第10章-制动机构设计

第10章制动机构设计一概述二制动器的理论分析三带式制动器的设计计算四块式制动器的设计计算五其他制动器简述主要内容：1第10章制动机构设计一、概述1、制动机构的功用和基本要求制动机构是具有使运动部件（或运动机械）减速、停止或保持停止状态功能，保证机器安全和正常工作、集工作和安全装置为一体的机床上的重要部件。工作原理：利用摩擦力矩，使机件的动能转化为热能，让机件迅速制动。2机床制动器应满足的基本要求：（1）构造简单，尺寸小:制动器应尽量装在高速轴上（2）制动时间在可能条件下尽量短:时间太短有可能因制动力太大而损坏机件，如打掉轮齿、扭坏轴等。（3）保证使用安全:制动机构与启停机构必须互锁。即将离合器脱开时，制动器应制动；接通离合器时，制动器必须先断开。方法：用同一个操纵机构来同时操纵离合器和制动器第10章制动机构设计32、制动器分类制动器分类按驱动部件（类别）机械制动器气压制动器液压制动器电动制动器人力制动器按制动部件（组别）块式制动器内胀蹄式制动器带式制动器盘式制动器磁粉制动器磁涡流制动器各类制动器性能比较及机床常用制动器的类型如表10.1、10.2所示第10章制动机构设计4例1：带式制动器性能及应用特点：结构简单，包角大，制动力矩大；制动轮轴受较大的弯曲力，制动带的比压和磨损不均匀。适用：大型机器、要求紧凑的机床、移动式起重机、卷扬机等。第10章制动机构设计520型车床闸带制动机构原理图结构：该制动器主要由制动轮7、制动带8和杠杆6等组成制动轮7为一钢制圆盘，装在传动轴IV上。制动带8绕在制动轮上，它的一端通过调节螺钉9与箱体10相连，另一端固定在杠杆6的上端。扳动手柄1,通过连杆2,推动竖轴3转动。装在竖轴上的扇形齿轮4随之转动，带动齿条5水平移动，控制离合器的启、停和正反转位置，同时也控制制动器的松开和锁紧。当手柄1处于上、下两个位置时，杠杆6下端处于齿条杆5上a和c两个凸入处，制动带被放松。当手柄1被扳到中间挡住时，齿条也被推到中间，此时离合器松开，而杠杆6的下端处于齿条杆5上的凸起b处，将制动带8锁紧在制动轮7上，使机床迅速停车。6例2：内胀蹄式制动器（鼓式制动器）两个内置的制动蹄在径向上向外挤压制动鼓，产生制动力矩。特点：结构紧凑，散热性较好，密封容易适用：汽车、拖拉机等行走机构的制动鼓式制动器按制动蹄的属性可分多类。各类型的增力和稳定性不同。双领蹄式双向双领蹄式领从蹄式单向增力式双向增力式双从蹄式7例3盘式制动器—钳（点）盘式、全盘式制动钳固定不动，自动盘两侧均有油缸制动钳相对制动盘作轴向滑动，只在制动盘的内侧置有油缸。制动钳相对支座为铰链连接利用轴向压力使圆盘或圆锥面压紧，实现制动特点：制动轴不受弯曲力。结构紧凑，瓦块磨损均匀，制动力矩大小与旋转方向无关。适合：紧凑性要求高处。盘式制动器可按摩擦副中固定元件的结构（块或圆盘面）将其进行分类定钳和浮钳盘式制动器。8例4磁粉制动器磁粉制动器的工作原理：在固定件和旋转件之间的工作间隙中填充磁粉，当充电通过励磁线圈时，产生垂直于间隙的磁通，使磁粉聚集而形成磁粉链，利用磁粉磁化时的剪力实现制动。特点：体积小、质量轻、激励功率小且制动力矩与转动件的转速无关，粉刺会引起零件磨损。适合：用于精密定位、测试加载和张力控制等。9例5块式制动器直流电磁块式制动器系外抱瓦块式短行程常闭制动器，工作方式为断电制动、通电松闸。主要用于起重、运输、冶金、矿山、化工、港口、建筑、建材机械的制动中。103、制动器的安装位置根据电机是否停止运转进行制动确定安装位置：根据制动器的尺寸大小和制动平稳性确定安装位置：（1）若要求电机停止运转后才能制动，则制动器可安装在传动链中的任何传动件上。（2）若要求电机不停止运转而进行制动，则必须断开执行件与电动机的运动联系，故制动器只能安装在被断开的传动链中的传动件上。制动器应安置在接近执行件、转速较高、变速范围较小的传动件上。第10章制动机构设计114、制动器摩擦材料回转零件：制动轮一般用钢铁制造起制动作用的零件一般用摩擦材料制造。摩擦因素大且稳定，具有良好的恢复性能；耐磨、耐油、抗腐蚀；一定的机械强度和良好的制造工艺性。（2）摩擦材料的类别：金属、非金属。