电磁制动器研究设计

电磁制动器研究设计作者:颜珂学院(系):机械工程学院专业:机械工程及自动化2009年6月火箭弹等武器发射系统的高低机和方向机快速、精确地随动调转，是实现瞄准和提高武器性能的关键技术。在瞄准机瞄准过程中，当方向机和高低机转到目标位置后，需要抱闸和锁紧在当前位置；在火箭炮发射过程中，由于振动或是其他因素可能影响瞄准位置，需要抱闸装置以防止瞄准机的瞄准出现偏移。电磁制动器适用于定向、定位和发射装置的转塔回转轴的制动功能，具有结构紧凑、重量轻和安全可靠的特点，具有对高低机和方向机在任意位置抱闸和锁紧功能。关键词火箭弹发射抱闸锁紧电磁制动器TitleDesignofelectromagneticbrakeAbstractTotransfertheelevatinganddirectionmechanismoftherocketandotherweapon’slaunchsystemsquicklyandaccuratelyisthekeytechnologytorealizeaimingfunctionandimprovetheweapon’sperformance.Intheaimingprocessoftherocket’saimingmechanism,whenthedirectionandelevatingmechanismhaveturnedtothegoalposition,theyneedtobebrakedandlockedatcurrentposition.Intherocketlaunchingprocess,theremaybevibrationorotherfactorsthatwouldaffectaimingposition,sobrakeequipmentisneededtoavoidexcursion.Electromagneticbrakeisusedfororientation,positioningandturretlauncherrotaryaxis.Itiscompact,light,safeandreliable,withthefunctionofbrakingandlockingtheelevatinganddirectionmechanisminanyposition.KeywordsRocketlaunchBrakeLockElectromagneticbrake第I页共I页目次1绪论................................................................11.1课题研究背景、目的和意义..........................................11.2论文主要研究工作及意义.............................................32电磁制动器设计......................................................42.1电动机选择.........................................................52.2电磁制动器原理设计.................................................62.3本章小结...........................................................83主要零件的分析与设计................................................93.1摩擦元件设计.......................................................93.2线圈设计..........................................................123.3弹簧设计..........................................................143.4其他零件的设计....................................................163.5本章小结..........................................................174有限元分析.........................................................174.1COSMOSWORKS的线性静力分析假设....................................194.2弹性力学假设......................................................194.3摩擦片的有限元分析................................................204.4本章小结..........................................................23结论................................................................24致谢.................................................错误!未定义书签。参考文献...........................................................25附录.................................................错误!未定义书签。第1页共28页1绪论1.1课题研究背景、目的和意义20世纪60年代以来，由于科学技术的发展和生产工艺的改进，火炮在射程、射速、威力和机动性各方面都有明显提高。