本科毕业设计--节能型抽油机刹车系统设计生.doc

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毕业设计（论文）报告纸

毕 业 论 文

课 题 名 称
节能型抽油机刹车系统设计

分 院/专 业
机械工程学院/机械制造与自动化
班 级

学 号

学 生 姓 名
赵达睿

摘 要
本说明书主要介绍了抽油机刹车机构的设计探索，先绍了抽油机制动系统的设计意义、研究现状以及设计目标。然后对制动系统进行方案论证分析与选择，主要包括制动器形式方案分析、制动驱动机构的机构形式选择。抽油机刹车过程中出现的问题，通过对刹车装置的计算分析，找出故障原因和能有效解决问题的方法，从而对刹车操纵装置传动部分进行改进，达到满意的刹车制动效果。最后确定方案采用内胀式刹车机构系统，内胀式刹车结构系统具有良好的刹车制动性能，其具有的自刹车性能，可以很好的保证抽油机的正常生产以及操作人员的人生安全。除此之外，还根据已知的抽油机相关参数，通过计算得到了制动器主要参数、制动力矩和制动力等相关参数,以及对关键的零部件进行设计和校核。最后对制动性能进行了详细分析。
关键字：制动 内胀式制动器 故障分析 刹车装置 安全生产

Abstract
This paper mainly introduces the design of braking system of the pumping units. First of all , introducing the braking system's design significance, current research and design goals .Then the program analysis and selection of the braking systems is in progress , which includes the form of the braking system , the selection of the braking driving mechanism .Through finding the problems in the pumping process , it aims at solving problems of difficulty with adjustment of draw bar type brake gear on pumping unit , the source of trouble was hunted through the calculation analysis and the effective solution was obtained . The improvement was made on the operation device of brake gear in order to satisfy the braking requirement . At last, the plan adopting the within the expansion brake system , with it's good self-braking performance which can ensure normal production and the safety of the workers . Besides , this paper also introduces the designing process of front brake and rear break ,braking cylinder , parameter's choice of main components braking and channel settings , as well as to check the key parts , and the analysis of brake performance.
Key words: braking; braking disc; fault analysis; brake gear; production safety

目录
第1章 绪论.......................................1
1.1制动系统设计的意义.............................. 1
1.2制动系统研究现状.............................. 1
1.2.1 电控刹车系统.............................2
1.2.2 气控刹车系统.............................3
1.2.3 液压盘式刹车系统............................3
1.3本次制动系统设计应达到的目标...................4
1.4本次抽油机刹车系统设计任务.....................4
第2章 刹车系统方案论证分析与选择................... 5
2.1 LZCB型链条抽油机的工作原理............................... 5
2.2 鼓式制动器..................................... 5
2.3 盘式制动器.....................................8
2.4 带式制动器.....................................8
2.5 结论.................................... 9
第3章 刹车结构的设计..............................10
3.1 电动机的选择...................................10
3.1.1 起升功率的计算...............................10
3.1.2 传动装置的总功率.............................10
3.1.3 确定电动机转速...............................11
3.2 传动参数的计算.................................12
3.2.1 计算总传动比.................................12
3.2.2 分配减速器的各级传动比......................12
3.3 刹车制动系统的设计............................15
3.3.1 刹车轮及其附件的设计.......................15
3.3.2 传动机构的设计.............................17
3.3.3 搬杆座的加工设计...........................19
3.3.4 曲柄的设计与改进方案.......................20

3.3.5 操纵杆的设计...............................22
3.3.6 刹车摩擦材料得分析.........................22
第4章 抽油机刹车操作规范..............................25
4.1调整抽油机刹车行程..............................25
4.1.1抽油机停油....................................25
4.1.2调整刹车行程..................................25
4.2抽油机刹车不灵或自行溜车的故障及处理方法....... 25
结论 .............................................27
参考文献..........................................28
致谢..........................................29

