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電動絞車剎車裝置的設(shè)計 摘 要 機(jī)械是人類生產(chǎn)和生活的基本工具要素之一，是人類物質(zhì)文明最重要的一個組成部 分。機(jī)械工業(yè)擔(dān)負(fù)著向國民經(jīng)濟(jì)各部門，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)和社會生活各個方面提供各種 性能先進(jìn)、使用安全可靠的技術(shù)裝備的任務(wù)，在國家現(xiàn)代化的建設(shè)中占有舉足輕重的地 位。20 世紀(jì) 80 年代以來，以微電子、信息、新材料、系統(tǒng)科學(xué)為代表的新一代科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展及其在機(jī)械工程領(lǐng)域中廣泛滲透、應(yīng)用和衍生，極大的拓展了機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計制造 活動的深度和廣度，改變了現(xiàn)代制造業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方法、生產(chǎn)工 藝和設(shè)備以及生產(chǎn)組織模式，產(chǎn)生了一大批新的機(jī)械設(shè)計制造方法和制造系統(tǒng)。 電動絞車作為一種機(jī)械產(chǎn)品，有著理論基礎(chǔ)不在局限于力學(xué)，制造過程的基礎(chǔ)也不 只是設(shè)計與制造經(jīng)驗及技藝的總結(jié)。本設(shè)計涉及到了電動機(jī)的選取，齒輪與傳動裝置的 設(shè)計，還有制動裝置的選用以及減速器的計算，最后通過對零件的設(shè)計達(dá)到最后電動絞 車的總裝要求?？傊?，本設(shè)計注意到了調(diào)整結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)科學(xué)基礎(chǔ)，反映在大學(xué)期間學(xué)習(xí) 到的知識的聯(lián)系和銜接，內(nèi)容分配合理，即相互聯(lián)系又避免不必要的重復(fù)，在設(shè)計中形 成自己的特色，對自己以后工作墊下堅實的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：電動機(jī)；聯(lián)軸器；傳動裝置；減速器；制動裝置 Abstract Machinery is the basic tool of human production and life of human material civilization, is one of the most important part of. Machinery industry is responsible for the national economic sectors, including industrial, agricultural and each aspect of social life with a variety of advanced performance, safe and reliable use of the technology and equipment of the task, in the national modernization construction occupies the position of play a decisive role. Since the nineteen eighties, microelectronics, information, new material, system science as the representative of the new generation of the development of science and technology and in the mechanical engineering field widely, application and derivative, greatly expanding the product design and manufacture of mechanical activity of the depth and breadth of modern manufacturing industry, changed the method of product design, product structure, production methods, production technology and equipment and the production organization pattern, resulting in a large number of new mechanical design manufacturing method and system. Electric winch is a mechanical product, a theoretical basis is not limited to mechanical, manufacturing process based not only design and manufacturing experience and technology summary. This design involves the selection of electric motor, gear and gear design, and the braking device selection and the speed reducer are calculated, finally through to reach the final parts of the design of electric winch assembly requirements. In short, this design pay attention to adjust a structure, strengthen the scientific basis, reflected in the university period to learn knowledge of contact and connection, content distribution is reasonable, namely the interrelated and avoid unnecessary duplication, in the design of forming its own characteristics, to their later work mat foundation. Key words：Motor；Coupling；Gear；Reducer；Braking device 目 錄 摘 要 .1 1 緒論 .1 1.1 絞車的研究現(xiàn)狀 .1 1.2 絞車的種類 .1 1.3 絞車的應(yīng)用 .2 1.4 絞車設(shè)計的主要內(nèi)容 .3 2 電動機(jī)的選取 .4 2.1 電動機(jī)的功能 .4 2.2 電動機(jī)的種類 .4 2.3 電動機(jī)選取與計算 .7 3 制動系統(tǒng) .9 3.1 離合器的設(shè)計 .9 3.2 制動器的設(shè)計計算 .11 3.2.1 制動器的外形 .11 3.2.2 制動器系數(shù)的分析 .13 3.2.3 制動器制動力矩的確定 .13 3.3 制動器主要零部件 .14 3.4 摩擦襯片的磨損特性計算 .15 4 減速器的設(shè)計 .17 4.1 傳動參數(shù)的設(shè)計 .17 4.2 減速器齒輪選擇和計算 .18 4.3 軸的計算和校核 .25 5 聯(lián)軸器的設(shè)計 .27 5.1 聯(lián)軸器的種類和選用因素 .27 5.2 聯(lián)軸器的功能用途 .29 5.3 聯(lián)軸器的材料 .30 6 其他附件的設(shè)計 .31 7 結(jié)語 .32 參考文獻(xiàn) .33 致 謝 .34 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 0 1 緒論 1.1 絞車的研究現(xiàn)狀 絞車又稱為卷揚(yáng)機(jī)，主要運(yùn)用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降 或平拖。