復(fù)擺腭式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
復(fù)擺腭式破碎機(jī)設(shè)計(jì),復(fù)擺,破碎,設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯
題目 復(fù)擺腭式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105223
學(xué) 生 姓 名 歐陽(yáng)鑫
指 導(dǎo) 教 師 熊麗娟
二O一一年 六 月
復(fù)擺腭式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：歐陽(yáng)鑫 班級(jí)：0781052
指導(dǎo)老師：熊麗娟
摘要：腭式破碎機(jī)在工礦企業(yè)被廣泛的應(yīng)用，這是因?yàn)樵摍C(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)型齊全并已大型化。腭式破碎機(jī)經(jīng)過(guò)100多年的實(shí)踐和不斷改進(jìn)，其機(jī)構(gòu)已日臻完善。雖然腭式破碎機(jī)算的上比較老的機(jī)型了，但是隨著社會(huì)的發(fā)展需求破碎的要求不斷提高，對(duì)產(chǎn)品和產(chǎn)品的質(zhì)量也大大的提高了，破碎機(jī)的機(jī)型已經(jīng)發(fā)展到很多種了。
本文主要是對(duì)復(fù)擺腭式破碎機(jī)設(shè)計(jì)研究。復(fù)擺腭式破碎機(jī)是因?yàn)槠鋭?dòng)腭在其它機(jī)件的帶動(dòng)下作復(fù)雜的一般平面運(yùn)動(dòng)而得名，其動(dòng)腭上的軌跡一般為封閉曲線。復(fù)擺破碎機(jī)由于偏心軸負(fù)荷大一般制成中型和小型的，其破碎比可達(dá)10。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和要求，復(fù)擺腭式破碎機(jī)已經(jīng)向大型化發(fā)展。復(fù)擺腭式破碎機(jī)在工作時(shí)偏心軸作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，對(duì)所裝入的物料有向下退并夾持作用。該機(jī)型垂直擺幅下大上小，有利于出料口處動(dòng)腭將成品推出。由于整塊動(dòng)腭作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)因此對(duì)物料塊不但起擠壓、劈裂、彎折作用，還能起碾搓作用，故可破碎稍微粘濕的物料。采用正支撐復(fù)擺腭式破碎機(jī)，動(dòng)腭下部的特性值m很大，使得動(dòng)腭和定腭的襯板磨損很快，但卻具有較高的生產(chǎn)能力。由實(shí)際生產(chǎn)說(shuō)明，正支撐式腭式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)形式具有動(dòng)腭軌跡分布合理、生產(chǎn)能力高、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，使其得到廣泛應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：破碎比 動(dòng)腭 正支撐 特性值
指導(dǎo)老師簽名：
Compound pendulum palate crusher design
Student name:Ou YangXin Class: 0781052
Supervisor: Xiong LiJuan
Abstract: Palate crusher in the industrial and mining enterprises were widely used, this is because the body structure is simple, and complete and large-scale models of. Palate crusher after 100 years of practice and continue to improve, their bodies have been improving. Although the palate crusher count on the relatively old models, but with the social development needs of the requirements broken constantly improve the products and the quality of the products have greatly improved, the crusher models have been developed to a variety .
This paper is facing compound pendulum palate crusher design study. Compound pendulum palate crusher because of its dynamic palate in other parts of the lead plane for the general sports complex named after. Moved palate its trajectory is generally closed curve. Crushing machine-placed eccentric axle load due to the generally made of medium-sized and small, broken up over 10. With the development of industrial technology and demands placed palate-breakers have been large-scale development. Compound pendulum palate crusher at work for the eccentric shaft counterclockwise rotation, the load of materials and a retreat clamping downward effect. The models under a vertical swing on small and is conducive to moving the material I will be refined palate launched. As block palate for complex dynamic movement of materials therefore not only blocks from the extrusion, Split, bending role, but also from the roller rubbing role, it can be slightly broken stick wet materials. Support is facing a complex palate crusher, moving the lower part of the palate of great value m, making dynamic palate and the palate of liner wear very quickly, but it has a high production capacity. From the actual production that are supporting-palate structure of the Breakers palatine form a dynamic trajectory of a reasonable, high-capacity, the advantages of a simpler structure, it is widely used.