V

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毕业设计（论文）报告纸
第1章 绪论
1.1 制动系统设计的意义
在现代工业中，抽油机的大量应用已经大大加快了经济的发展。一般我们所看到的是带有一个很大的扇形铁块来回运动的抽油机，我们形象的称之为“磕头机”。近年来，随着抽油机技术的发展，出现了各种类型的抽油机。如国内出现的长冲程式抽油机，游梁式抽油机，这包括干扰平衡游梁式抽油机、偏轮游梁式抽油机、常规游梁式抽油机等，节能型抽油机。
作为抽油机的核心部件之一的刹车系统，其在抽油机中起着非常重要的作用。刹车系统的安全可靠性不仅关系到油田的正常生产能否顺利进行，而且还涉及到操作人员的人身安全问题。抽油机刹车机构是抽油机的制动装置,为了保证抽油机各项操作的顺利进行，抽油机刹车必须灵活可靠。由于长时间使用，抽油机刹车片与刹车轮之间会造成间隙过大。因此，应经常检查和调整抽油机刹片，保证其灵活好用。本次毕业设计课题为节能型抽油机刹车系统的设计探索。
1.2 制动系统研究现状
抽油机在工作过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到油田的正常生产和操作人员的人身安全，因此制动性能是抽油机非常重要的性能之一，改善抽油机的刹车性能始终是抽油机设计制造和改进的重要任务。当抽油机需要停机或进行相关停机作业时，作用力在杠杆作用下传递到刹车蹄片，使其对刹车毂进行抱紧动作。此时，刹车蹄片与刹车毂之间产生静摩擦力，从而对刹车毂及与刹车毂相连接的减速箱输入轴产生静扭矩，从而达到工作制动。因此制动过程受力情况分析是抽油机试验和设计的基础，由于这一过程较为复杂，因此一般在实际中只能建立简化模型分析，通常人们从三个方面来对制动系统进行分析和评价：
1）制动效能：即制动减速度；
2）制动效能的恒定性：即热衰退性；
3）制动时抽油机的稳定性；
正是基于刹车系统对于抽油机的重要性，在国内外出现了不同类型的刹车系统。它们的刹车工作原理及操作方法不同，但其主要目的是为了更好的保证生产，提高劳动效率及保障操作人员的人身安全。以下将作一一介绍：

1.2.1 电控刹车系统
随着科学技术的进步，石油机械正逐步迈向远程网络电脑自动控制阶段，国外部分油田的抽油机也实现了电脑联网、远程数据采集、工作运行全程自动控制。目前，国内油田使用的抽油机都是采用机械式手刹车装置，虽然具有简单可靠等特点，但是不能与电脑自动控制系统接轨，特别是在抽油机无人现场值守或运行的抽油机分布较广等情况下，都会发生不能及时刹车断电等问题，给安全运行带来隐患。
如图1-1所示是一种电控刹车装置。该刹车装置主要包括电磁转换部分、传动部分和固定支撑部分。电磁转换部分包括电磁铁和衔铁，传动部分包括固定架、复位弹簧、拉杆和自锁装置，固定部分包括底座和支架。其工作原理是：当电磁转换部分接收到刹车信号后电磁铁吸合，通过传动部分将刹车片锁紧，起到电控刹车作用。该装置适用于油田全程电脑自动化控制，抽油机停机后可向其发出刹车指令，实现远程自动电控刹车。

图1-1 电控刹车装置
1一底座；2一电磁铁；3一安装架；4一衔铁；5一支架
6一复位弹簧；7一拉杆；8一自锁装置

1.2.2 气控刹车系统
气控刹车系统是根据改造后钻机工况要求及考虑司钻的工作环境开发的一项新的刹车系统，目前已在国内应用。该系统使得司钻由原来的露天操作大刹把改为司钻控制房内操作气控阀来完成整个钻井任务，这不但改变了司钻的工作环境，减少了劳动强度，保证人身安全，而且提高了整个钻机的自动化控制水平。
气控刹车装置由司钻控制房、刹车装置、监视通讯系统、模拟高度指示仪4部分组成，在不改变原绞车结构的情况下，取掉原来的大刹把，在装刹把的位置装一联轴器与气控刹车装置连接就可。气控刹车系统工作原理如图1-2所示。

图1-2 气控刹车装置工作原理图
1.2.3 液压盘式刹车系统
中国石油勘探开发研究院采油采气装备所于1997年研制成功了PST25型杠杆可调节浮动油缸常闭式盘式刹车，并在1998年将液压盘式刹车装置设计进一步优化，行成了以制动执行机构、液压站和操作台三部分的制动组成部分。目前，该装置经过改进，已广泛应用于国外大型开采公司。如图1-3所示为液压盘式刹车系统的制动执行机构。

