制动轮设计说明书.docx

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制动轮设计说明书

制动轮设计说明书

制动轮

该标准适用于制动轮直径为100～800mm的瓦块式制动器。

技术要求

①轮缘表面淬火硬度35～45HRC，深度为2～3mm。

②材料ZG270—500。

③键槽型式、尺寸及公差按GB/T3852—97《联轴器轴孔和联接型式及尺寸》的规定。

标记示例：

制动轮200—Y60JB/ZQ4389—86

200—制动轮直径，mm

1制动轮简介

制动轮就是制动器的重要组成部分，是使机械中的运动件停止或减速的机械零件；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，缩小制动器的尺寸，通常将制动器安装在机构的高速轴上，也就是电动机上，或减速器的输入轴上。

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。

特殊情况下也有将制动器装在中速轴中的，例如需要浸入油中的载重制动器。

有些电动葫芦为了减轻发热与磨损，就装在减速器壳里。

2制动轮工作原理

制动轮的工作原理是利用摩擦副中产生的摩擦力矩来实现制动作用，或者利用制力与重力的平衡，使机器运转速度保持恒定。

具体如下：

制动器是依靠摩擦副间的摩擦而产生制动作用的，摩擦副中的一组与机构的固定机架相连。

另一组则与机构转动轴相连。

当机构起动时，使摩擦面脱开，机构转动件便可运转；当机构需要制动时，使摩擦面接触并压紧，这时摩擦面间产生足够大的摩擦力矩，消耗动能，使机构减速，直到停止运动。

制动状态还能阻止机构在外载荷作用下运动。

采用摩擦制动的优点是：

机构制动平稳可靠，有时还可以根据需要调整制动力矩的大小。

3制动轮的用途

在起重机的各个机构中，制动轮几乎是不可缺少的组成部分。

在起升机构中必须装设可靠的制动器，以保证吊重能停止在空中。

自重不完全平衡的起重伸臂也必须用制动器将它维持在一定的位置。

运行机构与回转机构也需要用制动器使它们在一定的时间或一定的行程内停下来。

对于在露天工作或在斜坡上运行的起重机，制动器还有防止风力吹动或下滑的作用。

只有速度很低、阻力很大的室内起重机的运行机构才可以不装设制动器。

某些起重机的起升机构还利用制动器来使物品以所要求的速度下降，例如汽车起重机、淬火起重机等。

综上所述，制动器的作用有如下三种。

1）支持保持不动

2）停止用摩擦消耗运动部分的动能，以一定的减速度使机构停止下来。

3）落重将制动力与重力平衡，使运动体以稳定（恒定）的速度下降。

在起重机的各个机构中，制动器可以具有上述一种或几种作用。

在设计或选用制动器时，应充分注意制动器的任务以及对它的要求。

例如，支持制动器的制动力矩必须具有足够的储备，也就是应当保证一定的安全系数。

对于安全性有高度要求的机构需要装设双重制动器，例如运送熔化铁水包的起升机构，规定必须装设两个制动器，其中每一个都能安全地支持铁水包不致坠落。

对于落重制动器，则应该考虑散热问题，它必须具有足够的散热面积将重物的位能所产生的热量散去，以免制动器过热而损坏或失效。

4制动轮构造

制动轮通常由铸钢制造，转速不高的制动轮也可以用组织细密的铸铁制造。

采用铁制动轮可以使制动衬料的磨损减轻。

国外有用含钼、鉻或镍的合金铸铁制造制动。

为了增强制动轮摩擦表面的耐磨性，最好进行表面淬火，使之硬度为HRC35～45,深度为2～3mm制动轮表面粗糙度Ra值为12.5～6.3μm，表面粗糙度太低在跑合期间使制动衬料磨损太多。