Key Words: broken up ratio moved palate be prop up eigenvalue
Signature of supervisor:
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目 復(fù)擺腭式破碎機(jī)
專 業(yè) 名 稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 078105223
學(xué) 生 姓 名 歐陽(yáng)鑫
指 導(dǎo) 教 師 熊麗娟
填 表 日 期 年 月 日
說(shuō) 明
開題報(bào)告應(yīng)結(jié)合自己課題而作，一般包括：課題依據(jù)及課題的意義、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度、參考文獻(xiàn)等內(nèi)容。以下填寫內(nèi)容各專業(yè)可根據(jù)具體情況適當(dāng)修改。但每個(gè)專業(yè)填寫內(nèi)容應(yīng)保持一
一、選題的依據(jù)及意義：
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的綜合利用技術(shù)與其產(chǎn)業(yè)迅猛前進(jìn)，到1999年我國(guó)已建成10 879座國(guó)有大中型礦山和227 854個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體企業(yè)，全國(guó)礦石采掘總量超過(guò)50億噸，礦業(yè)總產(chǎn)值為4 000億元。
物料的破碎是許多行業(yè)(如冶金、礦山、建材、化工、陶瓷筑路等)產(chǎn)品生產(chǎn)中不可缺少的工藝過(guò)程。由于物料的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)差異很大,為適應(yīng)各種物料的要求,破碎機(jī)的品種也是五花八門的。就金屬礦選礦而言,破碎是選礦廠的首道工序,為了分離有用礦物,不但分為粗碎、中碎、細(xì)碎,而且還要磨礦。因?yàn)槠扑槭沁x礦廠的耗能大戶(約占全廠耗電的50%),為了節(jié)能和提高生產(chǎn)效率,所以提出了“多碎少磨”的技術(shù)原則。這使破碎機(jī)向細(xì)碎、粉碎和高效節(jié)能方向發(fā)展。
另外隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展,破碎機(jī)也向自動(dòng)化方向邁進(jìn)(如國(guó)外產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)機(jī)電液一體化、連續(xù)檢測(cè),并自動(dòng)調(diào)節(jié)給料速率、排礦口尺寸及破碎力等)。隨著開采規(guī)模的擴(kuò)大,破碎機(jī)也在向大型化發(fā)展,如粗碎旋回破碎機(jī)的處理能力已達(dá)6000th。至于新原理和新方式的破碎(如電、熱破碎)尚在研究試驗(yàn)中,暫時(shí)還不能用于生產(chǎn)。對(duì)粗碎而言,目前還沒(méi)有研制出更新的設(shè)備以取代傳統(tǒng)的顎式破碎機(jī)和旋回式破碎機(jī),主要是利用現(xiàn)代技術(shù),予以改進(jìn)、完善和提高耐磨性,達(dá)到節(jié)能、高效、長(zhǎng)壽的目的。細(xì)碎方面新機(jī)型更多些?？偟膩?lái)看,值得提出的有:顎式破碎機(jī)、圓錐破碎機(jī)、沖擊式破碎機(jī)和輥壓機(jī)。而應(yīng)用最廣泛的就是腭式破碎機(jī)。傳統(tǒng)的腭式破碎機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制造容易、維修方便、價(jià)格低廉、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),所以在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是非連續(xù)性破碎、效率較低,破碎比較小,給礦不均勻引起腭板磨損不均勻等。針對(duì)其缺點(diǎn),各國(guó)都在以下幾方面加以改進(jìn):優(yōu)化結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)軌跡改進(jìn)破碎腔型,以增大破碎比,提高破碎效率,減少磨損,降低能耗,現(xiàn)已普遍應(yīng)用高深破碎腔和較小嚙角;改進(jìn)了動(dòng)腭懸掛方式和襯板的支承方式,改善了破碎機(jī)性能;腭板采用了新的耐磨材料,降低了磨損消耗;提高了自動(dòng)化水平(可自動(dòng)調(diào)節(jié)、過(guò)載保護(hù)、自動(dòng)潤(rùn)滑等)。同時(shí)也出現(xiàn)了一些新的機(jī)型,如雙腔雙動(dòng)腭式破碎機(jī),其破碎比可達(dá) ,排料口調(diào)節(jié)方便,產(chǎn)量大;復(fù)擺腭式破碎機(jī),兼有顎式破碎機(jī)與圓錐破碎機(jī)的性能其產(chǎn)量較同規(guī)格的破碎機(jī)高50%。還有篩分腭式破碎機(jī),把篩分和破碎結(jié)合為一體,不僅可簡(jiǎn)化工藝流程,且能及時(shí)將已達(dá)粒度要求的物料從破碎腔中排出,減輕了破碎機(jī)的堵塞和過(guò)粉碎,提高了生產(chǎn)能力,降低了能耗。在大型化方面國(guó)內(nèi)外都已生產(chǎn)1500mm×2100mm規(guī)格的腭式破碎機(jī)。而我們?cè)谶@個(gè)設(shè)計(jì)中主要是為了滿足進(jìn)料口尺寸，出料口尺寸，進(jìn)料塊最大尺寸，產(chǎn)量的要求滿足生產(chǎn)的需要。
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）：
在基本建設(shè)工程中，需要大量的，各種不同粒徑的砂、石作為生產(chǎn)之用。在沒(méi)有合格的天然砂子和一臺(tái)鄂式破碎機(jī)問(wèn)世以來(lái)，至今已有140余年的歷史。在此過(guò)程中，其結(jié)構(gòu)得到不斷的完善，而腭式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全可靠，石料可供破碎機(jī)械來(lái)進(jìn)行加工，來(lái)滿足工程的需要。所以在生產(chǎn)中廣泛的應(yīng)用。而工程上應(yīng)用最廣泛的是復(fù)擺腭式破碎機(jī)，國(guó)產(chǎn)的腭式破碎機(jī)數(shù)量最多的也是復(fù)擺腭式破碎機(jī)。