在增大火炮射程方面，主要采用高能发射药,加大装药量,加长身管，增大膛压，提高初速，相应采用自紧炮身以及发展新弹种（如底凹弹、底部喷气弹、火箭增程弹和枣核弹）等。105毫米榴弹炮射程从第二次世界大战时的11～12公里增大到15～17公里,155毫米榴弹炮射程从14～15公里增大到30公里以上，有的达40余公里。在增大火炮射速方面，采用半自动炮闩，液压传动瞄准机构，可燃药筒和全自动装填机构等。瑞典FH77-A式155毫米榴弹炮，最大发射速度3发／6～8秒。美M204式105毫米榴弹炮利用前冲原理缩短后坐量，后坐时间由2.5秒降为1.4秒，后坐距离由1184毫米降至430毫米。在提高弹丸威力方面，采用增大弹体强度,减薄弹体壁厚，增大炸药装填量等措施，并改装高能炸药和采用预制破片弹等。美105毫米榴弹的杀伤效果,相当于第二次世界大战期间的155毫米榴弹。在提高火炮机动性方面，许多国家采取新结构、新原理、新材料等以减轻火炮重量,并重视发展新型自行火炮。美M102式105毫米榴弹炮，上架、下架和大架合一，高低机与平衡机合一，采用鸟胸骨闭架式大架和迫击炮座盘，简化了结构，改善了受力条件，除后坐部分为钢制件外，其余大多为铝制件。火炮重量由原来的2260千克减到1400千克。美M204式105毫米榴弹炮利用前冲原理，重量由原来的2260千克减到2027千克。美M109A1式155毫米自行榴弹炮，采用专用铝合金车体，体积小，重量轻，机动性好；采用密闭式旋转炮塔，具有浮渡能力；采用液压折叠式驻锄,方向射界为360°。瑞典的FH77式155毫米榴弹炮和英国、联邦德国、意大利联合研制的FH70式155毫米榴弹炮，均附有辅助推进装置，进一步提高了火炮的机动能力。苏Д-30式122毫米榴弹炮采用具有360°方向射界的炮架，提高了火炮的火力机动性。火炮在射击前必须先进行瞄准。所谓瞄准，就是赋予炮膛轴线以射击所必须的正确位置，使射击时的平均弹道通过预定射击点的动作过程。完成瞄准操作的装置称为瞄准机。瞄准机的作用是按照瞄准装置所装定的设计诸元，赋予定向器轴线一定的高低角和方向角，即赋予定向器轴线一定的空间位置。瞄准机分为高低机和方向机。通过高低机操纵起落部分绕耳轴旋转赋予炮膛轴线的高低角，称为高低瞄准。通过方向机操纵回转部分绕立轴旋转赋予炮膛轴线的方位角，称为方向瞄准。第2页共28页制动器是使机械中的运动件停止或减速的机械构件，俗称刹车、闸。制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备(如矿井提升机、电梯等)则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。最早的制动器为机械式，随着自动化的发展，出现了电磁式制动器，干式电磁制动器先是单片式，因为价格低，结构简单，在技术要求不搞的地方得到了广泛应用，不足之处是精度低，接通时间长，易磨损，在很大程度上限制了进一步的应用。而干式多片式失电式电磁制动器以体积小，力矩值大，动作灵敏，寿命长等特点，迅速在各行业得到了广泛的应用。图1.1制动器的分类有些制动器已标准化和系列化，并由专业工厂制造以供选用。电磁制动器是现代工业中一种理想的自动化执行元件，在机械传动系统中主要起传递动力和控制运动等作用。具有结构紧凑，操作简单，响应灵敏，寿命长久，使用可靠，易于实现远距离控制等优点。主要与系列电机配套。广泛应用于冶金、建筑、化工、食品、机床、舞台、电梯、轮船、包装等机械中，及在断电时（防险）制动等场合。使机械运转部件停止或减速所必须施加的阻力矩称为制动力矩。制动力矩是设计、选用制动器的依据，其大小由机械的型式和工作要求决定。制动器上所用摩擦材料（制动件）的性能直接影响制动过程，而影响其性能的主要因素第3页共28页为工作温度和温升速度。摩擦材料应具备高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。摩擦材料分金属和非金属两类。前者常用的有铸铁、钢、青铜和粉末冶金摩擦材料等，后者有皮革、橡胶、木材和石棉等。利用电磁效应实现制动的制动器，分为电磁粉末制动器和电磁涡流制动器，电磁摩擦式制动器等多种形式。电磁制动器主要分为：①电磁粉末制动器：激磁线圈通电时形成磁场，磁粉在磁场作用下磁化,形成磁粉链,并在固定的导磁体与转子间聚合，靠磁粉的结合力和摩擦力实现制动。激磁电流消失时磁粉处于自由松散状态，制动作用解除。这种制动器体积小，重量轻,激磁功率小,而且制动力矩与转动件转速无关，可通过调节电流来调节制动扭矩，但磁粉会引起零件磨损。它便于自动控制，适用于各种机器的驱动系统。②电磁涡流制动器：激磁线圈通电时形成磁场。制动轴上的电枢旋转切割磁力线而产生涡流。电枢内的涡流与磁场相互作用形成制动力矩。电磁涡流制动器坚固耐用、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。这种制动器常用于有垂直载荷的机械中。③电磁摩擦式制动器：激磁线圈通电产生磁场，通过磁轭吸合衔铁，衔铁通过联结件实现制动。另外还细分为干式单片电磁制动器、干式多片电磁制动器、湿式多片电磁制动器等等；根据制动方式又可分为通电制动和断电制动。电磁制动器是一种将主动侧扭力传达给被动侧的连接器，可以据需要自由的结合，切离或制动，因使用电磁力来作动，称之电磁制动器，具有响应速度快，结构简单等优点。电磁制动器是使机器在很短时间内停止运转并闸住不动的装置，制动器也可在短期内用来减低或调整机器的运转速度。1.2论文主要研究工作及意义在瞄准机瞄准过程中，当方向机和高低机转到目标位置后，需要抱闸和锁紧在当前位置；在火箭炮发射过程中，由于振动或是其他因素可能影响瞄准位置，需要抱闸装置以防止瞄准机的瞄准出现偏移。因为即使微小的位置偏移都会使得火箭炮的目的地出现不可预计的偏差，所以抱闸装置的要求十分严格，锁紧不能出现任何问题。又由于瞄准机工作条件较差，传动运动受力较大，在行军或射击时受有动负第4页共28页载荷的作用，因此制动器应有足够的强度和寿命，以保证不被破