是用卷筒纏繞鋼絲繩或鏈條以提升或牽引重物的輕小型起重設(shè)備。 絞 車 具 有 以 下 特 點 ： 通 用 性 高 、 結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 體 積 小 、 重 量 輕 、 起 重 大 。 使 用 轉(zhuǎn) 移 方 便 ， 被 廣 泛 應(yīng) 用 于 建 筑 、 水 利 工 程 、 林 業(yè) 、 礦 山 、 碼 頭 等 的 物 料 升 降 或 平 拖 ， 還 可 作 現(xiàn) 代 化 電 控 自 動 作 業(yè) 線 的 配 套 設(shè) 備 。 有 0.5350 噸 ， 分 為 快 速 和 慢 速 兩 種 。 其 中 高 于 20 噸 的 為 大 噸 位 絞 車 ,絞 車 可 以 單 獨 使 用 ， 也 可 作 為 起 重 、 筑 路 和 礦 井 提 升 等 機(jī) 械 中 的 組 成 部 件 ， 因 操 作 簡 單 、 繞 繩 量 大 、 移 置 方 便 而 廣 泛 應(yīng) 用 。 絞 車 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) 有 額 定 負(fù) 載 、 支 持 負(fù) 載 、 繩 速 、 容 繩 量 等 。 使 用 轉(zhuǎn) 移 方 便 ， 被 廣 泛 應(yīng) 用 于 建 筑 、 水 利 工 程 、 林 業(yè) 、 礦 山 、 碼 頭 等 的 物 料 升 降 或 平 拖 ， 還 可 作 現(xiàn) 代 化 電 控 自 動 作 業(yè) 線 的 配 套 設(shè) 備 。 有 0.5 噸 350 噸 ， 分 為 快 速 和 慢 速 兩 種 。 其 中 高 于 20 噸 的 為 大 噸 位 絞 車 ,絞 車 可 以 單 獨 使 用 ， 也 可 作 為 起 重 、 筑 路 和 礦 井 提 升 等 機(jī) 械 中 的 組 成 部 件 ， 因 操 作 簡 單 、 繞 繩 量 大 、 移 置 方 便 而 廣 泛 應(yīng) 用 。 絞 車 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) 有 額 定 負(fù) 載 、 支 持 負(fù) 載 、 繩 速 、 容 繩 量 等 。 1.2 絞車的種類 絞 車 按 照 動 力 分 為 手 動 、 電 動 、 液 壓 三 類 。 從 用 途 上 分 類 可 分 為 建 筑 用 絞 車 和 船 用 絞 車 。 絞 車 按 照 功 能 可 以 分 為 ： 船 用 絞 車 、 工 程 絞 車 、 礦 用 絞 車 、 電 纜 絞 車 等 等 。 按 照 卷 筒 形 式 分 為 單 卷 筒 和 和 雙 卷 筒 。 按 照 卷 筒 的 分 布 形 式 有 并 列 雙 卷 筒 和 前 后 雙 卷 筒 ， 特 殊 符 號 的 絞 車 有 變 頻 絞 車 ， 雙 筒 絞 車 ， 手 剎 杠 桿 式 雙 制 動 絞 車 ， 帶 限 位 器 絞 車 ， 電 控 絞 車 ， 電 控 手 剎 離 合 絞 車 ， 大 型 雙 筒 雙 制 動 絞 車 ， 大 型 外 齒 輪 絞 車 ， 大 型 液 壓 絞 車 ， 大 型 外 齒 輪 帶 排 繩 器 絞 車 ， 雙 曳 引 輪 絞 車 ， 大 型 液 壓 雙 筒 雙 制 動 絞 車 ， 變 頻 帶 限 位 器 絞 車 。 手 動 絞 車 的 手 柄 回 轉(zhuǎn) 的 傳動機(jī)構(gòu)上 裝 有 停 止 器 (棘輪和 棘爪) ， 可 使 重 物 保 持 在 需 要 的 位 置 。 裝 配 或 提 升 重 物 用 的 手 動 絞 車 還 應(yīng) 設(shè) 置 安 全 手 柄 和 制動器。 手 動 絞 車 一 般 用 在 起 重 量 小 、 設(shè) 施 條 件 較 差 或 無 電 源 的 地 方 。 電 動 絞 車 廣 泛 用 于 工 作 繁 重 和 所 需 牽 引 力 較 大 的 場 所 。 單 卷 筒 電 動 絞 車 的 電 動 機(jī) 經(jīng) 減速器帶 動 卷 筒 ， 電動機(jī)與 減 速 器 輸 入 軸 之 間 裝 有 制 動 器 。 為 適 應(yīng) 提 升 、 牽 引 和 回轉(zhuǎn) 等 作 業(yè) 的 需 要 ， 還 有 雙 卷 筒 和 多 卷 筒 裝 置 的 絞 車 。 一 般 額 定 載 荷 低 于 10T 的 絞 車 可 以 設(shè) 計 成 電 動 絞 車 。 液 壓 絞 車 主 要 是 額 定 載 荷 較 大 的 絞 車 ， 一 般 情 況 下 10T 以 上 到 5000T 的 絞 車 設(shè) 計 成 液 壓 絞 車 。 其 結(jié) 構(gòu) 主 要 由 液 壓 馬 達(dá) （ 低 速 或 高 速 馬 達(dá) ） 、 液 壓 常 閉 多 片 式 制 動 器 、 行 星 齒 輪 箱 、 離 合 器 (選 配 )、 卷 筒 、 支 撐 軸 、 機(jī) 架 、 壓 繩 器 (選 配 )等 組 成 。 液 壓 馬 達(dá) 具 有 很 高 的 機(jī) 械 效 率 ， 起 動 扭 矩 大 ， 并 可 根 據(jù) 工 況 要 求 帶 不 同 的 配 流 器 ， 還 可 根 據(jù) 用 戶 需 要 設(shè) 計 閥 組 直 接 集 成 于 馬 達(dá) 配 油 器 上 ， 如 帶 平 衡 閥 、 過 載 閥 、 高 壓 梭 閥 、 調(diào) 速 換 向 閥 或 其 他 性 能 的 閥 組 ， 制 動 器 、 行 星 齒 輪 箱 等 直 接 安 裝 于 卷 筒 內(nèi) ， 卷 筒 、 支 撐 軸 、 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 1 機(jī) 架 根 據(jù) 力 學(xué) 要 求 設(shè) 計 ， 整 體 結(jié) 構(gòu) 簡 潔 合 理 并 具 有 足 夠 的 強(qiáng) 度 和 剛 性 。 因 而 該 系 列 絞 車 在 結(jié) 構(gòu) 上 具 有 緊 湊 、 體 積 小 、 重 量 輕 、 外 形 美 觀 等 特 點 ， 在 性 能 上 則 具 有 安 全 性 好 、 效 率 高 、 起 動 扭 矩 大 、 低 速 穩(wěn) 定 性 好 、 噪 音 小 、 操 作 可 靠 等 特 點 。 值 得 一 提 的 是 液 壓 馬 達(dá) 高 的 容 積 效 率 和 美 國 SUN 公 司 優(yōu) 質(zhì) 的 平 衡 閥 解 決 了 一 般 絞 車 都 存 在 的 二 次 下 滑 和 空 鉤 抖 動 現(xiàn) 象 ， 使 得 該 系 列 液 壓 絞 車 的 提 升 、 下 放 和 制 動 過 程 平 穩(wěn) ， 帶 離 合 器 的 絞 車 還 可 實 現(xiàn) 自 由 下 放 。 安 裝 于 配 流 盤 上 的 集 成 閥 組 則 有 效 地 簡 化 了 用 戶 的 液 壓 系 統(tǒng) 。 由 于 該 系 列 絞 車 具 備 上 述 優(yōu) 點 ， 使 其 廣 泛 應(yīng) 用 于 船 舶 、 鐵 路 、 工 程 機(jī) 械 、 石 油 、 地 質(zhì) 勘 探 、 冶 金 等 行 業(yè) ， 其 優(yōu) 良 性 能 得 到 了 用 戶 的 認(rèn) 可 。 例 ： 安 裝 在 直 升 機(jī) 上 的 救 援 設(shè) 備 ， 主 要 功 用 是 將 人 或 物 吊 起 、 放 下 ， 自 有 動 力 ， 可 控 制 ， 直 升 機(jī) 在 保 持 高 度 懸 停 時 ， 通 過 絞 車 手 的 控 制 可 收 放 鋼 索 將 人 或 物 吊 起 放 下 。 