破碎機(jī)是將開采所得的天然的石料按一定尺寸進(jìn)行破碎加工的機(jī)械。腭式破碎機(jī)是有美國(guó)人E. W. Blake發(fā)明的。自第一臺(tái)破碎機(jī)的出現(xiàn)，生產(chǎn)效率快，又滿足安全條件，又能適應(yīng)生產(chǎn)，大大加快了生產(chǎn)。
復(fù)擺腭式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠、使用維修方便等優(yōu)點(diǎn)，所有在冶金、礦山、建材、化工、煤炭等行業(yè)使用非常廣泛。80年代以來(lái)，我過(guò)對(duì)復(fù)擺腭式的研究和產(chǎn)品開發(fā)取得了較大的發(fā)展。在充分吸收國(guó)外產(chǎn)品特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)情研制開發(fā)了許多新型、高效的設(shè)備。上海建設(shè)。路橋機(jī)械設(shè)備有限公司率先對(duì)復(fù)擺鄂式破碎機(jī)進(jìn)行了重大的改進(jìn)，即通過(guò)降低動(dòng)腭的懸掛高度，改善動(dòng)腭的運(yùn)動(dòng)軌跡，減小破碎腔的嚙角，增大破碎比，增大了動(dòng)鄂的水平行程，提高生產(chǎn)能力等，大大改善了機(jī)器性能，完成了產(chǎn)品的更新?lián)Q代。
三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案：
復(fù)擺腭式破碎機(jī)主要是由兩塊鄂板（活動(dòng)腭板和固定腭板）組成。活動(dòng)腭板對(duì)固定腭板周期性的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，時(shí)而靠近，時(shí)而分開，由此使裝在二腭板間的石塊受到擠壓、劈裂和彎曲作用而破碎。復(fù)擺腭式破碎機(jī)的機(jī)器重量較輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（少了一件連桿、一塊肘板、一根心軸和一對(duì)軸承），生產(chǎn)效率較高（比同規(guī)格的簡(jiǎn)擺腭式破碎機(jī)生產(chǎn)效率高20%—30%）。復(fù)擺腭式破碎機(jī)適合破碎中硬度石料。在工程中，多用他做中、細(xì)碎設(shè)備，起破碎比較大，可達(dá) 。隨著機(jī)械工業(yè)的進(jìn)步，近年來(lái)，復(fù)擺腭式破碎機(jī)正朝著大型化發(fā)展。所以，一個(gè)合理的傳動(dòng)裝置可以使復(fù)擺腭式破碎機(jī)運(yùn)行的更加順利，合理有效。動(dòng)鄂的優(yōu)化可使磨損大大的降低，沖擊、噪聲、振動(dòng)都相應(yīng)的減少，也減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)的質(zhì)量，降低制造成本和縮短生產(chǎn)周期。
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度
復(fù)擺腭式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)屬于四桿機(jī)構(gòu)中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,曲柄為主動(dòng)件。腭式破碎機(jī)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、維修方便在物料粉碎行業(yè)廣泛應(yīng)用。復(fù)擺腭式破碎機(jī)的動(dòng)鄂，是直接懸掛在偏心軸上的，是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，沒(méi)有單獨(dú)的連桿。由于動(dòng)腭是由偏心軸的偏心直接帶動(dòng)，所以活動(dòng)腭板可同時(shí)做垂直和水平的復(fù)雜擺動(dòng)，腭板上各點(diǎn)的擺動(dòng)軌跡是由頂部的接近圓形連續(xù)變化到下部的橢圓形，越到下部的橢圓形越扁，動(dòng)腭的水平行程則由下往上越來(lái)越大的變化著，因此對(duì)石塊不但能起壓碎、劈碎，還能起輾碎作用。由于偏心軸的轉(zhuǎn)向是逆時(shí)針?lè)较?，?dòng)鄂上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向都有利于促進(jìn)排料，因此破碎效果好，破碎率較高、產(chǎn)品粒度均勻且多呈立方體。
1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報(bào)告。
第1周—第2周
2. 整體方案設(shè)計(jì) 第3周—第4周
3. 結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì) 第5周—第8周
4. 繪制裝配圖及其各零件工作圖 第9周—第12周
5. 編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第13周
6. 撰寫畢業(yè)論文 第14周—第16周
7. 答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 第17周
五、參考文獻(xiàn)
【1】 孫桓等主編.機(jī)械原理. 北京：高等教育出版社，2001
【2】濮良貴等主編.機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2001
【3】李啟炎主編．Solidworks 2003三維設(shè)計(jì)教程．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003
【4】唐敬麟主編．破碎與篩分機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001
【5】廖漢元等編著. 腭式破碎機(jī). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998
【6】徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991
【7】Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.New
York:McGraw-Hill Book Company,1980
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
復(fù)擺腭式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
