錐形電機制動器.pdf

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錐形電機制動器 李祥朱道淑 江陰凱澄起重機械有限公司 江陰 214429 摘要 介紹了錐形電機制動器的制動原理 制動器的設(shè)計和主要參數(shù)的計算 結(jié)合設(shè)計過程中的實例 針對制動相關(guān)零件風扇制動輪的失效 采用相關(guān)軟件幫助分析 進行簡單而有效的處理 大大提高了零件的安 全系數(shù) 對整個制動器的安全使用提供了保障 關(guān)鍵詞 制動器 制動力矩 安全系數(shù) 中圖分類號 TM359 3 文獻標識碼 A 文章編號 1001 0785 2015 09 0094 03 Abstract The paper introduces the braking principles of the taper motor drive design of brakes and the calcdation of main p ametem With reference to practical examples of design in view of failure of brake wheel of related parts relat ed software is applied to facilitate analysis and simple and effective handling to significantly improve safety coefficient of the parts and provide guarantee for the secure use of the entire brake Keywords brake braking moment safety factor ZD型錐形轉(zhuǎn)子電動機簡稱錐形電機 廣泛用 于起重行業(yè)中電動葫蘆的升降作業(yè) 是一種自制 動電機 其制動器無需外加電源 與錐形電機結(jié) 為一體 結(jié)構(gòu)緊湊 制動可靠 制動器的通斷是 通過錐形轉(zhuǎn)子的軸向移動來實現(xiàn) 1 制動原理 錐形電機定轉(zhuǎn)子為錐形 電機軸上裝有壓縮 彈簧 制動環(huán)裝在風扇制動輪上 風扇制動輪與 機軸通過花鍵連接 并通過鎖緊螺母與連接螺釘 固定在電機軸上 見圖1 該電機結(jié)構(gòu)緊湊 軸向 移動距離小 用較小的軸向壓力 就可得到較大 的制動力矩 其制動工作原理為 當電動機通電 啟動時 因定轉(zhuǎn)子表面為錐形 電磁場中產(chǎn)生一 軸向磁力 推動錐形轉(zhuǎn)子軸向移動并壓縮彈簧 制動松開 斷電后軸向磁力消失 在彈簧力作用 下 制動環(huán)上的摩擦片與固定外殼摩擦制動 2制動器設(shè)計 2 1 制動器設(shè)計的步驟和方法 1 確定制動器所需制動力矩 2 選擇合適的制動摩擦材料 3 確定制動器制動環(huán)直徑 4 根據(jù)相關(guān)標準計算有關(guān)制動力 彈簧工作 力等 一94一 3 一 1 壓縮彈簧2 轉(zhuǎn)子3 電機軸4 風扇制動輪 5 制動環(huán)6 外殼7 連接螺釘8 鎖緊螺母 圖1錐形電機制動示意圖 5 進行彈簧設(shè)計 6 對重要構(gòu)件和零件進行強度驗算 2 2制動器輸入?yún)?shù)的確定 在設(shè)計制動器時首先確定設(shè)計輸入?yún)?shù) 主 要指的是設(shè)計產(chǎn)品功能的要求 性能要求以及安 全要求等 是制動器設(shè)計的原始和直接依據(jù) 1 制動力矩參數(shù) 可通過靜力矩法計算確 定 制動力矩參數(shù)是制動器的主要性能參數(shù) 可 根據(jù)機構(gòu)要求計算 2 摩擦性能參數(shù)主要有摩擦系數(shù)和允許的 工作比壓以及磨損率等 是制動器設(shè)計的重要設(shè) 計參數(shù) 摩擦性能參數(shù)主要取決于制動器摩擦材 料的物理特性 起重運輸機械 2015 9 3 規(guī)格參數(shù)主要有制動輪直徑 一般根據(jù) 電機鐵芯大小 選擇與之相匹配的制動輪直徑 2 2 1計算所需制動力矩 制動器的制動力矩應(yīng)等于或大于制動軸上所 需的計算制動力矩 K z PQDT1 