1.3 絞車的應(yīng)用 電動絞車是一種起重設(shè)備，由于具有結(jié)構(gòu)簡單、搬運(yùn)安裝靈活、維護(hù)保養(yǎng)簡單、操 作力便、價格低廉和可靠性高等優(yōu)點，所以被廣泛應(yīng)用于物料提升、水平或傾斜曳引重 物、打樁、集材、冷拉鋼筋、設(shè)備安裝等工作中。 提升重物是電動絞車的一種主要功能，所以各類絞車的設(shè)計都是根據(jù)這一要求為依 據(jù)的。雖然目前塔吊、汽車吊等取代了絞車的部分工作，如塔吊在建筑工地上用于物料 和構(gòu)件的提升工作，但由于塔吊成本高，一般在大型建筑中使用，而且靈活性較差，故 一般中小型建筑仍然廣泛應(yīng)用電動絞車，就是大型建筑中雖有塔吊，也還需用電動絞車 作輔助提升用；汽車吊升雖然靈活方便，但也因為成本太高，而不能在建筑業(yè)中被廣泛 應(yīng)用，所以大型設(shè)備的安裝仍然是由電動絞車承擔(dān)的。絞車除在建筑工地、設(shè)備安裝等 方面被廣泛應(yīng)用外，在冶金、礦山等行業(yè)中亦廣泛應(yīng)用，如高爐料鐘和物料的提升，小 型礦井的物料提升，船舶上做模的提升等。電動絞車用于提升重物時，需要有門字架、 桅桿等配套設(shè)備方能實現(xiàn)。 電動絞車還可應(yīng)用于林區(qū)的集材工作，建筑業(yè)的冷拉鋼筋，小型礦井的水平、傾斜 運(yùn)輸?shù)人交蚵氁芬梦锏墓ぷ骱痛驑兜裙ぷ?。正因為電動絞車具有多種用途，所以它 已不僅用于建筑業(yè)，而且在冶金、化工、水電、農(nóng)業(yè)、軍事及交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)亦被廣泛 應(yīng)用。 在國外，絞車的品種繁多，應(yīng)用也很廣泛。在西方技術(shù)先進(jìn)的國家中雖然工業(yè)水 平先進(jìn)，機(jī)械化程度不斷提高，起重設(shè)備也在不斷更新，但仍不能完全淘汰絞車這樣的 行之有效的簡單機(jī)械設(shè)備。 美國生產(chǎn)電動絞車的廠家有近百家，主要有貝波國際有限公司、哲恩有限公司等， 日本從明治 30 年開始制造和使用絞車，北川鐵工所是一家大型生產(chǎn)廠，其生產(chǎn)的絞車品 種系列比較齊全，法國生產(chǎn)絞車的廠家很多，其中包藤公司就是生產(chǎn)絞車的主要廠家之 一。其他國家，如俄羅斯、英國、挪威、瑞典、加拿大、德國等也都生產(chǎn)著不同用途的 各種型號的絞車。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 2 1.4 絞車設(shè)計的主要內(nèi)容 本次設(shè)計的題目是電動絞車的剎車裝置，即制動器的設(shè)計，絞車由于結(jié)構(gòu)簡單、重 量不大、移動方便，而被廣泛應(yīng)用于礦山地面、冶金礦場或建筑工地等進(jìn)行調(diào)度和其它 的運(yùn)輸工作。 鼓式制動器是最早形式的汽車制動器，當(dāng)盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用 干各類汽車上。鼓式制動器又分為內(nèi)張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結(jié)構(gòu)型式。 內(nèi)張型鼓式制動器的摩擦元件是一對帶有圓弧形摩擦蹄片的制動蹄，后者則安裝在制動 底板上，而制動底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半袖套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦 元件為制動鼓。車輪制動器的制動鼓均固定在輪鼓上。制動時，利用制動鼓的圓柱內(nèi)表 面與制動蹄摩擦路片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄 式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋 轉(zhuǎn)摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外因柱表面與制動帶摩擦片的內(nèi)圓弧面作為一對 摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中，帶式 制動器曾僅用作一些汽車的中央制動器，但現(xiàn)代汽車已很少采用。所以內(nèi)張型鼓式制動 器通常簡稱為鼓式制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)。 我所設(shè)計的剎車裝置的名字叫做電力液壓鼓式制動器，它則用于各種起重，皮帶運(yùn) 輸，港口裝卸，冶金及建筑機(jī)械中各種機(jī)構(gòu)減速和停車制動。它和電動機(jī)是一個電源， 當(dāng)剎車時，電動機(jī)和制動器斷電，制動器由于斷電則迅速抱緊電動機(jī)的軸，使電動機(jī)迅 速停止，達(dá)到絞車剎車的作用，通電以后，制動器則松開電動機(jī)的軸，使其正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。 該設(shè)計采用連鎖式退距均等裝置，在使用過程中可始終保持倆測瓦片退距均等且無需調(diào) 節(jié)，這樣可完全避免因退距不均使一側(cè)制動襯墊伏貼制動輪的現(xiàn)象，并設(shè)有瓦片自動隨 位裝置，而且主要擺動絞點均設(shè)有潤滑軸承，傳動效率高，壽命長，在使用過程中無需 潤滑，制動彈簧在方管內(nèi)部在一側(cè)設(shè)有標(biāo)尺，用戶十分方便的讀出制動力矩值，免去計 算和測量的麻煩。制動襯墊為卡裝式整體成型結(jié)構(gòu)，更換十分方便，快捷，并備有半金 屬硬質(zhì)和半硬質(zhì)，軟質(zhì)等不同材料的制動襯墊供用戶選擇，而且它還可以手動釋放，釋 放開閘和閉閘限位開關(guān)，可實現(xiàn)制動器是否正常釋放或閉合的信號顯示。還帶有下降延 遲閥，可實現(xiàn)制動器的延時閉合。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 3 2 電動機(jī)的選取 2.1 電動機(jī)的功能 電動機(jī)的功能主要表現(xiàn)在能量轉(zhuǎn)換和輸出量的控制倆方面，所謂電動機(jī)是一種旋轉(zhuǎn) 的電動機(jī)，它從電網(wǎng)輸出電能，轉(zhuǎn)化成軸上輸出的機(jī)械能，從而實現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn) 化，之所以稱之為旋轉(zhuǎn)電動機(jī)是因為機(jī)械能的輸出是以轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的形式出現(xiàn)的，然而電 動機(jī)并不都是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)，例如直線電動機(jī)，它可以直接把電能轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動的機(jī)械 能輸出，當(dāng)然絕大多數(shù)的電動機(jī)是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)。 電動機(jī)的另一個功能就是可以對輸出量進(jìn)行控制，即可以對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的 狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，對于調(diào)速電動機(jī)，伺服電動機(jī)等作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行部件而使用的電 動機(jī)，這種輸出量控制功能十分重要。顯然，這種場合，電動機(jī)除了完成能量的轉(zhuǎn)換的 功能之外，其控制功能也應(yīng)滿足系統(tǒng)的要求。 