图1-3 液压盘式刹车系统的制动执行机构
1一滚筒；2一刹车盘；3一工作钳；4一钳架；
5一安全钳；6一过渡板
1.3 本次制动系统设计应达到的目标
对抽油机刹车制动系统的设计，以改善和提高刹车工作制动的安全性、可靠性、牢固性和可操作性。
1）具有良好的制动效能；
2）具有良好的制动效能稳定性；
3）制动时抽油机工作稳定性好；
4）制动效能的热稳定性好；
1.4本次抽油机刹车系统设计任务
1）了解抽油机的组成部分及工作原理。
2）对比分析不同刹车系统的优劣，并根据实际情况选择满足工作要求的刹车结构。
3）根据抽油机基本参数对刹车系统的主要部件进行设计计算，并选择合适的制动器部件。合理设计刹车系统，满足抽油机相关要求。
4）绘制刹车系统装配图及各零件图。
5）将方案论证的结果及设计计算的结果整理，完成毕业论文。

第2章 刹车系统方案论证分析与选择
2.1 LZCB型链条抽油机的工作原理
电动机通过窄V带将其高速旋转的运动传递给减速器的输入轴，经中间轴后带动输出轴，输出轴驱动主动链轮旋转，输送链条在平行布置的主动链轮与从动链轮之间运转，链条上的特殊链节通过销轴和换向器连接，随着链条做循环往复运动。装有滑动轴承的特殊链节一端用链条通过导轮与抽油杆连接，另一端用链条通过两个导轮与重力平衡箱连接，实现抽油杆的上下往复运动。根据井压变化情况，调整平衡箱内的铸铁配重块，以此满足抽油机的精确平衡。

图2-1 LZCB型链条抽油机
LZCB抽油机组成部分：
（1）游梁部分：导轮，游梁，横梁，尾梁，连杆，平衡板。
（2）支架部分：中央轴承座，工作梯，护栏，机架，支架。
（3）减速器部分：底座，减速器，曲柄，配重块，刹车机构等部件。
（4）配件部分：电机座，电机，配电箱。
2.2 鼓式制动器
鼓式制动器是最早形式运用与汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛应用于各类汽车上。鼓式制动器又分为内胀式鼓式刹车制动器和外抱式刹车鼓式制动器两种结构型式。内胀型鼓式制动器的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，后者则安装在制动底板上，而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半轴套管的凸缘上，其旋转的摩擦元件作为制动鼓。制动时，利用制动鼓的圆柱
（6） 下降管、上升管（水冷壁）、给水管等组成水循环回路。
内表面与制动蹄摩擦蹄片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。目前，油田上使用的抽油机在生产过程中，刹车鼓轴键槽变形后会造成刹车系统失灵，灵敏度降低，甚至失效，最终导致刹车鼓报废，从而增加了生产成本，降低了生产效率。外抱型鼓式刹车制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带，其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外圆柱表面与制动带摩擦片的内圆弧作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。通常所说的鼓式制动器就是指这种内胀型鼓式结构。
1）内胀式刹车制动器
如图2-2所示刹车锁紧装置是由调节拉杆1、复位弹簧2、固定支座3、U型挡板4和锁紧螺母5组成。其中，调节拉杆1与抽油机刹车机构中的刹车箍7连接，复位弹簧2和固定支座3穿装在调节拉杆1上，固定支座3固定连接在抽油机减速箱上，用于固定调节拉杆1及刹车箍7与刹车轮之间的相对位置。U型挡板4穿装在调节拉杆1上与刹车操纵连杆连接的一端，并与刹车箍7的外侧相接触，锁紧螺母5位于U型挡板4的内侧，并与调节拉杆1通过螺纹连接。调节拉杆1一端的端部设有连接孔6，用于调节拉杆1与抽油机刹车操纵连杆的铰连接。

