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錐形電機(jī)制動(dòng)器 李祥朱道淑 江陰凱澄起重機(jī)械有限公司 江陰 214429 摘要 介紹了錐形電機(jī)制動(dòng)器的制動(dòng)原理 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和主要參數(shù)的計(jì)算 結(jié)合設(shè)計(jì)過程中的實(shí)例 針對制動(dòng)相關(guān)零件風(fēng)扇制動(dòng)輪的失效 采用相關(guān)軟件幫助分析 進(jìn)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(gè)制動(dòng)器的安全使用提供了保障 關(guān)鍵詞 制動(dòng)器 制動(dòng)力矩 安全系數(shù) 中圖分類號(hào) TM359 3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(dòng)機(jī)簡稱錐形電機(jī) 廣泛用 于起重行業(yè)中電動(dòng)葫蘆的升降作業(yè) 是一種自制 動(dòng)電機(jī) 其制動(dòng)器無需外加電源 與錐形電機(jī)結(jié) 為一體 結(jié)構(gòu)緊湊 制動(dòng)可靠 制動(dòng)器的通斷是 通過錐形轉(zhuǎn)子的軸向移動(dòng)來實(shí)現(xiàn) 1 制動(dòng)原理 錐形電機(jī)定轉(zhuǎn)子為錐形 電機(jī)軸上裝有壓縮 彈簧 制動(dòng)環(huán)裝在風(fēng)扇制動(dòng)輪上 風(fēng)扇制動(dòng)輪與 機(jī)軸通過花鍵連接 并通過鎖緊螺母與連接螺釘 固定在電機(jī)軸上 見圖1 該電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊 軸向 移動(dòng)距離小 用較小的軸向壓力 就可得到較大 的制動(dòng)力矩 其制動(dòng)工作原理為 當(dāng)電動(dòng)機(jī)通電 啟動(dòng)時(shí) 因定轉(zhuǎn)子表面為錐形 電磁場中產(chǎn)生一 軸向磁力 推動(dòng)錐形轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)并壓縮彈簧 制動(dòng)松開 斷電后軸向磁力消失 在彈簧力作用 下 制動(dòng)環(huán)上的摩擦片與固定外殼摩擦制動(dòng) 2制動(dòng)器設(shè)計(jì) 2 1 制動(dòng)器設(shè)計(jì)的步驟和方法 1 確定制動(dòng)器所需制動(dòng)力矩 2 選擇合適的制動(dòng)摩擦材料 3 確定制動(dòng)器制動(dòng)環(huán)直徑 4 根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算有關(guān)制動(dòng)力 彈簧工作 力等 一94一 3 一 1 壓縮彈簧2 轉(zhuǎn)子3 電機(jī)軸4 風(fēng)扇制動(dòng)輪 5 制動(dòng)環(huán)6 外殼7 連接螺釘8 鎖緊螺母 圖1錐形電機(jī)制動(dòng)示意圖 5 進(jìn)行彈簧設(shè)計(jì) 6 對重要構(gòu)件和零件進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算 2 2制動(dòng)器輸入?yún)?shù)的確定 在設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)首先確定設(shè)計(jì)輸入?yún)?shù) 主 要指的是設(shè)計(jì)產(chǎn)品功能的要求 性能要求以及安 全要求等 是制動(dòng)器設(shè)計(jì)的原始和直接依據(jù) 1 制動(dòng)力矩參數(shù) 可通過靜力矩法計(jì)算確 定 制動(dòng)力矩參數(shù)是制動(dòng)器的主要性能參數(shù) 可 根據(jù)機(jī)構(gòu)要求計(jì)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(dòng)器設(shè)計(jì)的重要設(shè) 計(jì)參數(shù) 摩擦性能參數(shù)主要取決于制動(dòng)器摩擦材 料的物理特性 起重運(yùn)輸機(jī)械 2015 9 3 規(guī)格參數(shù)主要有制動(dòng)輪直徑 一般根據(jù) 電機(jī)鐵芯大小 選擇與之相匹配的制動(dòng)輪直徑 2 2 1計(jì)算所需制動(dòng)力矩 制動(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)等于或大于制動(dòng)軸上所 需的計(jì)算制動(dòng)力矩 K z PQDT1 式中 為起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器軸上的計(jì)算制動(dòng) 力矩 N m Kz為制動(dòng)安全系數(shù) P 為額定起 升載荷 N D為起升機(jī)構(gòu)卷筒卷繞直徑 m 為物品下降時(shí)起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)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(jī)軸到卷 筒軸的總傳動(dòng)比 