装在高速轴上的制动轮应全部加工，否则应进行平衡，以避免不平衡质量引起的振动。

制动轮的宽度通常比制动瓦块宽度大5mm到10mm。

制动轮的直径根据制动力矩和制动衬料的容许比压力等决定。

5关于制动衬料的要求：

1）摩擦系数大。

2）摩擦系数恒定。

3）容许高的工作温度当衬料达到极限工作温度时，一般摩擦系数急剧下降，并且磨损加快。

4）耐磨。

5）不伤制动轮。

6）容许比压力大。

7）有适当的刚性——刚性大的材料要求的松闸行程较小，但刚性太大材料丧失缓冲作用，使上闸时的载荷增大。

8）有适当的挠性——便于弯曲，以适合瓦块圆弧，否则应制成定型产品。

9）导热性一般摩擦材料的导热性都不好，为了提高导热性能，有的制动衬料中加入一些导热性能良好的铜丝或铜末。

6摩擦衬料的主要种类：

1）棉织制品摩擦系数较大，μ=0.45～0.55，最高容许工作温度100℃左右，容许的比压力也低，［p］=0.05~0.3N/mm2。

2）石棉织制品浸以沥青或亚麻仁油能增加强度，是一种常用材料。

摩擦系数μ=0.35~0.4，最高容许工作温度175~200℃，容许比压力［p］=0.05~0.6N/mm2。

3）石棉压制品将石棉碎片与橡胶及小量硫混合压制在一起，然后进行硫化。

摩擦系数μ=0.42~0.53，最高容许工作温度220℃，容许比压力容许比压力［p］=0.05~0.6N/mm2

4）石棉树脂材料由石棉纤维或者石棉线与树脂粘结剂和各种填料混合后经热压而成。

这种材料允许的最高工作温度与粘结树脂的分解温度有关。

粘结剂通常用酚醛树脂，填料长用重晶石，可增加耐磨性与摩擦系数的稳定性。

常常混入黄铜丝碎段或黄铜末以提高耐热性。

摩擦系数μ=0.35~0.5，最高容许工作温度250℃，容许比压力［p］=0.15~0.8N/mm2。

5）粉末冶金摩擦材料金属粉末及石棉、石墨等材料压制烧结而成，容许工作温度达600℃以上，容许比压力［p］=1~1.5N/mm2。

粉末冶金材料是较新的摩擦材料，它是以金属为主体，通常用铁或铜，添加增加摩擦系数的组元，如石棉、二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅等，及减少磨损的润滑组元，如石墨、铅、二硫化钼、金属硫等。

调节各组元的含量，可得到所需要的性能。

各组分按一定比例混合均匀，在钢制模具中压制成型，然后在保护气氛下烧结。

铜基粉末冶金摩擦材料对于钢质的对偶材料不易出现粘结，适合作为离合器的摩擦材料，尤其是湿式离合器。

在高速重载的刹车制动，瞬间摩擦表面温度可达1000℃以上，大多采用铁基材料。

下表列出了常用的制动粉末冶金摩擦材料的成分和性能。

常用的制动粉末冶金摩擦材料的成分和性能

粉末冶金摩擦材料的导热系数比石棉树脂材料大的多，前者为4.18kW/（m2•k）,后者为0.04Kw/（m2•k）。

这对于保护对偶材料不致过热有很大的作用。

粉末冶金摩擦材料的摩擦系数也是随着比压力与相对速度的增大而降低。

但由于强度较高，容许比压力较大，工作温度较高，特别适合于高速重载工作。

在高温工作时，磨损量比石棉树脂小一倍以上。

粉末冶金摩擦材料通常烧结在钢质背板上，可以制成多个圆形，方形或梯形。

制动衬料的固定方法通常用铝铆钉或软钢空心铆钉将衬料和瓦块铆在一起。

采用铆接的办法，衬料的利用率仅为50%左右。

采用胶合的方法可以大大的提高材料的利用率，延长更换衬料的周期。

其方法是将衬料胶在2.5～3mm的钢板上,把该板插在瓦块的凹槽中,两端用压板及螺钉固定.