電動機(jī)與半導(dǎo)體裝置等各種控制裝置的組合就是電動機(jī)成套裝置，電動機(jī)成套裝置 能完成各種各樣的控制功能，這些控制功能僅僅依靠電動機(jī)本身是無法實現(xiàn)的，這種情 況下，究竟是一臺電動機(jī)還是一套裝置，有時難以區(qū)分，實用上，可把這種成套裝置作 為一個單元來考慮，與單體電動機(jī)并列，以便對其性能有一個更清楚的比較。 2.2電動機(jī)的種類 電動機(jī)主要包括一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個旋轉(zhuǎn)電樞 或轉(zhuǎn)子，其導(dǎo)線中有電流通過并受磁場的作用而使轉(zhuǎn)動，這些機(jī)器中有些類型可作電動 機(jī)用，也可作發(fā)電機(jī)用。它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。通常電動機(jī)的作功部分 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這種電動機(jī)稱為轉(zhuǎn)子電動機(jī)；也有作直線運(yùn)動的，稱為直線電動機(jī)。電動 機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。電動機(jī)的使用和控制非常方便，具有 自起動 、加速 、制動、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運(yùn)行要求；電動機(jī)的工作效率較 高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。 圖 2-1 電動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 4 電動機(jī)使用了電流的磁效應(yīng)原理，發(fā)明這一原理的的是丹麥物理學(xué)家奧斯特 1777 年 8 月 14 日生于蘭格朗島魯?shù)聠藤e的一個藥劑師家庭。1794 年考入哥本哈根大學(xué)，1799 年 獲博士學(xué)位。18011803 年去德、法等國訪問，結(jié)識了許多物理學(xué)家及化學(xué)家。1806 年 起任哥本哈根大學(xué)物理學(xué)教授，1815 年起任丹麥皇家學(xué)會常務(wù)秘書。1820 年因電流磁效 應(yīng)這一杰出發(fā)現(xiàn)獲英國皇家學(xué)會科普利獎?wù)隆?829 年起任哥本哈根工學(xué)院院長。1851 年 3 月 9 日在哥本哈根逝世。他曾對物理學(xué)、化學(xué)和哲學(xué)進(jìn)行過多方面的研究。由于受康德 哲學(xué)與謝林的自然哲學(xué)的影響，堅信自然力是可以相互轉(zhuǎn)化的，長期探索電與磁之間的 聯(lián)系。1820 年 4 月終于發(fā)現(xiàn)了電流對磁針的作用，即電流的磁效應(yīng)。同年 7 月 21 日以 關(guān)于磁針上電沖突作用的實驗為題發(fā)表了他的發(fā)現(xiàn)。這篇短短的論文使歐洲物理學(xué) 界產(chǎn)生了極大震動，導(dǎo)致了大批實驗成果的出現(xiàn)，由此開辟了物理學(xué)的新領(lǐng)域電磁 學(xué)。 1812 年他最先提出了光與電磁之間聯(lián)系的思想。1822 年他對液體和氣體的壓縮性進(jìn) 行了實驗研究。1825 年提煉出鋁，但純度不高。在聲學(xué)研究中，他試圖發(fā)現(xiàn)聲所引起的 電現(xiàn)象。他的最后一次研究工作是抗磁性。他是一位熱情洋溢重視科研和實驗的教師， 他說：“我不喜歡那種沒有實驗的枯燥的講課，所有的科學(xué)研究都是從實驗開始的” 。因 此受到學(xué)生歡迎。他還是卓越的講演家和自然科學(xué)普及工作者，1824 年倡議成立丹麥科 學(xué)促進(jìn)協(xié)會，創(chuàng)建了丹麥第一個物理實驗室。1908 年丹麥自然科學(xué)促進(jìn)協(xié)會建立“奧斯 特獎?wù)隆?，以表彰做出重大貢獻(xiàn)的物理學(xué)家。1934 年以“奧斯特”命名 CGS 單位制中的磁 場強(qiáng)度單位。1937 年美國物理教師協(xié)會設(shè)立“奧斯特獎?wù)隆?，獎勵在物理教學(xué)上做出貢獻(xiàn) 的物理教師。 電動機(jī)根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵繞組。中心高 100280mm 的電動機(jī)無補(bǔ)償繞 組，但中心高 250mm、280mm 的電動機(jī)根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補(bǔ)償繞組，中心高 315450mm 的電動機(jī)帶有補(bǔ)償繞組。中心高 500710mm 的電動機(jī)外形安裝尺寸及技術(shù)要 求均符合 IEC 國際標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的機(jī)械尺寸公差符合 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)。 冷卻方式和結(jié)構(gòu)、安 裝形式 IC06：自帶鼓風(fēng)機(jī)的外通風(fēng)； ICl7：冷卻空氣進(jìn)口為管道，出口為百葉窗排風(fēng)； IC37：即冷卻空氣進(jìn)出口均為管道；IC611：全封閉帶空氣/空氣冷卻器；ICW37A86：全 封閉帶空氣/水冷卻器。并有多種派生形式，如自通風(fēng)型、帶軸向風(fēng)機(jī)型、封閉型、空 空冷卻器型等。 電動機(jī)當(dāng)中的同步電動機(jī)不但功率因數(shù)高，而且其轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)，只決定于 電網(wǎng)頻率。工作較穩(wěn)定。在要求寬范圍調(diào)速的場合多用直流電動機(jī)。但它有換向器，結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，維護(hù)困難，不適于惡劣環(huán)境。20 世紀(jì) 70 年代以后，隨著電力電子技 術(shù)的發(fā)展，交流電動機(jī)的調(diào)速技術(shù)漸趨成熟，設(shè)備價格日益降低，已開始得到應(yīng)用 。電 動機(jī)在規(guī)定工作制式（連續(xù)式、短時運(yùn)行制、斷續(xù)周期運(yùn)行制）下所能承擔(dān)而不至引起 電機(jī)過熱的最大輸出機(jī)械功率稱為它的額定功率，使用時需注意銘牌上的規(guī)定。電動機(jī) 運(yùn)行時需注意使其負(fù)載的特性與電機(jī)的特性相匹配，避免出現(xiàn)飛車或停轉(zhuǎn)。電動機(jī)能提 供的功率范圍很大，從毫瓦級到萬千瓦級。 電動機(jī)的使用和控制非常方便，具有自起動、 加速、制動、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運(yùn)行要求；電動機(jī)的工作效率較高，又沒 有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 5 交通運(yùn)輸、國防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。一般電動機(jī)調(diào)速 時其輸出功率會隨轉(zhuǎn)速而變化。 圖 2-2 電動機(jī)結(jié)構(gòu) 電動機(jī)從能量消耗的角度看，調(diào)速大致可分兩種 ： （1）保持輸入功率不變 。通過改變調(diào)速裝置的能量消耗，調(diào)節(jié)輸出功率以調(diào)節(jié)電動 機(jī)的轉(zhuǎn)速。 （2）控制電動機(jī)輸入功率以調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 電機(jī)、電動機(jī)、制動電機(jī)、變頻電 機(jī)、調(diào)速電機(jī)、三相異步電動機(jī)、高壓電機(jī)、多速電機(jī)、雙速電機(jī)和防爆電機(jī)。 