【正文】 飛輪的質(zhì)量： kgl 8 0 0RM1 22 ?????? ?? 制動盤的質(zhì)量：kgl )( 8 0 0RM2 222 ???????? ?? 制動盤兩端的軸承承受的載荷較大，此處 Pr=。由于是在制動盤兩邊同時(shí)施壓，故對軸向影響相互抵消，軸承所受軸向載荷很小。 軸承的計(jì)算選型 分析知，實(shí)驗(yàn)臺所選用軸承是用來支撐制動盤軸和飛輪軸，因?yàn)轱w輪兩邊的軸承受力遠(yuǎn)小于制動盤兩邊的軸承，所以考慮制動盤即可。 基本參數(shù)：額定轉(zhuǎn)矩 T=，轉(zhuǎn)速范圍 4000r/m in~0?? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 (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)，通過粘貼的方式布置在制動器的前端蓋上。 實(shí)驗(yàn)臺傳感器的選擇 實(shí)驗(yàn)臺要測出盤式制動器的摩擦磨損性能，應(yīng) 用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器檢測制動力矩及制動盤的轉(zhuǎn)速 , 溫度傳動器。 3）高性價(jià)比 根據(jù)系統(tǒng)的功能及性能要求，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。因此，傳感器應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特別要考慮現(xiàn)場干擾、機(jī)械振動、噪聲、粉塵、溫度變化的影響。 根據(jù)軸與制動盤的尺寸結(jié)構(gòu)，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 ，為了保證咒語制動軸與制動盤有良好的對中性，取軸與制動盤的配合公差為 H7/r6。 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 ,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(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 本實(shí)驗(yàn)臺的傳輸扭矩不大，而且聯(lián)軸器只受扭矩作用，其額定轉(zhuǎn)矩為,閘瓦作用的最大轉(zhuǎn)矩 mm?? N3 3 1 0 0 0M m a x ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)驗(yàn)臺的最大轉(zhuǎn)矩，所以聯(lián)軸器的強(qiáng)度合格。 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(jù)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 。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jī)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(jù)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 。 4）制動器軸 （如圖 36） 軸段 ① 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺總體布置的要求，因此取mmL 252? 。 3）傳感器軸 (如圖 35) 圖 35傳感器軸 軸段① 實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)臺總體布置的要求，因此取mmL 1202? 。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。所以軸段②的直徑mmd 402? ；為了便于拆轉(zhuǎn)，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(shí)驗(yàn)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? 。 （ 1）按軸向定位要求，確定軸的直徑和長度。 傳感器軸用來連接前兩個(gè)軸，同時(shí)用于安裝傳感器。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺的總體布置要求，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、制動盤軸 電機(jī)軸與電動機(jī)相連接，通過向外傳遞扭矩，從而實(shí)現(xiàn)動力驅(qū)動。 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。 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。 直流電源的設(shè)計(jì) 本裝置驅(qū)動電機(jī)為直流電機(jī)，而一般供給的電源為 380V 的交流電源。如圖32所示： 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 32閘塊夾具 上閘塊 下閘塊 電動機(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（制動盤 ） 的轉(zhuǎn)動慣量，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。如圖所示 ： 圖 31 閘瓦試件圖 閘瓦為扇形結(jié)構(gòu)，由于飛輪跟制動盤的半徑較大，閘瓦扇形外圓半徑取 150mm,內(nèi)圓半徑取 100mm,閘瓦弧度 ?30 ，所以閘瓦寬度為,閘瓦試件長度為 21mm。 因?yàn)橹?動盤作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而閘瓦固定于夾具上不動，為了便于測試時(shí)對轉(zhuǎn)速和摩擦力矩的計(jì)算。 （ 2）沖擊值應(yīng)大于 2/cmN (3)布氏硬 度應(yīng)小于 490 2/cmN （ 4）吸油率和吸水率在 4小時(shí)內(nèi)應(yīng)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(yīng)小于在 。為使受力均勻 ,軸向力相互抵消 ,采用雙液壓缸對稱布置。實(shí)驗(yàn)時(shí)采用直流電動機(jī)作為該實(shí)驗(yàn)臺的驅(qū)動設(shè)備 ,由飛輪來模擬載荷 , 聯(lián)軸器連接飛輪和實(shí)驗(yàn)臺主軸，實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞，采用液壓缸作為制動動力 ,以獲得一定的閘瓦比壓。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第 2 章 實(shí)驗(yàn)測量裝置的總體設(shè)計(jì) 模擬礦井提升機(jī)的實(shí)際工況，設(shè)計(jì)摩擦磨損性能測試實(shí)驗(yàn)臺，對閘瓦與制動盤之間的摩擦系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試研究。 4） 摩擦磨損性能測試實(shí)驗(yàn)臺的測 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，主要對主軸轉(zhuǎn)速、制動力矩、摩擦副的溫度和磨損量的測量方法進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)出 整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺所需的控制系統(tǒng)。