1、 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄第1章 概述31.1 制動(dòng)器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的概述31.2 盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)31.3 盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)41.4 制動(dòng)器摩擦片應(yīng)用機(jī)理與性能要求91.5 摩擦材料性能要求101.6 摩擦熱對(duì)制動(dòng)摩擦副的影響121.7 本課題研究的主要內(nèi)容131.8 本章小結(jié)14第2章 實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置的總體設(shè)計(jì)142.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)研制的主導(dǎo)思想152.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成152.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理及總體布置15第3章 實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)163.1 設(shè)計(jì)原始參數(shù)163.2 閘瓦試件的形狀及尺寸的確定173.3 夾具設(shè)計(jì)183.4 電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算193.5 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核203.6 聯(lián)軸

2、器的設(shè)計(jì)263.7 飛輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)273.8 制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)273.9 鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算283.10 傳感器的選型293.11 軸承的計(jì)算選型303.12 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)313.13 本章小結(jié)32第4章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)334.1 加壓油缸的設(shè)計(jì)選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)344.2 泵的選擇394.3 溢流閥的選擇424.4 卸荷閥的選擇434.5 單向閥的設(shè)計(jì)選擇434.6 電機(jī)、油箱及其附件的選擇444.7 液壓站的設(shè)計(jì)454.8 本章小結(jié)46第5章 測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)475.1 測(cè)試參數(shù)的測(cè)定475.2 測(cè)試系統(tǒng)的組成495.3 數(shù)據(jù)的采集與處理505.4 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)525.5 匯編語(yǔ)言程序545.6 本

3、章小結(jié)667 參考文獻(xiàn)678 致 謝69第1章 概述1.1 制動(dòng)器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的概述 制動(dòng)器能用來(lái)減低機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行速度或者使其停止，是車輛、爬行機(jī)器和許多固定設(shè)備安全工作的重要裝置。摩擦制動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的優(yōu)點(diǎn)，己廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備中。其工作原理是利用摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸表面所產(chǎn)生的摩擦阻力來(lái)調(diào)節(jié)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度大小，以停止運(yùn)動(dòng)。隨著機(jī)械設(shè)備上速度的不斷提高，對(duì)制動(dòng)器性能的要求也越來(lái)越高，因此制動(dòng)器生產(chǎn)企業(yè)需要對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行各種質(zhì)量檢測(cè)和性能綜合評(píng)價(jià)。制動(dòng)器試驗(yàn)臺(tái)是測(cè)定和分析制動(dòng)器性能和質(zhì)量的試驗(yàn)裝置。制動(dòng)器生產(chǎn)企業(yè)要求試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)能夠檢測(cè)制動(dòng)器的各種性能，其具體測(cè)試項(xiàng)目為:制動(dòng)器性能試

4、驗(yàn)、制動(dòng)器熱衰退及恢復(fù)試驗(yàn)、制動(dòng)襯片、塊磨損試驗(yàn)、制動(dòng)器噪聲測(cè)定、試驗(yàn)過(guò)程中溫度的同步測(cè)量和記錄;記錄輸入管路壓力和輸出制動(dòng)力矩的關(guān)系;記錄制動(dòng)時(shí)間和輸出力矩的關(guān)系。1.2 盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu) 盤式制動(dòng)器的工作表面為圓盤的兩側(cè)平面(少數(shù)為圓錐面)，其摩擦副由制動(dòng)盤和制動(dòng)塊(或摩擦盤)組成，沿制動(dòng)盤的軸向施加壓力，制動(dòng)盤軸不受彎曲，制動(dòng)性能穩(wěn)定、可靠。由于盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤暴露在空氣中，使得盤式制動(dòng)器有優(yōu)良的散熱性，當(dāng)車輛在高速狀態(tài)做緊急制動(dòng)或在短時(shí)間內(nèi)多次制動(dòng)，制動(dòng)的性能較不易衰退，可以讓車輛獲得較佳的制動(dòng)效果，以增進(jìn)車輛的安全性。并且由于盤式制動(dòng)器的反應(yīng)快速，有能力做高頻率的制動(dòng)動(dòng)作，因此許多

5、車型采用盤式制動(dòng)器與ABS系統(tǒng)以及VSC，TCS等系統(tǒng)搭配，以滿足此類系統(tǒng)需要快速制動(dòng)的需求。鑒于盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制動(dòng)時(shí)盤上某處材料表面與片處于周期性間歇摩擦接觸，這種移動(dòng)熱源造成的熱沖擊，以及反復(fù)制動(dòng)過(guò)程中的冷熱沖擊、制動(dòng)壓力和摩擦力的協(xié)同作用可導(dǎo)致表面熱開(kāi)裂和(熱)磨損。圖1-1 盤式制動(dòng)器工作原理1.3 盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn) 與鼓式制動(dòng)器相比，盤式制動(dòng)器具有以下突出優(yōu)點(diǎn): (1)熱穩(wěn)定性好。 盤式制動(dòng)器無(wú)摩擦助勢(shì)作用，因而制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，即制動(dòng)效能穩(wěn)定。鼓式制動(dòng)器受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與制動(dòng)蹄中部接觸，從而降低了制動(dòng)效能。而盤式制動(dòng)器中制動(dòng)盤的軸向熱膨脹極小

6、，徑向熱膨脹根本與性能無(wú)關(guān)，故不會(huì)因此而降低制動(dòng)效能。 (2)水穩(wěn)定性好。 盤式制動(dòng)器中摩擦塊對(duì)制動(dòng)盤的單位壓力較高，易于將水?dāng)D出。在車輪涉水后，制動(dòng)效能變化較小，且由于離心力的作用及襯塊對(duì)制動(dòng)盤的摩擦作用，出水后只需一二次制動(dòng)，性能即可恢復(fù)。而鼓式制動(dòng)器則需多次甚至10余次制動(dòng)，性能方能恢復(fù)。 (3)在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量較小。 (4)制動(dòng)盤沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會(huì)象制動(dòng)鼓的熱膨脹那樣使制動(dòng)器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程過(guò)大。 (5)容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整，其他保養(yǎng)修理作業(yè)也較簡(jiǎn)便。 除了以上制動(dòng)性能的優(yōu)勢(shì)外，盤式制動(dòng)器在使用中還有噪音低、振動(dòng)小等特點(diǎn)，改善了乘坐舒適性

7、。 由于具備穩(wěn)定可靠的制動(dòng)性能，盤式制動(dòng)器大大改善了汽車高速制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，因此取代傳統(tǒng)的鼓式制動(dòng)器已成為現(xiàn)代制動(dòng)器發(fā)展的必然趨勢(shì)。其中液壓盤式制動(dòng)器幾乎是現(xiàn)代轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置，尤其是用在轎車前橋上。而氣壓盤式制動(dòng)器也大量應(yīng)用于客車、中重型車輛上，其發(fā)展前景非常廣闊。1.4 制動(dòng)器摩擦片應(yīng)用機(jī)理與性能要求1.4.1摩擦和運(yùn)動(dòng) 對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，是在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中一種物體與其它物體相接觸，或者與其周圍的液體或氣體相接觸。這樣會(huì)產(chǎn)生接觸摩擦，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)物體的速度減慢或停止。阻止運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)，使其運(yùn)動(dòng)速度減慢和停止的力為摩擦力（F），或者是介質(zhì)阻力。摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)切向力方向相反。我們把摩擦力與施加在