Y(IP44)系列異步電動機(jī)容量從 0.55200kW，B 級絕緣，防護(hù)等級 IP44，達(dá)到國際 電工委員會(IEC)標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品達(dá)到 20 世紀(jì) 70 年代末國際水平，全系列加權(quán)平均效率比 JO2 系列提高 0.43%，年產(chǎn)量約 2000 萬 kW。Yx 系列高效電動機(jī) 該類電機(jī)由上海電器科學(xué)研究所組織電機(jī)行業(yè)研制成功，容量 1.590kW，有 2，4，6 等 3 種極數(shù)。全系列電動機(jī)效率平均比 Y(IP44)系列高 3%左右，接近國際先進(jìn)水 平。適用于單方向運(yùn)行，年工作時間在 3000h 以上。負(fù)載率大于 50%的場合，節(jié)電效果顯 著。該系列電動機(jī)產(chǎn)量不高，年產(chǎn)量約 1 萬 kW。 變極調(diào)速電機(jī)，主要產(chǎn)品有在國內(nèi)已批量生產(chǎn)的 YD(90.45160kW)， YDT(0.17160kW)，YDB(0.3582kW)，YD(0.224kW)，YDFW(6304000kW)等 8 個系列 產(chǎn)品，達(dá)到國際平均應(yīng)用水平。電磁滑差調(diào)速電機(jī)，中國已批量生產(chǎn) YCT(0.5590kW)， YCT2(15250kW)，YCTD(0.5590kW)，YCTE(5.5630kW)，YCTJ(0.5515kW)等 8 個系 列產(chǎn)品，達(dá)到國際平均應(yīng)用水平，其中 YCTE 系列的技術(shù)水平最高，最有發(fā)展前途。 （1） 按工作電源分類根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交 流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。 （2）按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及 工作原理可分為直流電動機(jī)，異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。同步電動機(jī)還可分為永磁同步 電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同布電動機(jī)。異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 6 器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單電動機(jī)，相異步電動機(jī)和罩極異步電 動機(jī)等。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。 （3）按起動與運(yùn)行方式分類電動機(jī)按起動與運(yùn)行方式可分為電容起動式單相異步電動機(jī)、 電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)、電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)和分相式單相異步電動機(jī)。 (4)按用途分類電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。驅(qū)動用電動機(jī)又分為 電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動機(jī)、家電（包括 洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹 風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、 醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機(jī)?？刂朴秒妱訖C(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。 (5)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異 步電動機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī)） 。(6)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分 類電動機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。 2.3 電動機(jī)選取與計算 電動機(jī)選擇的原則：在電動機(jī)能夠滿足機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最為經(jīng)濟(jì)合理地決 定電動機(jī)功率。 建筑絞車屬于非連續(xù)制工作機(jī)械，而且起動、制動頻繁。因此，選擇電 動機(jī)應(yīng)與其工作特點相適應(yīng)。 建筑絞車主要采用三相交流異步電動機(jī)。根據(jù)建筑行業(yè)的工作特點，電動機(jī)工作制 應(yīng)考慮選擇短時重復(fù)工作制和短時工作制并優(yōu)先選用冶金及起重用異步電動機(jī) YZR(繞線 轉(zhuǎn)子) 、YZ(籠型轉(zhuǎn)子)系列專用電動機(jī)。其特點示有良好的密封性，其防護(hù)等級為 IP54。 電動機(jī)功率的選擇，建筑絞車電動機(jī)功率的初選可以按所需的靜功率計算，然后根 據(jù)其工作方式進(jìn)一步確定并校核。 計算公式為 P= = （2-1）60eVF32017.8.9KW 式中 鋼絲繩額定拉力 32KN; 鋼絲繩額定速度 30m/min; 建筑絞車e eV 整機(jī)傳動效率。這里包括傳動裝置，軸承，連軸器，離合器，卷筒纏繞等總的效率。在 這里初步取 90 電動機(jī)工作制的選擇，電動機(jī)工作時，負(fù)載持續(xù)時間的長短對電動機(jī)的發(fā)熱情況影 響很大，因而對決定電動機(jī)的功率也有很大影響。按電動機(jī)發(fā)熱的不同情況，電動機(jī)分 三種工作制，即連續(xù)工作制、短時工作制和短時重復(fù)工作制。建筑絞車所用電動機(jī)工時 間短，電動機(jī)溫升來不及達(dá)到穩(wěn)定值；停車時間亦短，電動機(jī)也來不及完全冷卻到周圈 環(huán)境溫度，所以穩(wěn)定溫升為一溫度區(qū)間，在這種情況下。一般都選擇短時重復(fù)工作制。 我國專門生產(chǎn)了標(biāo)準(zhǔn)短時重復(fù)工作制電動機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載持續(xù) Fc 別為： 15，25，40，60。而且同一臺電動機(jī) Fc 不同，擔(dān)負(fù)的負(fù)載也不同。對于短時重 復(fù)工作制，應(yīng)盡量選擇此類電動機(jī)。 通過對功率的計算和工作制的選擇，本次設(shè)計選取的電動機(jī)為 YZR 系列繞線轉(zhuǎn)子電 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 7 動機(jī)，其有較高的機(jī)械強(qiáng)度和過載能力，并且轉(zhuǎn)動慣量小，適合頻繁啟動。所選具體型 號為 YZR200L。 其基本參數(shù)為： 表 2-1電動機(jī)參數(shù) 機(jī)座號 功率/KW 轉(zhuǎn)速 r/min 轉(zhuǎn)動慣量 kg2m轉(zhuǎn)子繞線開路電 壓/V 200L 22 964 0.67 200 電動機(jī)的校核，電動機(jī)校驗主要是指電動機(jī)熱功率的校驗。一般按發(fā)熱校驗電動機(jī) 的功率，并根據(jù)負(fù)載性質(zhì)、電動機(jī)類型作過載能力校驗，如果采用籠型異步電動機(jī)，則 還需作起動能力校驗。