工程機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

1、4.1 4.1 鋼絲繩滑輪組機(jī)構(gòu)鋼絲繩滑輪組機(jī)構(gòu) 組成：鋼絲繩、滑輪、吊鉤。組成：鋼絲繩、滑輪、吊鉤。 目的：改變提升重物的力或速度。目的：改變提升重物的力或速度。 分類(lèi)：分類(lèi)： l構(gòu)造形式：?jiǎn)温?lián)或雙聯(lián)。構(gòu)造形式：?jiǎn)温?lián)或雙聯(lián)。 l工作原理：省力或增速。工作原理：省力或增速。 4.2 4.2 鋼絲繩滑輪組機(jī)構(gòu)特性鋼絲繩滑輪組機(jī)構(gòu)特性 4.2.1 滑輪組的倍率滑輪組的倍率 滑輪組的倍率：懸掛重物的鋼絲繩分支數(shù)與引滑輪組的倍率：懸掛重物的鋼絲繩分支數(shù)與引 入卷筒的鋼絲繩分支數(shù)的比值。入卷筒的鋼絲繩分支數(shù)的比值。 分支數(shù)分支數(shù): Z 倍率倍率: 對(duì)于單聯(lián)滑輪對(duì)于單聯(lián)滑輪: = Z 對(duì)于雙聯(lián)滑輪對(duì)于雙聯(lián)

2、滑輪: = Z2 4.2.2 滑輪組的效率滑輪組的效率 1 F 2 F3 FF 1 F Q 計(jì)算過(guò)程：計(jì)算過(guò)程： 1 1 () () B F F 理想 實(shí)際 1( ) Q F 理想 考慮每一個(gè)滑輪的效率考慮每一個(gè)滑輪的效率 對(duì)于滑動(dòng)軸承對(duì)于滑動(dòng)軸承 ，對(duì)于滾動(dòng)軸承，對(duì)于滾動(dòng)軸承 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 實(shí)際 1 1 B 4.2.1 滑輪組的機(jī)構(gòu)特性滑輪組的機(jī)構(gòu)特性 （1 1）輸入輸出作用力特性）輸入輸出作用力特性 1 B () Q F 實(shí)際 1

3、11 0 vr v （2 2）輸入輸出運(yùn)動(dòng)特性）輸入輸出運(yùn)動(dòng)特性 （3 3）輸入輸出功率特性）輸入輸出功率特性 01B PP 4.2 4.2 鋼絲繩滑輪組機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)鋼絲繩滑輪組機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 4.2.1 滑輪滑輪 （1 1）動(dòng)滑輪、定滑輪、鑄造滑輪、焊接滑輪。）動(dòng)滑輪、定滑輪、鑄造滑輪、焊接滑輪。 （2 2）承載不大的實(shí)體滑輪）承載不大的實(shí)體滑輪 D350D350，材料，材料Q235Q235或或HT150HT150。 （3 3）承載較大的滑輪（鑄造帶筋或帶輪輻）承載較大的滑輪（鑄造帶筋或帶輪輻）350350D800D800， 材料球鐵或鑄鋼材料球鐵或鑄鋼QT42QT42或或ZG230ZG230

4、。 （4 4）大型滑輪）大型滑輪 D800D800，型鋼焊接結(jié)構(gòu)。，型鋼焊接結(jié)構(gòu)。 （5 5）承載不大，滑輪直接安裝在心軸上；受力較大，低速，）承載不大，滑輪直接安裝在心軸上；受力較大，低速， 滑動(dòng)軸承；承載大，高速，滾動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承；承載大，高速，滾動(dòng)軸承。 （6 6）滑輪公稱(chēng)直徑的設(shè)計(jì)）滑輪公稱(chēng)直徑的設(shè)計(jì) DhDhd d。 4.2.2 鋼絲繩鋼絲繩 （1 1）鋼絲繩設(shè)計(jì)計(jì)算的兩種靜力計(jì)算方）鋼絲繩設(shè)計(jì)計(jì)算的兩種靜力計(jì)算方 法法 1 1）最大工作靜拉力確定鋼絲繩直徑）最大工作靜拉力確定鋼絲繩直徑 4 b n C k dC S 2 2）安全系數(shù)選擇直徑（破斷拉力）安全系數(shù)選擇直徑（破斷拉力）

