升降梯驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計

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1、升降梯驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計目 錄1、緒論21.1 引言31.2 升降梯介紹31.3 曳引機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)42、升降梯的驅(qū)動功率計算52.1 曳引比與曳引力5 2.1.1 升降梯的曳引傳動形式6 2.1.2 作用在曳引輪上的靜力6 2.1.3 曳引輪兩側(cè)靜拉力計算7 2.1.4 曳引輪上的靜轉(zhuǎn)矩8 2.1.5 F和Q的討論9 2.1.6 曳引輪承受的靜轉(zhuǎn)矩變化92.2 設(shè)計載荷10 2.2.1 曳引機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的計算10 2.2.2 動量定理及曳引力10 2.2.3 輸入功率的簡易計算方法123、曳引機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算133.1 普通圓柱蝸桿副幾何參數(shù)搭配方案是：133.2 幾何計算中注明的幾個問題

2、163.3 圓柱蝸桿、蝸輪、蝸輪軸的材料203.4 軸系零件的配合精度204、曳引機(jī)的設(shè)計214.1 曳引機(jī)的額定載重量214.2 額定速度214.3 曳引機(jī)的總體設(shè)計214.4 關(guān)于制動機(jī)構(gòu)位置的討論22 4.4.1 電動機(jī)的選用22 4.4.2 曳引輪224.5 整體方案討論234.6 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計的討論234.7 箱體尺寸的確定234.8 箱體肋的設(shè)置244.9 箱體設(shè)計應(yīng)合理處理的幾個問題254.10 曳引機(jī)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計264.11 軸承的選用304.12 聯(lián)軸器的選用314.13 制動機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算33 4.13.1 制動機(jī)構(gòu)的類型與特點33 4.13.2 制動器的選擇與設(shè)計344

3、.14 曳引輪的設(shè)計與計算34總結(jié)37鳴謝38參考文獻(xiàn)39附錄A附錄B1、緒論1.1 引言升降梯是機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，大力開發(fā)升降梯產(chǎn)品不公可以供給各行業(yè)部門所需的運(yùn)載設(shè)備而且可用帶動高新機(jī)電技術(shù)的發(fā)展。升降梯可分為兩大類：一類是垂直升降升降梯（簡稱垂直或通常所謂的升降梯），一類是自動扶梯（含自動人行道，簡稱扶梯或電扶梯）自動扶梯是通過電動機(jī)帶動傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動梯級執(zhí)行輸送任務(wù)的，把電動機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)，制動系統(tǒng)則是通過電動機(jī)驅(qū)動減速器，靠減速器從動軸上的曳引輪與鋼絲繩之間的摩擦力矩牽動轎廂與配重（或稱對重）上，下運(yùn)動實現(xiàn)運(yùn)輸?shù)哪康?，因為它是靠摩擦力牽動?zhí)行機(jī)構(gòu)工作，故把電動機(jī)減速器，曳引輪和輔助機(jī)

4、構(gòu)制動器作為整體，稱升降梯曳引機(jī)。曳引機(jī)分有齒曳引機(jī)和無齒曳引機(jī)兩大類，本人采用的是有齒曳引機(jī)。升降梯曳引系統(tǒng)中的曳引機(jī)減速器，曳引機(jī)（簡稱繩輪）和動輪（由曳引比體現(xiàn)）組成了升降梯的減速器多為齒輪副（含蝸桿副，行星系）減速器，該減速器中的齒輪副即為升降梯的主傳動機(jī)構(gòu)。電動機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩T1，驅(qū)動曳引機(jī)減速器中的主傳動機(jī)構(gòu)，通過減速帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，這時利用轎廂和配重的重量在曳引輪與鋼絲繩之間產(chǎn)生的摩擦力矩，拖動轎禁止與配重上、下運(yùn)動，從而完成升降梯的任務(wù),因為曳引機(jī)是決定轎廂運(yùn)行速度、控制運(yùn)行狀態(tài)的減速裝置，曳引機(jī)的技術(shù)含量、設(shè)計質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量等都會影響升降梯的工作壽命及乘客的舒服感，所以升降梯對曳

5、引機(jī)有很高的技術(shù)要求。1.2 升降梯介紹升降梯主要同曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、轎廂、配重（對重）平衡系統(tǒng)、電力拖動（動力）系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等部分組成。在升降梯的各組成部分中，電力拖動，電力控制、曳引機(jī)的組合稱為動力系統(tǒng)，它是升降梯的動力源，亦是控制運(yùn)行速度、運(yùn)行狀態(tài)和改變運(yùn)行規(guī)律的系統(tǒng)；轎廂和導(dǎo)向系統(tǒng)是升降梯的執(zhí)行系統(tǒng)；其他部分統(tǒng)稱為升降梯的輔助系統(tǒng)。垂直升降梯是建筑物內(nèi)垂直（或接近垂直）運(yùn)輸工具的總稱。其種類十分繁多，可從不同的角度進(jìn)行分類，常見的有下列幾種：按用途分類有：乘客升降梯（客梯）、客貨升降梯、貨梯（載貨升降梯）、病床升降梯（醫(yī)梯）、住宅升降梯、服務(wù)升降梯（雜物梯

