工程机械设计基础

1、4.1 4.1 钢丝绳滑轮组机构钢丝绳滑轮组机构 组成：钢丝绳、滑轮、吊钩。组成：钢丝绳、滑轮、吊钩。 目的：改变提升重物的力或速度。目的：改变提升重物的力或速度。 分类：分类： l构造形式：单联或双联。构造形式：单联或双联。 l工作原理：省力或增速。工作原理：省力或增速。 4.2 4.2 钢丝绳滑轮组机构特性钢丝绳滑轮组机构特性 4.2.1 滑轮组的倍率滑轮组的倍率 滑轮组的倍率：悬挂重物的钢丝绳分支数与引滑轮组的倍率：悬挂重物的钢丝绳分支数与引 入卷筒的钢丝绳分支数的比值。入卷筒的钢丝绳分支数的比值。 分支数分支数: Z 倍率倍率: 对于单联滑轮对于单联滑轮: = Z 对于双联滑轮对于双联

2、滑轮: = Z2 4.2.2 滑轮组的效率滑轮组的效率 1 F 2 F3 FF 1 F Q 计算过程：计算过程： 1 1 () () B F F 理想 实际 1( ) Q F 理想 考虑每一个滑轮的效率考虑每一个滑轮的效率 对于滑动轴承对于滑动轴承 ，对于滚动轴承，对于滚动轴承 0.95 0.98 21 FF 2 321 FFF 3 431 FFF 。 1 11 FFF 2-1 11 1 1- 1 1- i i FQFQFQ 1 1 () 1 Q F 实际 1 1 B 4.2.1 滑轮组的机构特性滑轮组的机构特性 （1 1）输入输出作用力特性）输入输出作用力特性 1 B () Q F 实际 1

3、11 0 vr v （2 2）输入输出运动特性）输入输出运动特性 （3 3）输入输出功率特性）输入输出功率特性 01B PP 4.2 4.2 钢丝绳滑轮组机构设计要点钢丝绳滑轮组机构设计要点 4.2.1 滑轮滑轮 （1 1）动滑轮、定滑轮、铸造滑轮、焊接滑轮。）动滑轮、定滑轮、铸造滑轮、焊接滑轮。 （2 2）承载不大的实体滑轮）承载不大的实体滑轮 D350D350，材料，材料Q235Q235或或HT150HT150。 （3 3）承载较大的滑轮（铸造带筋或带轮辐）承载较大的滑轮（铸造带筋或带轮辐）350350D800D800， 材料球铁或铸钢材料球铁或铸钢QT42QT42或或ZG230ZG230

4、。 （4 4）大型滑轮）大型滑轮 D800D800，型钢焊接结构。，型钢焊接结构。 （5 5）承载不大，滑轮直接安装在心轴上；受力较大，低速，）承载不大，滑轮直接安装在心轴上；受力较大，低速， 滑动轴承；承载大，高速，滚动轴承。滑动轴承；承载大，高速，滚动轴承。 （6 6）滑轮公称直径的设计）滑轮公称直径的设计 DhDhd d。 4.2.2 钢丝绳钢丝绳 （1 1）钢丝绳设计计算的两种静力计算方）钢丝绳设计计算的两种静力计算方 法法 1 1）最大工作静拉力确定钢丝绳直径）最大工作静拉力确定钢丝绳直径 4 b n C k dC S 2 2）安全系数选择直径（破断拉力）安全系数选择直径（破断拉力）

5、 0 FSn （2 2）失效方式）失效方式 金属反复弯曲与挤压的疲劳破坏金属反复弯曲与挤压的疲劳破坏 4.3 4.3 钢丝绳卷筒机构钢丝绳卷筒机构 4.3.1 输入输出特性输入输出特性 卷筒的输入参数：卷筒的输入参数：Mi，Pi，ni 卷筒的输出参数：卷筒的输出参数：F0，P0，v0 求：系统求：系统输入与输出输入与输出 参数参数之间的关系。之间的关系。 F0 v0 P0 Mi Pini F0 v0 P0 Mi Pini 解：解： 假设卷筒计算直径为假设卷筒计算直径为Dj，效率为，效率为D，则有，则有 0Di PP 0 2 260260 jjij i DDnD n v 0 0 0 0 0 0