II、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計(jì)技術(shù)要求：
腭式破碎機(jī)具有破碎比大、產(chǎn)品粒度均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、維修簡(jiǎn)便、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。鄂式破碎機(jī)廣泛運(yùn)用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學(xué)工業(yè)
等眾多部門，破碎抗壓強(qiáng)度不超過(guò)320兆帕的各種物料。
1. 所需破碎的物料中等硬度,堆積密度:1.35 t/m3。
2. 生產(chǎn)能力約為70 m3/h
3. 進(jìn)料口尺寸：600×900；
4. 進(jìn)料最大粒度：Dmax=500mm
III、畢 業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：
1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報(bào)告。
第1周—第2周
2. 整體方案設(shè)計(jì) 第3周—第4周
3. 結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì) 第5周—第8周
4. 繪制裝配圖及其各零件工作圖 第9周—第12周
5. 編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第13周
6. 撰寫畢業(yè)論文 第14周—第16周
7. 答辯準(zhǔn)備及畢業(yè)答辯 第17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
【1】孫桓等主編.機(jī)械原理. 北京：高等教育出版社，2001
【2】濮良貴等主編.機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2001
【3】李啟炎主編．Solidworks 2003三維設(shè)計(jì)教程．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003
，
【4】唐敬麟主編．破碎與篩分機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001
【5】廖漢元等編著. 腭式破碎機(jī). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998
【6】徐灝主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.1991
【7】Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms.New
York:McGraw-Hill Book Company,1980
航空與機(jī)械工程 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè)類 0781052 班
學(xué)生（簽名）： 歐陽(yáng)鑫
填寫日期： 2011 年 01 月 03 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)：
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 系主任（簽名）：
附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書首頁(yè)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： 復(fù)擺腭式破碎機(jī)設(shè)計(jì)
系 別 航空工程系
專業(yè)名稱 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班級(jí)學(xué)號(hào) 078105223
學(xué)生姓名 歐陽(yáng)鑫
指導(dǎo)教師 熊麗娟
二OO 年 月
目 錄
1 概 述
2 物料破碎及其意義
2.1 物料破碎及其意義 ………………………………………2
2.1.1 破碎的目的…………………………………………………2
2.1.2 破碎工藝 …………………………………………………3
2.2 破碎物料的性能及破碎比 ………………………………4
2.2.1 粒度及其表示方法 ………………………………………4
2.2.2 破碎產(chǎn)品的粒級(jí)特性 …………………………………5
2.2.3 礦石的破碎及力學(xué)性能 …………………………………8
3 工作原理和構(gòu)造
3.1 工作原理 ………………………………………………9
3.2 腭式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu) ……………………………………10
4 主要零部件的結(jié)構(gòu)分析
4.1 動(dòng)腭 ……………………………………………………12
4.2 齒板的結(jié)構(gòu) ………………………………………………12
4.3 肘板（推力板） ………………………………………13
4.4 調(diào)整裝置 ………………………………………………14
4.5 保險(xiǎn)裝置 ………………………………………………15
4.6 機(jī)架結(jié)構(gòu) ………………………………………………15
4.7 傳動(dòng)件 …………………………………………………17
4.9 飛輪 ……………………………………………………17
4.10 潤(rùn)滑裝置 …………………………………………………17
5 復(fù)擺腭式破碎機(jī)的主參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1.1 主軸轉(zhuǎn)速 …………………………………………………18
5.1.2生產(chǎn)能力 …………………………………………………19
5.1.3 偏心距e的計(jì)算 …………………………………………20
5.2 破碎力 ……………………………………………………20
5.2.1 破碎力的計(jì)算………………………………………………20
5.2.2 最大破碎力 ………………………………………………23
5.3 功率的計(jì)算 ………………………………………………23
5.4 主要零件受力計(jì)算 ……………………………………………24
6 各主要零件的設(shè)計(jì)
6.1帶輪的設(shè)計(jì) …………………………………………………26