6、）、船舶升降梯、觀光升降梯和車輛升降梯。按驅(qū)動方式分類有：直流升降梯、交流升降梯、液壓升降梯、齒輪齒條升降梯（已基本淘汰）、直線電動機(jī)驅(qū)動升降梯（有被交流升降梯代用的趨勢）。度方式分類（暫時規(guī)定）有：低速升降梯（v1m/s）、中速升降梯（v25m/s）、超高速升降梯（v5m/s）。按操作控制方式分類有：手柄開關(guān)操作升降梯、控鈕控制升降梯、信號控制升降梯、集稱選控制升降梯、并聯(lián)控制升降梯、群控升降梯。按有無司機(jī)分類有：有司機(jī)升降梯、無司機(jī)升降梯、有/無司機(jī)升降梯。特殊升降梯有：斜行升降梯、立體停車場升降梯、建筑施工升降梯。1.3 曳引機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)為了提高曳引機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量，必須滿足下列技術(shù)指標(biāo)：

7、(1)要確保升降梯承載能力及曳引機(jī)的強(qiáng)度升降梯承載能力從100kg到幾噸重，速度從0.25m/s到10m/s以上，亦即曳引機(jī)的功率范圍很大。在設(shè)計曳引機(jī)時，應(yīng)首先滿足在設(shè)計壽命內(nèi)，不產(chǎn)生任何失效形式的強(qiáng)度要求，其中包括電動機(jī)功率的選擇、制動力的確定，主傳動機(jī)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計或校核計算。要特別重視軸承強(qiáng)度的校核計算及地腳螺栓的設(shè)計計算。另外，繩輪可按易損件處理，其設(shè)計壽命可短一些。(2)具有較高的傳動效率曳引機(jī)的傳動效率是其綜合技術(shù)指標(biāo)。傳動效率的高低不但標(biāo)志著輸入功率有效利用的程度，而且表明了克服阻力力矩的能力，功率耗損的多少。它不僅體現(xiàn)在節(jié)約能源上的意義，同時也是曳引機(jī)技術(shù)含量、設(shè)計質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量

8、的具體體現(xiàn)。為提高傳動效率，合理選擇主傳動機(jī)構(gòu)、軸承和聯(lián)軸器是十分重要的，并且要提高制造和安裝精度。(3)具有較高的體積載荷所體積載荷是指曳引機(jī)的許用載荷（功率或轉(zhuǎn)矩）除以曳引機(jī)體積所得商。體積載荷越大表明曳引機(jī)體積越小，結(jié)構(gòu)越緊湊。不難理解，要想實現(xiàn)大的體積載荷，首先要選擇高科技型的主傳動機(jī)構(gòu)。合理地設(shè)計箱體結(jié)構(gòu)，其中同樣功率的曳引機(jī)，體積可相差1/3，重量相差到2/5。因此設(shè)計出結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕的曳引機(jī)是設(shè)計者的奮斗目標(biāo)。(4)應(yīng)滿足升降梯所需的運(yùn)動特性升降梯的工作特性決定了曳引機(jī)的運(yùn)動特征：運(yùn)動速度中等、間斷工作、變速、起動頻繁的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。為了滿足運(yùn)動特性，在設(shè)計曳引機(jī)時要特別

9、注意曳引傳動系統(tǒng)中傳動比的分配，電動機(jī)類型的選用，以及主傳動機(jī)構(gòu)齒輪副齒側(cè)間隙的保證等。(5)應(yīng)具有較低的振動和噪聲這項技術(shù)指標(biāo)對乘人升降梯特別重要。為了不造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，使乘客感到乘坐舒適，要求曳引機(jī)有較低的振動（特別是扭振）和噪聲。(6)應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計歷來是機(jī)械設(shè)計中的重要課題，對曳引機(jī)而言則更為重要。結(jié)構(gòu)設(shè)計要特別重視結(jié)構(gòu)對受力、剛度的影響；對減振、降噪、附加載荷、自身振動頻率的影響，對潤滑條件、潤滑質(zhì)量的影響等。在設(shè)計曳引機(jī)結(jié)構(gòu)時，要逐條分析、結(jié)合實力合理，沒有（或少有）附加載荷、滿足強(qiáng)度和剛度要求；潤滑條件良好；外形美觀；制造、安裝、維修工藝良好；成本較低。(7)具有靈