6、0 2 2 Di Di Di j Di j PP F vM v F vM D M F D 由机械效率的定义推导得到：由机械效率的定义推导得到： 4.3.2 钢丝绳卷筒机构的设计计算钢丝绳卷筒机构的设计计算 D D1 D2 L0 几何尺寸设计：几何尺寸设计： 1 Dh d L0为车螺旋槽部分长度。为车螺旋槽部分长度。 实际卷筒有单联和多联之分，双联卷筒实际卷筒有单联和多联之分，双联卷筒 一般为单层卷绕，单联卷筒有单层和多一般为单层卷绕，单联卷筒有单层和多 层卷绕之分。层卷绕之分。 卷筒长度分析：卷筒长度分析： D L1L2 Ld L0L1 L1L1 Ls L2L0L0L2Lg D 021 2 d

7、 LLLL 210 2 sg LLLLL max 01 1 H LnP D 卷绕钢丝绳长度（绕绳量卷绕钢丝绳长度（绕绳量l）的计算：）的计算： D D1 D2 L0 解：设解：设m层卷绕，每层为层卷绕，每层为n圈，则有圈，则有 12m lnDDD 1 21 32 23 25 21 m DdD DdDDd DDdDd DDmd 2 lnmDm dn m Dmd l n m Dmd max11 lHsnD max11 HnD n m Dmd max11 0 1.1 1.1 HnD d Lnd m Dmd max11 0 1.1 1.1 HnDs d Lnd m Dmd 卷筒的强度计算：卷筒的强度计

8、算： 当当 L03D 时，忽略弯曲和扭转应力时，忽略弯曲和扭转应力 max 112c S A A P 2 s c 钢，塑性材料钢，塑性材料 铸铁，脆性材料铸铁，脆性材料 5 b c 当当 L03D 时，考虑弯曲和扭转应力，时，考虑弯曲和扭转应力， 属于弯扭组合变形。属于弯扭组合变形。 D Smax 1 1 Smax 22 maxmax 22 2 44 0 42 0.1 LSDS MT WDD D 2.5 s 6 b 钢，塑性材料钢，塑性材料 铸铁，脆性材料铸铁，脆性材料 钢丝绳允许偏角：钢丝绳允许偏角： S d hmax l 1 tan tan 1 D K 1 sin 2 d KS 推荐在40

9、60之间，实际选用不大于50 单层有槽卷筒，绳偏离槽两端的角度不大于 3.50；无槽卷筒和多层卷筒，偏离卷筒轴垂 直平面的角度不大于20。 当卷筒长度确定，导向轮与卷筒距离要满足 要求。（对于光面卷筒 20） 4.4 4.4 三角形机构三角形机构 几何关系：几何关系： G E C D A l2 l1 l3 Pi vi M0 P0 0 0i Fi H 222 1231 20 2cosllll l 0i MFH 1 0 2 30 sin i l v l l 30 21 sinlH ll 222 1,max231 20,max 222 1,min231 20,min 2cos 2cos llll l

10、 llll l 22 1,max1,min 0,max0,min0,min0,min 2 3 arccos cos 2 ll l l 22 1,min 0,max0,min0,min0,min 2 3 1 arccos cos 2 l l l 1,max 1,min l l 0 2 30 min 1 sin i M l l H Fl 载荷确定的所需力矩 4.5 4.5 制动器制动器 分类：分类： 1.1.机机械式制械式制动动器。器。 2.2.电电磁式制磁式制动动器。器。 3.3.液液体体式制式制动动器。器。 1 1、带带制制动动器器 (band brake)(band brake) 2 2、块