8、摩擦物體上的垂直負(fù)荷，即正壓力（N）之比值，稱之為摩擦系數(shù)。即 式中：摩擦系數(shù) F摩擦力 N負(fù)荷 摩擦力對(duì)運(yùn)動(dòng)物體作功的過(guò)程中，消耗掉運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能，在摩擦過(guò)程中，消耗掉的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能，以摩擦熱的形式表現(xiàn)出來(lái)。摩擦材料工作表面摩擦?xí)r的瞬時(shí)溫度可達(dá)到1000，這樣的溫度升高對(duì)摩擦物體接觸表面的摩擦性能會(huì)產(chǎn)生各種影響。1.4.2摩擦基本理論摩擦是兩個(gè)物體在壓力作用下相互接觸并在接觸表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的現(xiàn)象。摩擦是這個(gè)現(xiàn)象本身的力學(xué)特性。兩個(gè)在接觸表面相互摩擦的物體，稱之為摩擦偶件或摩擦副。汽車的剎車片與制動(dòng)盤或制動(dòng)鼓就組成了摩擦副。摩擦材料的摩擦表面在摩擦過(guò)程中的作用機(jī)理，是屬于干摩擦理論的

9、范疇，主要為兩種：一是“粘著理論”，二是“分子機(jī)械理論”。兩個(gè)相互摩擦的物體表面總是在某些點(diǎn)上發(fā)生接觸，真實(shí)接觸面積比理論上的接觸面積要小，其比值因接觸材料的的機(jī)械性能、接觸表面的光潔度、溫度等情況的不同，可在1/1000至1/10的范圍內(nèi)變化。由于真實(shí)接觸面積（A）小，即使在負(fù)荷（N）很小時(shí)，真實(shí)接觸面積上，也會(huì)產(chǎn)生很大的單位壓力。·粘著理論 在很大的單位壓力影響之下，一般物體即使硬和韌的金屬表面也會(huì)發(fā)生塑性變形，此時(shí)在塑性接觸點(diǎn)上的應(yīng)力等于較軟材料的壓縮屈服強(qiáng)度極限或流動(dòng)壓力 ，真實(shí)接觸面積等于負(fù)荷與流動(dòng)壓力之比，即： 式中：A為真實(shí)接觸面積。由此可知，若負(fù)荷增加或較軟材料壓縮屈

10、服強(qiáng)度極限降低，都會(huì)使真實(shí)面積增大。 當(dāng)兩物體表面摩擦?xí)r，接觸點(diǎn)產(chǎn)生的瞬時(shí)溫度可達(dá)1000，并可持續(xù)千分之幾秒，高溫會(huì)引起二物體發(fā)生“粘著（或稱為冷焊），兩物體表面相對(duì)移動(dòng)過(guò)程中，這些粘著點(diǎn)就被剪切斷掉，二物體發(fā)生“滑溜”，摩擦就是這種“粘著與滑溜交替進(jìn)行的過(guò)程（當(dāng)摩擦速度變快時(shí)，這種躍動(dòng)式過(guò)程變得不明顯）。 這種過(guò)程使兩物體表面的相對(duì)移動(dòng)受到了阻力，此阻力等于各粘著點(diǎn)被剪斷時(shí)阻力的總和。這構(gòu)成了摩擦力的主要原因，稱之為摩擦力的“剪切項(xiàng)”，這項(xiàng)摩擦力（F）等于剪切面積（A）與剪切強(qiáng)度（S）的積，即：F =A ×S 兩物體摩擦表面粗糙時(shí)，較硬材料會(huì)嵌入較軟材料，并形成粘著。在相對(duì)移動(dòng)時(shí)

11、，這些“粘著點(diǎn)”會(huì)被剪斷，這是構(gòu)成摩擦力的另一個(gè)原因，是摩擦力的“粗糙度項(xiàng)”（刨削項(xiàng)）。表面不太粗糙時(shí)，這項(xiàng)摩擦力可以不計(jì)。摩擦系數(shù)（）為就是摩擦系數(shù)（）等于材料剪切強(qiáng)度（S）與壓縮屈服強(qiáng)度極限或流動(dòng)壓力（）之比。由此可知，當(dāng)材料的剪切強(qiáng)度增高或壓縮屈服強(qiáng)度極限變小，均會(huì)導(dǎo)致材料摩擦系數(shù)的增大。 當(dāng)摩擦材料中含有相當(dāng)多的軟質(zhì)成分，構(gòu)成軟質(zhì)摩擦材料，如橡膠基摩擦材料（軟質(zhì)剎車片），或摩擦表面溫度在一定范圍內(nèi)升高時(shí)，材料的壓縮屈服強(qiáng)度極限（）降低，導(dǎo)致摩擦表面真實(shí)接觸面積（A）的變大，摩擦系數(shù)（）也會(huì)升高。 ·分子機(jī)械理論 在很大的單位壓力的情況下，摩擦偶件表面的相互接觸呈彈塑性混合狀態(tài)

12、，表面許多接觸點(diǎn)互相嚙合，在相對(duì)移動(dòng)過(guò)程中，相互嚙合的部分被剪斷，形成兩表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力。這些接觸點(diǎn)和嚙合點(diǎn)上產(chǎn)生的阻力總和，即表現(xiàn)為摩擦力。在表面接觸部位上，也會(huì)產(chǎn)生分子引力（）。此分子引力的作用如同對(duì)接觸表面施加負(fù)荷的作用。摩擦即是由此二項(xiàng)因素決定的過(guò)程；一方面是克服機(jī)械的相互嚙合，另一方面是克服分子引力，稱為“分子機(jī)械理論”。摩擦系數(shù)（）為摩擦力與垂直負(fù)荷和接觸表面分子引力之和的比值。即： 也可以寫成： 摩擦?xí)r，表面的相互嚙合和分子引力的形成與破壞造成了摩擦表面的磨損。真實(shí)摩擦系數(shù)與計(jì)算得到的摩擦系數(shù)的關(guān)系為：稱為真實(shí)摩擦系數(shù)，這是一個(gè)恒量，是通過(guò)計(jì)算得到的摩擦系數(shù)，不是一恒量，它隨負(fù)

13、荷的增加而降低。摩擦材料行業(yè)里經(jīng)常使用的摩擦系數(shù)，就是指經(jīng)計(jì)算出來(lái)的摩擦系數(shù)，這不是一個(gè)恒量，是通過(guò)儀器在一定的條件下，進(jìn)行測(cè)定并計(jì)算的。由于工作環(huán)境的變化及其它條件的變化，摩擦系數(shù)也發(fā)生變化。因?yàn)榄h(huán)境、條件也受各種因素的影響而變化，影響摩擦系數(shù)的因素就會(huì)更為復(fù)雜。1.4.3 磨損基本理論 汽車摩擦材料是一種成分復(fù)雜的復(fù)合材料，其中含有有機(jī)粘結(jié)劑，增強(qiáng)纖維，潤(rùn)滑劑及摩擦性能調(diào)節(jié)劑等，在摩擦磨損過(guò)程中，各組分相互作用、相互制約。摩擦材料與偶件間的摩擦可以使其接觸表面變形、粘著點(diǎn)撕裂和使硬質(zhì)點(diǎn)或磨屑產(chǎn)生犁切作用，其作用程度和表面形貌、滑動(dòng)過(guò)程、使用的材料及環(huán)境因素等有關(guān)。所以摩擦磨損過(guò)程非常復(fù)雜，

14、摩擦偶件之間的界面處不僅有復(fù)雜的物理作用，還有復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程。許多研究表明，汽車摩擦材料的磨損形式主要有以下幾種 ： (1)熱磨損 高速行駛的汽車在制動(dòng)過(guò)程中，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為摩擦材料與其偶件之間因摩擦而產(chǎn)生的熱能，致使摩擦材料溫度升高，從而使摩擦材料中的某些組分發(fā)生諸如高溫分解、氧化、顆?；?、暴裂融化、蒸發(fā)和升華，以及伴隨著機(jī)械力變化的一系列物理的和化學(xué)的現(xiàn)象，使摩擦材料原子間結(jié)合不斷破壞，導(dǎo)致材料磨損。高溫分解主要出現(xiàn)在摩擦材料的芯部而較少發(fā)生在邊緣和角部;而氧化現(xiàn)象主要出現(xiàn)在邊緣和角部:摩擦材料的暴裂反應(yīng)出現(xiàn)在苛刻制動(dòng)條件下，瞬間產(chǎn)生的高熱使亞表面固體汽化。 (2)粘著磨損 摩擦材料與其偶件在

