干式盘型液压制动器的设计毕业设计论文(编辑修改稿)

干式盘型液压制动器的设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

决干式盘型液压制动器的如下的关键问题： 干式盘型液压制动器结构及受力设计计算； 需要解决的问题：（ 1）制动器轴向压紧力，（ 2）摩擦片制动可靠性，（ 3）摩擦片开启可靠性及摩擦片比压的计算，（ 4）制动器主要零件的设计。 （ 5）密封与紧固标准件的选择。 通过查阅相关文献及应用，本设计基于已知的基本设计参数提出如下总 体方案，设计参数的提出是为详细设计提供方向和参考，在后面的设计中可对参数做适当的修正，得到较匹配的具体参数。 8 干式多盘型液压制动器的整体结构如 图。 图 1 整体结构 9 3 干式盘型液压制动器结构设计 一般来说，对摩擦元件的材料要求有如下几个方面： （ 1）具有高而稳定的摩擦系数，对温度、压力、滑动速度变化不敏感，动静摩擦系数差值小。 对于干式摩擦片我一般要求摩擦系数值的波动量不超过正常平均值的 177。 15%。 对于湿式摩擦片摩擦系数数值的波动值不应超过177。 20%； （ 2）具有足够的强度和良好的耐磨性； （ 3）导热性好，热容量大，能经受较高的温度二无明显的变形或碳化、腐蚀等引起材质的改变； （ 4）抗胶合性能好，不擦伤对偶的摩擦表面；易跑合，耐油无腐蚀； （ 5）工艺性好，摩擦时没噪声、没振荡、没杂味、没污染物，成本低。 在本设计中，设计的是干式液压制动器，故要求摩擦片具有摩擦系数大，导热和耐热性好等特性，因此，在查阅相关资料后，选择铜基粉末冶金材料作为摩擦片的材料。 铜基粉末冶金材料具有相当高的摩擦系数，并具 有良好的导热性和耐热性（许用工作温度可达 560176。 C），工作可靠。 此外还具有相当高的强度和良好的耐磨性，其许用压强高于其他摩擦材料，可用作摩擦片衬片或摩擦块，在湿式或干式条件下与钢或铸铁配对，用于重载或高速工况。 粉末冶金材料用的是 粉末冶金工艺制得的半致密材料、多孔材料和全致密材料（包括制品）。 粉末冶金工艺具有传统熔铸工艺所无法得到的独特的化学组成和物理性能，如材料的材料组织均匀，无宏观偏析（合金凝结后其的截面上不同的位置没有因为液态合金宏观流动而造成的化学成分不均匀现象）、孔隙度可控，可以 一次性加工成型等。 平常按照用途可分为七类。 ①粉末冶金减摩材料。 又称烧结减摩材料。 经过在材料孔洞中浸泡润滑油或者在材料的成分中添加固体润滑剂或减摩润滑剂制得。 材料接触面之间的摩擦系数小，在有限 10 润滑油条件下，可靠性高、使用寿命很长；并在干摩擦条件下，依靠自身或表层含有的润滑剂，就是具备有自行润滑效果。 非常庞大的用作支承衬套、制造轴承或者作端面密封等。 ②粉末冶金多孔材料。 还叫做多孔烧结材料。 材料是由球形状或形状不很规则的金属或者合金粉末来经成型、烧结制成。 材料内部孔道互相贯通、相互交错，通常有 30%～60%的 体积孔隙度，孔径大小有 1～ 100 微米之间。 透过性能和导电、导热性能非常的好，非常耐低温、高温，也抗介质腐蚀，而且抗热振。 通常用来制造过滤器、多孔电极、防冻装置、灭火装置等。 ③粉末冶金结构材料。 还叫做烧结结构材料。 能承受扭曲、拉伸和压缩力，而且能够在摩擦磨损条件下工作。 