【導(dǎo)讀】現(xiàn)狀以及設(shè)計(jì)目標(biāo)。然后對制動系統(tǒng)進(jìn)行方案論證分析與選擇，主要包括制動器形式方案分析、抽油機(jī)剎車過程中出現(xiàn)的問題，通過對剎車裝置的計(jì)算分析，找。最后確定方案采用內(nèi)脹式剎車機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，內(nèi)脹式剎車結(jié)構(gòu)系統(tǒng)具有良好的剎車制動性。能，其具有的自剎車性能，可以很好的保證抽油機(jī)的正常生產(chǎn)以及操作人員的人生安全。參數(shù),以及對關(guān)鍵的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。

　　

【正文】 (317) 此處的 F1 為最小下拉力，實(shí)際作用在拉桿凸輪上的下拉力應(yīng)大于 F1，即最小應(yīng)不小于. 在拉桿凸輪與傳動桿之間選用銷軸連接，根據(jù)表 578 螺紋圓柱銷，選用 M12 的螺紋圓柱銷連接長度 L=30mm, 則根據(jù)公式 422txFxd? ?? = 4 7 9 6 .4 4 3 .5 32 1 2 1 2x M Pax x x? ? (318) 銷的材料選用 35或 45鋼，查表 62知 [τ ]=80MPa,故由τ [τ ]知滿足條件。 根據(jù)工作條件，初選軸的材料為 45鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理 ,硬度為 217255HBS。 根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件 : ? ?30 .2TTTTTWd??? ? ? (319) 式中： T? 一扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa ； T一軸所受的扭矩， Nmm? ； 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 33 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ TW 一軸的抗扭截面系數(shù)， 3mm ； ??T? 一許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， MPa 。 根據(jù)材料的性質(zhì)， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（第八版）表 153知 45鋼的 ? ?T? 為 2545MPa ，在這里，取為 30MPa ，又由上述求得 1 0 1 9 4 4 .3 2T N mm??。 故由上式可得 min mm? 又知當(dāng)在軸上開有鍵槽時(shí)，最小軸徑應(yīng)增大 10% 一 15% ，則m i n2 5 . 7 1 ( 1 1 0 % ) 2 8 . 2 8 1d m m? ? ?，故取 30d mm? 。 則依次設(shè)計(jì)軸徑為 30mm一 40mm一 50mm一 40mm一 35mm. 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》取鍵長為 L=40mm,采用圓頭普通平鍵 A 型。軸徑為 30mm 的鍵的尺寸為87b h mm? ? ? ,軸徑為 35mm的鍵的尺寸為 10 8b h mm? ? ? . 套筒的長度為 60mm,且根據(jù)工作，選用滑動軸承。右端采用螺栓軸向定位，左端采用彈性擋圈緊固。 搬桿座的加工設(shè)計(jì) 如圖所示，是抽油機(jī)剎車機(jī)構(gòu)的搬桿座，由兩 塊側(cè)板組對焊接而成，側(cè)板材料選用鑄鋼（ Q235），根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析，它的加工工藝方法不止一種，但以最簡單、最方便的加工工藝達(dá)到產(chǎn)品的性能要求，是制定工藝的基本原則。 圖 35 搬桿座的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 33 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 1 第一種工藝過程 原工藝如下：加工 6φ 6 定位孔及φ 40軸孔兩塊側(cè)板組焊；立式銑床加工 R200弧面；臥式萬能銑床加工 60176。 22齒形；拉 10 鍵槽。 在大批量生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)此工藝生產(chǎn)效率低，勞動強(qiáng)度大，并存在以下不足。 (1)在立式銑床加工 R100弧面時(shí)，裝卡不方便并且對刀具 磨損較大，消耗高。 (2)在臥式萬能銑床加裝回轉(zhuǎn)盤加工齒形，由于受升降行程的限制，一次只能加工 1 組，并且需要升、 降重達(dá) 1000 千克左右的工作臺各 22 次，效率極低；加之在加工時(shí)工作臺上無法裝置擋水板，冷卻液飛濺，升降滾珠絲杠得不到充分的潤滑，導(dǎo)致絲杠磨損較大，降低了絲杠的使用壽命，造成生產(chǎn)成本的增大。 2 第二中工藝過程 (1)用車床加工 R200弧面工藝：車一根 45鋼至φ 35做芯軸，用三爪卡盤卡φ 35芯軸，一次可夾裝和加工 4～ 5組側(cè)板 ,用車床加工 R200弧面 ,極大的提高了工作效率 ,并降低了消耗。 (2)設(shè)計(jì)工裝。在臥式萬能銑床上用分度頭加工 60176。 22齒形。將分度頭法蘭與工裝法蘭連接，在φ 35芯軸上一次可裝卡側(cè)板 4組，工作臺由橫向進(jìn)給絲杠帶動沿 X坐標(biāo)方位做往復(fù)運(yùn)動進(jìn) 行加工，裝卸方便 ,工作效率高，并且能更好的控制冷卻液噴濺范圍，減輕了升降滾珠絲杠的負(fù)載，最大程度的減少了對升降滾珠絲杠的磨損，提高了其使用壽命。 改進(jìn)后的工藝如下：加工 4φ 12定位孔及φ 35軸孔兩塊側(cè)板組焊；車床加工 R200弧面；臥式萬能銑床用專用工裝加工 60176。 22齒形；拉 10鍵槽。 用上述改進(jìn)的工藝加工側(cè)板，極大提高了生產(chǎn) 效率，平均每件加工提高了 2 倍以上。 工藝改進(jìn)以前，由于大量加工剎車側(cè)板，每年都需更換臥式銑床升降滾珠絲杠。改進(jìn)工藝后，升降滾珠絲杠使用壽命延長了，也降低了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)組織更加簡潔順暢。 搬桿座座板的設(shè)計(jì)加工：座板采用 Q235材料，座板厚度 12mm，根據(jù)工作條件，螺栓選用 M16，設(shè)計(jì)方案如圖 37所示： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 33 頁 第 22 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 36 搬桿座底板 曲軸的設(shè)計(jì)與改進(jìn)方案 如上圖 35所示，取操縱桿長度 L=755mm,曲柄長度 R=250mm,K=128mm(K表示在 R水平方向的投 影 ) 則可以計(jì)算出作用在操縱桿上的力 F2 12 7 9 6 . 4 4 1 2 8 1 3 5 . 0 3755F x K xFNL? ? ? (320) 對于抽油機(jī)整個(gè)剎車裝置來說，人工操作對作用在操縱桿的拉力應(yīng)≦ 150N。從計(jì)算結(jié)果來看，實(shí)際作用在操縱桿上的力有 N, 故能保證制動可靠。 通過作圖法得到的拉桿凸輪各個(gè)轉(zhuǎn)角時(shí)剎瓦位移曲線，如圖 38 所示 (拉桿凸輪水平位置為零度，順時(shí)針為正方向。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 33 頁 第 23 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 縱坐標(biāo)表示位移（ mm）；橫坐標(biāo)表示拉桿凸輪與水平線的夾角а /（176。） 圖 37 位移量δ S隨拉桿凸輪轉(zhuǎn)角а的變化曲線 從圖 37 中可以看出，在 0~ 30 區(qū)間內(nèi)，曲線的斜率最大，也就是說，位移量增速δ s 越快。以下計(jì)算取中間值 15176。做為理論制動點(diǎn)來分析。 操縱桿設(shè)計(jì)理論可操作的角度范圍是 53176。，在抽油機(jī)設(shè)計(jì)過程中，規(guī)定了在前 2/ 3 的角度行程中就能可靠地剎車，因而實(shí)際操作中手柄要求只有 35176。的可操作范圍即能有效地制動。按 35176。行程計(jì)算，通過曲軸傳遞到剎把上的位移約為 69 mm，角度為 12176。，由圖 37可以看出，在 12176。變化范圍中，剎瓦的位移量δ S 最大也 只有 8. 5 mm。 可知，剎車不易調(diào)整的真正原因在 于剎瓦的位移量太小。 8. 5 mm 的位移量不能解決由于彈簧和對中板精度帶來的誤差。 從剎車操縱力的計(jì)算和對分析來看，剎車過程的不均勻性可以通過 2個(gè)方面來解決。 