图2-2 内胀式刹车制动器
工作原理：当需要停止抽油机运行，进行设备保养、调整、更换油井作业时，可扳动刹把，通过调节拉杆1、固定支座3和复位弹簧的作用，使刹车箍7的开口端向中间合拢，将刹车轮抱紧，抽油机停止运行。此时，可转动锁紧螺母5，使其沿调节拉杆1移至U型挡板4中离刹车箍7较近的一侧，并靠U型挡板4的阻挡作用将刹车箍7锁紧在刹车状态。即使出现误碰、误松刹把或刹车操纵机构中的棘齿、棘轮出现故障，刹车箍7也不会出现松脱现象。由此避免了机械、人身事故的发生。当设备保养、调整、更换油井作业完毕，需要启动抽油机运行时，只要用扳手转动锁紧螺母5，使其沿调节拉杆1移

至U型挡板4中离刹车箍7较远的一侧，然后松开刹把，通过复位弹簧2的推力，即可将刹车箍7松开，启动抽油机运转。
2）外抱式刹车制动器
如内胀式刹车制动器一样，外抱式刹车制动器也是靠刹车片和车轮毂接触时发生摩擦而起到制动作用。

图2-3 外抱式刹车制动器
如图2-3所示外抱式块式制动器，具有左右螺纹的螺杆5绕线x-x转动，带动螺母1和4相向移动而缩短距离，使摇杆2和6分别沿顺时针和逆时针方向转动，从而带动左右两闸块a制动轮3。
内胀式制动器与外抱式制动器的优劣比较：
内胀式制动器优点：自刹作用，内胀式刹车具有良好的自刹作用，由于刹车来令片外张，车轮旋转连带着外张的刹车鼓扭曲一个角度（当然不会大到让你很容易看的出来），刹车来令片外张力（刹车制动力）越大，则情形就越明显；内胀式制动器结构紧凑，可用于安装空间受限制的场合；另外，内胀式制动器制造成本低。
内胀式制动器缺点：由于内胀式刹车来令片密封于刹车鼓内，造成刹车来令片磨损后的碎削无法散去，从而影响了刹车鼓与来令片的接触而影响刹车性能。
外抱式制动器优点：由于外抱式刹车制动器没有密封，因此刹车削不会沉积到刹车轮上，且随着刹车轮的离心力作用，可以将刹车削向外抛去；外抱式制动器简单可靠，散热性好；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；另外，因为其是独立的零件，故更容易维修。
外抱式制动器缺点：外抱式制动器包角和制动转矩小，制造比较复杂，杠杆系统复杂，制造成本较高。

2.3盘式制动器
盘式制动器是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均匀。制动转矩大小与旋转方向无关，制动封闭形式防尘防潮。摩擦面散热条件仅此于块式和带式，温度较高。可采用多组布置，又可控制液压，使制动转矩可调性好。适于应用在紧凑型要求高的场合，如车辆的车轮和电动葫芦中。大载荷自制盘式制动器靠重物自重在机构中产生的内力制动，它能保证重物在升降过程中平稳下降和安全悬吊。主要用于提升设备及起重机械的起升机构中。
盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两大类。
1）钳盘式
钳盘式制动器按制动钳的结构形式不同可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等。
定钳盘式制动器：这种制动器中的制动钳固定不动，制动盘与车轮相连并在制动钳体开口槽中旋转。具有以下优点：除活塞和制动块外无其他滑动件，易于保证制动钳的刚度；结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多，容易实现鼓式制动器到盘式制动器的改革，能很好地适应多回路制动系的要求。
‚浮钳盘式制动器：这种制动器具有以下优点：仅在盘得内侧具有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管，液压缸冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小；成本低；浮动盘的制动块可兼用驻车制动。
2）全盘式
在全盘制动器中，摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆盘形，制动时各盘摩擦表面全部接触，其作用原理与摩擦式离合器相同。由于这种制动器散热条件较差，其应用远远没有钳盘式制动器广泛。
2.4带式制动器
带式制动器构造简单紧凑。包角大，制动转矩大。制动轮轴受较大的弯曲作用力，制动带的压强和磨损不均匀，且受摩擦因数变化的影响较大，散热差。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。适于要求结构紧凑的场合，如用于移动式起重机中。
带式制动器按带型可分为: （1）简单带式
（2）差动带式
（3）综合带式
2.5 结论
综合以上制动器，考虑到抽油机工作的性质和条件，制动器合理的制动转矩及其重要性不仅关系到油田的正常能否顺利生产，而且还涉及到操作人员的人身安全问题，决定在生产中选用内胀式制动器刹车结构，正是考虑到其特有的自刹车作用，能够保证抽油机安全生产和操作人员的人身安全问题。