式中 為起升機構(gòu)制動器軸上的計算制動 力矩 N m Kz為制動安全系數(shù) P 為額定起 升載荷 N D為起升機構(gòu)卷筒卷繞直徑 m 為物品下降時起升機構(gòu)傳動裝置和滑輪組的總效 率 a為鋼絲繩滑輪組的倍率 i為由電機軸到卷 筒軸的總傳動比 2 2 2制動面許用工作比壓的確定 根據(jù)選用的摩擦材料類型確定許用工作比壓 2 3制動器的設(shè)計計算 2 3 1制動力矩計算 錐形電機的制動力矩 制應(yīng)等于或大于計算制 動力矩 l F鼬 D均 式中 制為錐形電機制動力矩 N m F制 為去除軸承處摩擦阻力的彈簧壓縮力 N 為制 動環(huán)的摩擦因數(shù) D均為制動環(huán)的平均直徑 m 為制動環(huán)斜面與水平的夾角 首先需核算制動力矩是否符合設(shè)計要求 制 動力矩過小 會導(dǎo)致制動距離過大 制動力矩過 大 會導(dǎo)致制動瞬間對整個機構(gòu)的沖擊大 影響 機構(gòu)的穩(wěn)定性及使用壽命 2 3 2制動面工作比壓計算 制動環(huán)摩擦面的工作比壓需要校核 如果工 作比壓過大 會使摩擦材料壽命變短 很快失效 P D bsina 式中 P為工作比壓 Pa b為制動環(huán)寬 度 m 計算的工作比壓要符合相應(yīng)摩擦材料的許用 工作比壓 如果工作比壓過大 則應(yīng)將制動環(huán)寬 度適當加大 2 3 3制動彈簧設(shè)計 先根據(jù)彈簧使用特征 所需彈簧力和彈簧安 裝空間 按有關(guān)彈簧標準或彈簧產(chǎn)品的樣本進行 起重運輸機械 20l5 9 彈簧材質(zhì) 形式 制造精度以及規(guī)格的初選 然 后根據(jù)相關(guān)要求和強度條件進行驗算 根據(jù)驗算 情況進行彈簧的相關(guān)參數(shù)調(diào)整 直至滿足條件 3制動器失效處理 與制動相關(guān)的各個零部件失效都會導(dǎo)致制動 失效 使重物下滑甚至墜落 制動失效不僅給生 產(chǎn)帶來麻煩 而且對周圍工作人員帶來很大的安全 威脅 因此制動失效應(yīng)予以杜絕 不僅在使用過程 中要加強起重設(shè)備的維護和檢查 及時查出故障 更重要的是從設(shè)計方面充分考慮設(shè)計的安全性 風扇制動輪是傳遞制動力矩的重要零件 我公司曾經(jīng)開發(fā)了13 kW 6極錐形電機 在開 發(fā)過程中 為了減少零部件的規(guī)格 很多零部 件直接借用13 kW 4極電機 包括風扇制動輪 和鎖緊螺母等 在模擬用戶使用的壽命試驗過 程中 出現(xiàn)風扇制動輪葉片與輪轂連接處斷裂 導(dǎo)致制動失效的現(xiàn)象 經(jīng)過分析 發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致失效的主要原因是6極 電機額定力矩增加為4極的1 5倍 其啟動力矩和 制動力矩相應(yīng)增加 電機在啟動和制動瞬間的沖 擊應(yīng)力增大很多 在頻繁的正反轉(zhuǎn) 啟動和制動 過程中疲勞損壞 考慮到風扇制動輪形狀復(fù)雜 手工計算繁雜且不準確 故采用三維軟件進行有 限元分析 先將原風扇制動輪在不作任何改動的情況 下 利用SolidWorks軟件對其建模 利用Cosmos 對其施加相應(yīng)的制約和應(yīng)力等 利用有限元分析 得到風扇制動輪各個不同位置的受力情況 找出 其應(yīng)力危險區(qū) 并針對該危險區(qū)域進行局部加 強 提高其安全系數(shù) 此次13 kW風扇制動輪進 行三維分析時發(fā)現(xiàn) 在葉片與輪轂連接處局部應(yīng) 力大 安全系數(shù)低 此次僅進行靜態(tài)模型分析 未進行疲勞分析 雖然最低安全系數(shù)為2 2 但 仍然使制動失效 所以 僅憑安全系數(shù)數(shù)值不能 完全說明問題 但可以此為參考依據(jù) 在對風扇 制動輪各葉片之間添加加強筋加強 再進行同樣 的靜態(tài)模型分析后 發(fā)現(xiàn)其局部應(yīng)力大的地方有 明顯的改善 最小安全系數(shù)顯著增加 在調(diào)整到 合適的程度后 如圖2所示 僅添加加強筋便可 以使其最小安全系數(shù)增加到原來的5倍多 經(jīng)三 維分析后改進前后的安全系數(shù)圖見圖3 圖4 一95