（1）摩擦材料的基本要求：第10章制动机构设计12二、制动器的理论分析选用或设计制动器应按配套主机的要求对制动扭矩、制动时间、发热情况进行计算与验算。1、制动扭矩的计算制动扭矩的大小用被制动质量的运动方程式计算。若扭矩不变,则被制动质量将作等减速运动,则其制动扭矩为:tnGDMjZ5.372平均制动扭矩,单位N.m被制动系统的轴和零件折合到安装制动器轴上的当量飞轮矩,单位为kg.m2安装制动器轴的最高转速,单位r/min要求的制动时间,单位sM=KMZ额定制动扭矩第10章制动机构设计132、制动时间的核算在制动过程中，不但要完成制动，而且要保证制动在一定的时间内完成，以保证安全和效率。MJtj00制动时间为：当制动轴的角速度ω减为零时的对应时间角加速度，单位rad/s2制动轴在制动开始时的角速度，单位rad/s制动扭矩,单位N.m换算到制动器轴上的、被制动质量的转动惯量，单位kg.m2第10章制动机构设计143、发热核算在制动过程中，原运动部件的动能将全部转化为热能，若产生的热量过多，则会影响运动精度、制动器及周围其他零件的使用寿命，因此需要对发热进行核算。发热核算的主要参数C：C=f[p]v≤[C]工作容量系数摩擦因数制动带的许用压力，单位Mpa制动轮上最大线速度，单位m/s允许的工作容量系数[C]的经验数值为：一般情况下：[C]≤10×105（N/m2.m/s)工作频繁时：[C]≤6×105（N/m2.m/s)冷却条件很好时：[C]≤30×105（N/m2.m/s)第10章制动机构设计15三、带式制动器的设计计算带式制动器由制动轮和轮上的制动带组成。靠制动带与制动轮之间所产生的摩擦力矩来制动。1、受力分析设计时需计算：带的紧边拉力F1带的松边拉力F2制动轮上所产生的圆周力FP作用在操纵杠杆上的操纵力F第10章制动机构设计16（1）简单带式制动器（单端拉紧制动器）带式制动器根据带固定方式的不同可分为三种基本类型带的一端固定在支架上带的另一端固定在制动杠杆上当制动器顺时针方向旋转时，各制动力与扭矩间的相互关系如下：F1=F2efθ自然对数的底制动带与制动轮之间的滑动摩擦因数包角制动带两端拉力F1、F2的关系：F1-F2=FP第10章制动机构设计17产生制动所需的圆周力：FP=2000MZ/D21112122000()(1)zfFlMlFllDlle所需的制动扭矩制动轮直径为产生制动扭矩MZ必须在杠杆上施加的操作力F：当制动器逆时针方向旋转时，加在杠杆上的操作力F′：)1)((20002112111ffzellelDMlllFF小结：在保证相同制动扭矩的条件下，当制动器沿与制动轮转向相反方向工作时，同制动器正向工作相比，作用在杠杆上的力要增大efθ倍。故，设计这种制动器时，带的紧边应固定在支架上。第10章制动机构设计18（2）双向带式制动器（双端拉紧制动器）结构特点：制动带两端都固定在杠杆上且两个固定点到杠杆回转轴距离相等)1)((20002131ffzellellDMFF作用在杠杆上的操作力F、F′：小结：制动器正、反向工作时的制动效果相同。这种制动器适用于双向制动的场合。第10章制动机构设计19（3）差动带式制动器)1)((20002131213112ffzellellDMlllFlFF制动带两端都固定在杠杆上两个固定点到杠杆回转轴距离l1＞l3结构特点：制动扭矩等于制动带两边拉力对杠杆回转轴的力矩之差。)1)((20002131ffzelllelDMF分析上式可知，为保证该类制动器正常工作，应保证F＞0，否则，杠杆上无需作用外力就能起到制动作用，即制动器自锁，使制动器无法操纵。20小结：比较三种类型的制动器可知，在制动器尺寸相同和制动扭矩相同时，差动带式制动器所需操纵力最小。2、设计计算制动器在进行设计计算时，应根据已知制动扭矩、安装制动器轴的转速采取如下的设计步骤：（1）确定结构尺寸。采用如表10.4的推荐值（2）选择制动带摩擦材料（3）计算各力（4）强度校核（5）发热计算第10章制动机构设计21第10章制动机构设计返回22返回鼓式制动器23返回领从蹄式制动器的工作原理动画24返回动画25返回动画26返回27定钳盘式制动器的工作原理动画返回28定钳盘式制动器返回29浮钳盘式制动器的工作原理1--制动盘2--制动钳体3--摩擦片4—活塞5—液压油路6–消声片7—钳体支架动画返回30