15、壓力作用下，表面上微凸體受到應(yīng)力較大，發(fā)生塑性變形，有些接觸點(diǎn)間的長(zhǎng)程范德華力將起作用，出現(xiàn)強(qiáng)烈的短程交互作用力，在沒(méi)有表面膜存在的情況下，兩個(gè)接觸表面將通過(guò)分子間的作用發(fā)生粘著。當(dāng)摩擦材料在偶件表面上滑動(dòng)時(shí)或壓在其表面上然后拉開(kāi)時(shí)，表面上一些小顆粒將會(huì)從一個(gè)表面粘附到另一個(gè)表面上，有時(shí)被粘附的表面材料又會(huì)回到原來(lái)表面上，發(fā)生反粘附。這些被轉(zhuǎn)移的表面材料經(jīng)過(guò)反復(fù)地粘附與反粘附及擠壓等過(guò)程，會(huì)發(fā)生加工硬化、疲勞、氧化等過(guò)程，從而形成游離的磨屑脫落下來(lái)。同時(shí)，由于在摩擦過(guò)程中摩擦材料的表面瞬時(shí)溫度可高達(dá)700以上，導(dǎo)致有機(jī)樹脂變軟甚至分解以及偶件局部產(chǎn)生由珠光體到馬氏體的相變，粘接點(diǎn)在剪切力的作用

16、下，會(huì)使摩擦材料表面產(chǎn)生較大的磨屑，甚至使增強(qiáng)纖維從摩擦材料中抽出導(dǎo)致較大磨損。 (3)磨粒磨損 摩擦材料內(nèi)部含有纖維和硬顆粒，這些硬顆粒在摩擦材料中起承載作用，并在表面形成一系列比其偶件硬的小突起，在摩擦過(guò)程中，這些小突起象“刀具”一樣，對(duì)其偶件表面進(jìn)行切削，在反復(fù)多次作用力的情況下，這些小突起因疲勞而斷裂形成磨屑，或者因摩擦表面溫度升高，樹脂軟化，結(jié)合力下降，硬質(zhì)點(diǎn)脫離摩擦材料形成磨屑，這樣便使磨損由普通的二體磨粒磨損變?yōu)槿w磨損。這樣散落的磨屑將會(huì)同時(shí)作用于摩擦材料與其對(duì)偶件，導(dǎo)致摩擦材料和對(duì)偶的磨損增大，摩擦系數(shù)增大。 (4)疲勞磨損 在汽車制動(dòng)過(guò)程中，摩擦材料與其對(duì)偶進(jìn)行相對(duì)滑動(dòng)，在

17、兩者接觸區(qū)將造成很大的應(yīng)力和塑性變形。在長(zhǎng)期反復(fù)的交變應(yīng)力作用下，摩擦材料及其偶件表面某些薄弱環(huán)節(jié)處將會(huì)引發(fā)疲勞裂紋，并逐步擴(kuò)展，最后將可能以微細(xì)薄片形式斷裂剝落下來(lái)。另外，在每次制動(dòng)時(shí)，都伴隨著材料表層溫度的升高，導(dǎo)致材料的熱疲勞，在長(zhǎng)期反復(fù)熱應(yīng)力作用下，將加速材料表面裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，加速材料的疲勞磨損。 (5)切削磨損 由于摩擦材料與其偶件的表面均高低不平，對(duì)摩兩表面中較硬表面上的凸峰會(huì)壓入較軟材料內(nèi)，在滑動(dòng)時(shí)將軟材料刨削，致使較軟材料表面產(chǎn)生較深的犁溝和劃痕，使材料磨損。 綜上所述，在摩擦過(guò)程中，材料的磨損可能不止一種磨損機(jī)理在起作用，而是幾種可能同時(shí)作用，并且在不同摩擦階段，可能會(huì)有

18、不同的磨損機(jī)理起主導(dǎo)作用，有時(shí)可相互轉(zhuǎn)化，同時(shí)材料的磨損并不僅限于以上幾種，這些都給認(rèn)識(shí)和研究摩擦材料的磨損機(jī)理帶來(lái)一定的難度。1.5 摩擦材料性能要求1.5.1適宜而穩(wěn)定的摩擦系數(shù) 摩擦系數(shù)是評(píng)價(jià)任何一種摩擦材料的一個(gè)最重要的性能指標(biāo)，關(guān)系到摩擦片執(zhí)行傳動(dòng)和制動(dòng)功能的好壞，這不是一個(gè)常數(shù)，是受溫度、壓力、摩擦速度或表面狀態(tài)及周圍介質(zhì)因素等影響而發(fā)生變化的一個(gè)系數(shù)。理想的摩擦系數(shù)應(yīng)具有理想的的冷摩擦系數(shù)和可以控制的溫度衰退。 溫度是影響摩擦系數(shù)的最重要因素。摩擦材料在摩擦過(guò)程中，由于溫度的迅速升高，一般當(dāng)溫度達(dá)到200以后，摩擦系數(shù)開(kāi)始下降，當(dāng)溫度達(dá)到樹脂和橡膠分解溫度范圍以后，產(chǎn)生了摩擦系數(shù)

19、的驟然降低，這種現(xiàn)象稱為“熱衰退”，嚴(yán)重的“熱衰退”會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)效能變差，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)降低摩擦力，即降低了制動(dòng)作用。經(jīng)過(guò)熱衰退的摩擦片，當(dāng)溫度逐漸降低時(shí)摩擦系數(shù)會(huì)逐漸恢復(fù)至原來(lái)的正常情況，但有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)摩擦系數(shù)恢復(fù)得高于原來(lái)正常的摩擦系數(shù)，即恢復(fù)得過(guò)頭，對(duì)這種摩擦系數(shù)恢復(fù)過(guò)頭，稱為“過(guò)恢復(fù)”。 摩擦系數(shù)通常隨速度增加而降低，但過(guò)多的降低不能忽視，我國(guó)汽車制動(dòng)器襯片試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定制動(dòng)力矩速度穩(wěn)定性的要求。1.5.2良好的耐磨性 摩擦材料的耐磨性是其使用壽命的反映，也是衡量摩擦材料耐用程度的重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，耐磨性越好，表明使用壽命越長(zhǎng)。 工作溫度是影響磨損量的重要因素。當(dāng)材料表面溫度達(dá)到有機(jī)粘結(jié)

20、劑的熱分解溫度范圍時(shí)，有機(jī)粘結(jié)劑如橡膠與樹脂產(chǎn)生分解、碳化和失重現(xiàn)象，隨溫度的升高，這種現(xiàn)象加劇，粘結(jié)作用下降，磨損量急劇增大，稱之為“熱磨損”。 汽車摩擦片的耐磨性能指標(biāo)，有多種表示方法，我國(guó)與國(guó)際的標(biāo)準(zhǔn)都有確切的法規(guī)。1.5.3具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和物理性能摩擦材料制品在裝配使用之前，需要進(jìn)行鉆孔、鉚裝、裝配等機(jī)械加工，才能制成剎車片總成。在摩擦工作過(guò)程中，摩擦材料除了要承受很高溫度的同時(shí)，還要承受較大的壓力與剪切力。因此，要求摩擦材料必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以保證在加工或使用過(guò)程中不出現(xiàn)破損與碎裂。1.5.4制動(dòng)噪音低引起制動(dòng)噪音的因素很多，因?yàn)閯x車片是制動(dòng)總成的一個(gè)部件，制動(dòng)時(shí)剎車片與剎