6.2 曲軸(偏心軸)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………28
6.3 滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………33
6.3.1 軸承的選擇 ………………………………………………33
6.3.2 軸承的驗(yàn)算 ………………………………………………33
7 對(duì)一個(gè)主要零件進(jìn)行有限元分析
7.1 Solidworks軟件介紹…………………………………………34
7.2 Solidworks的功能和特點(diǎn)……………………………………34
7.3 對(duì)一個(gè)零件的有限元分析 ……………………………………34
7.3.1 建模……………………………………………………………34
7.3.2 分析類型與選項(xiàng)………………………………………………37
7.3.3 材料定義屬性…………………………………………………38
7.3.4 載荷與約束……………………………………………………39
7.3.5 網(wǎng)格的劃分……………………………………………………41
7.3.6 運(yùn)行分析………………………………………………………41
8 腭式破碎機(jī)的安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)
7.1破碎機(jī)的安裝 ……………………………………………………43
7.2機(jī)架的安裝 ………………………………………………………44
總 結(jié) ……………………………………………………………45
參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………46
致 謝 ……………………………………………………………47
附 錄 ……………………………………………………………48
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器在潤(rùn)滑的環(huán)境下
的設(shè)計(jì)方法的研究
秦大同 孫東葉
( 重慶大學(xué) 機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家中心實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)重慶 400044 )
摘要:在摩擦副之間發(fā)生的機(jī)械熱現(xiàn)象極大地改變多個(gè)濕制動(dòng)器圓盤的襯套壓力和摩擦表面溫度的分配。 它已經(jīng)成為制動(dòng)失敗的主要因素之一。 為了了解這些機(jī)械熱現(xiàn)象, 很多設(shè)計(jì)和對(duì)機(jī)械熱現(xiàn)象有很大影響的物質(zhì)因素，例如熱轉(zhuǎn)移系數(shù)，摩擦因素, 滑動(dòng)速度, 最初的襯套壓力等等都應(yīng)分析。等溫的設(shè)計(jì)方法是計(jì)劃設(shè)計(jì)一個(gè)多個(gè)濕制動(dòng)器圓盤
關(guān)鍵字: 濕制動(dòng)器 機(jī)械熱現(xiàn)象 熱轉(zhuǎn)移系數(shù) 摩擦因素
0 介紹
多個(gè)濕制動(dòng)器圓盤主要地有摩擦副, 一個(gè)反對(duì)板塊和一個(gè)活塞。每一個(gè)摩擦副包括一個(gè)摩擦片和一個(gè)鋼片。摩擦片是圓盤中在摩擦材料的兩邊排成一行的金屬軸。正常濕制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖 1 多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器
機(jī)械熱現(xiàn)象由非均勻的 墊片熱變形所引起的。因?yàn)樵趶较虻臒岚l(fā)散，熱轉(zhuǎn)移系數(shù)和摩擦因素的分布不均勻, 所以在濕制動(dòng)的嚙合期間摩擦表面溫度將會(huì)以不同的比率增加。 在較高溫度的分布區(qū)中，比較大的墊片熱變形將會(huì)見(jiàn)到。 即使最初的熱發(fā)散是均勻分布的。由于熱移動(dòng)系數(shù)和摩擦因素效果的變化，變形將變的不均勻。 在變形較高的局部區(qū)域，必然產(chǎn)生較大的壓力。 依次，由于在這些區(qū)域的熱膨脹，從而引起較高的溫度上升和促進(jìn)局部壓力的增加。 這個(gè)過(guò)程叫做 機(jī)械熱現(xiàn)象。 這個(gè)現(xiàn)象將會(huì)導(dǎo)致實(shí)連接區(qū)域的減少, 表面溫度和摩擦片損壞率的增加。機(jī)械熱現(xiàn)象主要是由于濕制動(dòng)的失敗而造成的。
通過(guò)將摩擦襯套的壓力分布的最佳化來(lái)減少機(jī)械熱現(xiàn)象的效果。 基于有限的元素分析, 等溫的設(shè)計(jì)方法是計(jì)劃設(shè)計(jì)一個(gè)多個(gè)濕制動(dòng)器圓盤。
1 機(jī)械熱現(xiàn)象的影響因素
1.1 摩擦因素的影響
摩擦片和鋼板之間的動(dòng)摩擦因素在機(jī)械熱現(xiàn)象 上是影響因素之一。 當(dāng)滑動(dòng)速度 v和襯套壓力 p 是常數(shù)的時(shí)候，熱發(fā)散 q 可能隨著摩擦因素 f的改變而不同。 因此 , 一個(gè)非均勻的熱墊片將會(huì)產(chǎn)生變形。
根據(jù)他們的構(gòu)成，用于濕制動(dòng)器的摩擦材料分為多個(gè)類型, 例如sintered青銅-, 石墨- 和以紙為基礎(chǔ)的材料。材料的改變?cè)趪Ш掀陂g能極大的影響平均動(dòng)摩擦因素。 即使相同類型的摩擦材料, 隨著摩擦表面溫度 t , 滑動(dòng)速度v 和襯套壓力 p的改變，平均動(dòng)摩擦因素 f 將會(huì)極大的不同。
以紙為基礎(chǔ)的摩擦材料在于研究紙。" 紙 " 以它的高動(dòng)摩擦因素和極低的靜態(tài)的/動(dòng)態(tài)的系數(shù)比而聞名。 這個(gè)特征使得以紙為基礎(chǔ)的摩擦材料在制動(dòng)期間非常的平滑和安靜。
為了獲得隨著溫度 t變化的摩擦因素, 速度v 和壓力 p 的規(guī)律性, 以紙為基礎(chǔ)的摩擦材料的正交實(shí)驗(yàn)完成的是一個(gè) LBA0049 慣性力。
在這實(shí)驗(yàn)中，摩擦因素被定義為客觀的數(shù)值。 像溫度 t, 速度 v 和壓力 p 這樣的叁數(shù),以一個(gè)多線形的衰退方法被分析。 標(biāo)準(zhǔn)的正交表格 L 被采用。參數(shù) x，y， z,k和m 被定義為上限、下限、零界限、變化范圍和可變代碼。所有的叁數(shù)的變化范圍如表 1 所示。代碼變量只能從 -1 到 +1變化.