校驗的結(jié)果應(yīng)滿足：在額定負(fù)載工況工作時，電動機(jī)不出現(xiàn)過熱 現(xiàn)象；在設(shè)計極限要求情況下，電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩或起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)保證建筑絞車負(fù)載順利 起動，特別是懸空重物的再次起動。 在校驗時，建筑絞車要求的負(fù)載持續(xù)率 Fc 值和每小時起動次數(shù) Z 值應(yīng)根據(jù)實際工作 情況進(jìn)行計算。具體的電動機(jī)發(fā)熱驗算，按系數(shù)法進(jìn)行電動機(jī)發(fā)熱計算。 （2-Nkjx25 2） 式中 電動機(jī)的發(fā)熱功率， 機(jī)構(gòu)的靜載荷功率，參考文獻(xiàn)倪慶興，xNj 王煥勇主編起重機(jī)械上海交通大學(xué)出版社，1900 年電動機(jī)靜功率 取電KNj/ 1.5，則 14.67KW； 考慮工作級別不同條件下?lián)Q算時的換算系數(shù)。得電Kj 25k 0.75； 考慮其電動機(jī)工作時間對發(fā)熱影響得系數(shù)。得 取 1.2。將數(shù)值代入25k 上式得 kw2Nk.13Nj25x 故所選電動機(jī)發(fā)熱條件通過。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 8 3 制動系統(tǒng) 3.1離合器的設(shè)計 手控絞車常使用圓錐摩擦離合器，并配以帶式制動器進(jìn)行工作。圓錐摩擦離合器分 單錐式和雙錐式，見圖 3-1。絞車以使用單錐式為多。絞車亦有使用漲圈摩擦離合器的， 但目前使用較少。 圓錐摩擦離合器的結(jié)構(gòu)簡單，接合比較平穩(wěn)，脫開后能保持摩擦面完全分離。但對 軸的偏心比較敏感，錐體加工要求高。由于圓錐摩擦離合器的接觸面積小，在傳遞大轉(zhuǎn) 矩時，外形尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊，接合平穩(wěn)性降低。因此，僅適用于中小噸位的絞車。 圖 3-1 圓錐摩擦離合器 （一）圓錐摩擦離合器的結(jié)構(gòu)及工作原理 如圖 3-1 所示，卷筒左端是摩擦離合器和制動器，右端是棘輪停止器。摩擦離合器 的圓錐面和制動器的摩擦面就是卷筒凸緣的內(nèi)外表面。摩擦塊與開式傳動的大齒輪聯(lián)為 一體。通過操縱手柄 2（圖 3-2）使多線螺旋 12（圖 3-2）旋轉(zhuǎn)，帶動頂桿 10（圖 3-2） 作軸向運(yùn)動，推動推進(jìn)板 9 和墊圈 8，使卷筒沿軸向向左移動與錐形摩擦面緊密結(jié)合，從 而使卷筒轉(zhuǎn)動。制動前，必須先打開離合器，此時需按相反方向轉(zhuǎn)動離合器操縱手柄 2， 通過彈簧 5 的反作用力使卷筒與大齒輪脫離接觸。幾乎同時，帶式制動器上閘進(jìn)行制動。 為使制動更加可靠，又使用了棘輪停止器。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 9 圖 3-2 離合器、制動器、停止器組合系統(tǒng) 1主軸 2齒輪 3制動輪 4摩擦木 5彈簧 6卷筒 7棘輪 8墊圈 9推進(jìn)板 10頂桿 11頂 絲箱 12頂絲 13擺動臂 14連桿 15推力球軸承 16彈簧壓蓋 17調(diào)整螺栓 圖 3-3 離合器、制動器操縱系統(tǒng)簡圖 1制動器操縱手柄 2離合器操縱手柄 3連接頭 4連接桿 5連接螺桿 6制動閘帶 7彈簧 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 10 （二）圓錐摩擦離合器的參數(shù)確定 圓錐摩擦離合器的主要尺寸 （1）摩擦面的平均直徑摩擦面的平均直徑用下式計算 Dm=(D1+D2)/2=(46)d (mm) （3- 1） 式中 D2、D1圓錐工作面的大端和小端直徑（mm） ；d離合器軸徑（mm） 。Dm 值也可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)確定。 （2）摩擦面的工作寬度 圓錐面母線工作部分寬度用下式計算 b=（0.150.25）Dm(mm) （3）摩擦錐的半錐角 為避免離合器接合后錐面自鎖不易脫開，通常取摩擦錐半角 arctn 式中 u離合器接合面的摩擦系數(shù)；摩擦錐半錐角。上述參數(shù)，是離合器設(shè) 計的重要幾何參數(shù)。 3.2 制動器的設(shè)計計算 3.2.1 制動器的外形 為了確保絞車安全，可靠地工作，必須裝設(shè)制動器。 制動器分類、特點及其選擇，制動器按用途可分為停止制動、支持制動和下降制動三 種。停止和支持式制動器具有停止和支持中午懸掛在空中的作用；而下降式制動器除具 有前者停止運(yùn)動的作用外，還具有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)運(yùn)動的作用。 按照工作狀態(tài)，制動器又分為常閉式和常開式。常閉式制動器經(jīng)常處于合閘狀態(tài)， 當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時，可利用人力、電磁力等外力使制動器松閘。而常開式與此相反，它經(jīng)常 處于松閘狀態(tài)，只有施加外力時才能合閘。 按照制動器結(jié)構(gòu)特征，又分為帶式制動器、塊式制動器、蹄式制動器和盤式制動器 四種。 絞車至少要裝一套常閉式的支持制動器，并常采用帶式制動器和外抱式制動器，小 噸位絞車亦可采用蹄式制動器。 在設(shè)計或選擇制動器時，主要依據(jù)是制動力矩。無論是標(biāo)準(zhǔn)制動器，還是自行設(shè)計 的制動器都要做必要的發(fā)熱驗算。 帶式制動器，帶式制動器主要適合中小噸位的絞車。因其結(jié)構(gòu)簡單，常將制動輪與卷 筒做成一體。帶式制動器的類型及工作原理。 帶式制動器是用撓性鋼帶包圍制動輪，而帶的一端或兩端固接在杠桿上，操縱杠桿 使帶壓緊制動輪產(chǎn)生摩擦力，從而達(dá)到制動輪的目的，見圖 3-4。 帶式制動器常見有簡單式、綜合式和差動式三種類型。為了增加摩擦系數(shù)，在帶的 工作表面上裝有摩擦材料，如皮革、石棉和輥壓帶等。當(dāng)制動器松閘時，應(yīng)使制動帶與 帶輪間形成 11.5mm 的徑向間隙。為了使制動帶均勻脫開，沿制動帶包角圓段上裝設(shè)若干 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 11 彈簧，通過彈簧的徑向拉力，使制動閘帶均勻脫離制動輪。擰動調(diào)整螺栓來調(diào)節(jié)帶與輪 的徑向間隙主要由主程序、超聲波發(fā)生子程序、超聲波接收中斷程序及顯示子程序等部 分。 制動帶與杠桿的聯(lián)接是依靠制動帶的兩端采用專門的聯(lián)接件與杠桿聯(lián)接，見圖 3-5。 其中一端作剛性固接，見圖 3-5a；另一端利用螺紋聯(lián)接，見圖 3-5b。 聯(lián)接處的鉚釘應(yīng)按剪切強(qiáng)度驗算，對于材料 Q215A、Q235A 的鉚釘，杠桿與制動帶聯(lián) 接結(jié)構(gòu)處的螺栓應(yīng)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計算。必要時，還需對傳力杠桿剛度進(jìn)行校核。 當(dāng)松閘時，帶與制動輪摩擦面之間的退距大小應(yīng)能根據(jù)制動狀態(tài)隨時進(jìn)行調(diào)節(jié)。制 動過程應(yīng)力求平穩(wěn)，但退距過大，制動靈敏性差，制動器容易發(fā)熱或制動操作困難。 對較大噸位的絞車，其制動力用手進(jìn)行控制比較困難，可靠性也較差，這時可采用 機(jī)械或電液控制的方法。 