21、車鼓（或盤）在高速與高比壓相對(duì)運(yùn)動(dòng)下的強(qiáng)烈摩擦作用，彼此產(chǎn)生振動(dòng)，從面產(chǎn)生不同的程度的噪音。就剎車片而言，造成制動(dòng)噪音的因素為： ·摩擦材料的摩擦系數(shù)越高，越易產(chǎn)生噪音。摩擦系數(shù)達(dá)到0.450.5或更高時(shí)，易產(chǎn)生噪音； ·制品材質(zhì)硬度高，易產(chǎn)生噪音； ·高硬度填料用量多時(shí)，易產(chǎn)生噪音； ·剎車片經(jīng)高溫制動(dòng)作用后，工作表面形成光亮而硬的碳化膜，又稱釉質(zhì)層，在制動(dòng)摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生高頻振動(dòng)及相應(yīng)的噪音。 適當(dāng)控制摩擦系數(shù)，使其不要過(guò)高，降低制品的硬度，減少硬質(zhì)填料用量，避免工作表面形成碳化層，使用減震墊等以降低振動(dòng)頻率，可以減少和克服噪音。1.5.5對(duì)偶面磨損較小

22、 摩擦材料制品的傳動(dòng)和制動(dòng)功能，都要通過(guò)與對(duì)偶件即摩擦盤或制動(dòng)鼓在摩擦中實(shí)現(xiàn)，這一過(guò)程中摩擦偶件相互都會(huì)產(chǎn)生磨損。要求作為消耗性的摩擦材料制品，自身應(yīng)該盡量有小的磨損外，對(duì)偶件的磨損也小，這是良好的摩擦性能的特性。也要求在摩擦過(guò)程中，避免將對(duì)偶件即摩擦盤或制動(dòng)鼓的表面磨成較重的擦傷、劃痕、溝槽等過(guò)度磨損情況。摩擦材料除具有上述主要性能要求外，還有熱膨脹、壓縮性、縮水性、吸水性、粘結(jié)性等等一些性能要求。 1.6 摩擦熱對(duì)制動(dòng)摩擦副的影響摩擦制動(dòng)器的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)換器或熱交換器。摩擦制動(dòng)副在很短的時(shí)間內(nèi)把動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能。干式制動(dòng)摩擦系統(tǒng)是由摩擦襯片、摩擦對(duì)偶件及界面第三體(界面膜、磨粒等)組成。 在

23、載荷的作用下，摩擦部件產(chǎn)生了大量的熱，摩擦熱嚴(yán)重影響材料的物理及化學(xué)性能，是影響材料磨損機(jī)理的直接因素。在制動(dòng)過(guò)程中，摩擦材料與金屬對(duì)偶件間所產(chǎn)生的摩擦力可以使接觸表面變形、粘著點(diǎn)撕裂，使硬質(zhì)點(diǎn)或磨屑產(chǎn)生犁削效應(yīng)，其影響程度與制動(dòng)的各個(gè)參數(shù)、材料的性質(zhì)、表面形貌以及環(huán)境因素等有關(guān)。大量的研究和試驗(yàn)表明:對(duì)于干摩擦及邊界摩擦，在一定的壓力條件下，摩擦系數(shù)和磨損率與最大表面溫度之間有著明確的函數(shù)關(guān)系。速度對(duì)磨損過(guò)程的影響主要是通過(guò)摩擦溫度而很少通過(guò)接觸的流變性起作用。 同時(shí)，摩擦熱還會(huì)影響材料的摩擦磨損性能。對(duì)于有機(jī)基襯片一金屬摩擦副而言，摩擦表面溫度場(chǎng)分布的不均勻性以及接觸溫度的過(guò)高會(huì)引起材料表

24、面一系列的物理一化學(xué)變化(如熱彈性不穩(wěn)定性、材料的熱降解、熱變形等)。摩擦熱引起襯片中的有機(jī)物組分發(fā)生熱降解等一系列化學(xué)反應(yīng)和物理作用，其反應(yīng)速率隨溫度的升高呈指數(shù)增加。在接觸界面形成轉(zhuǎn)移膜，出現(xiàn)“制動(dòng)熱衰退”現(xiàn)象和“氫脆”現(xiàn)象，促進(jìn)磨粒的形成，加劇材料的磨損。 一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)摩擦表面溫度不太高時(shí)，以粘著磨損、磨粒磨損為主;而在高溫下，以粘著磨損、熱疲勞磨損和熱磨損為主。因此與摩擦熱相關(guān)的熱與熱力學(xué)現(xiàn)象對(duì)摩擦副的摩擦學(xué)行為有著非常重要的影響。事實(shí)上，摩擦表面的接觸溫度及溫度梯度集中反映了載荷、速度、摩擦系數(shù)、材料的熱物理特性及耐久性、摩擦部件的設(shè)計(jì)尺寸和工作環(huán)境等因素對(duì)摩擦副的影響。1.7 本課

25、題研究的主要內(nèi)容 本文模擬礦井提升機(jī)的實(shí)際工況，設(shè)計(jì)摩擦磨損性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)閘瓦與制動(dòng)盤之間的摩擦系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究。本論文的主要工作如下：1） 通過(guò)對(duì)實(shí)際制動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和性能的介紹，闡述閘瓦的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及主要制動(dòng)性能。2） 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理以及加載方式的研究，確定實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案3） 閘瓦性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的主要機(jī)械部件，包括主軸、飛輪、閘瓦制動(dòng)裝置、制動(dòng)液壓系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、傳感器、軸承、液壓站等部件。4） 摩擦磨損性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)量系統(tǒng)與電控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)根據(jù)試驗(yàn)要求，主要對(duì)主軸轉(zhuǎn)速、制動(dòng)力矩、摩擦副的溫度和磨損量的測(cè)量方法進(jìn)

26、行研究，并設(shè)計(jì)出 整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)所需的控制系統(tǒng)。1.8 本章小結(jié) 本章闡述了制動(dòng)器實(shí)驗(yàn)臺(tái)的基本情況，介紹了盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)制動(dòng)器摩擦磨損原理以及制動(dòng)片的性能要求進(jìn)行說(shuō)明。第2章 實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置的總體設(shè)計(jì)模擬礦井提升機(jī)的實(shí)際工況，設(shè)計(jì)摩擦磨損性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)閘瓦與制動(dòng)盤之間的摩擦系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試研究。2.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)研制的主導(dǎo)思想1）能夠模擬提升機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)過(guò)程；2）閘瓦在制動(dòng)盤上的滑速能在范圍內(nèi)可調(diào)；3）能調(diào)節(jié)閘瓦的正壓力以獲得1Mpa的閘瓦比壓，且裝卸方便；4）各種被測(cè)參數(shù)能被自動(dòng)的記錄下來(lái)2.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的組成摩擦磨損實(shí)驗(yàn)臺(tái)有以下幾部分組成：1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)部分；2）實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓

27、系統(tǒng)部分；3）實(shí)驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)與控制部分；4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)2.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的工作原理及總體布置實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)原理是將制動(dòng)盤和閘塊安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)制動(dòng)力矩及制動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速, 溫度傳動(dòng)器和位移傳動(dòng)器檢測(cè)摩擦片溫度和摩擦片的磨損量，從而得到盤式制動(dòng)器摩擦和磨損性能的數(shù)據(jù)，分析制動(dòng)器的安全性和可靠性。實(shí)驗(yàn)時(shí)采用直流電動(dòng)機(jī)作為該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備,由飛輪來(lái)模擬載荷, 聯(lián)軸器連接飛輪和實(shí)驗(yàn)臺(tái)主軸，實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞，采用液壓缸作為制動(dòng)動(dòng)力,以獲得一定的閘瓦比壓。因?yàn)閭鞲衅髟趯?shí)驗(yàn)前需要標(biāo)定,而標(biāo)定時(shí)為使軸不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),產(chǎn)生誤差,應(yīng)閘住飛輪,采用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)。為使受力均勻,軸向力相互抵消,采用雙液壓缸對(duì)稱布