5、 0 FSn （2 2）失效方式）失效方式 金屬反復(fù)彎曲與擠壓的疲勞破壞金屬反復(fù)彎曲與擠壓的疲勞破壞 4.3 4.3 鋼絲繩卷筒機(jī)構(gòu)鋼絲繩卷筒機(jī)構(gòu) 4.3.1 輸入輸出特性輸入輸出特性 卷筒的輸入?yún)?shù)：卷筒的輸入?yún)?shù)：Mi，Pi，ni 卷筒的輸出參數(shù)：卷筒的輸出參數(shù)：F0，P0，v0 求：系統(tǒng)求：系統(tǒng)輸入與輸出輸入與輸出 參數(shù)參數(shù)之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 F0 v0 P0 Mi Pini F0 v0 P0 Mi Pini 解：解： 假設(shè)卷筒計(jì)算直徑為假設(shè)卷筒計(jì)算直徑為Dj，效率為，效率為D，則有，則有 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 由機(jī)械效率的定義推導(dǎo)得到：由機(jī)械效率的定義推導(dǎo)得到： 4.3.2 鋼絲繩卷筒機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算鋼絲繩卷筒機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 D D1 D2 L0 幾何尺寸設(shè)計(jì)：幾何尺寸設(shè)計(jì)： 1 Dh d L0為車(chē)螺旋槽部分長(zhǎng)度。為車(chē)螺旋槽部分長(zhǎng)度。 實(shí)際卷筒有單聯(lián)和多聯(lián)之分，雙聯(lián)卷筒實(shí)際卷筒有單聯(lián)和多聯(lián)之分，雙聯(lián)卷筒 一般為單層卷繞，單聯(lián)卷筒有單層和多一般為單層卷繞，單聯(lián)卷筒有單層和多 層卷繞之分。層卷繞之分。 卷筒長(zhǎng)度分析：卷筒長(zhǎng)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 卷繞鋼絲繩長(zhǎng)度（繞繩量卷繞鋼絲繩長(zhǎng)度（繞繩量l）的計(jì)算：）的計(jì)算： D D1 D2 L0 解：設(shè)解：設(shè)m層卷繞，每層為層卷繞，每層為n圈，則有圈，則有 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 卷筒的強(qiáng)度計(jì)算：卷筒的強(qiáng)度計(jì)

8、算： 當(dāng)當(dāng) L03D 時(shí)，忽略彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時(shí)，忽略彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力 max 112c S A A P 2 s c 鋼，塑性材料鋼，塑性材料 鑄鐵，脆性材料鑄鐵，脆性材料 5 b c 當(dāng)當(dāng) L03D 時(shí)，考慮彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，時(shí)，考慮彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力， 屬于彎扭組合變形。屬于彎扭組合變形。 D Smax 1 1 Smax 22 maxmax 22 2 44 0 42 0.1 LSDS MT WDD D 2.5 s 6 b 鋼，塑性材料鋼，塑性材料 鑄鐵，脆性材料鑄鐵，脆性材料 鋼絲繩允許偏角：鋼絲繩允許偏角： S d hmax l 1 tan tan 1 D K 1 sin 2 d KS 推薦在40

9、60之間，實(shí)際選用不大于50 單層有槽卷筒，繩偏離槽兩端的角度不大于 3.50；無(wú)槽卷筒和多層卷筒，偏離卷筒軸垂 直平面的角度不大于20。 當(dāng)卷筒長(zhǎng)度確定，導(dǎo)向輪與卷筒距離要滿(mǎn)足 要求。（對(duì)于光面卷筒 20） 4.4 4.4 三角形機(jī)構(gòu)三角形機(jī)構(gòu) 幾何關(guān)系：幾何關(guān)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 載荷確定的所需力矩 4.5 4.5 制動(dòng)器制動(dòng)器 分類(lèi)：分類(lèi)： 1.1.機(jī)機(jī)械式制械式制動(dòng)動(dòng)器。器。 2.2.電電磁式制磁式制動(dòng)動(dòng)器。器。 3.3.液液體體式制式制動(dòng)動(dòng)器。器。 1 1、帶帶制制動(dòng)動(dòng)器器 (band brake)(band brake) 2 2、塊

