制动器是用于机构或机器减速或使其停止的装置。有时也用作调节或限制机构或机器的运动速度。它是保证机构或机器正常安全工作的重要部分。
电力制动(再生制动、涡流制动、反接制动等)只能消耗机构或机器的一部分动能,减少或限制其运动速度,不能使运动停止。机械式制动器则具有减速、停止及支持等功能。
机械式制动器是较为常用的制动器,它主要由制动架、摩擦元件和驱动装置三部分组成。
为了减少制动转矩,缩小制动器尺寸,通常将制动器装在机构的高速轴上,或装在减速器的输入轴上。某些安全制动器则装在低速轴或卷筒轴上,以防止在传动机构中断轴时物品坠落。特殊情况下也有将制动器装在其他轴上的。
制动器的分类
制动器分类GB/T 33519-2017
序号 |
类别 |
种类 |
备注 |
1 |
按摩擦方式 |
摩擦(22))、非摩擦(5) |
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2 |
按驱动方式 |
液压、气压、电磁、惯性、重力、 离心机械、人力、自锁 |
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3 |
按工作介质 |
干式、湿式 |
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4 |
按原始工作状态 |
常闭式、常开式 |
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5 |
按冷却方式 |
水冷却型、空气冷却型 |
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6 |
按照环境要求 |
防风型、防爆型 |
制动器按摩擦方式分类GB/T 33519-2017
序号 |
摩擦方式 |
名称 |
备注 |
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1 |
摩擦 制动器 |
鼓式制动器 |
内张式 制动器 |
楔块式制动器 |
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2 |
凸轮制动器 |
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3 |
推杆制动器 |
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4 |
柱塞制动器 |
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5 |
领蹄式制动器 |
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6 |
从蹄式制动器 |
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7 |
领从蹄式制动器 |
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8 |
外抱式制动器 |
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9 |
气囊式制动器 |
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10 |
盘式制动器 |
钳盘式 制动器 |
固定(卡)钳盘式 制动器 |
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11 |
浮动(卡)钳盘式 制动器 |
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12 |
全盘式 制动器 |
单片盘式制动器 |
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13 |
多片盘式制动器 |
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14 |
圆锥
制动器 |
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15 |
块式 制动器 |
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16 |
锥盘式制动器 |
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17 |
带式制动器 |
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18 |
牙嵌制动器 |
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19 |
驻车制动器 |
手动驻车制动器 |
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20 |
电子驻车制动器 |
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21 |
行车制动器 |
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22 |
安全制动器 |
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23 |
非摩擦 制动器 |
电磁涡流式制动器 |
