電磁制動(dòng)器的原理與設(shè)計(jì)(參考版)
2024-08-09 11:08本頁(yè)面
【正文】 最后，感謝我的家人，是他們?cè)谏钌辖o予我無(wú)微不至的關(guān)心和精神上的支持與鼓勵(lì)，使我順利地完成了學(xué)業(yè)。他為人師表、謙虛博學(xué)的風(fēng)范使我受益匪淺，在此向敬愛(ài)的張老師表示衷心的感謝。 致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師張龍副教授關(guān)心和悉心指導(dǎo)下完成的。(4)潤(rùn)滑、密封等細(xì)節(jié)問(wèn)題。 (2)改造制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù),縮減外觀尺寸以及使用輕型材料達(dá)到輕量化。所作的主要工作為:(1)提出了設(shè)計(jì)方案；(2)參照現(xiàn)有的市場(chǎng)產(chǎn)品，對(duì)電磁制動(dòng)器的外觀進(jìn)行合理設(shè)計(jì)；(3)對(duì)電磁體內(nèi)部工藝進(jìn)行介紹；(4)簡(jiǎn)單分析電磁體的動(dòng)態(tài)特性；(5)對(duì)制動(dòng)盤有限元分析進(jìn)行優(yōu)化。摩擦片外徑為240mm，內(nèi)徑為160mm，外徑出所受的制動(dòng)力（也即摩擦力）為：f=500/= 電磁鐵的吸力為： F=f/=13888N先在hypermesh軟件中做好有限元模型的劃分網(wǎng)格：（）導(dǎo)入ansys中的有限元模型如下，Ansys中的圖片為：整體圖左端蓋摩擦片制動(dòng)盤約束條件：全約束端蓋端面約束徑向與軸向加載：內(nèi)表面加力矩：5*10e5Nmm計(jì)算結(jié)果如下：制動(dòng)盤位移云圖制動(dòng)盤應(yīng)力云圖由以上分析結(jié)果能夠看出，制動(dòng)盤的位移云圖和應(yīng)力云圖均呈收斂狀態(tài)，因此對(duì)于電磁制動(dòng)器的設(shè)計(jì)參數(shù)符合理論分析。 制動(dòng)盤附加載荷的計(jì)算在進(jìn)行接觸分析時(shí)，將電磁吸力作為載荷施加在電磁體上，也即施加在制動(dòng)盤上的附加載荷。造成摩擦系數(shù)降低的原因主要是摩擦片的有機(jī)化合物受熱分解，產(chǎn)生的氣體和液體析出，附著在摩擦接觸副之間，起著潤(rùn)滑膜的作用，導(dǎo)致摩擦系數(shù)變小。5 制動(dòng)盤的有限元分析本設(shè)計(jì)主要限制參數(shù)為額定制動(dòng)扭矩500Nm，材料又都是定義的是磁鋼的材料特性，因此彈性模量為2*10e5Mpa。二極管D的作用是在斷電時(shí)為儲(chǔ)存在電磁鐵中的電能和磁場(chǎng)能量提供釋放通道，在吸合運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不起作用。 阻容加速電路 這種電路的工作原理是：電路在剛接通時(shí)，附加電阻R近似被電容C短路，因此電磁線圈中電流增加很快。則吸合過(guò)程總用時(shí)間為 txh=txc+txy 提高響應(yīng)速度 由上面的吸合過(guò)程分析可知如何加速銜鐵運(yùn)動(dòng)：減小電感、增大電阻、減小運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量、減小間隙、增大吸力、減小阻力。若銜彈簧片行程很小，電磁吸力與阻力之差(FFZ)在銜鐵運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可認(rèn)為不變，式中的（FFZ)也取運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的平均力，則將上式微分得到： x=t2 +C1t+C2式中：C1,C2為積分常數(shù)，由初始條件決定。 運(yùn)動(dòng)時(shí)間txy的計(jì)算進(jìn)入運(yùn)動(dòng)階段之后，電感L不再是常數(shù)，且變化呈非線性；運(yùn)動(dòng)過(guò)程中阻力也在不斷變化，要精確求解非常困難，本文中采用簡(jiǎn)化計(jì)算方法。根據(jù)下式計(jì)算電感量 L=式中 W—線圈匝數(shù)； μ0—真空磁導(dǎo)率； Al—磁芯中柱截面積； δ—?dú)庀堕L(zhǎng)度。因?yàn)闄C(jī)構(gòu)在正常使用中應(yīng)該會(huì)保持良好的潤(rùn)滑，系統(tǒng)阻力主要為回位彈簧彈力。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)之后電流不再變化，則=0，可求出穩(wěn)態(tài)電流Iw： Iw= 吸合觸動(dòng)時(shí)間txc的計(jì)算當(dāng)吸力F等于彈簧片收縮位置受到的阻力Fz時(shí)，電流為觸動(dòng)電流Ixc。銜鐵開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后氣隙磁通改變，線圈的自感也改變： ==L+i根據(jù)上面的轉(zhuǎn)化還可化為： u=ir+=ir+i+i由上式可知，電流此時(shí)開(kāi)始下降，txy為運(yùn)動(dòng)時(shí)間。