第4章制动器的选择与使用

4.1静力矩

起吊额定起荷时作用在卷筒轴上的静力矩

Mjt=（PQ+PO）DO/2mηZηdηt

式中Mjt—静力矩，单位为Nm

m—滑轮组倍率。

ηZ—滑轮组效率。

ηd—导向轮效率。

ηt—卷筒的机械效率

滑轮

效率阻力

系数ηZ

m

ηη23456810

滚动轴承0.980.020.990.980.970.960.950.9350.916

滑动轴承0.950.050.9750.950.3250.90.880.840.8

作用在电动机轴上的静力矩为：

Mj=Mjt/iηch＝（PQ+PO）DO/2miη

式中Mj—静力矩，单位为Nm

i—减速装置的传动比

下降时作用在电动机轴上的静力矩为：

M＇j=（PQ+PO）DOη＇/2mi

DO—卷筒的卷绕直径

η＇—下降时总机械效率

η＇=η＇chηZ＇ηdηt

ηZ＇—下降时滑轮组效率

η＇ch—下降时减速装置效率

通常ηZ＇≈ηZη＇ch≈ηchη＇≈η

4.2制动器的选用

（1）制动器的制动力矩，应该满足以下要求：

MZ≥k•M＇j

式中：

MZ——制动器的制动力矩；

M＇j——制动器所在轴的力矩；

k——安全系数，参见下表。

见表制动器安全系数

驱动型式工作级别K

人力驱动M1（轻级）1.5

动力驱动M1,M2,M3（轻级）1.5

M4（中级）1.75

M5（重级）2.0

M6,M7,M8（特重级）2.5

机构使用情况安全系数

起升机构一般的1.5

重要的1.75

具有液压制动作用的液压传动的1.25

吊运炽热金属或危险品的起升机构装有两套支持制动器时，对每一套制动器1.25

彼此有刚性联系的两套驱动装置，每套装置装有两套支持制动器时，对每一套制动器1.1

非平衡变幅机构1.75

平衡变幅机构在工作状态时1.25

在非工作状态时1.15

（2）制动器一般装在机构的高速轴上，以减小制动转矩。

如果在起升和变幅机构的传动系中有离合器或挠性传动件，制动器必须装在卷筒上，以确保安全。

起升和变幅机构必须使用自动作用或操纵的常闭式制动器。

必须使用常开式操纵制动器时，应加装停止器。

运行和回转机构推荐使用操纵式制动器。

为了兼有自动作用常闭式制动器安全可靠和常开操纵式制动器制动平稳的优点，在电动桥、门式起重机的运行机构上可采用综合式制动器。

（3）在起升、变幅机构中用于支持物品和吊臂的制动器，制动转矩必须有足够的储备。

运行、回转机构采用自动作用常闭式制动器时，应满足制动时间或制动减速度的要求。

门式、门座起重机和装卸桥运行机构制动器，应保证起重机具有工作状态下的防风抗滑安全性。

铁路起重机运行机构制动器除具有自力行走制动的功能外，还应保证起重机随列车回送时能与列车空气制动系统同步制动。

汽车起重机运行机构应具有行车制动和驻车制动功能。

行车制动由车轮制动器实现。

驻车制动可采用中央制动器，制动传动轴或变速器输出轴，也可在车轮制动器上另设操纵机构，使之兼起驻车制动器作用，不另设中央制动器。

（4）选制动器应注意经济性、维修性和使用可靠性。

选用电力液压块式制动器标准产品时，制动转矩只能在（1.0～0.7）额定制动转矩范围内调整，以保证制动转矩稳定，制动可靠。

电磁块式制动器标准产品的制动转矩可在（1.0～0.5）额定转矩范围内调整。

（5）制动器选定后，应根据起重机的工作条件和具体要求验算制动时间或制动距离或制动减速度，必要时应作发热验算。

4.3制动的配备

1）在对起重机进行安全检查时，对各机构制动器的配备要求必须给予确认；

2）动力驱动起重机的起升、变幅、运行、旋转机构都必须装设制动器。

3）起升机构、变幅机构的制动器，必须是常闭式制动器。

4）吊运炽热金属或其他危险品的起升机构，以及发生事故可能造成重大危险或损失的起升机构，每套独立的驱动装置都应装设两套支持制动器。

5）人力驱动的起重机，其起升机构和变幅机械必须装设制动器或停止器。

4.4制动器的检查与报废

正常使用的起重机，每个班次都应对制动器进行检查。

检查内容包括：

制动器关键零件的完好状况、摩擦副的接触和分离、松闸器的可靠性、制动器的整体工作性能等，所有的制动器都应保证灵敏无卡塞现象。

制动器的零件，出现下述情况之一时应报废更新：

1）制动器的零件出现裂纹；

2）制动带或制动瓦块摩擦垫片厚度磨损达原厚度的50%；

3）弹簧出现塑性变形；

4）铰接小轴或轴孔直径磨损达原直径的5%；

5）制动轮轮缘厚度磨损，对起升、变幅机构损坏达原厚度的40%，对其他机构磨损达原厚度的50%。

总结

通过这次课程设计，将以往这三年来所学知识得以应用和总结。

在这次设计中我们主要用到了机械制图、机械工程材料、实用机械设计、理论力学、材料力学等方面的知识，同时还了解了制动器的发展和使用范围。

这一次的课程设计让我收获很多同时对于我来说是一个很好的锻炼，它使我对自己有了一个准确的认识，让我明白以前自己对自己的不负责是多么的不对。

通过这次设计，我对书本上所讲的知识有了一个系统的了解，从开始的不理解到最后的懂，都离不开老师的严格要求与指导。

此外，在这次课程设计中我也体验到。

我只有不断的去练习学习经验，我才能更好的去了解一些在书上没有的东西，所以在以后的学习和工作中要不断的去学习和实践。

我才能进步的更快，学的知识也更牢固，才有可能在这个行业中有所学。

参考文献

[1]成大先主编.机械设计手册第四版[M].化学工业出版社,2002.

[2]成大先主编.机械设计手册单行本[M].化学工业出版社,2001.

[3]梁正强主编.机械零件设计计算实例[M].中国铁道出版社,2000.

[4]院宝湘主编.工业设机械基础[M].北京理工大学，2000.

[5]刘宝明等主编.实用机械设计[M].吉林科学技术出版社.2003.1