【文章內容簡介】 :摩擦系數和磨損率兩項同時考核。 （ 2）沖擊值應大于 2/cmN (3)布氏硬度應小于 490 2/cmN （ 4）吸油率和吸水率在 4小時內應小于 1% （ 5）制動瓦的工作表面與襯板配合表面的平面度誤差值每米應小于在 。制動瓦與襯板的配合度誤差值在 100mmx400mm 時應小于 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 18 (6)制動瓦加工良好，不應有龜裂，起泡，分層，夾渣等壓制缺陷。 因為制 動盤作旋轉運動而閘瓦固定于夾具上不動，為了便于測試時對轉速和摩 擦力矩的計算。因此將閘瓦試件的形狀設計為以制動盤的軸心為圓心的扇形結構。如圖所示 ： 圖 31 閘瓦試件圖 閘瓦為扇形結構，由于飛輪跟制動盤的半徑較大，閘瓦扇形外圓半徑取 150mm,內圓半徑取 100mm,閘瓦弧度 ?30 ，所以閘瓦寬度為,閘瓦試件長度為 21mm。 夾具設計 因為制動盤是作旋轉運動，而閘瓦固定于夾具上不動，為了便于測試時對轉速和摩擦力矩進行計算，因此將閘瓦試件的形狀設計為以制動盤的軸心為圓心的扇形結構，根據閘瓦的形狀設計夾具，夾具的長度和寬度配合閘瓦和飛輪（制動盤）的結構，再根據液壓缸的尺寸結構來具體確定，在設計要求的閘瓦比壓條件下，確定出夾具的厚度。如圖32所示： 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 19 圖 32 閘塊夾具 上閘塊 下閘塊 電動機的選型計算 電機選型主要依據實驗中所需電機的功率和飛輪（制動盤 ） 的轉動慣量，也包括閘瓦所產生的摩擦力矩，即電機所產生的扭矩。 閘瓦產生的摩擦力矩： )(932M 313221 rrfPf r r drPrr ??? ? ?? ?? 其中： 摩擦系數 f=,閘瓦比壓 Pa=1Mpa， mr .101 ? , mr .1502 ? 所以KWrvMMPm 10331N331)m a xm a x33m a x?????????????? （ 飛 輪和制動盤的轉動慣量為： （ 1） 飛輪24421 mkgLrr ????????? ??? （ 2） 制動盤 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 20 24442241122)()(2121JmkgRLRLr???????????? ???(3)總轉動慣量為 221 mkg ?????? 所以根據功率和轉動慣量的計算數值，選用 Z4 － 132 －２型直流電機，其額定功率為 15KW，額定轉速為 1360r/min,慣量矩 2mkg? ，電機效率為 %。 直流電源的設 計 本裝置驅動電機為直流電機，而一般供給的電源為 380V的交流電源。因此需要將交流轉換為合適的直流，給電機供電。 轉換原理 : 交流電源 —— 變壓 —— 整流 —— 濾波 —— 穩(wěn)壓 —— 負載 變壓環(huán)節(jié)是將電網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直流電壓； 濾波環(huán)節(jié)可減小整流電壓的脈動程度； 穩(wěn)壓環(huán)節(jié)用來穩(wěn)定直流輸出電壓。 軸的設計計算 初選軸的直徑 (1)軸的轉矩 T： )(932T 313221 rrfPf r r drPrr ??? ? ?? ??,其中：摩 擦系數f=,閘瓦比壓 Pa=1Mpa， mr .101 ? , mr .1502 ? 所以 m??????? N331) 33m a x （? (2)確定軸的最小直徑及校核 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 21 軸選用 45 號鋼，經過調質處理，軸的最大傳遞功率 13kw,閘瓦作用時軸的最大轉速為 1360r/min,查《機械工程學設計手冊》表 42，取A=115，可得 mmNPA 3 6 042115d 3131m in ???????????????。 因為軸上安裝飛輪、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 據聯(lián)軸器的孔徑取最小軸徑為 40mm。 其容許剪應力 ? ? a??? 40? ，剪切彈性模量 4108??G ，最大扭矩 T= m?? N331M m ax ，長度桿的最大扭轉角 ? ? m/2??? 