因为材料里面有残余孔隙，其冲击值和延展性比化学成分相同的铸造锻件低很多，因此其应用范围受到了很多的限制。 ④粉末冶金摩擦材料。 还叫做烧结摩擦材料。 由润滑组元（包括铅、石墨、二硫化钼等）、基体金属（包括铜、铁或其他合金）、摩擦组元（二氧化硅、石 棉等）三部分组成。 它的摩擦系数很高，而且能非常快转化动能，传动、制动速度也快快、磨损小；耐高温，强度高，导热性好；抗咬合性好，受油脂，耐腐蚀、潮湿影响小。 制造制动器和离合器非常的合适。 ⑤粉末冶金工具模材料。 包括粉末冶金高速钢 、硬质合金等。 它的晶粒渺小，组织匀称，没有偏析，比熔铸高速钢耐磨性和韧性好，热处理变形非常小，使用寿命很长。 可用于零件、模具和制造切削刀具的毛坯件。 ⑥粉末冶金电磁材料。 包括磁性材料和电工材料。 电工材料中，用作电能头材料的有铂、银、金等贵重金属的粉末冶金材料以铜、银为基体添加铁、镍、 钨、碳化钨、石墨等做成的粉末冶金材料；用作电极的有钨镍铜、钨铜等粉末冶金材料；用作电刷的有金属 石墨粉末冶金材料；用作电热偶和热电合金的有钨、钽、钼等粉末冶金材料。 磁性材料分为硬磁材料和软磁材料。 软磁材料有磁性粉末、磁粉芯、软磁铁氧体、矩磁铁氧体、压磁铁氧体、正铁铁氧体、微波氧体和粉末硅钢等；硬磁材料有磁记录材料、稀土钴硬磁、 硬磁铁氧体 、微粉硬磁、磁性塑料等。 用于制造各种传递、转换、储存信息和能量的磁性器件。 ⑦粉末冶金高温材料。 囊括粉末冶金高温合金、金属陶瓷和合金、 难溶金属 、纤 11 维强化和弥散强化材料 等。 用于制造高温下使用的喷头、涡轮、叶片及其他耐高温零部件。 摩擦材料的组成成分复杂，含有金属、非金属 (聚合物、矿物质、碳素等 )成分，对它们对偶副的摩擦过程不能用金属摩擦副理论来解释，可以借鉴这些论点来辨析制定的摩擦副。 常用的有粘着摩擦理论、分子一机械理谢。 1．粘着摩擦理论认为：①摩擦表面处于塑性的接触的状态。 由于实际接触面积的A只占表观的接触的面积的非常小部分，在载荷的作用下峰点的接触处的应力达到受压的屈服的极限从而产生的塑性的变形。 此后的接触点的应力是不再改变的， 只能够靠着扩大的接触的面积来支承继续增加的载荷。 所以有 sAN  式中： A实际接触面积， s 屈服极限， N法向载荷 ②滑动摩擦表示的是滑动和粘着相互交替发生着的跳动过程。 由于接触点的金属正处于塑性流动状态，摩擦中接触点还有可能会有瞬时高温，因而使两种金属产生粘着，粘着点具有非常强强的粘着力。 相对的移滑动时，粘着的点被剪切后然后产生移滑动。 这样移滑动摩擦就是粘着的点变成和剪切相互替换发生的过程。 ③摩擦力是顶着粘着的作用和犁沟的作用所变成的阻力的全部。 2．分子一机械的理论认识，在适当高的压力下，摩擦的表面间实际的接触部分的微凸体相互契合，而且较硬接触面的微凸体嵌入较软表面内，在此时还有着分子之间的吸引力。 因此，摩擦本身的过程是克服表面微凸体的犁沟、机械嵌合还有表面分子间引力的过程，而摩擦力就是各接触点上由于机械嵌合、犁沟和分子引力所引起的切向阻力之和。 推出摩擦系数描述公式如下： NA  式中 A—— 实际接触面积， N—— 法向载荷， , —— 和表面的物理、机械性能有关的系数。 到目前为止对摩擦材料磨损的机理还没彻底搞清楚，还未得出为世人公认的磨损 12 定量分析及计算方法。 