2 2 2制動(dòng)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(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 2 3 1制動(dòng)力矩計(jì)算 錐形電機(jī)的制動(dòng)力矩 制應(yīng)等于或大于計(jì)算制 動(dòng)力矩 l F鼬 D均 式中 制為錐形電機(jī)制動(dòng)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(dòng)環(huán)的摩擦因數(shù) D均為制動(dòng)環(huán)的平均直徑 m 為制動(dòng)環(huán)斜面與水平的夾角 首先需核算制動(dòng)力矩是否符合設(shè)計(jì)要求 制 動(dòng)力矩過小 會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)距離過大 制動(dòng)力矩過 大 會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)瞬間對整個(gè)機(jī)構(gòu)的沖擊大 影響 機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性及使用壽命 2 3 2制動(dòng)面工作比壓計(jì)算 制動(dòng)環(huán)摩擦面的工作比壓需要校核 如果工 作比壓過大 會(huì)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(dòng)環(huán)寬 度 m 計(jì)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(dòng)環(huán)寬 度適當(dāng)加大 2 3 3制動(dòng)彈簧設(shè)計(jì) 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(biāo)準(zhǔn)或彈簧產(chǎn)品的樣本進(jìn)行 起重運(yùn)輸機(jī)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(qiáng)度條件進(jìn)行驗(yàn)算 根據(jù)驗(yàn)算 情況進(jìn)行彈簧的相關(guān)參數(shù)調(diào)整 直至滿足條件 3制動(dòng)器失效處理 與制動(dòng)相關(guān)的各個(gè)零部件失效都會(huì)導(dǎo)致制動(dòng) 失效 使重物下滑甚至墜落 制動(dòng)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(dòng)失效應(yīng)予以杜絕 不僅在使用過程 中要加強(qiáng)起重設(shè)備的維護(hù)和檢查 及時(shí)查出故障 更重要的是從設(shè)計(jì)方面充分考慮設(shè)計(jì)的安全性 風(fēng)扇制動(dòng)輪是傳遞制動(dòng)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(jī) 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(jī) 包括風(fēng)扇制動(dòng)輪 和鎖緊螺母等 在模擬用戶使用的壽命試驗(yàn)過 程中 出現(xiàn)風(fēng)扇制動(dòng)輪葉片與輪轂連接處斷裂 導(dǎo)致制動(dòng)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(jī)額定力矩增加為4極的1 5倍 其啟動(dòng)力矩和 制動(dòng)力矩相應(yīng)增加 電機(jī)在啟動(dòng)和制動(dòng)瞬間的沖 擊應(yīng)力增大很多 在頻繁的正反轉(zhuǎn) 啟動(dòng)和制動(dòng) 過程中疲勞損壞 考慮到風(fēng)扇制動(dòng)輪形狀復(fù)雜 手工計(jì)算繁雜且不準(zhǔn)確 故采用三維軟件進(jìn)行有 限元分析 先將原風(fēng)扇制動(dòng)輪在不作任何改動(dòng)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(fēng)扇制動(dòng)輪各個(gè)不同位置的受力情況 找出 其應(yīng)力危險(xiǎn)區(qū) 并針對該危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行局部加 強(qiáng) 提高其安全系數(shù) 此次13 kW風(fēng)扇制動(dòng)輪進(jìn) 行三維分析時(shí)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(jìn)行靜態(tài)模型分析 未進(jìn)行疲勞分析 雖然最低安全系數(shù)為2 2 但 仍然使制動(dòng)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(fēng)扇 制動(dòng)輪各葉片之間添加加強(qiáng)筋加強(qiáng) 再進(jìn)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(qiáng)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(jìn)前后的安全系數(shù)圖見圖3 圖4 一95