11、块制制动动器器 (block brake)(block brake) 3 3、鼓式制、鼓式制动动器器(drum brake)(drum brake) 4 4、圆盘圆盘制制动动器器 (plate brake)(plate brake) 5 5、碟碟式制式制动动器器(disk brake) (disk brake) 4.5.1 带式制动器带式制动器 原理：制动带压紧制动轮产生摩擦力来实现制动。原理：制动带压紧制动轮产生摩擦力来实现制动。 1 0 2F pp b D 1 1 f f e FF e 12B TF rFFrT 12 f FF e 2 1 1 f FF e 1 0 F bid 0 2 1

12、f f Te D bpe R HRR 4.5.2 块式制动器块式制动器 4.5.3 鼓式制动器（汽车制动器）鼓式制动器（汽车制动器） 4.5.3 盘式制动器（汽车制动器）盘式制动器（汽车制动器） 4.6 4.6 制动器在汽车工程中的应用制动器在汽车工程中的应用 功用功用: : 使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车; ; 在下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速在下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速; ; 使汽车可靠地停在原地或坡道上。使汽车可靠地停在原地或坡道上。 行车制动装置行车制动装置 驻车制动装置驻车制动装置 应急制动装置应急制动装置 辅助制动装置辅助制动装

13、置 制动系应满足如下要求：制动系应满足如下要求： 1 1）足够的制动能力。）足够的制动能力。 2 2）工作可靠。）工作可靠。 3 3）不应当丧失操纵性和方向稳定性。）不应当丧失操纵性和方向稳定性。 4 4）防止水和污泥进入制动器工作表面。）防止水和污泥进入制动器工作表面。 5 5）热稳定性良好。）热稳定性良好。 6 6）操纵轻便，并具有良好的随动性。）操纵轻便，并具有良好的随动性。 7 7）噪声尽可能小。）噪声尽可能小。 8 8）作用滞后性应尽可能短。）作用滞后性应尽可能短。 9 9）摩擦衬片（块）应有足够的使用寿命。）摩擦衬片（块）应有足够的使用寿命。 1010）调整间隙工作容易。）调整间隙

14、工作容易。 1111）报警装置。）报警装置。 制动器的结构方案分析制动器的结构方案分析 分领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、双分领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、双 向增力式等几种向增力式等几种 （1 1）鼓式制动器）鼓式制动器 鼓式鼓式 盘式盘式 带式带式-中央制动器中央制动器 磨擦副结构磨擦副结构 摩擦式摩擦式 液力式液力式 -缓速器缓速器 电磁式电磁式 主要区别：主要区别： 蹄片固定支点的数量和位置不同蹄片固定支点的数量和位置不同; 张开装置的形式与数量不同张开装置的形式与数量不同; 制动时两块蹄片之间有无相互作用。制动时两块蹄片之间有无相互作

15、用。 制动器效能制动器效能:制动器在单位输入压力或力的作用下所输出制动器在单位输入压力或力的作用下所输出 的力或力矩。的力或力矩。 制动器效能因数制动器效能因数:在制动鼓或制动盘的作用半径在制动鼓或制动盘的作用半径R上所得上所得 到摩擦力（到摩擦力（M/R）与输入力）与输入力F0之比，之比， RF M K 0 制动器效能的稳定性制动器效能的稳定性: 效能因数效能因数K对摩擦因数对摩擦因数f的敏感性的敏感性 （dK/df）。）。 1 1）领从蹄式）领从蹄式 每块蹄片都有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的同一端。每块蹄片都有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的同一端。 凸轮或楔块式凸轮或

16、楔块式 张开装置张开装置: : 活塞轮缸（液压驱动）活塞轮缸（液压驱动） 平衡凸块式平衡凸块式 楔块式楔块式 平衡式平衡式 非平衡式非平衡式 制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游 ; ;两蹄衬片磨损不两蹄衬片磨损不 均匀，寿命不同。均匀，寿命不同。 2 2）双领蹄式）双领蹄式 两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端。两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端。 每块蹄片有各自独立的张开装置，且位于与固定支点相对应的一方。每块蹄片有各自独立的张开装置，且位于与固定支点相对应的一方。 制动器的制动效能相当高

