带式制动器设计说明书

1、摘要随着我国机械制造业的迅猛发展，带式制动器越来越多的应用到不同类型的工程车辆上，例如用于卷扬机和生产用机器中以缩短周期性工作时间和确保安全，也被用于各种交通工具(如人力车、汽车和飞机等)中，其优越性得到了广泛的认可。带式制动器是工程机械、汽车等各种交通工具的一个重要组成部件，直接影响着车辆的安全性。它是利用摩擦力矩来吸收和消耗机器运动部件的部分或全部动能，以降低机器的速度或使其停止运转。本文对挠性摩擦体理论进行了研究，通过一系列的推导分析，得出转矩、带的绕入端、绕出端张力的计算公式。对带式制动器的原理，构造、摩擦材料、选取参数及设计步骤进行了综合的阐述，最后完成简单带式制动器的设计。关键词：

2、挠性摩擦理论；带式制动器；计算公式 如需要图纸等资料，联系QQ1961660126如需要图纸等资料，联系QQ1961660126如需要图纸等资料，联系QQ1961660126AbstractAlong with the rapid development of machine building industry, with an increasing number of brake applied to different types of engineering vehicles, for example, used to hoist the production and use of ma

3、chines in order to shorten working hours and periodic safety, but also be used to A variety of means of transport (such as rickshaws, cars and aircraft, etc.), its superiority is widely recognized.With brake-engineering machinery, automobile and other means of transport is an important component par

4、ts, the direct impact on vehicle safety. It is the use of friction moment to absorb the consumption of machinery and moving parts of some or all of the kinetic energy in order to reduce the speed of the machine or make it stop running. In this paper, the flexible friction theory has been studied, de

5、rived through a series of analysis torque, with the entry around the end of the tension around the end of the formula. On the brake with the principles of construction, friction materials, and selected parameters of the steps designing a comprehensive set of the final completion of the brake with a

6、simple design.Key words: Flexible friction theory; belt brake; formulaIII目 录1带式制动器的分类11.1简单带式制动器11.2差动式带式制动器11.3综合式带式制动器 12带式制动器的特点22.1带式制动器的优点22.2带式制动器的缺点：23摩擦材料33.1对摩擦材料的基本要求33.2摩擦材料的选择33.2.1金属摩擦材料33.2.2 非金属材料44带式制动器的分析研究54.1挠性体摩擦理论54.2带式制动器的设计原理65带式制动器参数计算85.1计算的圆周力F85.2带的张力85.3带宽b的计算95.4最小比压力、最大

7、比压力、比压力的计算105.5制动钢带的厚度的计算105.6铆钉的剪切强度计算。116制动器的发热验算137 键的选择与强度计算148 结论15参考文献16课程设计1带式制动器的分类带式制动器常用于中、小载荷的起重运输机械、车辆、一般机械及人力操纵的机械中。其型式有简单带式差动带式和综合带式3种。1.1简单带式制动器带的一端固定在槓桿支点A 上，另一端与槓桿上的B 点连接。带在重锤的重力G 作用下处于紧闸状态。当电流接通时，电磁铁的磁力Z 提起杠杆即为松闸。这种型式的制动轮按图中转向回转时产生生的制动力矩较大；反向回转时制动力矩较小用于单向制动。（如图11上）1.2差动式带式制动器带的两端分别

8、与杠杆的B 和C 点相连，在制动力P 的作用下杠杆绕支点A 转动，B 端拉紧而C 端放松，由于AB 大于AC ，因而是紧闸。它与简单带式一样，宜用于单向制动，但所需制动外力比简单带式小而制动行程大，故常用于手或脚操纵的单向制动。（如图11中）1.3综合式带式制动器 如图11在制动力P的作用下，B 和C 端同时拉紧，且AB 等于AC，故制动轮正转或反转產生的制动力矩相同。它可用于正反向回转和要求有相同制动力矩的场合。带式制动器构造简单，尺寸紧凑但制动轮轴上受力较大，摩擦面上压力分布不均匀因而磨损也不均匀。这种制动器通常用于中小型起重机、车辆和人力操纵的场合，不及块式制动器用得广泛。（如图11下）

9、2带式制动器的特点2.1带式制动器的优点1）结构简单紧凑2）包角大，制动转矩大，相同制动轮直径时，带式为块式的22.5倍。2.2带式制动器的缺点：1）在制动时制动轴附加相当大的弯曲作用力，其值等于带张力 的向量和；2）由于带的绕出端和绕入端的张力不等，故带沿制动轮周围的比压力也不等，随着磨损也不均匀，其差别为e倍；3摩擦材料摩擦元件是制动器的主要组成部分，摩擦材料的性能直接影响制动的接合过程。其工作温度和温升速度，是影响性能的主要因素，以上又取决于摩擦副的工作条件。制动器工作时，吸收的能量越大，而完成的制动时间越短，则温升越高。飞机着陆、高速重型货车制动等，在瞬间使摩擦元件的工作表面温度高达7