11、塊制制動(dòng)動(dòng)器器 (block brake)(block brake) 3 3、鼓式制、鼓式制動(dòng)動(dòng)器器(drum brake)(drum brake) 4 4、圓盤(pán)圓盤(pán)制制動(dòng)動(dòng)器器 (plate brake)(plate brake) 5 5、碟碟式制式制動(dòng)動(dòng)器器(disk brake) (disk brake) 4.5.1 帶式制動(dòng)器帶式制動(dòng)器 原理：制動(dòng)帶壓緊制動(dòng)輪產(chǎn)生摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。原理：制動(dòng)帶壓緊制動(dòng)輪產(chǎn)生摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 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 塊式制動(dòng)器塊式制動(dòng)器 4.5.3 鼓式制動(dòng)器（汽車(chē)制動(dòng)器）鼓式制動(dòng)器（汽車(chē)制動(dòng)器） 4.5.3 盤(pán)式制動(dòng)器（汽車(chē)制動(dòng)器）盤(pán)式制動(dòng)器（汽車(chē)制動(dòng)器） 4.6 4.6 制動(dòng)器在汽車(chē)工程中的應(yīng)用制動(dòng)器在汽車(chē)工程中的應(yīng)用 功用功用: : 使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車(chē)使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車(chē); ; 在下坡行駛時(shí)使汽車(chē)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車(chē)速在下坡行駛時(shí)使汽車(chē)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車(chē)速; ; 使汽車(chē)可靠地停在原地或坡道上。使汽車(chē)可靠地停在原地或坡道上。 行車(chē)制動(dòng)裝置行車(chē)制動(dòng)裝置 駐車(chē)制動(dòng)裝置駐車(chē)制動(dòng)裝置 應(yīng)急制動(dòng)裝置應(yīng)急制動(dòng)裝置 輔助制動(dòng)裝置輔助制動(dòng)裝

13、置 制動(dòng)系應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：制動(dòng)系應(yīng)滿(mǎn)足如下要求： 1 1）足夠的制動(dòng)能力。）足夠的制動(dòng)能力。 2 2）工作可靠。）工作可靠。 3 3）不應(yīng)當(dāng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。）不應(yīng)當(dāng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。 4 4）防止水和污泥進(jìn)入制動(dòng)器工作表面。）防止水和污泥進(jìn)入制動(dòng)器工作表面。 5 5）熱穩(wěn)定性良好。）熱穩(wěn)定性良好。 6 6）操縱輕便，并具有良好的隨動(dòng)性。）操縱輕便，并具有良好的隨動(dòng)性。 7 7）噪聲盡可能小。）噪聲盡可能小。 8 8）作用滯后性應(yīng)盡可能短。）作用滯后性應(yīng)盡可能短。 9 9）摩擦襯片（塊）應(yīng)有足夠的使用壽命。）摩擦襯片（塊）應(yīng)有足夠的使用壽命。 1010）調(diào)整間隙工作容易。）調(diào)整間隙

14、工作容易。 1111）報(bào)警裝置。）報(bào)警裝置。 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案分析制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案分析 分領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、單向增力式、雙分領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、單向增力式、雙 向增力式等幾種向增力式等幾種 （1 1）鼓式制動(dòng)器）鼓式制動(dòng)器 鼓式鼓式 盤(pán)式盤(pán)式 帶式帶式-中央制動(dòng)器中央制動(dòng)器 磨擦副結(jié)構(gòu)磨擦副結(jié)構(gòu) 摩擦式摩擦式 液力式液力式 -緩速器緩速器 電磁式電磁式 主要區(qū)別：主要區(qū)別： 蹄片固定支點(diǎn)的數(shù)量和位置不同蹄片固定支點(diǎn)的數(shù)量和位置不同; 張開(kāi)裝置的形式與數(shù)量不同張開(kāi)裝置的形式與數(shù)量不同; 制動(dòng)時(shí)兩塊蹄片之間有無(wú)相互作用。制動(dòng)時(shí)兩塊蹄片之間有無(wú)相互作