本世纪三十年代德国 Fiich sel 认为磨损过程是先表面变形，继而变形金属从基体脱离。 Fink 及 Siebel 等发现金属在磨损过程中可能氧化，且工作条件不同，磨损型式又有很大差别。 五十年代 Kerriadge 指出金属在摩擦接触面之间的转移和金属的消耗两者的区别，认为前者金属基体的直接转移形成剧烈磨损 (相当于咬合、胶合 )，后者可能发生在金属表层氧化之后，表现为缓慢的磨损。 阿查德 (J． EArchard)和汉斯 (W． Hirs0 曾得出缓慢磨损经验公式：滑动长短与载荷及消耗量成正比而与较软材料的硬度成反比。 1957 年鲍威尔 (Burwell)把磨损按机理不同划分为：粘着、磨粒、腐蚀及表面疲劳磨损。 实际工程中出现的磨损，常不局限于上述单一的型式。 从摩擦学角度上讲，把机械磨损分为磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和 腐蚀磨损四种类型。 (1)磨粒磨损，它是指外界的硬颗粒对磨表面上的硬突出物在摩擦过程中引起表面材料掉落的现象。 摩擦材料中含有纤维和硬颗粒，硬颗粒在其中起承载作用，并在接触面面形成很多比其偶件硬的小凸出，在摩擦过程中，这些小凸起像刀子一样，对其偶件表面进行切削，在多次作用力的状况下，这些小凸起物因为劳累而断开形成碎末，或者原因摩擦表面温度升高，树脂变软，结合力降低，硬质点脱离材料机体形成磨屑。 形成的磨屑将会导致摩擦材料和对偶的磨损增大，使摩擦系数增大。 (2)粘着磨损，是当摩擦副表面相对滑动时，因为粘着效应所 形成的粘着结点发生的切断断裂，被剪切的材料或脱落成碎末或由一个表面移动到另一个表面的现象。 摩擦材料与其偶件在压力作用下，表面上微凸起受到应力较大，发生塑性变形，当摩擦材料在偶件表面上移滑动时或着压在表面上随后拉开时，表面上一些小颗粒将会从一个表面粘附到另一个表面上，有时被粘附的材料因为原因又会回到表面上，因而发生反粘附。 这些被转移的表面材料经过反复地粘附与反粘附及挤压等过程，会发生加工硬化、疲劳、氧化等 过程，从而形成磨屑脱落下来。 为获得较高的摩擦系数，摩擦材料与摩擦盘之间可有一定的粘着，但过大会加剧粘着磨 损，严重的粘着磨损，最终将摩擦材料成片撕裂。 摩擦过程中，真实接触面上的众多接触点将首先产生局部温升，形成局部“热点”， (Hot Spotting)，研究发现，由冷焊产生的粘着一撅裂磨损能使接触面瞬间温度升高到 760。 C。 一旦对偶件接触面的小块面积开始承受多出的载荷并且比周边温度高时，它将膨胀并伸 13 出“平均水平面”，形成“热点”，而使表面压应力的变化，进而使得热点周围的区域发生塑性变形，也可能发生冶金变化。 当热流输入下降很快或是制动很快结束时，这一区域的材料很快地被冷却，可能发生由珠光体到马氏体的相变。 在一定的 条件下，可生成摩擦奥氏体、摩擦马氏体，由于马氏体占用的空间比原材金属大，使得这一相变区域更为突出，因此在这一区域及其周边取悦有可能有初始裂纹形成。 还有，在热点处所马氏体非常硬，可能引发表面刮削现象的加强。 (3)疲劳磨损，是两个互相滑动接触的摩擦表面，在循环变化的接触应力作用下，由于 材料疲劳剥落而形成凹坑的现象。 在制动过程中，摩擦材料与其对偶进行相对滑动，在两者接触区将造成很大的应力和塑性变形。 