第10章制动机构设计

第10章 制动机构设计
机械制动器 2、制动器分类 气压制动器 按驱动部件（类别） 液压制动器 电动制动器 人力制动器 制动器分类 外抱块制动器 内胀蹄式制动器 带式制动器 按制动部件（组别） 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
（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:制动机构与开停机构必须互锁。 即将离合器脱开时，制动器应制动；接通离合器 前，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
制动轴在制动开始时 的角速度，单位rad/s 换算到制动器轴 上的、被制动质 量的转动惯量， j 单位kg.m2
0 0 J t M
角加速度，单位rad/s2
第10章 制动机构设计 制动扭矩,单位N.m
3、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，故，需对发热进行核算。 发热核算的主要参数C：
带的一端固定在支架上
带的另一端固定 在制动杠杆上
F1 = F2 efθ
自然对数的底
F1- F2=FP
包角
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所需的制动扭矩
产生制动所需的圆周力：
制动轮直径
FP=2000MZ/D
为产生制动扭矩MZ必须在杠杆上施加的操作力F：
l1 l3e f F2l1 2000M z F l1 l2 D (l1 l2 )(e f 1)
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 第10章 制动机构设计 10相连，另一端固定在杠杆6的上端。
CA6140车床制动装置
操纵杆1在中间位置时，离合器松开，杆1凸起面b顶杠杆3， 使其绕轴2转动，制动带4包紧制动轮5，产生制动摩擦力矩，
操纵杆1同时控制 离合器和制动器
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。 第10章 制动机构设计
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
当制动器逆时针方向旋转时，加在杠杆上的操作力F′：
F1l1 2000M z l1e f F l1 l2 D (l1 l2 )(e f 1)
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
平均制动扭 矩,单位N.m
MZ
额定制动扭矩
GD n
2 j
37.5t
安装制动器轴的最 高转速,单位r/min
第10章 制动机构设计 要求的制动时间,单位 s
M=KMZ
2、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。
制动时间为：
当制动轴的角速度ω 减为零时的对应时间
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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: 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
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。
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20型车床闸带制动机构原理图
当手柄1被扳到中间挡住时，齿条也被推到中间，此 结构：该制动器主要由制动轮7、制动带8和杠杆6等组成 时离合器松开，而杠杆6的下端处于齿条杆5上的凸起b 当手柄1处于上、下两个位置时，杠 扳动手柄1,通过连杆2,推动竖轴3转 处，将制动带8锁紧在制动轮7上，使机床迅速停车。 杆6下端处于齿条杆5上a和c两个凸入处， 动。装在竖轴上的扇形齿轮4随之转动， 制动带被放松。 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。
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
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。
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3、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：
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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，保证机器安全正常工作、 集工作和安件的动能转化为
热能，让机件能迅速制动。
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机床制动器应满足的基本要求：
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离合器
制动器
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4、制动器摩擦材料
（1）摩擦材料的基本要求： 摩擦因素大而稳定，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。 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。
（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。 根据制动器的尺寸大小和制动平稳性确定安装位置： 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。
摩擦因数 工作容量系数 制动带的许用压力，单位Mpa 允许的工作容量系数
C=f [p] v ≤[C]
[C]的经验数值为：
制动轮上最大线速度，单位m/s
一般情况下： [C] ≤10×105（N/m2.m/s)
工作频繁时： [C] ≤6×105（N/m2.m/s)
第10章 制动机构设计 冷却条件很好时： [C] ≤30×105（N/m2.m/s)
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
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带式制动器根据带固定方式的不同可分为三种基本类型 （1）简单带式制动器（单端拉紧制动器） 结构组成： 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： 制动带两端拉力 F1、F2的关系： 制动带与制动轮之 间的滑动摩擦因数
杆1上下移动，其凹部a或c 第10章 制动机构设计 面对准杠杆3而放松制动带。
制动器制动、离合器松开的互锁状态
制动带和制动轮
操纵杆1凸起面
b顶杠杆3
齿扇齿条操纵机构同时控制离合器与制动器实现互锁 第10章 制动机构设计
例2： 内胀蹄式制动器（鼓式制动器）
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。
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
双领蹄式
双向双领蹄式
双从蹄式
单向增力式
双向增力式
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例3 盘式制动器—钳（点）盘式、全盘式
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。 利用轴向压力使圆盘或圆锥面压紧，实现制动
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（2）双向带式制动器（双端拉紧制动器）
结构特点：
作用在杠杆上的操作力F、F′：
l1 l3e f 2000M z F F D (l1 l2 )(e f 1)
制动带两端都 固定在杠杆上
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。 且两个固定点到杠 杆回转轴距离相等
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（3）差动带式制动 器
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。
两个固定点到杠杆 回转轴距离l1＞l3
制动带两端都 固定在杠杆上
l1e f l3 2000M z F D (l1 l2 )(e f 1)
F2l1 F1l3 2000M z l1 l3e f F l1 l2 D (l1 l2 )(e f 1)