15、用。 制動(dòng)器效能制動(dòng)器效能:制動(dòng)器在單位輸入壓力或力的作用下所輸出制動(dòng)器在單位輸入壓力或力的作用下所輸出 的力或力矩。的力或力矩。 制動(dòng)器效能因數(shù)制動(dòng)器效能因數(shù):在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)的作用半徑在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)的作用半徑R上所得上所得 到摩擦力（到摩擦力（M/R）與輸入力）與輸入力F0之比，之比， RF M K 0 制動(dòng)器效能的穩(wěn)定性制動(dòng)器效能的穩(wěn)定性: 效能因數(shù)效能因數(shù)K對(duì)摩擦因數(shù)對(duì)摩擦因數(shù)f的敏感性的敏感性 （dK/df）。）。 1 1）領(lǐng)從蹄式）領(lǐng)從蹄式 每塊蹄片都有自己的固定支點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄的同一端。每塊蹄片都有自己的固定支點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄的同一端。 凸輪或楔塊式凸輪或

16、楔塊式 張開(kāi)裝置張開(kāi)裝置: : 活塞輪缸（液壓驅(qū)動(dòng)）活塞輪缸（液壓驅(qū)動(dòng)） 平衡凸塊式平衡凸塊式 楔塊式楔塊式 平衡式平衡式 非平衡式非平衡式 制動(dòng)器的效能和效能穩(wěn)定性，在各式制動(dòng)器中居中游制動(dòng)器的效能和效能穩(wěn)定性，在各式制動(dòng)器中居中游 ; ;兩蹄襯片磨損不兩蹄襯片磨損不 均勻，壽命不同。均勻，壽命不同。 2 2）雙領(lǐng)蹄式）雙領(lǐng)蹄式 兩塊蹄片各有自己的固定支點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄的不同端。兩塊蹄片各有自己的固定支點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄的不同端。 每塊蹄片有各自獨(dú)立的張開(kāi)裝置，且位于與固定支點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的一方。每塊蹄片有各自獨(dú)立的張開(kāi)裝置，且位于與固定支點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的一方。 制動(dòng)器的制動(dòng)效能相當(dāng)高

17、制動(dòng)器的制動(dòng)效能相當(dāng)高; ; 倒車(chē)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)效能明顯下降倒車(chē)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)效能明顯下降; ; 兩蹄兩蹄 片磨損均勻，壽命相同片磨損均勻，壽命相同; ; 結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜。結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜。 3 3）雙向雙領(lǐng)蹄式）雙向雙領(lǐng)蹄式 兩蹄片浮動(dòng)，始終為領(lǐng)蹄。兩蹄片浮動(dòng)，始終為領(lǐng)蹄。 制動(dòng)效能相當(dāng)高，而且不變，磨損均勻，壽命相同。制動(dòng)效能相當(dāng)高，而且不變，磨損均勻，壽命相同。 4 4）雙從蹄式）雙從蹄式 兩塊蹄片各有自己的固定支點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄的不同端。兩塊蹄片各有自己的固定支點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄的不同端。 制動(dòng)器效能穩(wěn)定性最好，但制動(dòng)器效能最低。制動(dòng)器效能穩(wěn)定性最好，但制動(dòng)器效能最低。 5 5

18、）單向增力式）單向增力式 兩蹄片只有一個(gè)固定支點(diǎn)，兩蹄下端經(jīng)推桿相互連接成一體兩蹄片只有一個(gè)固定支點(diǎn)，兩蹄下端經(jīng)推桿相互連接成一體 制動(dòng)器效能很高，制動(dòng)器效能穩(wěn)定性相當(dāng)差制動(dòng)器效能很高，制動(dòng)器效能穩(wěn)定性相當(dāng)差 6 6）雙向增力式）雙向增力式 制動(dòng)器效能很高，制動(dòng)器效能穩(wěn)定性比較差制動(dòng)器效能很高，制動(dòng)器效能穩(wěn)定性比較差 兩蹄片端部各有一個(gè)制動(dòng)時(shí)不同時(shí)使用的共用支點(diǎn)，支點(diǎn)下兩蹄片端部各有一個(gè)制動(dòng)時(shí)不同時(shí)使用的共用支點(diǎn)，支點(diǎn)下 方有張開(kāi)裝置，兩蹄片下方經(jīng)推桿連接成一體方有張開(kāi)裝置，兩蹄片下方經(jīng)推桿連接成一體 （2 2）盤(pán)式制動(dòng)器）盤(pán)式制動(dòng)器 鉗盤(pán)式鉗盤(pán)式( (點(diǎn)盤(pán)式制動(dòng)器點(diǎn)盤(pán)式制動(dòng)器 ) ) 全盤(pán)式