a) 提高剎車整個(gè)系統(tǒng)的制造精度，減少每個(gè)傳動環(huán)節(jié)的位移損失，尤其是彈簧的性能和對中板的位置精度直接影響剎車制動的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 b) 增大剎瓦的位移量δ S，避開由于制造精度引起的位移量δ S不足。 分析比較 2種方法，提高制造精度可以解決問題，但包含了更高的制造難度與成本。第 2種辦法采用改變結(jié)構(gòu)來增 加δ S 的大小，從剎車操縱力的計(jì)算中可以看到，距最大許用操作力 150 N有 15 N 力的寬裕，增大操作力來增大操縱行程空間不大，而且不好把握。所以，如何增大剎瓦在剎車操作全過程中的位移量同時(shí)又不增加剎車操作力的大小，才是解決問題所在的關(guān)鍵。 由計(jì)算過程可知，直接減小拉桿凸輪的長度 L來增加剎瓦的位移量δ S同時(shí)會增大剎車的操作力，不易采用。另一種方法可以增加凸輪的變化率，以改變凸輪曲線達(dá)到增加剎瓦的位移量的目的，但是造成 C 值的增大，加大剎車的操縱力，因而也不易采用。好的解決辦法是利用曲軸半徑 R 在水平方向的 投影 K 可隨轉(zhuǎn)角變化的特點(diǎn)。從圖 35 中看出， K 值直接影響著制動力的大 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 33 頁 第 24 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 小，而 K 值又與曲軸半徑 R 和曲軸與水平線的夾角θ有關(guān)系。 曲軸半徑 R 在θ變化時(shí) K值的計(jì)算公式為 K = R xCOSθ . 實(shí)際上曲軸擺角范圍在 35176。，通過以上的計(jì)算公式可知，不增加剎車操作力 F2 就必須保證 K 值接近 128 mm。同時(shí)，在 35176。擺角范圍內(nèi)曲軸豎直位移變化量滿足 s i n s i n ( 3 5 )H R x R x? ? ?? ? ? (321) 聯(lián)立上面兩式 ，可得 1 2 8 ( sin sin ( 3 5 ) )c o sxH ??? ???? 由此得到隨θ值的增加曲軸豎直位移量δ H的變化曲線，如圖 38所示。 縱坐標(biāo)表示位移量（ mm）；橫坐標(biāo)表示曲軸與水平線的夾角θ（176。） 圖 38曲軸豎直位移量δ H隨θ值得變化曲線 由圖可知，隨θ值的增加，δ H也相應(yīng)增加，理論上來說，δ H值越大越好，但從圖 310中不難看出，保持 K值不變， θ值不易過大，過大會使 R值急劇增大，因而選擇 45176。角，通過計(jì)算得到此時(shí)δ H的最大值為 97 mm， R = 250 mm，傳動到拉桿凸輪剎把上的角度變量約為 19176。由圖 37可以看出，在 19186。的范圍中，剎瓦的位移量δ S 最大可達(dá)到 15 mm。比原來 8 .5 mm 增大了近 2 倍，剎車故障因此得到根本的解決。在此，最根本的是增大了曲軸半徑 R ，調(diào)整了曲軸 的角度 ，使得 在不改 變剎車 操作力 大小的 情況下 實(shí)現(xiàn)對 剎車行 程的增 大。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 33 頁 第 25 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 39 改進(jìn)前后剎車示意 操縱桿的設(shè)計(jì) 根據(jù)動力源的不同，制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)可分為簡單制動、動力制動及伺服制動三大類型。而力的傳遞方式又有機(jī)械式、液壓式、氣壓式、氣壓 液壓式的區(qū)別。 簡單制動系即人力制動系，是靠作用在操縱桿手柄上的力作為 制動力源。而傳力方式有機(jī)械式和液壓式兩種。 機(jī)械式的傳力方式是靠桿系或鋼絲繩或拉簧傳力，其結(jié)構(gòu)簡單，造假低廉，工作可靠，操作方便。 液壓式的簡單制動系統(tǒng)通常稱為液壓制動系，用于行車制動裝置。其優(yōu)點(diǎn)是作用滯后時(shí)間短（ ),工作壓力大（可達(dá) 10MPa12MPa),缸徑尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄的張開機(jī)構(gòu)或制動塊的壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價(jià)低。 根據(jù)抽油機(jī)工作特性，在這里，我們選擇手動剎車機(jī)構(gòu)。 操縱桿主要由搬桿、剎把、活動手柄以及裝在搬桿內(nèi)部