10、001000甚至更高。摩擦材料如超过其许用工作温度，性能就会显著恶化。3.1对摩擦材料的基本要求1)摩擦材料系数高而稳定。一般摩擦材料的摩擦系数，都随温度、压力、相对滑动、工作表面的清洁程度而变化，其中温度影响尤为显著。热衰退是使摩擦系数下降的主要原因。摩擦材料应在一定的范围内，具有稳定的摩擦系数和良好的恢复性能。2）耐磨性好。摩擦材料的磨损，主要由于其成分在高温下的热分解，以及接触面间的摩擦所造成。为减轻磨损，除提高摩擦材料及粘结剂的耐热性和抗磨性外，还应使摩擦表面光滑。3）有一定的机械强度和良好的工艺性。4）有一定的耐油、耐湿、抗腐蚀及抗胶性能。5）容许比压力大及不伤制动轮。在摩擦面上开槽

11、可以贮集侵入的灰尘和砂粒从而减轻磨损。3.2摩擦材料的选择3.2.1金属摩擦材料金属摩擦材料强度高，不易破裂。对水的侵入不敏感；温度升高时摩擦系数下降快，胶合趋势大，因而知道不平稳。常用的金属摩擦材料如下。1）粉末冶金摩擦材料 这种材料有较高的摩擦系数，导热性好，耐高温，耐磨，许用比压高，有良好的热稳定性和磨合性，广泛用于重载工作机械。但在轻负荷条件下其耐磨性不及石棉材料。2）铸铁 耐磨性及导热性较好，不易胶合，耐冲击性差，适于在湿式中，低速条件下工作。载荷不大时也用于干式。常用铸牌号有HT200等。3）钢 耐磨性及导热性较好，但表面易划伤，适于于湿式。常用的有10、15钢等。4）青铜 耐磨性

12、和导热性好。3.2.2 非金属材料1）石棉摩擦材料 石棉摩擦材料应用最广，其基本成分是石棉、粘结剂和用以调节性能的各种有机或无机填料。石棉摩擦带分为纺织类和纤维类。纺织类：石棉摩擦材料掺以一定量的棉花，织成布或带，再经过各种粘结剂和填充混合物的浸渍，经干燥、热压等工序制成。按需要可在纺织时加入锌丝或铜丝。此类制品有石棉橡胶离合器片，石棉铜丝及石棉树脂刹车片等。这种制品抗冲击强度较好，在常温下有较高而稳定的摩擦系数，但耐高温性能较差，磨损较快。纤维类：将短纤维石棉、粘结剂和各种添加剂等混合后，用干法或半湿法工艺制成压缩料，在经热压而成。有时根据需要也加入少量有色金属，通称石棉绒制品，应用广泛。2

13、)有机摩擦材料 如皮革、橡胶、木材等，主要用于小功率，低速机械的制动。3)纸基摩擦材料 主要在油介质工作，用于液压自动变速器的传动和制动。摩擦系数稳定、磨损小，静动摩擦系数很接近，约0.130.15。4)碳基摩擦材料 这是近年出现的新型摩擦材料，耐高温性能好，摩擦系数稳定，耐磨性也好。考虑制动性、经济成本多方面的因素，综合以上各种材料特性的比较，选择石棉树脂摩擦带较合适。这种制品抗冲击强度较好，在常温下有较高而稳定的摩擦系数，但耐高温性能较差，磨损较快，适用于小功率，低速机械的制动，工作环境的温度不是很高。4带式制动器的分析研究4.1挠性体摩擦理论如图41所示:等厚挠性体包在直径为D（R/2）

14、的运动体上包角为。忽略挠性体的厚度及宽度。假设挠性体单位长度的重量为，运动体的转动角速度为。，若挠性体上承受随变化的单位压力P，则挠性体受到的离心力为:。现取挠性体上角度为的单元体进行受力分析来 图41研究挠性体的受力，如图42所示，单元体主要受到以下几个力:1)拉力:F, F + dF;2)摩擦力= 3)离心力:=; 4)正压力:= 根据力的平衡原理得: 图42+cos (1)+-Fsin (2)因为很小，所以假定sin =Cos=,并略去二次项，那么由(2)式可得: 假如运动体以恒角速度旋转，则为一常量，微分得: (4)由(1)式可得:=0 （5）联立(4)(5)式可得:=0 （6）积分:

15、即: （7）由（7）式可以看到，:0 时，挠性带受到的压力由P: ()，即挠性带上受到的压力呈指数分布。4.2带式制动器的设计原理带式制动器常用于中、小载荷的起重、运输机械中，结构形式有简单式、差动式和综合式。以下就简单式的带式制动器的设计原理给以详尽的论述。随着a角度的变化，在运动体上，带产生的制动力矩为:将(7)式带人上式，得： （8）由于最终挠性带会制动运动体，即，离心力为0，则(3)式可改写为:带入(8)式，得: (9)简单的带式制动器一般会固定定F1，端施加力 .如图1所示，我们取带和运动为研究对象，对中心取矩，即: (10)联立(9). (10)式可得: （11）假设制动力为F，则