28、置。如圖2-1圖2-1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)布置形式1、電動(dòng)機(jī) 2、聯(lián)軸器 3、飛輪、 4、固定支承 5傳感器 6、制動(dòng)盤 7、液壓缸 8、閘瓦 9、液壓泵第3章 實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)原始參數(shù)閘瓦比壓：1Mpa測(cè)試速度(滑速):10m/s3.2 閘瓦試件的形狀及尺寸的確定 （1）其設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下表：溫度摩擦系數(shù)磨損率 注:摩擦系數(shù)和磨損率兩項(xiàng)同時(shí)考核。（2）沖擊值應(yīng)大于30.38 (3)布氏硬度應(yīng)小于490（4）吸油率和吸水率在4小時(shí)內(nèi)應(yīng)小于1%（5）制動(dòng)瓦的工作表面與襯板配合表面的平面度誤差值每米應(yīng)小于在0.3mm。制動(dòng)瓦與襯板的配合度誤差值在100mmx400mm時(shí)應(yīng)小于0.4mm(6)

29、制動(dòng)瓦加工良好，不應(yīng)有龜裂，起泡，分層，夾渣等壓制缺陷。 因?yàn)橹苿?dòng)盤作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而閘瓦固定于夾具上不動(dòng)，為了便于測(cè)試時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速和摩擦力矩的計(jì)算。因此將閘瓦試件的形狀設(shè)計(jì)為以制動(dòng)盤的軸心為圓心的扇形結(jié)構(gòu)。如圖所示：圖3-1 閘瓦試件圖 閘瓦為扇形結(jié)構(gòu)，由于飛輪跟制動(dòng)盤的半徑較大，閘瓦扇形外圓半徑取150mm,內(nèi)圓半徑取100mm,閘瓦弧度，所以閘瓦寬度為77.65mm,閘瓦試件長(zhǎng)度為21mm。3.3 夾具設(shè)計(jì) 因?yàn)橹苿?dòng)盤是作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而閘瓦固定于夾具上不動(dòng)，為了便于測(cè)試時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速和摩擦力矩進(jìn)行計(jì)算，因此將閘瓦試件的形狀設(shè)計(jì)為以制動(dòng)盤的軸心為圓心的扇形結(jié)構(gòu)，根據(jù)閘瓦的形狀設(shè)計(jì)夾具，夾具的長(zhǎng)度和寬度配合閘

30、瓦和飛輪（制動(dòng)盤）的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)液壓缸的尺寸結(jié)構(gòu)來(lái)具體確定，在設(shè)計(jì)要求的閘瓦比壓條件下，確定出夾具的厚度。如圖3-2所示：圖3-2閘塊夾具1、上閘塊 2、下閘塊3.4 電動(dòng)機(jī)的選型計(jì)算 電機(jī)選型主要依據(jù)實(shí)驗(yàn)中所需電機(jī)的功率和飛輪（制動(dòng)盤）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也包括閘瓦所產(chǎn)生的摩擦力矩，即電機(jī)所產(chǎn)生的扭矩。 閘瓦產(chǎn)生的摩擦力矩： 其中：摩擦系數(shù)f=0.4,閘瓦比壓Pa=1Mpa， , 所以飛輪和制動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：（1） 飛輪（2） 制動(dòng)盤 (3)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 所以根據(jù)功率和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算數(shù)值，選用型直流電機(jī)，其額定功率為15KW，額定轉(zhuǎn)速為1360r/min,慣量矩0.48，電機(jī)效率為81.2%。3.

31、4.1直流電源的設(shè)計(jì) 本裝置驅(qū)動(dòng)電機(jī)為直流電機(jī)，而一般供給的電源為380V的交流電源。因此需要將交流轉(zhuǎn)換為合適的直流，給電機(jī)供電。 轉(zhuǎn)換原理:交流電源變壓整流濾波穩(wěn)壓負(fù)載變壓環(huán)節(jié)是將電網(wǎng)的交流電壓換成所需的交流電壓； 整流環(huán)節(jié)是用二極管把交流電壓整流成脈動(dòng)直流電壓； 濾波環(huán)節(jié)可減小整流電壓的脈動(dòng)程度； 穩(wěn)壓環(huán)節(jié)用來(lái)穩(wěn)定直流輸出電壓。3.5 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.5.1 初選軸的直徑(1)軸的轉(zhuǎn)矩T：,其中：摩擦系數(shù)f=0.4,閘瓦比壓Pa=1Mpa， , 所以 (2)確定軸的最小直徑及校核軸選用45號(hào)鋼，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，軸的最大傳遞功率13kw,閘瓦作用時(shí)軸的最大轉(zhuǎn)速為1360r/min,查機(jī)械工程學(xué)

32、設(shè)計(jì)手冊(cè)表4-2，取A=115，可得。因?yàn)檩S上安裝飛輪、軸承、聯(lián)軸器等，因此要求軸徑要與飛輪、軸承、聯(lián)軸器的孔徑配合，根據(jù)聯(lián)軸器的孔徑取最小軸徑為40mm。其容許剪應(yīng)力，剪切彈性模量，最大扭矩T=，長(zhǎng)度桿的最大扭轉(zhuǎn)角抗扭截面模量:綜上所述，可選軸徑d=40mm,分別滿足強(qiáng)度和剛度條件要求。3.5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體布置要求，整個(gè)布置需要四根軸，分別定義為 電機(jī)軸、飛輪軸、傳感器軸、制動(dòng)盤軸電機(jī)軸與電動(dòng)機(jī)相連接，通過(guò)向外傳遞扭矩，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。飛輪軸用于安裝飛輪和滾動(dòng)軸承，起到支撐和固定作用，同時(shí)也向后傳遞扭矩。傳感器軸用來(lái)連接前兩個(gè)軸，同時(shí)用于安裝傳感器。制動(dòng)盤軸用于安裝制動(dòng)

33、盤和滾動(dòng)軸承，起到支撐和固定作用。 （1）按軸向定位要求，確定軸的直徑和長(zhǎng)度。（將軸從左到右分別定義為軸段、軸段、軸段）1）電機(jī)軸(如圖3-3) 圖3-3電機(jī)軸軸段 軸段的直徑為，為了保證軸與直流電機(jī)的精確配合，考慮到實(shí)驗(yàn)臺(tái)的總體布局，取軸長(zhǎng)度為軸段 為了聯(lián)軸器的軸向定位，將軸段的左端制出軸肩，軸肩高度為h=4mm,(h0.07d),而且要求與聯(lián)軸器的配合。所以軸段的直徑；為了便于拆轉(zhuǎn)，軸的長(zhǎng)度比聯(lián)軸器長(zhǎng)5mm,因此取2）飛輪軸（如圖3-4）軸段 實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求與聯(lián)軸器配合，所以軸段的直徑取軸的最小直徑；為了便于拆裝，軸的長(zhǎng)度比聯(lián)軸器長(zhǎng)5mm，因此取圖3-4飛輪軸。軸段 為了聯(lián)軸器的軸向定位，將軸

34、段的左端制出軸肩，軸肩高度h=5mm,(h0.07d)，所以軸段的直徑為，考慮到軸段上要安裝軸承，而且在實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體布置的要求，因此取。軸段 軸段是用于飛輪右端的軸環(huán)，取軸肩高度為h=8mm(h0.07d),因此軸環(huán)的直徑,軸環(huán)長(zhǎng)度取L3=10mm。軸段 軸段是用于安裝飛輪和滾動(dòng)軸承，軸承僅承受徑向力，所以安裝深溝球軸承，其直徑為，考慮到安裝飛輪和滾動(dòng)軸承及軸承座的安裝尺寸，因此取軸段的長(zhǎng)度L4=135mm.軸段 實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求與聯(lián)軸器的配合，將軸段的左端制出軸肩，軸肩高度為h=5mm,(h0.07d)，所以軸段的直徑取軸的最小值；為了便于拆裝，軸的長(zhǎng)度比聯(lián)軸器長(zhǎng)5mm,因此取L5=65。3）傳感器

