第10章 制动机构设计
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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。
5
20型车床闸带制动机构原理图
结构当：该手制柄动1器被主扳要由到制中动间轮7挡、住制动时带，8和齿杠条杆6也等被组成推到中间，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 紧在制当动手轮柄71上处，于使上机、床下迅两速个停位车置。时，杠杆6下
F
F
2000M z D
(l1
l1 l3e f l2 )(e f 1)
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
19
（3）差动带式制动器
结构特点：
两个固定点到杠杆 回转轴距离l1＞l3
制动扭矩等于制动带 两边拉力对杠杆回转 轴的力矩之差。
21
第10章 制动机构设计
返回22
鼓式制动器
返回23
领从蹄式制动器的工作原理
动画
返回24
动画 返回25
动画 返回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
动画
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
15
第10章 制动机构设计
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
16
第10章 制动机构设计
带式制动器根据带固定方式的不同可分为三种基本类型
制动时间为： 制动轴在制动开始时
的角速度，单位rad/s
当制动轴的角速度ω 减为零时的对应时间
t 0 0J j M
换算到制动器轴上 的、被制动质量的 转动惯量，单位 kg.m2
角加速度，单位rad/s2
制动扭矩,单位N.m 14
第10章 制动机构设计
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，因此需要对发热进行核算。
3
第10章 制动机构设计
2、制动器分类
机械制动器
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
块式制动器
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 各类制动器性能比较及机床常用制 磁涡流制动器 动器的类型如表10.1、10.2所示
4
第10章 制动机构设计
Leabharlann Baidu
平均制动扭 矩,单位N.m
额定制动扭矩 13
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
M Z
GD 2 j n 37.5t
安装制动器轴的最 高转速,单位r/min
M=KMZ
要求的制动时间,单位 s
第10章 制动机构设计
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。
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。
18
第10章 制动机构设计
（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′：
制动带两端都 固定在杠杆上
第10章 制动机构设计
主要内容： 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
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。
（1）简单带式制动器（单端拉紧制动器）
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
带的一端固定在支架上
F1、F2的关系：
带的另一端固定
制动带与制动轮之间
在制动杠杆上
的滑动摩擦因数
F1 = F2 efθ F1- F2=FP
自然对数的底 包角
17
第10章 制动机构设计
产生制动所需的圆周力：
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。
10
第10章 制动机构设计
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： （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。
制动带两端都 固定在杠杆上
F
F2l1 F1l3 l1 l2
2000M z D
l1 l3e f (l1 l2 )(e f 1)
F
2000M z D
(l1
l1e f l3 l2 )(e f 1)
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，
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。
12
第10章 制动机构设计
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:
端处扳于动齿手条柄杆15,上通a过和连c两杆个2,凸推入动处竖，轴制3转动动带。被装 在放竖松轴。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。
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。
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。
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第10章 制动机构设计
4、制动器摩擦材料
（1）摩擦材料的基本要求： 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。
即制动器自锁，使制动器无法操纵。
20
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
所需的制动扭矩
FP=2000MZ/D
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：
F
F2l1 l1 l2
2000M z D
l1 (l1 l2 )(e f
1)
当制动器逆时针方向旋转时，加在杠杆上的操作力F′：
F
F1l1 l1 l2
2000M z D
l1e f (l1 l2 )(e f
返回 30
制动力矩大小与旋转方向无关。适合：紧凑性要求高
处。
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：
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
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，
2
第10章 制动机构设计
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
发热核算的主要参数C：
制动带的许用压力，单位Mpa
摩擦因数
工作容量系数
C=f [p] v ≤[C] 允许的工作容量系数
[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)
冷却条件很好时： [C] ≤30×105（N/m2.m/s)
6
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
双领蹄式
双向双领蹄式
双从蹄式 领从蹄式
适用：汽车、拖拉机
等行走机构的制动
单向增力式
双向增力式
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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
结构当：该手制柄动1器被主扳要由到制中动间轮7挡、住制动时带，8和齿杠条杆6也等被组成推到中间，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 紧在制当动手轮柄71上处，于使上机、床下迅两速个停位车置。时，杠杆6下
F
F
2000M z D
(l1
l1 l3e f l2 )(e f 1)
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：
两个固定点到杠杆 回转轴距离l1＞l3
制动扭矩等于制动带 两边拉力对杠杆回转 轴的力矩之差。
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第10章 制动机构设计
返回22
鼓式制动器
返回23
领从蹄式制动器的工作原理
动画
返回24
动画 返回25
动画 返回26
返回27
定钳盘式制动器的工作原理
动画
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定钳盘式 制动器
返回29
浮钳盘式制动器的工作原理
动画
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
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第10章 制动机构设计
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
16
第10章 制动机构设计
带式制动器根据带固定方式的不同可分为三种基本类型
制动时间为： 制动轴在制动开始时
的角速度，单位rad/s
当制动轴的角速度ω 减为零时的对应时间
t 0 0J j M
换算到制动器轴上 的、被制动质量的 转动惯量，单位 kg.m2
角加速度，单位rad/s2
制动扭矩,单位N.m 14
第10章 制动机构设计
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，因此需要对发热进行核算。
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第10章 制动机构设计
2、制动器分类
机械制动器
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
块式制动器
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 各类制动器性能比较及机床常用制 磁涡流制动器 动器的类型如表10.1、10.2所示
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第10章 制动机构设计
Leabharlann Baidu
平均制动扭 矩,单位N.m
额定制动扭矩 13
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
M Z
GD 2 j n 37.5t
安装制动器轴的最 高转速,单位r/min
M=KMZ
要求的制动时间,单位 s
第10章 制动机构设计
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。
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。
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第10章 制动机构设计
（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′：
制动带两端都 固定在杠杆上
第10章 制动机构设计
主要内容： 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
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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。
（1）简单带式制动器（单端拉紧制动器）
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
带的一端固定在支架上
F1、F2的关系：
带的另一端固定
制动带与制动轮之间
在制动杠杆上
的滑动摩擦因数
F1 = F2 efθ F1- F2=FP
自然对数的底 包角
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第10章 制动机构设计
产生制动所需的圆周力：
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。
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第10章 制动机构设计
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： （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。
制动带两端都 固定在杠杆上
F
F2l1 F1l3 l1 l2
2000M z D
l1 l3e f (l1 l2 )(e f 1)
F
2000M z D
(l1
l1e f l3 l2 )(e f 1)
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，
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。
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第10章 制动机构设计
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:
端处扳于动齿手条柄杆15,上通a过和连c两杆个2,凸推入动处竖，轴制3转动动带。被装 在放竖松轴。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。
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。
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。
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第10章 制动机构设计
4、制动器摩擦材料
（1）摩擦材料的基本要求： 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。
即制动器自锁，使制动器无法操纵。
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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
所需的制动扭矩
FP=2000MZ/D
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：
F
F2l1 l1 l2
2000M z D
l1 (l1 l2 )(e f
1)
当制动器逆时针方向旋转时，加在杠杆上的操作力F′：
F
F1l1 l1 l2
2000M z D
l1e f (l1 l2 )(e f
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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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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：
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
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，
2
第10章 制动机构设计
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
发热核算的主要参数C：
制动带的许用压力，单位Mpa
摩擦因数
工作容量系数
C=f [p] v ≤[C] 允许的工作容量系数
[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)
冷却条件很好时： [C] ≤30×105（N/m2.m/s)
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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
双领蹄式
双向双领蹄式
双从蹄式 领从蹄式
适用：汽车、拖拉机
等行走机构的制动
单向增力式
双向增力式
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