第3章 刹车结构的设计
由抽油机工作原理知，电动机将其高速旋转运动传递给减速箱的输入轴，经中间轴后带动输出轴。刹车系统装置正是通过其将减速箱制动，从而达到刹车制动的目的。为此，要对刹车系统进行设计，首先应计算出刹车系统的制动力矩，故而要知道输入轴的输入扭矩。所以，在设计刹车系统之前，首先对减速器进行设计，其中包括：电动机的选择；传动参数的计算。
3.1电动机的选择
3.1.1 起升功率的计算
悬点载荷：Fmax=91KN
起下速度：V=（5/24 ~ 1/3 ）m／s
则起升功率为：Pw= Fmax ×V=91×（5/24 ~ 1/3 ）Kw=(19 ~ 30.3)Kw
即最大起升功率：Pw=30.3Kw
3.1.2 传动装置的总功率
选择传动方案如下图3-1所示：

图3-1 传动装置运动简图
这一功率由电动机带动减速器来实现，则由电动机至传动链的传动总效率为，即有：
（3-1）
其中分别为每一传动副的传动效率，分别为：
带传动： =0.95 (0.92 – 0.97 )
滚动轴承： =0.98
齿轮传动： = 0.98 （齿轮精度为7级，不包括轴承效率）
联轴器： = 0.98（凸缘联轴器）
链传动： = 0.91
则有

所Pd = Pw/ηa = 30.33/0.758 = 39.974kw （3-2）
3.1.3确定电动机转速
根据所选链及链轮可确定主动齿轮轴的工作转速为：
（3-3）
按表推荐的传动比的合理范围。
取V带传动的传动比：
二级圆柱齿轮减速器的传动比：
则传动比的合理范围为：
故电动机转速的可选范围为：

由于动作过程中电动机需要经常改变方向，所以需要选择可以反转的电动机，根据容量和转速，选择“YBD系列隔爆型三相异步电动机”。(设计中经常选用1500r/min或1000r/min的电动机；如无特殊要求，一般不选用3000r/min,750 r/min的电动机)
其主要性能如表3-1：
表3-1 电动机性能表
型号
额定功率
（Kw）
电压
(V)
电流
(A)
同步转速
(r／min)
效率
(%)
功率因数

YBD-280M-6
55
380
104.8
1000
90
0.87
2．0

3.2 传动参数的计算
3.2.1 计算总传动比
YBD-280M-6型电动机
总传动比： （3-4）
分配传动装置传动比由公式 （3-5）
式中,分别为带传动和减速器的传动比，为使V带传动的外廓尺寸不至于过大，故初取：=3.0
则减速器传动比为
3.2.2 分配减速器的各级传动比
按展开式布置，考虑润滑条件，两极大齿轮应有近似的浸油深度(即使两个大齿轮直径相近)，可由《机械设计课程指导书》图12展开式曲线查得有=4.555
则
传动装置各轴的运动及运动参数：
为进行传动件的设计计算，要推算出各轴的转速及转矩（或功率），将传动装置各轴有高速至低速依次定为：Ⅰ轴，Ⅱ轴，Ⅲ轴，Ⅳ轴。
i为相邻轴间的传动比；
为相邻两轴间的传动效率；
为相邻的输入功率（kw）；
T为各轴的输入转矩（Nm）；
n为各轴的转速。
则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算，得到个轴的运动和动力参数：
各轴转速
1） ----电动机同步转速
-----电动机至工作轴的传动比
=1000 r／min

I轴：
Ⅱ轴：
Ⅲ轴：
IV轴:
② 各轴输入功率：

Ⅰ轴:
Ⅱ轴：
Ⅲ轴：
IV轴:
③ 各轴输入转矩：
（3-6）
Ⅰ轴
Ⅱ轴
Ⅲ轴
IV轴
数据归纳为下表3-2：

表3-2 传动装置各轴运动参数

名称
输入功率P(KW)