(1)
(2)
(3)
表 1 代碼變量計(jì)劃
變量 溫度（Z1）t/℃ 速度（Z2）v/(m·s-1） 壓強(qiáng)（Z3）p/MPa
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
80 0.3 0.7
90 0.4 0.9
85 0.35 0.8
5 0.05 0.1
函數(shù)
摩擦因素的衰減方程由以下方程給出：
(4)
(5)
這里，， ---------衰減系數(shù)
表 2 摩擦因素的多線性變量衰退分析
i=1,2,3 (6)
j>i (7)
這里 N----實(shí)驗(yàn)數(shù)字，N=8
M----相同實(shí)驗(yàn)中的重復(fù)數(shù)字，M=3
衰減方程系數(shù)的測(cè)試通過(guò)以下方程獲得：
~ (8)
(9)
摩擦因素的衰減方程為：
(10)
如果溫度t,速度v,壓強(qiáng)p代替以變量,則得到摩擦因素新的方程：
(11)
1.2 熱轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響
摩擦材料的表面有允許冷卻液流動(dòng)的凹槽。 熱轉(zhuǎn)移系數(shù)分布將會(huì)隨著凹槽式樣和徑向的位置而極大的改變。 即使熱發(fā)散的分布在沿著徑向是均勻的, 熱墊片的變形由于熱轉(zhuǎn)移系數(shù)的變化，也將會(huì)是非均勻的。 因此在冷卻液和鋼板之間的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)也是機(jī)械熱現(xiàn)象影響因素之一。
首先, 拋物線的流程需要被定義。如果在那里存在一個(gè)三維空間流量的主方向 , 動(dòng)力的散布,熱,質(zhì)量，等等，能在這些方向被疏忽。 如果沒(méi)相反的流程,這個(gè)流程叫做拋物線的流程。
在引進(jìn)在凹槽熱轉(zhuǎn)移問(wèn)題上的數(shù)學(xué)方程之前，確定簡(jiǎn)單假定的描述將會(huì)單個(gè)凹槽的層流流動(dòng)和熱轉(zhuǎn)移的數(shù)學(xué)分析中給出（圖2）。
圖 2
(1) 在主要的流動(dòng)方向, 熱發(fā)散和重量都被疏忽，而且對(duì)流是冷卻液流動(dòng)和板塊之間的熱傳遞的主要因素。
(2)因?yàn)樵阡摪搴鸵约垶榛A(chǔ)的摩擦片之間的熱傳導(dǎo)率極大的不同, 所以大部份在制動(dòng)期間產(chǎn)生的熱被鋼板吸收。 在摩擦片和冷卻液之間的熱傳導(dǎo)率能被認(rèn)為等于零。
上述的假定能減少訂單數(shù)目的計(jì)算量。 三維空間的流程將會(huì)被轉(zhuǎn)化為一系列的二維空間的流程。 在笛卡爾坐標(biāo)系 中x ， y, z（圖 2） 被解決如下。
連續(xù)性
(12)
Navier-stokes 方程：
在 x=0 , 0≤y≤d; u=0,v=0
在 x=b , 0≤y≤d; u=0,v=0
在 y=0 , 0≤x≤b; u=0,v=0
在 y=d , 0≤x≤b; u=0,v=0 (13)
這里 u,v,w ------在x,y,z方向的速度的組成
b,d,l ------凹槽的寬度，深度和長(zhǎng)度
ρ -------油液密度
μ ------動(dòng)態(tài)黏度
pf --------液流壓強(qiáng)
X,Y,Z ------在x,y,z方向的重力
u和 v 的結(jié)果能通過(guò)使用有限的不同方法的數(shù)字解決而獲得。速度 w 的整個(gè)分布能從下列方程式中獲得。
(14)
在 x=0 或 x=b, 0≤y≤d; w=0
在 y=0 或 y=d, 0≤x≤b; w=0 (15)
當(dāng)?shù)谝粋€(gè)假設(shè)滿足，則等于零。溫度分布能從以下方程式中獲得。
在 y=d, 0≤x≤b; t=tm
在 y=0, 0≤x≤b; =0
在 x=0, 0≤y≤d; =0
在 x=b, 0≤x≤b; =0
在 z=0, 0≤x≤b 0≤y≤d; t= (16)
這里----------鋼板的溫度
-----冷卻液的初始溫度
---------平常溫度的斜率
-------液體的具體的熱度
--------冷卻液的導(dǎo)熱率
基于冷卻液的速度場(chǎng)能通過(guò)方程 （12） 到 （15）而得到, 每一個(gè)相連部分的溫度分布能藉著有限不同方法通過(guò)方程（16）獲得。 根據(jù)在表 3 所顯示出的參數(shù), 當(dāng) z 等于 35.5 毫米和 71 毫米的時(shí)候。 結(jié)果如圖 3 所示。在正常的鋼板和冷卻液之間方向的平均溫度的梯度是由下列圖表給定的。
圖 3 在z = 35.5 mm和z = 71 mm時(shí)的溫度域
(17)
表 3 結(jié)構(gòu)和物理參數(shù)
摩擦片的內(nèi)部半徑/mm 160.5
摩擦片的內(nèi)部半徑/mm 231.5
油液凹槽的寬度 b/mm 3.18
油液凹槽的深度 d/mm 0.64
油液凹槽的長(zhǎng)度 l/mm 71
在單個(gè)凹槽中的油液質(zhì)量流動(dòng)率m/(kg·s-1 ) 3.24×
冷卻液的初始溫度 50
液體的具體的熱度 2177
-冷卻液的導(dǎo)熱率 0.126