在彈簧片未動(dòng)時(shí)，磁通Φ與電流i成正比，電感L為常數(shù)，線圈的內(nèi)阻和電感的串聯(lián)。 電磁鐵吸合過(guò)程曲線 電磁鐵的吸力特性吸力特性方程為： F=(IW)2μ0式中： I—線圈的電流； W—線圈匝數(shù)； μ0—真空磁導(dǎo)率； Sz—總的鐵芯橫截面積； δz—總間隙長(zhǎng)度?？偟奈蠒r(shí)間為txh=txc+txy。這個(gè)反電勢(shì)和線圈自感電勢(shì)L一起，共同阻止線圈電流的增長(zhǎng)，致使線圈電流在增大到一定程度后不僅不再增大，反而減小。在此過(guò)程中銜鐵尚未運(yùn)動(dòng)，其經(jīng)歷時(shí)間稱為吸合觸動(dòng)時(shí)間，記為txc；進(jìn)入第二階段后，吸力大于反力，銜鐵開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。分析描述電磁鐵的動(dòng)態(tài)特性是設(shè)計(jì)出高性能電磁鐵的重要環(huán)節(jié)。動(dòng)特性通常包括線圈電流i、彈簧片行程x、電磁力F、線圈磁鏈ψ以及速度v隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。4 電磁機(jī)構(gòu)動(dòng)特性分析電磁鐵在操作過(guò)程中工作氣隙由大變小，使磁路各部件的磁飽和程度越來(lái)越高，因而描述該系統(tǒng)的靜、動(dòng)特性是非線性的。隨著丁睛橡膠含量的增加，材料的硬度明顯下降，而當(dāng)丁睛橡膠含量為10%時(shí)，材料摩擦系數(shù)最高。 丁睛橡膠含量的影響為了考察丁睛橡膠對(duì)材料性能的影響，固定硼改性的樹(shù)脂(BF)含量為40%，改變丁睛橡膠的含量(從5%變到20%)。增摩填料主要是不會(huì)分解的耐熱材料粉末，可以改善和提高材料的物理和力學(xué)性能，使摩阻材料具有較好的抗熱衰退能力和抗高溫開(kāi)裂變形能力，增加材料的摩擦阻力。無(wú)機(jī)填料可分為減磨填料和增摩填料。有機(jī)填料的主要作用為降低模量和硬度，調(diào)整及穩(wěn)定摩擦系數(shù)，改善與對(duì)偶材料的貼合性。 填料對(duì)摩擦磨損性能的影響填料是填充摩阻材料中不可缺少的組分，主要起改善材料的物理與力學(xué)性能、調(diào)節(jié)摩擦性能及降低成本的作用。但由于Kevlar纖維的制造工藝和處理工藝復(fù)雜，特別在工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)纖維分散較困難，且價(jià)格昂貴，因此在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和推廣受到限制。使用低碳鋼及超聲波切削法生產(chǎn)的鋼纖維含油量低、表面活性好、價(jià)格便宜，但它影響到電磁體的磁力線分布，所以難以應(yīng)用。碳纖維的長(zhǎng)度影響摩阻材料的摩擦磨損性能和工藝性。 玻璃纖維的特點(diǎn)是硬度高、熱穩(wěn)定性較好，與樹(shù)脂親和性好、價(jià)格低廉，磨損較大，當(dāng)溫度超過(guò)600℃時(shí)形成玻璃珠，損傷對(duì)偶材料。 增強(qiáng)纖維對(duì)摩擦磨損性能的影響增強(qiáng)纖維與摩阻材料的摩擦磨損性能、強(qiáng)度等密切相關(guān)，因而纖維種類的選擇及量的控制是材料研制中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。試驗(yàn)表明樹(shù)脂含量過(guò)高或過(guò)低時(shí)，材料將因粘結(jié)劑量過(guò)少或樹(shù)脂高溫分解導(dǎo)致粘結(jié)力下降，使增強(qiáng)纖維易于拔出，導(dǎo)致摩擦系數(shù)不穩(wěn)定，材料磨損加劇。普通純酚醛樹(shù)脂由于制品模量過(guò)高，硬度大，常采用橡膠物理改性，使其韌性、抗沖擊性及摩擦性能有所提高。因而樹(shù)脂種類的選擇和配比與摩阻材料的摩擦磨損性能及力學(xué)性能密切相關(guān)。另一方面，還利用自制的化學(xué)改性酚醛樹(shù)脂，使樹(shù)脂的綜合性能在電磁體填充材料上優(yōu)于目前市場(chǎng)上其它改性樹(shù)脂。此外，MoSA12O3可進(jìn)一步提高摩擦系數(shù)和耐磨性能以及減磨效果，以提高其使用壽命。由于SiOSiC屬于共價(jià)鍵化合物，具有材質(zhì)硬、強(qiáng)度大，熱導(dǎo)系數(shù)大、抗熱震性好，耐高溫、抗氧化，耐磨損和抗侵蝕等優(yōu)良的高溫?zé)岱€(wěn)定性能。然而長(zhǎng)分子鏈的引入又會(huì)大大影響其耐熱性，因此，在引入長(zhǎng)鏈型分子結(jié)構(gòu)后，還需要再引入耐熱性能良好的剛性基團(tuán)分子。但酚醛樹(shù)脂存在硬而脆等缺點(diǎn)。樹(shù)脂粘結(jié)劑的選擇對(duì)摩阻填充材料的許多性能有非常重要的影響。研究表明，電磁體摩阻填充材料的摩擦表面瞬間工作溫度可達(dá)300℃—400℃左右；粘結(jié)劑(樹(shù)脂基體)無(wú)論是暴露在空氣中還是在與制動(dòng)盤貼合的缺氧情況下都會(huì)發(fā)生氧化分解現(xiàn)象。 新型摩阻填充材料分析電磁體摩阻填充材料通
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