16、由(9), (10)、(11)式可得: （12）=/e-1 （13）=/ e-1 （14）式(11) （14）即为带式制动器的基本计算公式。5带式制动器参数计算5.1计算的圆周力F根据设计要求及实际经验，从表1中选取T=5400N·m D=0.9m 代入下面公式得 =12000N5.2带的张力带的张力按欧拉公式决定，带的绕入端和绕出端张力计算分别为=/e-1 14105N=/ e-1 = =2105N带两端张力之间的关系为式中 T制动转矩(N·m) 根据表1 取T=5400 N·m 摩擦系数，见表52，选择石棉树脂作为摩擦材料，取0.4 制动轮的包角，通常取为 2

17、502 70,复合带式的包角可达630;此次设计取制动轮的包角为2 70即 D制动轮直径（m），可按表1选取，D=0.9m带宽b按许用单位压力P（表52）决定，摩擦材料是石棉树脂，去应P=0.3。取比轮宽B小510mm.5.3带宽b的计算/PD =104 mm根据计算的数值，结合经验取b=100mm表51 带式制动器的制动轮尺寸（推荐值）计算制动转矩T/Nm制动轮尺寸/mm直径D宽度B1001003004006007008601400160018002100285040006400800010010015015020020025030035040045050070080010003040607

18、09090110150表52摩擦副计算用数据推荐值对摩材料PMPa和pv/N·m·（）摩擦系数许用温度t/带式制动器停止式滑摩式摩擦材料对摩材料PpvPpv干式湿式铸铁钢青铜石棉树脂石棉橡胶石棉铜丝石棉浸油石棉塑料钢钢或铸铁钢钢钢钢钢钢1.51.50.60.60.60.60.62502502502502502501.01.00.30.30.30.30.31502502502502502500.170.20.150.180.150.20.350.40.40.430.330.350.30.350.350.450.060.080.060.080.060.110.100.120.1

19、20.160.080.120.150.202602601502502502505.4最小比压力、最大比压力、比压力的计算=2/Db = =46788Pa=2/Db = =313444Pa0.3MPaP=(+)/2 =180111Pav=D/60;=0.16 m/s根据发热及复面单位面积上摩擦功率v 值验算制动器v<P式中 P比压力，带和轮之间的实际比压力P可取与的平均值。 制动轮圆周速度（m/s）,v=D/60； 制动轮轮速（r/min），取200 r/min； P复面单位面积上许用摩擦功率率值,见表52。取P=250；5.5制动钢带的厚度的计算制动钢带的厚度由带的最大张力(N),按危险

20、断面拉伸计算决定=/(b-md)=2.5mm根据上式所得的数值，查表53，取=4mm式中m沿带宽每排最多的铆钉数，取m=3； d联接钢带与联接件（摩擦材料）用的铆钉直径（mm），取d=10mm； 钢带的许用拉应力（MPa）。钢带材料常用Q235 A，Q275和45钢。 当具有覆面材料时，取=80100MPa，无覆面材料时，取=60MPa。 。带式制动器制动钢带推荐采用尺寸列于表53。为了保证带紧密地贴合到制动轮上。当轮径小于1m时，带宽不大于100mm；当轮径大于1m时，带宽不应大于150mm。如根据计算一根上述带宽不够时，可以平行地用两根。表53制动钢带荐用尺寸（mm）带宽B25304050

21、6080100140200带厚3344647610当松闸时，带与制动轮摩擦面之间的退距,按表4进行取值。因为制动轮的直径D=900mm,所以取=1.5mm带的长度根据实际情况而定，大约在1200mm左右。表54带式制动器推荐用退距(mm)制动轮直径D100200300400500600700800推距0.81.01.251.51.5联接制动带用的铆钉应按剪切强度验算，对于材料为Q215A和Q235A的铆钉，其许用剪切应力可取=5060MPa5.6铆钉的剪切强度计算。=4000N而相应的的切应力则为=因此联接制动带用的铆钉剪切强度符合要求。设计制动器时，制动带与制动杠杆的交角应接近于直角，以达到

22、消除作用到杠杆心轴的附加分力，和减少带在杠杆上固定点所需的闭合行程。6制动器的发热验算发热验算是设计及选用制动器中的重要环节，发热计算的目的是保证制动轮和摩擦衬垫的工作温度不超过许用值，因为摩擦面温度过高时，摩擦系数将会降低，不能保持稳定的制动转矩，并加速摩擦元件的磨损。本次课程设计采用的是滑摩式制动器在低转速情况下的制动，每小时制动次数不大于150次时，不需要进行发热验算。7 键的选择与强度计算选择键的类型时，应考虑所需传递的转矩;轴上零件是否需要沿轴向滑移及滑移的距离的长短。对中性的要求；键在轴的中部还是端部等。选择B型。根据轴的直径为40mm差手册知键的公称尺寸bh为128。L=14mm.轻微冲击载荷取120MPa。强度计算 =