圖 3-4 制動操縱裝置 1制動操縱手柄 2制動器手柄座 3棘爪操縱拉桿 4棘爪操縱座 5制動閘帶 6操縱制動連桿 7操縱離合連桿 8棘爪 9棘輪 10彈簧 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 12 圖 3-5 制動帶與杠桿的聯(lián)接型式 a) 剛性聯(lián)接 b) 螺紋聯(lián)接 外抱塊式制動器，常用的外抱塊式制動器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，已有多種類型產(chǎn)品可供選用。 這類制動器在電控絞車上應(yīng)用普遍，可根據(jù)計算制動力矩初選型號，然后進(jìn)行發(fā)熱校核 計算。在這就不具體闡述了。 3.2.2 制動器系數(shù)的分析 (1)當(dāng) 時：制動時總是先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；(2)當(dāng)0 時：制動器則打開使電機(jī)帶動高速軸轉(zhuǎn)動，這時絞車趨于工作穩(wěn)定性；(3)當(dāng) 0 時：制動時電機(jī)轉(zhuǎn)動時抱死，使絞車成為制動狀態(tài)，這是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了 轉(zhuǎn)向能力。 分析表明，絞車在同步附著系數(shù)為 制動時，其制動減速度為gqdtu0 即 ， 為制動強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù) 的制動時，達(dá)到即將抱死的制動強(qiáng)度0q 這表明只有在 上，制動的附著條件才可以得到充分利用。根據(jù)相關(guān)資料查出0 絞車 0.6，故取 =0.6。0 3.2.3 制動器制動力矩的確定 力矩分配系數(shù)計算： 根據(jù)公式： （3-1Lhg02 ） 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 13 得： 67.0.285.1 制動器軸最大附著力矩： （3-2）egrqhLGM)(1max1 式中：該絞車所能遇到的最大附著系數(shù)；q制動強(qiáng)度； 有效半徑；er 軸最大制動力矩；L軸距；max1M q= = =0.66 （3-3）gha)(085.0)67.(35.1 故軸 = =1.57 Nmmmax )86.2 61 制動力矩為 =0.785 Nmm/157.61 軸 = T = =0.67/(1-0.67) 1.57 =3.2 Nmmmax1Max1f max2f6106 3.3制動器主要零部件 （1）制動鼓 ：制動鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量，制動時溫升不應(yīng)超過極限 值。制動鼓材料應(yīng)與摩擦襯片相匹配，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。 制動鼓相對于輪轂的對中是圓柱表面的配合來定位，并在兩者裝配緊固后精加工制動鼓 內(nèi)工作表面，以保證兩者的軸線重合。兩者裝配后還需進(jìn)行動平衡。其許用不平衡度對 絞車為 15Ncm20 Ncm；對貨車為 30 Ncm40 Ncm。絞車要求其制動鼓工作表 面的圓度和同軸度公差0.03mm，徑向跳動量0O 5mm，靜不平衡度15N.cm。 制動鼓壁厚的選取主要是從其剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有利于增大其熱 容量，但試驗表明，壁厚由 11 mm 增至 20 mm 時，摩擦表面的平均最高溫度變化并不大。 一般鑄造制動鼓的壁厚：制動鼓在閉口一側(cè)外緣可開小孔，用于檢查制動器間隙。本次 設(shè)計采用的材料是 HT20-40。 （2）制動蹄：制動蹄腹板和翼緣的厚度，摩擦襯片的厚度，絞車多為 4.5mm5mm。襯 片可鉚接或粘貼在制動蹄上，粘貼的允許其磨損厚度較大，使用壽命增長，但不易更換 襯片；鉚接的噪聲較小。本次制動蹄采用的材料為 HT200。 （3）制動底板：制動底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件 相互間的正確位置。制功底板承受著制動器工作時的制動反力矩，因此它應(yīng)有足夠的剛 度。為此，由鋼板沖壓成形的制動底板均只有凹凸起伏的形狀。重型絞車則采用可聯(lián)鑄 鐵 KTH37012 的制動底板。剛度不足會使制動力矩減小，踏板行程加大，襯片磨損也不 均勻。本次設(shè)計采用 45 號鋼。 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 14 （4）制動蹄的支承：自由度制動篩的支承，結(jié)構(gòu)簡單，并能使制動蹄相對制動鼓自行 定位。為了使具有支承銷的一個自由度的制動蹄的工作表面與制動鼓的工作表面同軸心， 應(yīng)使支承位置可調(diào)。例如采用偏心支承銷或偏心輪。支承銷由 45 號鋼制造并高頻淬火。 其支座為可鍛鑄鐵(KTH37012)或球墨鑄鐵(QT40018)件。青銅偏心輪可保持制動蹄腹 板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。 具有長支承銷的支承能可靠地保持制動蹄的正確安裝位置，避免側(cè)向偏擺。有時在 制動底板上附加一壓緊裝置，使制動蹄中部靠向制動底板，而在輪缸活塞頂塊上或在張 開機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開槽供制動蹄腹板張開端插入，以保持制動蹄的正確位置。 （5）制動輪缸：制功輪缸為液壓制動系采用的活塞式制動蹄張開機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單， 在車輪制動器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵 HT250 制成。其缸簡為通孔，需鏜磨。 活塞由鋁合金制造。活塞外端壓有鋼制的開槽頂塊，以支承插人槽中的制動蹄腹板端部 或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處的橡膠皮碗 密封。多數(shù)制動輪缸有兩個等直徑活塞；少數(shù)有四個等直徑活塞；雙領(lǐng)路式制動器的兩 蹄則各用一個單活塞制動輪缸推動。本次設(shè)計采用的是 HT250。 3.4摩擦襯片的磨損特性計算 摩擦襯片的磨損與摩擦副的材質(zhì)，表面加工情況、溫度、壓力以及相對滑磨速度等 多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計算磨損性能是困難的。但試驗表明，摩擦表面的 溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。 絞車的制動過程，是將其機(jī)械能（動能、勢能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。 在制動強(qiáng)度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔(dān)了耗散絞車的部分動力的任務(wù)。此 時由于在短時間內(nèi)制動摩擦產(chǎn)生的熱量來不及逸散到大氣中，致使制動器溫度升高。此 即所謂制動器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則摩擦襯片（襯塊）的磨損亦愈嚴(yán)重。 （1）比能量耗散率：制動器的能量耗散率為 （3.4） 211()amvetA 式中： ：絞車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動時 ， ； 02v1 ：絞車總質(zhì)量；am ， ：絞車制動初速度與終速度， / ；計算時絞車取 27.8 / ；1v2 msms ：制動時間， ；按下式計算ts t= =27.8/6=4.6 （3.5）jv21s 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 15 ：制動減速度， ， 0.610 6 ； ， ：前、后制動器襯j 2/smgj6.02/sm1A2 片的摩擦面積； =7600mm ,質(zhì)量在 1.52.5/t 的絞車摩擦襯片面積在 200-300cm ,故1A 2 取 =30000mm 。