最后，熱傳遞系數(shù)沿著徑向通過(guò)方程 (18) 計(jì)算的:
(18)
被定義為如性質(zhì)上的溫度并通過(guò)下列方程計(jì)算:
(19)
圖 4 舉例說(shuō)明在徑向的多個(gè)平行的凹槽熱移動(dòng)系數(shù)的分布。 它顯示在摩擦片的內(nèi)部附近的冷卻效果顯然地是比較好的超過(guò)一在外部附近。 在設(shè)計(jì)一個(gè)濕制動(dòng)器時(shí)，巨大的熱發(fā)散應(yīng)該在內(nèi)部附近產(chǎn)生來(lái)確保沿著板塊的徑向墊片的熱變形是均勻的。
圖 4 制動(dòng)器的幾何和材料參數(shù)
2 機(jī)械熱現(xiàn)象的 FEA 模型
在圖 1 所示的方案能在圖 5描述。它主要地包括摩擦片，鋼板，一個(gè)對(duì)立板塊和一個(gè)活塞。為了要建立有關(guān)的 FEA 模型,下列的關(guān)鍵點(diǎn)需要被考慮。
(1) 多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的最重要的結(jié)構(gòu)特征是摩擦片和鋼板之間的間隙。 為了計(jì)算在摩擦副之間的壓力分布, 間隙被使用。 有間隙的 FEA 模型會(huì)成為一個(gè)非線性模型。
(2) 摩擦因素不是常數(shù)。 它將會(huì)隨著像板塊的表面溫度 t ，滑動(dòng)速度v 和襯套壓力 p 不同的使用條件而改變。
(3)在冷卻液和鋼板之間的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)在徑向不是一個(gè)常數(shù)。
在 FEA 模型中，每個(gè)部分被假設(shè)成一個(gè)線性彈性物體。系統(tǒng)的外力包括作用在活塞上的液體的壓力 p'和通過(guò)在軸方向的浮液而作用在對(duì)立板上的支承力。 液體的壓力 p' 依下列各項(xiàng)被定義無(wú)尺寸的量綱。
(20)
這里 F----作用于活塞的應(yīng)力
A----單個(gè)摩擦表面的接觸面積
P----襯套壓力
圖 5 多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的組合圖
當(dāng)多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的幾何學(xué)的和物質(zhì)參數(shù)在表 4 中給出的時(shí)候.
表 4 制動(dòng)器的幾何和材料參數(shù)
鋼板的厚度g/mm 2.4
摩擦片的厚度g+2/mm 2.74+2×1.18
油管的實(shí)際半徑/mm 174
鋼的彈性系數(shù) 200
摩擦材料的彈性系數(shù) 2.1
鋼的關(guān)比率 0.3
摩擦材料的關(guān)比率 0.2
油液壓強(qiáng) 2.5
為了核對(duì) FEA 模型, 在開始的襯套壓力分布方面的實(shí)驗(yàn)被完成。 有限元素的分析和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖 6 所示。
圖 6 無(wú)綱量襯套壓強(qiáng)的分布
在現(xiàn)實(shí)的制動(dòng)器中，活塞和對(duì)立板的幾何參數(shù)是復(fù)雜的。 設(shè)計(jì)活塞和對(duì)立板的硬分配的率的方法學(xué)是在建立理想的起始?jí)毫Ψ峙浞矫鏅z索[表] 。
3 設(shè)計(jì)方法
在濕制動(dòng)器的操作方面，二個(gè)不同的模態(tài)可能被識(shí)別。 在緊急制動(dòng)模態(tài), 摩擦片和鋼板在非常短的時(shí)間內(nèi)彼此相互滑動(dòng)。 它通常從 0.2秒到 2 秒之間變化。 在嚙合期間被產(chǎn)生時(shí)期的磨擦熱大都被和流動(dòng)熱轉(zhuǎn)移的一個(gè)附屬角色的凹槽的鋼板吸收。 在持續(xù)不斷的制動(dòng)模態(tài)中，二個(gè)板塊的滑動(dòng)時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)10 秒到 20 秒。 在這一模態(tài)中，溫度在板塊延伸結(jié)局定態(tài)的各種不同的翎骨針在幾秒之內(nèi)評(píng)價(jià)。 在哪一個(gè)所有的被產(chǎn)生的熱一定被在摩擦片的凹槽中流動(dòng)的液移動(dòng)之后。 熱轉(zhuǎn)移的價(jià)值 , 鋼板和凹槽之間的液體系數(shù)將會(huì)決定制動(dòng)器的穩(wěn)定的溫度水平。
摩擦副和切線的上升溫暖氣流的溫度 t 的強(qiáng)調(diào)分別地,相同鋼的板塊的被顯示為持續(xù)不斷的制動(dòng)如圖 7所示。
圖 7 在持續(xù)制動(dòng)中溫度和切應(yīng)力的斜坡曲線
在緊急制動(dòng)過(guò)程中，鋼板的表面溫度和切線壓力被一個(gè) LBA0049 慣性動(dòng)力計(jì)的熱和標(biāo)準(zhǔn)度量測(cè)量了。 熱和標(biāo)準(zhǔn)度量沿著徑向均勻的分布。 在實(shí)驗(yàn)的和有計(jì)劃的結(jié)果之間的比較如圖 8所示。
圖 8 測(cè)量和計(jì)算結(jié)果的對(duì)比