在长期反复的交变应力作用下，摩擦材料及其偶件表露某些薄弱环节处将会引发疲劳裂纹，并逐步扩展，最后将可能以微细薄片 形式断裂剥落下来。 在每次制动时，材料表层温度都会随制动升高，导致材料的热疲劳，在长期反复热应力作用下，会加速材料表面裂纹的产生与扩展，加速材料的疲劳磨损热疲劳是指材料在经受温度变化时，因其自由膨胀和收缩受到了约束，从而产生了循环应力和循环应变，最终导致龟裂而破坏的现象。 在制动过程中主要是热疲劳磨损，它是在制动过程中由于表面接触的分散性，每经过一个接触斑点就有一变形波。 表面接触处承受循环应力的作用，反复制动时将产生较大的温度梯度，受循环热应力的作用，表面或在表层、多相的晶接口或接口处将产生裂纹，裂纹扩展至小块 磨粒而剥落。 对于粉末冶金摩擦衬片，材质的多孔性就形成许多应力源，在反复热应力作用下，易出现疲劳磨损；对于有机摩擦衬片，在填料 — 粘合剂或填料 — 填料接口间总存在一些粘合强度的薄弱点而成为裂纹的根源。 分析表明，摩擦制动器磨损的主要原因是它们的摩擦材料在工作中产生裂纹并且随着这些裂纹的扩展而造成的。 摩擦材料上出现的裂纹是属于疲劳磨损。 摩擦制动器中摩擦材料的裂纹分为三类：①垂直于滑动方向的裂纹，这是由于摩擦力引起材料表面层内的拉应力作用的结果；②平行与滑动方向的裂纹，这是由于摩擦材料本身的热弹性和热塑性不稳定的结果 ；⑨距表面一定距离处的裂纹，这是由于摩擦表面受粗大磨粒作用而造成应力增大的结果。 摩擦磨损过程是在对偶件表面微凸体的接触面积上进行的，所以材料的磨损受到接触区的应力状态和温度以及零件相对移动速度和名义接触面的形貌的 14 影响。 对于有机基衬片一金属摩擦副而言，摩擦表面温度场分布的不均匀以及接触温度的过高会引起材料表面一系列力学、物理 — 化学变化 (如热弹性不稳定性、材料的热降解、热变形等 )。 摩擦热引起衬片中的有机物组分间发生热降解等一系列化学反应和物理作用，其反应速率随温度呈指数增加。 在接触界面形成转移膜，出现“制动热 衰退”现象和“氢脆”现象，促进磨粒的形成，加剧材料的磨损。 分析盘式制动器的结构特点，制动时制动盘与摩擦片处于周期性摩擦接触，这种移动热源所产生的热冲击会导致制动盘发生热疲劳裂纹。 也是接触界面摩擦学特性发生变化 (转化膜的形成和稳定性、热衰退 )的重要原因。 摩擦热还会导致制动压力不均匀分布和表面温度梯度的变化。 (4)腐蚀磨损是在摩擦过程中，金属与周围介质发生化学或电化学反应而产生的表面损伤。 综上所述，在摩擦过程中，材料的磨损可能不止一种磨损机理在起作用，而是几种可能同时作用，并且在不同摩擦阶段，可能会有不同的 磨损机理起主导作用，有时可相互转化，同时材料的磨损并不仅限于以上几种，这些都给认识和研究摩擦材料的磨损机理带来一定的难度。 干式盘型液压制动器是专为动力电机配套使用而设计的。 它具有良好的制动性能，也可以在其他机械系统中使用。 多盘干式液压制动器的基本结构如 2 所示，多盘摩擦式液压制动器由摩擦片、制动盘、进油口、弹簧、前后盖、活塞、缸体等零件组成，这种制动器是一种常闭干式液压盘式摩擦制动器，在通常情况西安，依靠一组圆柱压缩弹簧产生的压力作用在活塞上压紧摩擦片与摩擦盘而产生制动力矩，当制 动机械需要转动时，将压力油通过液压油路输送到缸体内，此时，液压力将活塞推开，摩擦片与摩擦盘分离。 机器开始转动工作。 多盘摩擦式液压制动器的特点是：结构简单、操作灵活。