22 ：制動力分配系數(shù)。 則 = =5.7 （3-1 21tAvmea67.0.482502/mw 6） = =0.7 （3-)(212tvea )67.01(36.42875022/ 7） 絞車鼓式制動器的比能量耗散率應(yīng)不大于 1.8 ，故符合要求。2/mw （2）比滑磨功 fL 磨損和熱的性能指標(biāo)可用襯片在制動過程中由最高制動初速度至停車所完成的單位 襯片面積的滑磨功，即比滑磨功 來衡量：f （3-2maxff LAvL 8） 式中： ：絞車總質(zhì)量am ：制動器各制動襯片的總摩擦面積，A = =752cm ； （3-21Acm276302 9） :maxvshk/4/60 ：許用比滑磨功，絞車取 1000J/ 1500J/ 。fL2c2cm 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 16 L = 1497J/ 1000J/ 1500J/ （3-f7524102cm2c2cm 10） 故符合要求。 4 減速器的設(shè)計 4.1 傳動參數(shù)的設(shè)計 按額定轉(zhuǎn)速初定總傳動比： 已知要求電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速 964r/min；鋼絲繩速度 30m/min。根據(jù)計算，初取卷筒直徑 350mm，鋼絲繩直徑 17mm.按照鋼絲繩纏繞 2 圈時進(jìn)行計算： 卷筒轉(zhuǎn)速為 (r/min) （4-30.83(517) 1） 總傳動比 i9640.23.8 參考常用減速器的類型，兩級圓柱齒輪減速器可實現(xiàn)這一范圍的傳動比。其主要類 型有展開式，分流式，同軸式。其各自特點為： 展開式 ：級展開式圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)簡單，但齒輪相對于軸承的位置不對稱， 因此，軸應(yīng)設(shè)計有較大的鋼度。高速齒輪布置在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)矩輸入處。建議用在載荷比較平 穩(wěn)的場合，高速級做成斜齒，低速級可做成直齒。 分流式 ：結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，低速級做成人字齒時相對軸承是對稱的，載荷沿齒寬分布 均勻，中間軸危險截面上轉(zhuǎn)矩對于軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩減半，一般用在變載荷場合。當(dāng)高速 級采用人字齒，結(jié)構(gòu)不合理，一般不用。 同軸式：減速起的長度較短，載荷分布也均勻。但軸向尺寸和重量較大。并限制了 傳動布置的靈活性。 經(jīng)過分析，最后決定選擇展開式兩級圓柱齒輪減速器。 （1）軸的轉(zhuǎn)速 I 軸 =964r/min (4-2)mn1 II 軸 r/min (4-3)8.124.79612i 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 17 III 軸 24.1r/min (4-4)35.8123in （2）軸的輸入功率 I 軸 (4-5)78.219.01dP II 軸 (4-6)0.32 III 軸 (4-7)69.3 卷筒 (4-8).18061924 P （3）軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電動機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩 217946.058 (4-9)96425.5.6mddnT 則 I 軸 (4-10).17.08.217941dP II 軸 1534205.8 (4-11)86532iT III 軸 7802525.8 (4-12)35.9.23 卷筒 7570010.5 (4-13)7087014P 式中 、 、 、 分別代表連軸器，軸承，齒輪傳動和卷筒的傳動效率。取123 0.99， 0.98， 0.97， 0.96。34 4.2 減速器齒輪選擇和計算 （一）低速級齒輪的計算 根據(jù)輸入功率 21.78KW,小齒輪轉(zhuǎn)速 964r/min,傳動比 i7.48。選定齒輪類型，精度 等級，材料和齒數(shù)。 （1）按前提示高速級選擇斜齒圓柱齒輪傳動；（2）根據(jù)絞車工作環(huán) 境，選擇其減速器為 7 級精度（GB10095-88） ；（3）材料選擇。小齒輪材料選 40Cr（調(diào) 質(zhì)） ，硬度為 280HB，大齒輪因為外形比較大選用鑄鋼，經(jīng)退火，?；幚砗笳{(diào)質(zhì)，硬度 可達(dá) 240HB； 初選小齒輪齒數(shù) 24，則 達(dá)齒輪齒數(shù)為 247.48179.5?？紤]兩齒1z2Zi1 數(shù)最好為互質(zhì)數(shù)，選 179；選螺旋角。初選 14 度。按齒面接觸強(qiáng)度計算，根據(jù)參考 公式 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 18 (4-14)1td2132()HEtduZKTg 確定公式種的各計算數(shù)值，選載荷系數(shù) 1.6，小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩查表 41 得t 215766.6 N mm.，取齒寬系數(shù) 1，齒數(shù)比 u傳動比 i， 1T dhZ =2.43， 1.75，材料的彈性影響系數(shù) 188.9，按齒面硬度查小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)eZ 度極限 600MPa;大齒輪的觸疲勞強(qiáng)度極限 550MPa.計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，按1limH 2limH 工作壽命 15 年，每年工作 300 天，每天 10 小時 =609641030015=2.6109 。1 接觸疲勞壽命 =0.92, =1.08.1NK1HN 計算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為 1，安全系數(shù) S1。 (4-15)10.92652imMPaS (4-16)2.894HNi (4-17)12()/(5)/2573 a 試算小齒輪圓直徑 61.26mm (4-18) 2312.657.481.8.9()t md 計算圓周速度 (4-19)snvt /09.36042.14.3106 計算齒寬 b 和模數(shù) m (4-20)smndvt /09.36042.14.106 (4-21)ztnt .cos.cos1 mmhnt 6.549.225. 61.250.94bh 計算縱向重合度 0.3181240.251.903 (4-22)ta318.0dZ 中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院 2012 屆畢業(yè)設(shè)計 19 計算載荷系數(shù) K，取使用系數(shù) =1。A 根據(jù) v3.09m/min,7 級精度。動載系數(shù) =1.1 由表 104 查得 的計算公式。vKHK =1.12+0.18+(1+0.6)+0.23 61.26=1.42 (4-23)H 310 查得 =1.35，查得 = =1.4FKKF 故載荷系數(shù) =11.11.41.42=2.21 (4-24)HAV mm7.6.1/26.1/331 tltd 模數(shù) mzmn 5.4907cos1 按齒根彎曲強(qiáng)度計算 (4-25)Fsadn YgzKT31co2 （1） 計算載荷系數(shù) (4-26)10.2