雖然開始的襯套壓力在內(nèi)部的輻部 ( 在圖 6 所示) ，圖 7 和圖 8 表所示的附近比較高高的電動(dòng)壓力和高的溫度在外面的輻部附近
這是局部熱流出輸入為什么在任何的翎骨是一個(gè)正常壓力，摩擦因素和滑動(dòng)速度。 雖然濕制動(dòng)器可能被設(shè)計(jì)到低的平均每單位襯套區(qū)域能源, 當(dāng)?shù)氐母咭r里壓力地點(diǎn)由于 熱 可能引起摩擦襯里的表面燒-在摩擦雙之間的機(jī)械不穩(wěn)定。
鋼板通常在支援板塊附近的活塞和最后的鋼板塊附近的第一鋼板塊被發(fā)現(xiàn)。 失敗的主要因素是由于棒的溫度不同而且熱的毀壞。 因?yàn)槎€(gè)鋼的板塊只有一個(gè)摩擦表面, 盤子失敗可能是更多產(chǎn)生超過(guò)其他的板塊。
鋼板的破裂失敗由重復(fù)的剎周期的疲累損害所引起。 在一個(gè)嚙合期間，表面的溫度比鋼板的主要身體劑量更加快速地上升。 它在被張應(yīng)力平衡的鋼板的外部者引誘壓力在那比較冷的內(nèi)部鋼板塊。 當(dāng)這剎周期結(jié)束的時(shí)候，鋼板的外部溫度由于冷卻油的效果將會(huì)變成比鋼板的內(nèi)部溫度冷。 壓力在鋼板的外部者變成鋼板是內(nèi)部的在比較熱人中被壓力平衡的張力。 因此破裂可能在一個(gè)周期的無(wú)法欣然接受低數(shù)字中發(fā)生。
概述這些分析, 為了要避免由局部高溫和壓力所引起的剎車損壞, 運(yùn)行動(dòng)態(tài)壓力的有限元素計(jì)算和表面溫度是必需的。 對(duì)于濕的剎車適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)程序能在下列的步驟被描述: 首先，光線的方向的開始的襯里壓力分配在統(tǒng)一發(fā)情流出的情況之下被估計(jì)。其次，以熱轉(zhuǎn)移系數(shù)和摩擦因素的非均勻分布的影響力看來(lái)，開始的襯套壓力分布根據(jù)動(dòng)態(tài)的壓迫力和摩擦溫度被校核。 第三, 為了要了解表面溫度的均勻分布和 墊片的熱變形, 活塞的結(jié)構(gòu)而且對(duì)立板最佳化。 這是等溫的設(shè)計(jì)方法。 它將會(huì)減少不宜的機(jī)械熱現(xiàn)象。
4 結(jié)論
(1) 機(jī)械熱現(xiàn)象由非理性的開始的襯套壓力和熱轉(zhuǎn)移系數(shù)和摩擦因素的非均勻分布所引起。機(jī)械熱現(xiàn)象導(dǎo)致局部高溫和高壓力是導(dǎo)致多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器失效的主要因素。
(2) 在鋼板的表面上的切線壓力比徑向的壓力大。 因此鋼板的表面損壞通常是在徑向產(chǎn)生的。
(3) 如何設(shè)計(jì)活塞的幾何外型是多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的重點(diǎn)。 活塞在摩擦副之間有在開始的襯套壓力分布上比較大的影響。
(4) 為了避免多個(gè)圓盤濕制動(dòng)器的失效,等溫設(shè)計(jì)的方法被提出。 換句話說(shuō), 濕制動(dòng)器設(shè)計(jì)者應(yīng)該盡全力沿著鋼板的徑向達(dá)成均勻的溫度分布。
傳記: 秦大同： 現(xiàn)在是中國(guó)重慶大學(xué)的機(jī)械工程學(xué)院的一位教授。 在 1991 年,他獲得中國(guó)重慶大學(xué)的機(jī)械工程博士學(xué)位。 他的研究興趣包括齒輪傳輸， CVT(不斷可變的傳輸), 對(duì)于汽車的AMT(自動(dòng)的機(jī)械傳輸) 系統(tǒng), 等等。電話: +86-23-65104217; 電子郵件: dtqin@cqu.edu.cn
孫東葉：現(xiàn)在是中國(guó)重慶大學(xué)的自動(dòng)化系的一位副教授。 在 1991 年,他獲得中國(guó)吉林科技大學(xué)博士學(xué)位。 他的研究興趣包括 CVT(不斷可變的傳輸), 對(duì)于汽車的AMT(自動(dòng)的機(jī)械傳輸) 系統(tǒng), 等等。電話: +86-23-65103566; 電子郵件: dysun@cqu.edu.cn
參考：
［1］ Zagrodzki P.多個(gè)離合器和剎車的機(jī)械熱現(xiàn)象的分析 。Wear,1990:(140) 291 ～ 308
［2］Murali M R Krishna, Douglas Chojecki。結(jié)合使用有限元素對(duì)離合器和剎車中心軸的的失效分析。SAE Paper No. 982799, 1998
［3］ Tasuhite Miura ， Noboru Sekine。基于紙的濕離合器的動(dòng)態(tài)特性的研究 。SAE Paper No. 981102, 1998
［4］ Payvar P.在濕離合器的油凹槽中的Laminar熱傳遞。Int. J. Heat Mass Transfer, 1991, 34(7): 1 791～1 798
航空與機(jī)械工程學(xué)院 第14 頁(yè) 共 14 頁(yè)
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