本論文的主要工作如 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 下： 1） 通過對實(shí)際制動裝置的結(jié)構(gòu)和性能的介紹，闡述閘瓦的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及主要制動性能。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)境等因素對摩擦副的影響。而在高溫下，以粘著磨損、熱疲勞磨損和熱磨損為主。在接觸界面形成轉(zhuǎn)移膜，出現(xiàn)“制動熱衰退”現(xiàn)象和“氫脆”現(xiàn)象，促進(jìn)磨粒的形成，加劇材料的磨損。對于有機(jī)基襯片一金屬摩擦副而言，摩擦表面溫度場分布的不均勻性以及接觸溫度的過高會引起材料表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 )。速度對磨損過程的影響主要是通過摩擦溫度而很少通過接觸的流變性起作用。在制動過程中，摩擦材料與金屬對偶件間所產(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)。干式制動摩擦系統(tǒng)是由摩擦襯片、摩擦對偶 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 件及界面第三體 (界面膜、磨粒等 )組成。 摩擦熱對制動摩擦副的影響 摩擦制動器的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)換器或熱交換器。也要求在摩擦過程中，避免將對偶件即摩擦盤或制動鼓的表面磨成較重的擦傷、劃痕、溝槽等過度磨損情況 。 對偶面磨損較小 摩擦材料制品的傳動和制動功能，都要通過與對偶件即摩擦盤或制動鼓在摩擦中實(shí)現(xiàn)，這一過程中摩擦偶件相互都會產(chǎn)生磨損。剎車片經(jīng)高溫制動作用后，工作表面形成光亮而硬的碳化膜，又稱釉質(zhì)層，在制動摩擦?xí)r會 產(chǎn)生高頻振動及相應(yīng)的噪音。制品材質(zhì)硬度高，易產(chǎn)生噪音； 摩擦材料的摩擦系數(shù)越高，越易產(chǎn)生噪音。 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 制動噪音低 引起制動噪音的因素很多，因?yàn)閯x車片是制動總成的一個(gè)部件，制動時(shí)剎車片與剎車鼓（或盤）在高速與高比壓相對運(yùn)動下的強(qiáng)烈摩擦作用，彼此產(chǎn)生振動，從面產(chǎn)生不同的程度的噪音。在摩擦工作過程中，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。 汽車摩擦片的耐磨性能指標(biāo)，有多種表示方法，我國與國際的標(biāo)準(zhǔn)都有確切的法規(guī)。 工作溫度是影響磨損量的重要因素 。 摩擦系數(shù)通常隨速度增加而降低，但過多的降低不能忽視，我國汽車制動器襯片試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定制動力矩速度穩(wěn)定性的要求。摩擦材料在摩擦過程中，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)的驟然降低，這種現(xiàn)象稱為“熱衰退”，嚴(yán)重的“熱衰退”會導(dǎo)致制動效能變差，在實(shí)際應(yīng)用中 會降低摩擦力，即降低了制動作用。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 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 退。 綜上所述，在摩擦過程中，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，可能會有不同的磨損機(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)識和研究摩擦材料的磨損機(jī)理帶來一定的難度。另外，在每次制動時(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。 (4)疲勞磨損 在汽車制動過程中，摩擦材料與其對偶進(jìn)行相對滑動，在兩者接觸區(qū)將造成很大的應(yīng)力和塑性變形。 (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，在摩擦過程中，這些小突起象“刀具”一樣，對其偶件表面進(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， 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 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。這些被轉(zhuǎn)移的表面材料經(jīng)過反復(fù)地粘附與反粘附及擠壓等過程，會發(fā)生 加工硬化、疲勞、氧化等過程，從而形成游離的磨屑脫落下來。 (2)粘著磨損 摩擦材料與 其偶件在壓力作用下，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，在沒有表面膜存在的情況下，兩個(gè)接觸表面將通過分子間的作用發(fā)生粘著。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 。所以摩擦磨損過程非常復(fù)雜，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)過程。 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，潤滑劑及摩擦性能調(diào)節(jié)劑等，在摩擦磨損過程中，各組分相互作用、相互制約。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。 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： )1( 0 NNNF ???? ?? ?? 稱為真實(shí)摩擦系數(shù)，這是一個(gè)恒量，μ是通過計(jì)算得到的摩擦系數(shù)，不是一恒量，它隨負(fù)荷的增加而降低。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。此分子引力的作用如同對接觸表面施加負(fù)荷的作用。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。 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，均會導(dǎo)致材料摩擦系數(shù)的增大。表面不太粗糙時(shí)，這項(xiàng)摩擦力可以不計(jì)。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)，較硬材料會嵌入較軟材料，并形成粘著。 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，高溫會引起二物體發(fā)生“粘著（或稱為冷焊），兩物體表面相對移動過程中，這些粘著點(diǎn)就被剪切斷掉，二物體發(fā)生“滑溜”， 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 摩擦就是這種“粘著與滑溜交替進(jìn)行的過程（當(dāng)摩擦速度變 快時(shí)，這種躍動式過程變得不明顯）。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