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24 |
缓速(制动器) |
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25 |
磁粉制动器 |
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26 |
水涡流制动器 |
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27 |
磁滞制动器 |
常用制动器性能特点及应用
1、外包块式制动器
构造简单可靠,散热好。瓦块有充分和较均匀的退距,调整间隙方便。对于直形制动臂,制动转矩大小与转向无关,制动轮轴不受弯曲作用力。但包角和制动转矩小,制造比带式制动器复杂,杠杆系统复杂,外形尺寸大。应用较广,适用于工作频繁及空间较大的场合。
2、内涨蹄式制动器
两个内置的制动蹄沿径向向外挤压制动鼓,产生制动转矩。结构紧凑,散热性好,密封容易,可用于安装空间受限制的场合,广泛用于轮式起重机及各种车辆,如汽车、拖拉机等的车轮上。
3、带式制动器
构造简单紧凑。包角大(可超过2π),制动轮轴受较大的弯曲作用力,制动带的比压和磨损不均匀(按eμα规律进行)。简单和差动带式制动器的制动转矩大小均与旋转方向有关,限制了应用范围。散热差。适于大型机器,要求结构紧凑的制动,如用于移动式起重机中。
4、盘式制动器
利用轴向压力使圆盘或圆锥形摩擦表面压紧,实现制动。制动轮轴不受弯曲。构造紧凑。与带式制动器比较,磨损较均匀,制动转矩大小与旋转方向无关,制成封闭型式,和防尘防潮。摩擦面散热条件词语块式和带式,温度较高。适用于在紧凑性要求高德场合,如车辆的车轮和电动葫芦中。
5、磁粉制动器
主要利用磁粉磁化时所产生的剪力来制动。体积小,重量轻,激励功率小且制动转矩与转动件的转速无关。但磁粉会引起零件磨损。适用于自动控制及各种机器的驱动系统中。
6、磁涡流制动器
坚固耐用,维修方便,调速范围大。但低速时效率低,温升高,必须采取散热措施。常用于有垂直负载的机械中(如起重机械的起升机构),吸收停车前的动能,以减轻停止式制动器的负载。
制动器的选择
根据使用要求与工作条件确定。
(1)要考虑工作机构的工作性质和条件。
对于起重机械的提升机构,必须采用常闭式制动器,对于水平行走的车辆等设备,为了便于控制制动力矩的大小和准确停车,多采用常开式制动器。对于安全性有高度要求的机械,需要设置双重制动器。如运送融化金属或易燃、爆炸物品的提升机构,规定必须装两个制动器,每个制动器都能单独安全地支持铁水包等运送物品不致坠落。再如矿井提升机、除在高速轴上设置制动器外,还在卷筒或绳轮上设置安全制动器。还有游乐设备中的花型类设备过山车,装有多过制动器,保证某个制动器失效后,其余制动器仍能满足设备的制动要求。对于重物下降制动(即滑摩式制动)则应考虑散热,它必须具有足够的散热面积,使其将重物位能所产生的热量散出去。
(2)要考虑合理的制动转矩。
用于起重机起升机构支持的制动器,或矿井提升机的安全制动器及一些特种设备,制动转矩必须有足够的储备,即应有一定的安全系数;用于水平行走的机械车辆,制动转矩以满足工作要求为宜(满足一定的制动距离或时间,或车辆不打滑),不可过大,以防止机械设备的振动或零件的损坏。
(3)要考虑安装地点的空间大小。
当安装地点有足够的空间,可选用外抱式制动器;空间受限处,可采用内蹄式、带式或盘式制动器。
制动器摩擦元件
制动器摩擦元件材料
摩擦元件是制动器的主要组成部分,摩擦材料的性能直接影响制动器的结合过程。其工作温度和温升速度,是影响性能的主要因素,以上又取决于摩擦副的工作条件。制动器工作时,吸收的能量越大,而完成的制动时间越短,则温升越高。分机着陆、高速重型货车制动等,都在瞬间使摩擦元件的工作表面温度达700~1000℃甚至更高。摩擦材料如超过其许用工作温度,性能就会显著恶化。对摩擦材料的基本要求如下:
(1)摩擦因数高而稳定,具有良好的恢复性能;
(2)耐磨性好,允许压强大,又不损伤对偶材料;
(3)有一定的耐油、耐湿、抗腐蚀及抗胶合性能;
(4)有一定的机械强度和良好的制造工艺性。
在摩擦面上开槽可以储集侵入的灰尘等脏物而减轻磨损。
常用摩擦材料种类金属材料和非金属材料。
金属摩擦材料有:
(1)粉末冶金摩擦材料,这种材料有较高的摩擦因数,导热性好,耐高温(许用工作温度可达680℃),耐磨,许用比压高,一般可达2.74~3.92MPa,有良好的热稳定性和磨合性,广泛用于重载工作机械。但在轻载荷条件下其耐磨性不及石棉摩擦材料。粉末冶金摩擦材料有铜基及铁基两类。铜基多用于湿式,铁基多用于干式。
(2)铸铁,铸铁的耐磨性及导热性较好,不易胶合,耐冲击性差,适用在湿式中、低速条件下工作。载荷不大时也用于干式。常用铸铁牌号有HT200等。
(3)钢,钢的耐磨性及导热性较好,但表面易划伤,适用于湿式。常用的有10#、15#、65Mn钢等。
(4)青铜,青铜的耐磨性和导热性好。
非金属摩擦材料有:
(1)石棉摩擦材料,石棉摩擦材料应用最广,其基本成分是石棉、粘接剂和用以调节摩擦性能的各种有机或无机填料。石棉摩擦材料又分为纺织类和纤维类。
(2)有机摩擦材料,如皮革、橡胶、木材等,主要用于小功率。
(3)纸基摩擦材料,主要在油介质中工作,用于液压自动变速器的传动和制动。摩擦因数稳定、磨损小。
(4)碳基摩擦材料,这是近年出现的新型摩擦材料,耐高温性能好(可达800~1000℃,甚至更高),摩擦因数稳定,耐磨性也好。
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