35、軸(如圖3-5)圖3-5傳感器軸 軸段 實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求與聯(lián)軸器配合，所以軸段的直徑取軸的最小直徑，為了便于拆裝，軸的長(zhǎng)度比聯(lián)軸器長(zhǎng)5mm,因此取 軸段 為了聯(lián)軸器的軸向定位，將軸段的左端制出軸肩，軸肩高度h=5mm,(h0.07d)，所以軸段的直徑為，考慮到軸段上要安裝傳感器，而且在實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體布置的要求，因此取。軸段 實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求與聯(lián)軸器的配合，將軸段的左端制出軸肩，軸肩高度為h=5mm,(h0.07d)，所以軸段的直徑取軸的最小值；為了便于拆裝，軸的長(zhǎng)度比聯(lián)軸器長(zhǎng)5mm,因此取L5=65。4）制動(dòng)器軸（如圖3-6）軸段 實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求與聯(lián)軸器配合，所以軸段的直徑取軸的最小直徑；為了便于拆裝，軸的長(zhǎng)度比

36、聯(lián)軸器長(zhǎng)5mm，因此取軸段 為了聯(lián)軸器的軸向定位，將軸段的左端制出軸肩，軸肩高度h=6mm,(h0.07d)，所以軸段的直徑為，考慮到軸段上要安裝軸承，而且在實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體布置的要求，因此取。軸段 軸段是用于安裝制動(dòng)盤和滾動(dòng)軸承，軸承僅承受徑向力，所以安裝深溝球軸承，其直徑為，考慮到安裝制動(dòng)盤和滾動(dòng)軸承及軸承座的安裝尺寸，因此取軸段的長(zhǎng)度L4=126mm.軸段 軸段是用于制動(dòng)盤的右環(huán)取軸肩高度為h=8mm(h0.07d),因此軸環(huán)的直徑,軸環(huán)長(zhǎng)度取L3=10mm軸段 實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求與聯(lián)軸器的配合，將軸段的左端制出軸肩，軸肩高度為h=5mm,(h0.07d)，所以軸段的直徑取軸的最小值；為了便于拆裝，軸

37、的長(zhǎng)度比聯(lián)軸器長(zhǎng)5mm,因此取L5=72。圖3-6制動(dòng)盤軸(2) 軸上零件的周向定位及倒角（圓角）尺寸電機(jī)軸：軸與聯(lián)軸器的周向定位采用A型普通平鍵，按從手冊(cè)中查到平鍵的截面尺寸，根據(jù)鍵槽的寬度，由鍵長(zhǎng)系列中選取L=42mm,其配合公差為，軸端的倒角取。 飛輪軸：軸的兩端與聯(lián)軸器的周向定位采用A型普通平鍵，按，從手冊(cè)中查到平鍵的截面尺寸，根據(jù)鍵槽的寬度，由鍵長(zhǎng)系列中選取L=42mm,其配合公差為，軸與飛輪的周向定位也采用A型普通平鍵，其尺寸為，為了保證飛輪與軸有良好的對(duì)中性，取軸與飛輪的配合公差為，軸端的倒角取。 傳感器軸：軸的兩端與聯(lián)軸器的周向定位采用A型普通平鍵，按，從手冊(cè)中查到平鍵的截面尺

38、寸，根據(jù)鍵槽的寬度，由鍵長(zhǎng)系列中選取L=42mm,其配合公差為，軸端的倒角取。 制動(dòng)盤軸：的兩端與聯(lián)軸器的周向定位采用A型普通平鍵，按，從手冊(cè)中查到平鍵的截面尺寸，根據(jù)鍵槽的寬度，由鍵長(zhǎng)系列中選取L=42mm,其配合公差為，軸與制動(dòng)盤的周向定位也采用A型普通平鍵，其尺寸為，為了保證制動(dòng)盤與軸有良好的對(duì)中性，取軸與制動(dòng)盤的配合公差為，軸端的倒角取。 3.6 聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 根據(jù)聯(lián)軸器的額定轉(zhuǎn)矩和最小軸徑尺寸的要求，選擇套筒聯(lián)軸器, 選用軸徑為40mm系列，其額定轉(zhuǎn)矩710N.m,聯(lián)軸器長(zhǎng)L=120mm,平鍵尺寸,螺釘尺寸為，端部倒角為本實(shí)驗(yàn)臺(tái)的傳輸扭矩不大，而且聯(lián)軸器只受扭矩作用，其額定轉(zhuǎn)矩為71

39、0N.m,閘瓦作用的最大轉(zhuǎn)矩，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)臺(tái)的最大轉(zhuǎn)矩，所以聯(lián)軸器的強(qiáng)度合格。圖3-7聯(lián)軸器3.7 飛輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)裝置采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，為是速度穩(wěn)定，可在裝置中安裝一個(gè)具有很大的回轉(zhuǎn)構(gòu)件飛輪因?yàn)轱w輪是用來(lái)模擬載荷，所以要求其有一定的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)取飛輪的直徑d=300mm，厚度L=50mm,邊緣圓角r=5mm,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3.8 制動(dòng)盤的設(shè)計(jì) 制動(dòng)盤在實(shí)驗(yàn)臺(tái)中是制動(dòng)的對(duì)象，要求有足夠的強(qiáng)度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整體布置取制動(dòng)盤的直徑d=300mm,軸徑處厚度為L(zhǎng)1=60mm,在滿足強(qiáng)度和性能要求的情況下，為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)臺(tái)的空間和減輕重量，在d=100mm以外的部分取其厚度L1=20mm,邊

40、緣圓角r=5mm,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量圖3-8 制動(dòng)盤3.9 鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)軸和聯(lián)軸器的尺寸結(jié)構(gòu)以及軸上傳輸扭矩的要求實(shí)驗(yàn)臺(tái)各軸和聯(lián)軸器的尺寸一樣，所以各軸與聯(lián)軸器的軸向定位采用A型普通平鍵，按d=40mm,從機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)查平鍵的截面尺寸。 根據(jù)軸與制動(dòng)盤的尺寸結(jié)構(gòu)，以及軸上傳輸扭矩的要求，軸與制動(dòng)盤軸向定位也采用A型普通平鍵，其尺寸為，為了保證咒語(yǔ)制動(dòng)軸與制動(dòng)盤有良好的對(duì)中性，取軸與制動(dòng)盤的配合公差為H7/r6。 根據(jù)軸與飛輪的尺寸結(jié)構(gòu)以及軸上傳輸扭矩的要求，軸與飛輪周向定位也采用A型普通平鍵，其尺寸為3.10 傳感器的選型 3.10.1傳感器的選擇原則設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)傳感器應(yīng)用系統(tǒng)，要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合

41、、性價(jià)比、測(cè)試對(duì)象的要求等條件選用最適宜的傳感器，一般依據(jù)以下幾個(gè)原則 1）高的可靠性、強(qiáng)的適應(yīng)性選用傳感器時(shí)，要考慮傳感器的精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、輸出量及其電平、被測(cè)對(duì)象特性的影響、校準(zhǔn)周期、過(guò)輸入保護(hù)等其他各種不同的參數(shù)，同時(shí)傳感器應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境復(fù)雜程度直接影響到測(cè)控系統(tǒng)的可靠性。因此，傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特別要考慮現(xiàn)場(chǎng)干擾、機(jī)械振動(dòng)、噪聲、粉塵、溫度變化的影響。2）測(cè)量或控制的范圍和精度不同的測(cè)量和控制對(duì)象，以及不同的應(yīng)用場(chǎng)所，所要求的測(cè)量或控制的范圍和精度是不一樣的，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定最大測(cè)量范圍，并保證在達(dá)到最大測(cè)量范圍時(shí)，系統(tǒng)具備測(cè)量和控制精度的要求。3）高性價(jià)比根據(jù)系統(tǒng)的功能及性