输入转矩T(Nm)

转速N(r/min)
传动比 i
效率
电动机
39.974
381.75
1000

3.0

0.95

Ⅰ轴
37.975
1087.99
333.33
4.555
0.96
Ⅱ轴

36.47
4736.75
73.259
3.16
0.96
Ⅲ轴
35.03
14430.25
23.159

1

0.96
IV轴
34.326
14140.25
23.159

3.3 刹车制动系统的设计
目前油田上在用的抽油机大都经过了十几年的运转，且长期处在露天环境中工作， 存在着许多使用和设计上的安全隐患。一是刹车上的张紧弹簧经过长期使用，弹簧屈服系数降低 ，两弹簧张力不一致又不能得到及时的更换，造成刹车偏刹；二是刹车没有可更换的零部件，如内胀式刹车，一些抽油机可能从装机到现在从未更换过刹车蹄片，刹车装置容易造成突然刹车或刹车不能及时刹死等潜在的隐患；三是抽油机刹车装置的保险销设计存在着缺陷，常规抽油机保险装置普遍采用的是4个槽的保险销轮（锁紧范围为90°一个点）和 6个槽的保险销槽轮 （锁紧范围为60°一个点），间距都较大，在调防冲距、调冲程时，抽油机需刹车时很难根据操作需要使刹车的位置刚好处于保险销，当转到销子插入保险销槽时，可能已经发生事故了；四是由于刹车和保险销无联动装置，容易造成刹车后未锁保险销而造成二次刹车失败，或松刹车后未松保险销，则会造成憋电机事故的发生；加之员工安全意识淡薄，停机时未使用保险销，这也增加了事故隐患。
改进的方法：
增加抽油机保险销槽轮开槽的密度
针对抽油机内胀式刹车进行抽油机保险销槽轮改造，改造的目的是尽可能缩短移动距离而能插入保险销，其方法是将现有保险销槽轮4槽改为8槽，这样45°一个点，间距变小，方便操作，保证了刹车的准确定位。若想实现抽油机任意位置的停机，则需进一步改进，如图3-2是保险销槽轮设计思路示意图，它只允许轮盘单方向转动，当反方向转动时，可立即锁死，从而实现任意位置销紧保险销。

图3-2 保险销槽轮设计思路

3.3.1 刹车轮及其附件的设计
1.制动力矩计算
由上述得作用在减速器输入轴上的扭矩为1087.99 N·m。为使刹车机构稳定制动，计算制动力矩为 , 式中，n为制动安全系数，取1.5。
参照YWZ 100-800 电力液压块式制动器（JB/ZQ 4388-1997）,选用制动器型号YWZ400/90
则制动轮直径D=400mm,B=170mm,D1=370mm,D2=275mm,d1=175mm,d2=70mm,
δ=12mm,d=80mm,L=172mm。制动转矩为1600 N·m.
制动瓦额定正压力 (3-7)
这里，L1表示制动瓦的上半部分距离，根据刹车轮的半径，这里取L1=200mm, μ表示摩擦副间的摩擦系数，取μ=0.35，b=0.5xB+0.5xD,B取为60mm,则计算得b=230mm