17、制动器的制动效能相当高; ; 倒车制动时，制动效能明显下降倒车制动时，制动效能明显下降; ; 两蹄两蹄 片磨损均匀，寿命相同片磨损均匀，寿命相同; ; 结构略显复杂。结构略显复杂。 3 3）双向双领蹄式）双向双领蹄式 两蹄片浮动，始终为领蹄。两蹄片浮动，始终为领蹄。 制动效能相当高，而且不变，磨损均匀，寿命相同。制动效能相当高，而且不变，磨损均匀，寿命相同。 4 4）双从蹄式）双从蹄式 两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端。两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端。 制动器效能稳定性最好，但制动器效能最低。制动器效能稳定性最好，但制动器效能最低。 5 5

18、）单向增力式）单向增力式 两蹄片只有一个固定支点，两蹄下端经推杆相互连接成一体两蹄片只有一个固定支点，两蹄下端经推杆相互连接成一体 制动器效能很高，制动器效能稳定性相当差制动器效能很高，制动器效能稳定性相当差 6 6）双向增力式）双向增力式 制动器效能很高，制动器效能稳定性比较差制动器效能很高，制动器效能稳定性比较差 两蹄片端部各有一个制动时不同时使用的共用支点，支点下两蹄片端部各有一个制动时不同时使用的共用支点，支点下 方有张开装置，两蹄片下方经推杆连接成一体方有张开装置，两蹄片下方经推杆连接成一体 （2 2）盘式制动器）盘式制动器 钳盘式钳盘式( (点盘式制动器点盘式制动器 ) ) 全盘式

19、全盘式( (离合器式制动器离合器式制动器 ) ) 固定钳式固定钳式 滑动钳式滑动钳式 摆动钳式摆动钳式 浮动钳式浮动钳式 盘式制动器有如下优点：盘式制动器有如下优点： 热稳定性好；水稳定性好；制动力矩与汽车运动方向无关；易于构成双热稳定性好；水稳定性好；制动力矩与汽车运动方向无关；易于构成双 回路制动系；尺寸小、质量小、散热良好；衬块磨损均匀；更换衬块容易；回路制动系；尺寸小、质量小、散热良好；衬块磨损均匀；更换衬块容易； 缩短了制动协调时间；易于实现间隙自动调整。缩短了制动协调时间；易于实现间隙自动调整。 制动器主要参数的确定制动器主要参数的确定 （1）鼓式制动器主要参数的确定）鼓式制动器主

20、要参数的确定 1）制动鼓内径）制动鼓内径D 轿车：轿车：D/Dr=0.640.74 货车：货车：D/Dr=0.700.83 ZBT24 005-89制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸 系列系列 2）摩擦衬片宽度）摩擦衬片宽度b和包角和包角 包角一般不宜大于包角一般不宜大于120。 制动衬片宽度尺寸系列见制动衬片宽度尺寸系列见ZB T24 005-89。 3）摩擦衬片起始角）摩擦衬片起始角0 4）制动器中心到张开力）制动器中心到张开力F0作用线的距离作用线的距离e 使距离使距离e尽可能大尽可能大, 初步设计时可暂定初步设计时可暂定e=0.8R左右。左右。 5）制动蹄

21、支承点位置坐标）制动蹄支承点位置坐标a和和c 使使a尽可能大而尽可能大而c尽可能小。初步设计时，也可暂定尽可能小。初步设计时，也可暂定a=0.8R左右。左右。 (2)(2) 盘式制动器主要参数的确定盘式制动器主要参数的确定 1)1) 制动盘直径制动盘直径D 通常选择为轮辋直径通常选择为轮辋直径70%79% 2)2) 制动盘厚度制动盘厚度h 实心制动盘厚度可取为实心制动盘厚度可取为1020mm; 通风式制动盘厚度取为通风式制动盘厚度取为2050mm; 采用较多的是采用较多的是2030mm 3)3) 摩擦衬块外半径摩擦衬块外半径R2与内半径与内半径R1 外半径外半径R2与内半径与内半径R1的比值不大于的比值不大于1.5 4)4) 制动衬块面积制动衬块面积A 1.63.5kg/cm2 制动器的