抗扭截面模量 : ? ?? ?? ?32I401033116161616W4P3333m a x3TdmmMddMWMdTTTT?????????????????????極慣性矩：即 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 22 ? ?? ?? ?mmGMddGGIMTTpT321028103311803218018032M18044344m a x????????????????????????????即 綜上所述，可選軸徑 d=40mm,分別滿足強度和剛度條件要求。 軸的結構設計 根據實驗臺的總體布置要求，整 個布置需要四根軸，分別定義為 電機軸、飛輪軸、傳感器軸、制動盤軸 電機軸與電動機相連接，通過向外傳遞扭矩，從而實現動力驅動。 飛輪軸用于安裝飛輪和滾動軸承，起到支撐和固定作用，同時也向后傳遞扭矩。 傳感器軸用來連接前兩個軸，同時用于安裝傳感器。 制動盤軸用于安裝制動盤和滾動軸承，起到支撐和固定作用。 （ 1）按軸向定位要求，確定軸的直徑和長度。（將軸從左到右分別定義為軸段①、軸段②、軸段③?） 1） 電機軸 (如圖 33) 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 23 圖 33 電機軸 軸段① 軸段①的直徑為 mmd 481? ，為了保證軸與直流電機的精確配合，考慮到實驗臺的總體布局，取軸長度為 mmL 1301? 軸段② 為了聯(lián)軸器的軸向定位，將軸段②的左端制出軸肩，軸肩高度為 h=4mm,(h≧ ),而且要求與聯(lián)軸器的配合。所以軸段②的直徑mmd 402? ；為了便于拆轉，軸的長度比聯(lián)軸器長 5mm,因此取mmL 652? 2） 飛輪軸 （如圖 34） 軸段 ① 實驗臺要求與聯(lián)軸器配合，所以軸段 ① 的直徑取軸的最小直徑 mmd 401? ；為了便于拆裝，軸的長度比聯(lián)軸器長 5mm，因此取 圖 34飛輪軸 mmL 651? 。 軸段② 為了聯(lián)軸器的軸向定位，將軸段②的左端制出軸肩，軸肩高度 h=5mm,(h≧ )，所以軸段②的直徑為 mmd 502? ，考慮到軸段②上要安裝軸承，而且在實驗臺總體布置的要求，因此取 mmL 752? 。 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 24 軸段③ 軸段③是用于飛輪右端的軸環(huán)，取軸肩高度為 h=8mm(h≧ ),因此 軸環(huán)的直徑 mmd 663? ,軸環(huán)長度取 L3=10mm。 軸段④ 軸段④ 是用于安裝飛輪和滾動軸承，軸承僅承受徑向力，所以安裝深溝球軸承，其直徑為 mmd 504? ，考慮到安裝飛輪和滾動軸承及軸承座的安裝尺寸，因此取軸段④的長度 L4=135mm. 軸段⑤ 實驗臺要求與聯(lián)軸器的配合，將軸段⑤的左端制出軸肩，軸肩高度為 h=5mm,(h≧ )，所以軸段⑤的直徑取軸的最小值mmd 405? ；為了便于拆裝，軸的長度 比聯(lián)軸器長 5mm,因此取 L5=65。 3）傳感器軸 (如圖 35) 圖 35 傳感器軸 軸段① 實驗臺要求與聯(lián)軸器配合，所以軸段①的直徑取軸的最小直徑 mmd 401? ，為了便于拆裝，軸的長度比聯(lián)軸器長 5mm,因此取mmL 651? 軸段② 為了聯(lián)軸器的軸向定位，將軸段②的左端制出軸肩，軸肩高度 h=5mm,(h≧ )，所以軸段②的直徑為 mmd 502? ，考慮到軸段②上要安裝 傳感器 ，而且在實驗臺總體布置的要 求，因此取mmL 1202? 。 軸段 ③ 實驗臺要求與聯(lián)軸器的配合，將軸段 ③ 的左端制出軸肩，軸肩高度為 h=5mm,(h≧ )，所以軸段 ③ 的直徑取軸的最小值 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 25 mmd 403? ；為了便于拆裝，軸的長度比聯(lián)軸器長 5mm,因此取 L5=65。 4）制動器軸 （如圖 36） 軸段 ① 實驗臺要求與聯(lián)軸器配合，所以軸段 ① 的直徑取軸的最小直徑 mmd 401? ；為了便于拆裝，軸的長度比聯(lián)軸器長 5mm，因此取mmL 651? 軸段② 為了聯(lián)軸器的軸向定位，將軸段②的左端制出軸肩，軸肩高度 h=6mm,(h≧ )，所以軸段②的直徑為 mmd 462? ，考慮到軸段②上要安裝軸承，而且在實驗臺總體布置的要求，因此取mmL 252? 