弹簧到刹车瓦的杠杆比 (3-8)
这里，取.则
2.弹簧的计算
刹车瓦额定工作力 (3-9)
η'表示弹簧到刹车瓦的机械效率，其值在0.9-0.95之间，这里取0.95.
则.
1）.在这里，因为弹簧是用来被压缩的，故选择压缩弹簧。根据表16-2，选用碳素弹簧钢丝C级。
2）.根据表16-5（普通圆柱螺旋弹簧尺寸系列）选择弹簧中径为,取弹簧丝直径为,由表16-3暂选,
则根据表16-2可知，
3）.由表16-2取, 现选取旋绕比C=6，则根据式16-9计算弹簧刚度为
（3-10）
安装长度 (3-11)
这里，L0表示弹簧的自由长度，取L0=240mm
则
弹簧安装力
则弹簧的最大工作力
3.制动瓦的计算
制动块摩擦面的压强 (3-12)
这里，B2=60mm, B2为制动瓦宽度，β为制动块包角，rad一般取β=70º或88º,这里取为85º.
=1.93≦Pp, Pp查表5-4-5得Pp=5，故满足条件。
制动瓦销轴孔压强 (3-13)
表示销轴孔长，取=50mm,表示销轴孔径，取=20mm,K表示动载系数，取K=1.25。
则=11.395MPa≦Psp, Psp为许用静压强，对于Q235, Psp=12-16MPa.故满足条件。
4.刹车轴的设计
根据工作条件，初选轴的材料为45钢，并进行调质处理,硬度为217-255HBS。按照扭转强度法进行最小直径估算，即。初算轴径时，若最小轴段处开有键槽，还要考虑键槽对轴强度的影响，对直径 d>100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时，应增大7%。对直径d<100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大5%-7%；有两个键槽时，应增大10%-15%。
查《机械设计》（第八版）表15-3得A0 =120，且P1=37.975kW，n=333.33r/min,
由公式 (3-14)
可得，因为在轴端有销轴，故开有键槽，
则
又因为弹簧的缘故，故取=70mm
因为要限制刹瓦的运动，故取轮毂的长度为L=20mm，轮毂直径为D=100mm
因为在凸轮的作用下，销在键槽中来回运动，故设计其长度为100mm左右。

3.3.2 传动机构的设计
传动机构的设想图如图3-3所示

图3-3 传动机构
由刹车装置的工作原理我们知道，通过手工操纵杆施加操纵力，使其带动曲轴转动，曲轴的另一端与传动杆相连接，再通过传动杆向下运动带动拉杆凸轮，通过凸轮的往复运动而带动滑动轴一同挤压刹瓦，从而抱死刹车轮进行刹车制动。
1.刹车连杆的设计：
刹车系统在调整刹车行程时主要是靠调节刹车连杆的长度来实现的，刹车连杆的连接是由螺纹连接。在这里，设计螺纹规格为d=M16,螺杆长度为L1=100mm,刹车螺栓的总长L=800mm,左右各有一个相同规格的拉杆螺栓，材料选用45钢，并经调质处理。
由上述知，作用在转臂上的作用力Femax=F1=Fe=8604.81 N，则刹车连杆所受弯矩为：
(3-15)
(3-16)
查《机械设计》表15-1，知45钢许用弯曲应力[]=60，故
，故安全。

1一刹瓦 2一刹车轮 3一滑动轴 4一调节螺母5一弹簧 6一转臂 7一拉杆
8一操纵杆 9一搬杆座 10一曲轴 图3-4 刹车装置结构

如图所示中，N=Fe=8604.81 N.设定拉杆凸轮长度为L=500mm,а=15°。
则由公式，这里，C取45mm,
故=796.44N (3-17)
此处的F1为最小下拉力，实际作用在拉杆凸轮上的下拉力应大于F1，即最小应不小于796.44N.
在拉杆凸轮与传动杆之间选用销轴连接，根据表5-78螺纹圆柱销，选用M12的螺纹圆柱销连接长度L=30mm,
则根据公式= (3-18)
销的材料选用35或45钢，查表6-2知[τ]=80MPa,故由τ<[τ]知满足条件。
2.轴的设计
根据工作条件，初选轴的材料为45钢，并进行调质处理,硬度为217-255HBS。
根据轴的扭转强度条件: (3-19)
式中：一扭转切应力，；
T一轴所受的扭矩，；
一轴的抗扭截面系数，；
一许用扭转切应力，。
根据材料的性质，查《机械设计》（第八版）表15-3知45钢的为25-45，在这里，取为30，又由上述求得。
故由上式可得
又知当在轴上开有键槽时，最小轴径应增大10%一15%，则，故取。
则依次设计轴径为30mm一40mm一50mm一40mm一35mm.
查《机械设计手册》取键长为L=40mm,采用圆头普通平键A型。轴径为30mm的键的尺寸为,轴径为35mm的键的尺寸为.
套筒的长度为60mm,且根据工作，选用滑动轴承。右端采用螺栓轴向定位，左端采用弹性挡圈紧固。

3.3.3 搬杆座的加工设计
如图所示，是抽油机刹车机构的搬杆座，由