力机采用此种结构（图3.1）。3.7 离合器制动器摩擦副脱开情况下间隙的调整由于摩擦件的磨损，摩擦副在脱开情况下的间隙不断增大，为减轻接合时冲击，需要调整间隙。间隙调整方法有三种：（1） 螺纹调节，此种结构可以细调。（2） 垫片组调整。垫片组形式：三毫米三片组合或1,2,3,4毫米四片组合，后者能细调。J31-4000KN压力机采用垫片组调整。（3） 台阶垫块式，可将垫块反转调节二次。 第四章 制动器的计算摩擦制动器的设计计算主要为：1）确定制动扭矩；2）确定摩擦副的平面尺寸；3）确定摩擦负的厚度尺寸；4）设计制动弹簧；5）确定气缸面积；6）核算工作能力。 4.1 制动扭矩的计算 设计制动器的出发点是使制动力矩所做的功足以吸收离合器脱开后从动系统的动能，即在规定的制动角下使滑块停止运动。 A = E (4-1) 式中 A-制动力矩所做的功； E-从动系统的动能。经理论推导和实验证明，在制动过程中，由于受到排气系统反压力的影响，制动力矩不是常数，而是变数，如图4.1所示，因此制动功为 A = 图4.1 制动力矩变化曲线如果用最大的制动力矩表示，则 A = （4-2）式中 - 最大制动力矩； - 为制动器轴上的制动角； - 力矩增大系数，既比力矩按常数变化时的制动力矩增大的系数。显然，的大小与M的函数形式有关，即与整个排气系统的参数有关。在正常的排气系统下，值可按表4-1查取。 表4-1 力矩增大系数 1/1.5 1/2 1/2.5 1/3 1/3.5 1/4 1.17 1.25 1.33 1.43 1.55 1.70注：- 曲轴上制动角 - 滑块行程次数从动系统动能为 E = I (4-3)式中 I - 从动系统当量转动惯量； - 制动器轴角速度。由式（4-1）-（4-3）得 = （4-4）一般，制动角多采用曲轴上的制动角，则式（4-4）变为 = （4-5）式中 - 制动器轴至曲轴速比； - 曲轴制动角。对通用压力机，一般取5- 10，滑块行程次数低的去下限， 高的取上限。J31-4000KN压力机曲轴制动角取5。查表4-2可知n = 20 则 = = = （）/（次/min） （4-6） = 1.7 又 I =1.7 =1.7 5.06 kgm =8.6 kgm （4-7）查表4-2可知 = ii=23.5 = 2=2 23.5 = 49.2 /s （4-8） = =8.63 Nm式中选取的制动角为理论值，而从按电钮到滑块完全停止，曲轴上所转过转过的角度，要比理论值大。这是由于操纵电路上的继电器动作及管路系统中的分配阀排气均需要时间。因此对应时间曲轴转过的角度为 = 2 t =2 20= 25 （4-9）式中 t - 继电器及分配阀动作时间，取为0.2 s。 这样曲轴实际制动角为 = =30 （4-10） 表 4-2 J31-400KN压力机主传动参数 压力机型号电动机转速（r/min）每分钟行程次数n总速比传动级数第一级传动（皮带传动） 第二级传动（齿轮传动）第三级传动（齿轮传动） 速比速比速比 J31-400 1440 20 72 3 3.034.06 18 735.79 1481 4.2 摩擦副的选择和平面尺寸的计算摩擦块形状的选择：浮动柱塞式摩擦块的形状有以下几种见图4.2。 图4.2 浮动镶块形状浮动镶块形状的选择原则：（1） 传递扭矩较大，即摩擦面积较大，当量摩擦半径较大。（2） 制动器内盘上的窗孔易于加工。（3） 镶块侧向压强小。在制动器工作扭矩，平均半径和摩擦块相当情况下，b，f形摩擦块工作时侧向压力小，散热情况好。J31-4000KN压力机采用b椭圆形浮动镶块。椭圆形浮动镶块各尺寸关系如图4.3. 图4.3 浮动镶块尺寸计算图（1）摩擦半径 （4-11） 或 R = （4-12） 式中 b - 摩擦环半径宽度； c - 重叠系数。 表4-3 曲柄压力机上常用摩擦材料的性能性能料材石棉塑料z64铜基粉末冶金石棉铜摩擦系数干式0.3-0.50.3-0.40.3-0.35湿式