19、全盤(pán)式( (離合器式制動(dòng)器離合器式制動(dòng)器 ) ) 固定鉗式固定鉗式 滑動(dòng)鉗式滑動(dòng)鉗式 擺動(dòng)鉗式擺動(dòng)鉗式 浮動(dòng)鉗式浮動(dòng)鉗式 盤(pán)式制動(dòng)器有如下優(yōu)點(diǎn)：盤(pán)式制動(dòng)器有如下優(yōu)點(diǎn)： 熱穩(wěn)定性好；水穩(wěn)定性好；制動(dòng)力矩與汽車(chē)運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)；易于構(gòu)成雙熱穩(wěn)定性好；水穩(wěn)定性好；制動(dòng)力矩與汽車(chē)運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)；易于構(gòu)成雙 回路制動(dòng)系；尺寸小、質(zhì)量小、散熱良好；襯塊磨損均勻；更換襯塊容易；回路制動(dòng)系；尺寸小、質(zhì)量小、散熱良好；襯塊磨損均勻；更換襯塊容易； 縮短了制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間；易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整?？s短了制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間；易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。 制動(dòng)器主要參數(shù)的確定制動(dòng)器主要參數(shù)的確定 （1）鼓式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定）鼓式制動(dòng)器主

20、要參數(shù)的確定 1）制動(dòng)鼓內(nèi)徑）制動(dòng)鼓內(nèi)徑D 轎車(chē)：轎車(chē)：D/Dr=0.640.74 貨車(chē)：貨車(chē)：D/Dr=0.700.83 ZBT24 005-89制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸 系列系列 2）摩擦襯片寬度）摩擦襯片寬度b和包角和包角 包角一般不宜大于包角一般不宜大于120。 制動(dòng)襯片寬度尺寸系列見(jiàn)制動(dòng)襯片寬度尺寸系列見(jiàn)ZB T24 005-89。 3）摩擦襯片起始角）摩擦襯片起始角0 4）制動(dòng)器中心到張開(kāi)力）制動(dòng)器中心到張開(kāi)力F0作用線的距離作用線的距離e 使距離使距離e盡可能大盡可能大, 初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫定初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫定e=0.8R左右。左右。 5）制動(dòng)蹄

21、支承點(diǎn)位置坐標(biāo)）制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)a和和c 使使a盡可能大而盡可能大而c盡可能小。初步設(shè)計(jì)時(shí)，也可暫定盡可能小。初步設(shè)計(jì)時(shí)，也可暫定a=0.8R左右。左右。 (2)(2) 盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定 1)1) 制動(dòng)盤(pán)直徑制動(dòng)盤(pán)直徑D 通常選擇為輪輞直徑通常選擇為輪輞直徑70%79% 2)2) 制動(dòng)盤(pán)厚度制動(dòng)盤(pán)厚度h 實(shí)心制動(dòng)盤(pán)厚度可取為實(shí)心制動(dòng)盤(pán)厚度可取為1020mm; 通風(fēng)式制動(dòng)盤(pán)厚度取為通風(fēng)式制動(dòng)盤(pán)厚度取為2050mm; 采用較多的是采用較多的是2030mm 3)3) 摩擦襯塊外半徑摩擦襯塊外半徑R2與內(nèi)半徑與內(nèi)半徑R1 外半徑外半徑R2與內(nèi)半徑與內(nèi)半徑R1的比值不大于的比值不大于1.5 4)4) 制動(dòng)襯塊面積制動(dòng)襯塊面積A 1.63.5kg/cm2 制動(dòng)器的