。 軸段③ 軸段③是用于 安裝制動盤和滾動軸承 ， 軸承僅承受徑向力，所以安裝深溝球軸承，其直徑為 mmd 504? ，考慮到安裝制動盤和滾動軸承及軸承座的安裝尺寸，因此取軸段④的長度 L4=126mm. 軸段④ 軸段④是用于 制動盤的右環(huán) 取軸肩高度為 h=8mm(h≧),因此軸環(huán)的直徑 mmd 663? ,軸環(huán)長度取 L3=10mm 軸段⑤ 實驗臺要求與聯(lián)軸器的配合，將軸段⑤的左端制出軸肩，軸肩高度為 h=5mm,(h≧ )，所以軸段⑤的直徑取軸的最小值mmd 405? ；為了便于拆裝，軸的長度比聯(lián)軸器長 5mm,因此取 L5=72。 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 26 圖 36制動盤軸 (2) 軸上零件的周向定位及倒角（圓角）尺寸 電機軸：軸與聯(lián)軸器的周向 定位采用 A型普通平鍵，按 mmd 40?從手冊中查到平鍵的截面尺寸 812???hb ，根據鍵槽的寬度，由鍵長系列中選取 L=42mm,其配合公差為 6/7 kH ，軸端的倒角取 ??452 。 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mmd 40? ，從手冊中查到平鍵的截面尺寸 812???hb ，根據鍵槽的寬度 ，由鍵長系列中選取 L=42mm,其配合公差為 6/7 kH ，軸與飛輪的周向定位也采用 A 型普通平鍵，其尺寸為 461014 ????? lhb ，為了保證飛輪與軸有良好的對中性，取軸與飛輪的配合公差為 6/7 rH ，軸端的倒角取 ??452 。 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 mmd 40? ，從手冊中查到平鍵的截面尺寸 812???hb ，根據鍵槽的寬度，由鍵長系列中選取 L=42mm,其配合公差為 6/7 kH ，軸端的倒角取??452 。 制動盤軸：的兩端與聯(lián)軸器的周向定位采用 A 型普通平鍵，按mmd 40? ，從手冊中查到平鍵的截面尺寸 812???hb ，根據鍵槽的寬度，由鍵長系列中選取 L=42mm,其配合公差為 6/7 kH ，軸與 制動盤 的周向定 位也采用 A型普通平鍵，其尺寸為 501014 ????? lhb ，為了保證制動盤 與軸有良好的對中性，取軸與 制動盤 的配合公差為 6/7 rH ，軸端的倒角取 ??452 。 聯(lián)軸器的設計 根據聯(lián)軸器的額定轉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，其額定轉矩 ,聯(lián)軸器長 L=120mm,平鍵尺寸40812 ????? lhb ,螺釘尺寸為 128?M ，端部倒角為 ?? 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 27 本實驗臺的傳輸扭矩不大，而且聯(lián)軸器只受扭矩作用，其額定轉矩為,閘瓦作用的最大轉矩 mm?? N3 3 1 0 0 0M m a x ，遠遠大于實驗臺的最大轉矩，所以聯(lián)軸器的強度合格。 圖 37 聯(lián)軸器 飛輪的結構設計 本實驗裝置采用直流電動機驅動，為是速度穩(wěn)定，可在裝置中安裝一個具有很大的回轉構件 —— 飛輪 因為飛輪是用來模擬載荷，所以要求其有一定的質量和轉動慣量，本實驗臺取飛輪的直徑 d=300mm，厚度 L=50mm,邊緣圓角 r=5mm,轉動慣量 mkg ?? 制動盤的設計 制動盤在實驗臺中是制動的對象，要求有足夠的強度，根據實驗臺的整體布置取制動盤的直徑 d=300mm,軸徑處厚度為 L1=60mm,在滿足強度和性能要求的情況下，為了節(jié)省實驗臺的空間和減輕重量，在d=100mm 以外的部分取其厚度 L1=20mm,邊緣圓角 r=5mm,轉動慣量 中國礦業(yè)大學徐海學院 畢業(yè)設計 28 mkg ?? 圖 38 制動盤 鍵的設計計算 根據軸和聯(lián)軸器的尺寸結構以及軸上傳輸扭矩的要求實驗 臺各軸和聯(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《機械設計工程學》查平鍵的截面尺寸 812???hb 。 根據軸與制動盤的尺寸結構，以及軸上傳輸扭矩的要求，軸與制動盤軸向定位也采用 A型普通平鍵，其尺寸為 501014 ????? lhb ，為了保證咒語