42、能要求，合理選擇器材、元器件及相關(guān)的設(shè)備，以保證系統(tǒng)有極高的性能價(jià)格比。4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于安裝，使用和維護(hù)方便。3.10.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳感器的選擇實(shí)驗(yàn)臺(tái)要測(cè)出盤式制動(dòng)器的摩擦磨損性能，應(yīng)用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)制動(dòng)力矩及制動(dòng)盤的轉(zhuǎn)速, 溫度傳動(dòng)器。(1)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器的選型根據(jù)傳動(dòng)軸的最大扭矩，確定JCZ智能傳感器，在其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器系列中，選用JCZ2型傳感器。基本參數(shù)：額定轉(zhuǎn)矩T=1000N.m，轉(zhuǎn)速范圍 (2)溫度傳感器的選型溫度傳感器選用貼片式鉑電阻，鉑電阻傳感器共有三個(gè)，通過(guò)粘貼的方式布置在制動(dòng)器的前端蓋上。根據(jù)制動(dòng)器端蓋及摩擦副軸向位置、溫度的回歸方程可以方便的通過(guò)檢測(cè)制動(dòng)器端蓋的溫度

43、，通過(guò)查表方式來(lái)計(jì)算摩擦副核心的溫度，為同類型制動(dòng)器的溫度檢測(cè)積累經(jīng)驗(yàn)。3.11 軸承的計(jì)算選型分析知，實(shí)驗(yàn)臺(tái)所選用軸承是用來(lái)支撐制動(dòng)盤軸和飛輪軸，因?yàn)轱w輪兩邊的軸承受力遠(yuǎn)小于制動(dòng)盤兩邊的軸承，所以考慮制動(dòng)盤即可。而其所受的力主要為徑向載荷，是由閘瓦與制動(dòng)盤之間的摩擦力施加的。由于是在制動(dòng)盤兩邊同時(shí)施壓，故對(duì)軸向影響相互抵消，軸承所受軸向載荷很小。根據(jù)以上工作特點(diǎn)，結(jié)合軸承的適用條件，選用深溝球軸承。以下參考機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：3.11.1 求當(dāng)量動(dòng)載荷Pr 因?yàn)檩S承只受徑向載荷的作用，所以選用深溝球軸承，在軸承型號(hào)未知的情況下，顯然A/R<e,查機(jī)械設(shè)計(jì)工程學(xué)表5-12得：X=1，Y

44、=0，Pr=XR+YA=R飛輪的質(zhì)量：制動(dòng)盤的質(zhì)量：制動(dòng)盤兩端的軸承承受的載荷較大，此處Pr=R137.5N。為了實(shí)驗(yàn)臺(tái)的對(duì)稱和協(xié)調(diào)，飛輪和制動(dòng)盤處選用同種型號(hào)的軸承，當(dāng)軸承在制動(dòng)盤處滿足強(qiáng)度和壽命要求是，在飛輪處也一定滿足。3.11.2 計(jì)算軸承所需要的額定動(dòng)載荷 因?yàn)檩S承的工作溫度不高，而且工作載荷只受輕微沖擊，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得ft=1,fp=1所以 式中，預(yù)設(shè)要求軸承壽命Lh=5000h,軸承轉(zhuǎn)速n=1360r/min3.11.3 軸承的選型 查滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)，選的6280型，r=29.5,顯然滿足強(qiáng)度要求，所以軸承合格。3.11.4 軸承座的計(jì)算選型 根據(jù)軸承和軸的尺寸結(jié)構(gòu)選擇SN21

45、0型軸承座 圖3-9 SN210型軸承座3.12 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整體布置要求在尺寸結(jié)構(gòu)合理的情況下盡可能占用空間小，體積小，美觀可靠實(shí)用，由于該裝置是實(shí)驗(yàn)臺(tái)，所以要求其固定裝置有較大的穩(wěn)定性和抗震性。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的支架采用角鐵焊接而成，其尺寸為，實(shí)驗(yàn)臺(tái)中央用于安裝主軸及其配件，其水平側(cè)面110mm處安裝加壓油缸，主軸下方的實(shí)驗(yàn)臺(tái)臺(tái)面使用厚度為5mm的鐵板焊接，使實(shí)驗(yàn)臺(tái)平整美觀而且穩(wěn)定，液壓缸下采用鑄鐵作為襯墊使之調(diào)整到合適的高度，同時(shí)，利用液壓缸與臺(tái)面之間的空隙來(lái)安裝軸承座，實(shí)驗(yàn)臺(tái)下部焊接兩豎向支柱和隔板，起到穩(wěn)壓作用，同時(shí)在距離地面100mm處焊接橫向隔板，用于安裝液壓站。其左右兩邊

46、做成抽屜和儀器柜，用于存放實(shí)驗(yàn)儀器和其他物件。圖3-10 實(shí)驗(yàn)臺(tái)3.13 本章小結(jié) 本章主要對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)做了閘瓦及閘瓦夾具的設(shè)計(jì)、飛輪和制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)、電機(jī)的選型及傳感器的選擇；并對(duì)軸、鍵、聯(lián)軸器及支撐軸承進(jìn)行校核。第4章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的具體系統(tǒng)，要實(shí)現(xiàn)閘瓦比壓為1MPa ，所以需要一個(gè)提供穩(wěn)壓的液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括動(dòng)力裝置(液壓泵)，執(zhí)行元件（液壓缸），控制元件（溢流閥，單向閥，換向閥）和輔助裝置（油缸，壓力表，過(guò)濾器等）。為保證測(cè)量的精確性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性,應(yīng)使對(duì)稱布置的兩加壓油缸同時(shí)動(dòng)作,其油路可做并聯(lián)布置。實(shí)驗(yàn)中,要求閘住制動(dòng)盤的液壓缸動(dòng)作,而閘住飛輪的液壓

47、缸不動(dòng)作。對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定時(shí),要求閘住飛輪的液壓缸動(dòng)作,而閘住制動(dòng)盤的液壓缸不動(dòng)作。這種工作要求采用由同一回路并聯(lián)兩電磁換向閥來(lái)實(shí)現(xiàn)。本測(cè)試裝置液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足: (1) 加壓油缸保證在同一實(shí)驗(yàn)中壓力恒定,且同一動(dòng)作; (2) 力求設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)重量輕,體積小、效率高、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作和維護(hù)保養(yǎng)方便、經(jīng)濟(jì)性好。圖4-1液壓系統(tǒng)原理圖4.1 加壓油缸的設(shè)計(jì)選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 缸筒是液壓缸的重要零件，它與缸蓋、缸底、油口等零件密封的容腔，用以容納壓力油液，同時(shí)也是活塞運(yùn)行的軌道，所以在設(shè)計(jì)液壓缸筒時(shí)，要正確確定各部分的尺寸，以保證液壓缸有足夠的輸出力、運(yùn)動(dòng)速度和有效行程，同時(shí)必須具有一定的強(qiáng)度，能

48、足以承受液壓力、負(fù)載力、缸外沖擊力，缸筒內(nèi)表面應(yīng)具有合適的配合公差等級(jí)、表面粗糙度和行程公差等級(jí)，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用性。 加壓油缸的實(shí)際作用力 4.1.1加壓油缸缸筒內(nèi)徑尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算查閱液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)可知，該液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件工作壓力P=1Mpa 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取D=50mm 即供油壓力因?yàn)榧訅盒谐滩⒉婚L(zhǎng)，只需要閘瓦裝卸方便即可。 加壓油缸缸筒壁厚及外徑設(shè)計(jì) 根據(jù)D=50mm，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇外徑D1=65mm4.1.2 對(duì)所選壁厚進(jìn)行驗(yàn)算 （1）額定工作壓力Pn應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全。 （2）額定工作壓力應(yīng)與完全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑

49、性的發(fā)生。（3）缸筒徑向變形應(yīng)出在允許范圍內(nèi)。 對(duì)于工程機(jī)械，選用O型密封圈，材料為夾織物橡膠，其公稱直徑在00.18mm之間，查液壓工程手冊(cè)，得其允許的最大密封間隙 (4)驗(yàn)算缸筒爆裂壓力4.1.3 活塞桿的設(shè)計(jì)計(jì)算活塞桿是液壓油缸傳遞力的重要零件，它承受拉力、壓力、彎曲力和振動(dòng)沖擊等多種作用力，因此，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，其外端頭與拖動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，活塞桿在倒向套中滑動(dòng)，采用H8/f7配合，其外圓粗糙度取0.3，其內(nèi)端的卡環(huán)螺紋和緩沖柱都要保證與軸同心，而且在安裝時(shí)不產(chǎn)生歪斜。液壓桿的往復(fù)速比查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-液壓傳動(dòng)為=1.33；根據(jù)液壓缸的直徑D來(lái)確定活塞桿d的直徑：根據(jù)以上計(jì)算查機(jī)械設(shè)計(jì)

50、手冊(cè)-液壓傳動(dòng)選擇輕型拉桿式液壓缸的單活塞桿基本型缸內(nèi)徑，活塞桿直徑為輕型拉桿式液壓缸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和安裝均較方便，按端蓋與活塞均為通用件，但這類缸受行程長(zhǎng)度、缸內(nèi)徑和額定工作壓力等的限制。當(dāng)行程即拉桿長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)時(shí)，安裝容易偏歪，致使缸筒端部泄露。缸筒內(nèi)經(jīng)過(guò)大或額定工作壓力過(guò)高時(shí)，由于徑向尺寸布置和拆裝問(wèn)題，拉桿直徑尺寸受到限制，致使拉桿的拉應(yīng)力可能超過(guò)屈服極限，因此這類液壓缸通常適用于行程1.5m,缸內(nèi)徑250mm,額定工作壓力Pn20Mpa4.2泵的選擇4.2.1液壓泵的分類圖4-2液壓泵分類簡(jiǎn)圖液壓泵裝置包括不同類型的液壓泵、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其聯(lián)軸器等。其安裝方式分為立式和臥式兩種

51、。液壓泵是液壓系統(tǒng)中的動(dòng)力元件，它輸出壓力能。選擇液壓泵時(shí)要考慮的因素有工作壓力、流量、轉(zhuǎn)速、定量或變量、變量方式、容積效率、總效率、壽命、原動(dòng)機(jī)的種類、噪聲、壓力脈動(dòng)率、自吸能力等，還要考慮與液壓油的相容性、尺寸、重量、經(jīng)濟(jì)性、維修性。轉(zhuǎn)速關(guān)連著泵的壽命、耐久性、氣穴、噪聲等。雖然樣本上寫著容許的轉(zhuǎn)速范圍，但最好是在與用途相適應(yīng)的最佳轉(zhuǎn)速下使用。特別是用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵的情況下，油溫低時(shí)若低速則吸油困難，有因潤(rùn)滑不良引起卡咬失效的危險(xiǎn)，而高轉(zhuǎn)速下則要考慮產(chǎn)生氣蝕、振動(dòng)、異常磨損、流量不穩(wěn)定等現(xiàn)象的可能性。轉(zhuǎn)速劇烈變動(dòng)還對(duì)泵內(nèi)部零件的強(qiáng)度有很大影響。壽命可以說(shuō)是“在一定環(huán)境下能經(jīng)濟(jì)地維持所需性能的

52、時(shí)間”。由于液壓元件的特殊性，在完全相同的條件下使用的情況并不多見(jiàn)，失效分布往往不明確，壽命的估計(jì)很困難。制造廠提供的額定壽命數(shù)據(jù)，通常是根據(jù)泵內(nèi)軸承的B10壽命（一組軸承中有90能達(dá)到和超過(guò)的工作小時(shí)數(shù)）和實(shí)驗(yàn)測(cè)得的磨損特性確定的。壽命還與暫載率有關(guān)。油液不清潔、安裝不正確 （如軸上承受徑向載荷）、使用不當(dāng)（如頻繁帶載起動(dòng)、長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行）等會(huì)使泵夭折，而降低參數(shù)使用可以延長(zhǎng)泵的使用壽命。開(kāi)式回路中需要泵具有一定的自吸能力。發(fā)生氣蝕不僅可能使泵損壞，而且還引起振動(dòng)和噪聲，使控制閥、執(zhí)行器動(dòng)作不良，對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生惡劣影響。在確認(rèn)所用泵的自吸能力的同時(shí)，必須在考慮液壓裝置的使用溫度條件、液壓

53、油的粘度來(lái)計(jì)算吸油管路的阻力的基礎(chǔ)上，確定泵相對(duì)于油箱液位的安裝位置并設(shè)計(jì)吸油管路。另外，泵的自吸能力就計(jì)算值來(lái)說(shuō)要留有充分裕量。液壓泵是主要噪聲源。在對(duì)噪聲有限制的場(chǎng)合，要選用低噪聲泵或降低轉(zhuǎn)速使用。泵的噪聲數(shù)據(jù)有兩種，即在特定聲場(chǎng)測(cè)得的和在一般聲場(chǎng)測(cè)得的數(shù)據(jù)，兩者之間顯著不同。定量泵簡(jiǎn)單、便宜，變量泵復(fù)雜、貴，但節(jié)省能量。定量泵與變量泵分別有自己的適用場(chǎng)合。變量泵（尤其是軸向變量柱塞泵）的變量機(jī)構(gòu)有各種形式：就控制方法來(lái)說(shuō)，有手動(dòng)控制、內(nèi)部壓力控制、外部壓力控制、電磁閥控制、順序閥控制、電磁比例閥控制、伺服閥控制等。就控制結(jié)果來(lái)說(shuō)，有比例變量、恒壓變量、恒流變量、恒轉(zhuǎn)矩變量、恒功率變量、負(fù)

54、載傳感變量等。變量方式的選擇要適應(yīng)系統(tǒng)的要求，實(shí)際使用中要弄清這些變量方式的靜特性、動(dòng)特性和使用方法。各種液壓泵的比較如表4.2所示。裝缸機(jī)的泵站選用柱塞泵。柱塞泵工作壓力高（常用壓力為：2040MPa、最高可達(dá)80MPa），加工性好，配合精度高，密封性好，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，流量高，調(diào)節(jié)方便，單位功率的重量小，壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求較高，價(jià)格貴，油液抗污染敏感性強(qiáng)，自吸能力差，使用與維護(hù)要求高。主要適用于高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)，且流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合表4.2 液壓泵的性能比較與選用性能外嚙合齒輪泵雙作用葉片泵限壓變量葉片泵徑向柱塞泵軸向柱塞泵輸出壓力低壓中壓中壓高壓高壓流量調(diào)節(jié)不能不能能能能效率低較高較高高高輸出流量脈動(dòng)很大很小一般一般一般自吸特性好較差較差差差對(duì)油的污染敏感性不敏感較敏感較敏感很敏感很敏感噪聲大小較大大大根據(jù)液壓系統(tǒng)所需壓力和流量的要求查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-液壓傳動(dòng)，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)選用外嚙合齒輪泵CB-B型，排量為2.5125mL/min,壓力為2.5Mpa,額定轉(zhuǎn)速為1450r/min齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，體積小，重量輕，使用壽命長(zhǎng)，但工作壓力低，流量脈動(dòng)和壓力脈動(dòng)較大，在高壓下如果不采用端面補(bǔ)償，會(huì)產(chǎn)生端面間隙泄露，使容積效率明顯下降。二位四通閥的選擇 在液壓系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)閘瓦和夾具的往返運(yùn)動(dòng)，則需要液控