锥形电机制动器.pdf

锥形电机制动器 李祥朱道淑 江阴凯澄起重机械有限公司 江阴 214429 摘要 介绍了锥形电机制动器的制动原理 制动器的设计和主要参数的计算 结合设计过程中的实例 针对制动相关零件风扇制动轮的失效 采用相关软件帮助分析 进行简单而有效的处理 大大提高了零件的安 全系数 对整个制动器的安全使用提供了保障 关键词 制动器 制动力矩 安全系数 中图分类号 TM359 3 文献标识码 A 文章编号 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型锥形转子电动机简称锥形电机 广泛用 于起重行业中电动葫芦的升降作业 是一种自制 动电机 其制动器无需外加电源 与锥形电机结 为一体 结构紧凑 制动可靠 制动器的通断是 通过锥形转子的轴向移动来实现 1 制动原理 锥形电机定转子为锥形 电机轴上装有压缩 弹簧 制动环装在风扇制动轮上 风扇制动轮与 机轴通过花键连接 并通过锁紧螺母与连接螺钉 固定在电机轴上 见图1 该电机结构紧凑 轴向 移动距离小 用较小的轴向压力 就可得到较大 的制动力矩 其制动工作原理为 当电动机通电 启动时 因定转子表面为锥形 电磁场中产生一 轴向磁力 推动锥形转子轴向移动并压缩弹簧 制动松开 断电后轴向磁力消失 在弹簧力作用 下 制动环上的摩擦片与固定外壳摩擦制动 2制动器设计 2 1 制动器设计的步骤和方法 1 确定制动器所需制动力矩 2 选择合适的制动摩擦材料 3 确定制动器制动环直径 4 根据相关标准计算有关制动力 弹簧工作 力等 一94一 3 一 1 压缩弹簧2 转子3 电机轴4 风扇制动轮 5 制动环6 外壳7 连接螺钉8 锁紧螺母 图1锥形电机制动示意图 5 进行弹簧设计 6 对重要构件和零件进行强度验算 2 2制动器输入参数的确定 在设计制动器时首先确定设计输入参数 主 要指的是设计产品功能的要求 性能要求以及安 全要求等 是制动器设计的原始和直接依据 1 制动力矩参数 可通过静力矩法计算确 定 制动力矩参数是制动器的主要性能参数 可 根据机构要求计算 2 摩擦性能参数主要有摩擦系数和允许的 工作比压以及磨损率等 是制动器设计的重要设 计参数 摩擦性能参数主要取决于制动器摩擦材 料的物理特性 起重运输机械 2015 9 3 规格参数主要有制动轮直径 一般根据 电机铁芯大小 选择与之相匹配的制动轮直径 2 2 1计算所需制动力矩 制动器的制动力矩应等于或大于制动轴上所 需的计算制动力矩 K z PQDT1 式中 为起升机构制动器轴上的计算制动 力矩 N m Kz为制动安全系数 P 为额定起 升载荷 N D为起升机构卷筒卷绕直径 m 为物品下降时起升机构传动装置和滑轮组的总效 率 a为钢丝绳滑轮组的倍率 i为由电机轴到卷 筒轴的总传动比 2 2 2制动面许用工作比压的确定 根据选用的摩擦材料类型确定许用工作比压 2 3制动器的设计计算 2 3 1制动力矩计算 锥形电机的制动力矩 制应等于或大于计算制 动力矩 l F鼬 D均 式中 制为锥形电机制动力矩 N m F制 为去除轴承处摩擦阻力的弹簧压缩力 N 为制 动环的摩擦因数 D均为制动环的平均直径 m 为制动环斜面与水平的夹角 首先需核算制动力矩是否符合设计要求 制 动力矩过小 会导致制动距离过大 制动力矩过 大 会导致制动瞬间对整个机构的冲击大 影响 机构的稳定性及使用寿命 2 3 2制动面工作比压计算 制动环摩擦面的工作比压需要校核 如果工 作比压过大 会使摩擦材料寿命变短 很快失效 P D bsina 式中 P为工作比压 Pa b为制动环宽 度 m 计算的工作比压要符合相应摩擦材料的许用 工作比压 如果工作比压过大 则应将制动环宽 度适当加大 2 3 3制动弹簧设计 先根据弹簧使用特征 所需弹簧力和弹簧安 装空间 按有关弹簧标准或弹簧产品的样本进行 起重运输机械 20l5 9 弹簧材质 形式 制造精度以及规格的初选 然 后根据相关要求和强度条件进行验算 根据验算 情况进行弹簧的相关参数调整 直至满足条件 3制动器失效处理 与制动相关的各个零部件失效都会导致制动 失效 使重物下滑甚至坠落 制动失效不仅给生 产带来麻烦 而且对周围工作人员带来很大的安全 威胁 因此制动失效应予以杜绝 不仅在使用过程 中要加强起重设备的维护和检查 及时查出故障 更重要的是从设计方面充分考虑设计的安全性 风扇制动轮是传递制动力矩的重要零件 我公司曾经开发了13 kW 6极锥形电机 在开 发过程中 为了减少零部件的规格 很多零部 件直接借用13 kW 4极电机 包括风扇制动轮 和锁紧螺母等 在模拟用户使用的寿命试验过 程中 出现风扇制动轮叶片与轮毂连接处断裂 导致制动失效的现象 经过分析 发现导致失效的主要原因是6极 电机额定力矩增加为4极的1 5倍 其启动力矩和 制动力矩相应增加 电机在启动和制动瞬间的冲 击应力增大很多 在频繁的正反转 启动和制动 过程中疲劳损坏 考虑到风扇制动轮形状复杂 手工计算繁杂且不准确 故采用三维软件进行有 限元分析 先将原风扇制动轮在不作任何改动的情况 下 利用SolidWorks软件对其建模 利用Cosmos 对其施加相应的制约和应力等 利用有限元分析 得到风扇制动轮各个不同位置的受力情况 找出 其应力危险区 并针对该危险区域进行局部加 强 提高其安全系数 此次13 kW风扇制动轮进 行三维分析时发现 在叶片与轮毂连接处局部应 力大 安全系数低 此次仅进行静态模型分析 未进行疲劳分析 虽然最低安全系数为2 2 但 仍然使制动失效 所以 仅凭安全系数数值不能 完全说明问题 但可以此为参考依据 在对风扇 制动轮各叶片之间添加加强筋加强 再进行同样 的静态模型分析后 发现其局部应力大的地方有 明显的改善 最小安全系数显著增加 在调整到 合适的程度后 如图2所示 仅添加加强筋便可 以使其最小安全系数增加到原来的5倍多 经三 维分析后改进前后的安全系数图见图3 图4 一95