10、活可靠的制動系統(tǒng)制動系統(tǒng)要具有受力合理、強(qiáng)度高、壽命長、靈活可靠、結(jié)構(gòu)緊湊的性能。2、升降梯的驅(qū)動功率計算2.1 曳引比與曳引力曳引比：曳引機(jī)上曳引輪的圓周速度與轎廂速度之比稱為曳引比，用i12表示。機(jī)械效益：令曳引機(jī)中曳引輪上鋼絲繩承受的拉力為F，轎廂總重力為Q，則機(jī)械效益A=Q/F定滑輪及動滑輪機(jī)構(gòu) Q為重物，F(xiàn)為拉力，動力臂與阻力臂都是滑輪的半徑r，所以rQ=rFA=Q/F=1i12=1定滑輪機(jī)構(gòu)速度不變、力不變。2.1.1升降梯的曳引傳動形式曳引傳動形式可由定滑輪、動滑輪、組合滑輪、差動滑輪機(jī)構(gòu)組合而成。多年經(jīng)驗表明常用曳引傳動形式見下定滑輪機(jī)構(gòu)的曳引傳動 該傳動形式的曳引比i12=1

11、，機(jī)械效益A=1。增加一個過輪其目的是為了拉開轎廂與對重之間的距離。過輪使曳引輪與鋼絲繩的包角減小。一般設(shè)計盡量使包角大于135。過輪使繩的彎曲次數(shù)增多，疲勞壽命減少。曳引比為2的曳引傳動 i12=2，A=2亦即轎廂（或?qū)χ兀┑纳仙ɑ蛳陆担┧俣仁且芬唸A周速度的1/2。曳引輪兩側(cè)鋼絲繩承受的拉力分別為轎廂總重量、對重總重量的1/2滑輪組機(jī)構(gòu)曳引傳動 在轎廂（或?qū)χ兀┥细饔腥射摻z繩，有三個定輪。i12=3，A=3，亦即轎廂（或?qū)χ兀┑纳仙ɑ蛳陆担┧俣仁且芬唸A周速度的1/3，曳引輪兩側(cè)鋼絲繩承受的拉力分別為轎廂總重量、對重總重量的1/3還有大曳引比曳引傳動、復(fù)繞曳引傳動、長繞曳引傳動、雙對

12、重對曳引傳動、具有補(bǔ)償繩的曳引傳動。綜合分析之后，決定選擇第一個方案，曳引比i12 =1，機(jī)械效益A=1。2.1.2 作用在曳引輪上的靜力升降梯是靠曳引輪槽與鋼絲繩之間產(chǎn)生的摩擦力（或摩擦力矩）平衡外力，在曳引機(jī)的驅(qū)動下，牽引轎廂與對重上下運(yùn)行的。在曳引輪兩側(cè)的鋼絲繩分別系有轎廂及對重，轎廂與對重分別在鋼絲繩上產(chǎn)生拉力Q與F。Q與F是靜止情況下的拉力，故稱靜力。靜力實際上是兩側(cè)各構(gòu)件重力和對鋼絲繩的拉力。計算中用到的符號如下：Q1-轎廂的結(jié)構(gòu)自重力（N）； 取值為2900kgQ2-升降梯的額定載重力（N）； 取值為1250kgF-對重側(cè)鋼絲繩承受的總拉力（N）；Q-轎廂側(cè)鋼絲繩承受的總拉力（N

13、）；R1-轎廂至曳引輪間鋼絲繩所受的重力（N）；R2-對重物至曳引輪間鋼絲繩所受的重力（N）；G1-曳引機(jī)兩側(cè)所受總拉力之差（N）；G2-曳引機(jī)兩側(cè)鋼絲繩重力之差（N）；P-曳引機(jī)輸出軸軸頸承受的靜壓力（N）；i12-曳引機(jī)中減速器之傳動比；i12-曳引傳動的曳引比；A-機(jī)械效益；1-曳引機(jī)中減速器的傳動效率；2-升降梯的總效率；f-接觸面間相對運(yùn)動時的摩擦因數(shù)；v-轎廂運(yùn)行速度（m/s）；2-曳引輪的轉(zhuǎn)速（r/min）。2.1.3 曳引輪兩側(cè)靜拉力計算Q值從轎廂到曳引輪之間是一個曳引系統(tǒng)。也就是說轎廂的速度、重量要通過曳引系統(tǒng)中的滑輪組才能傳遞到曳引輪。當(dāng)然也可以通過滑輪組直接連接起來，這時

14、i121,A1。則可用下式求得Q值。Q=（Q1+Q2）/A+R1=（Q1+Q2）/ i12+R1R1的大小受轎廂到曳引輪之間距離的影響，亦即是轎廂位置的函數(shù)，即R1=f1(h1),于是：Q=（Q1+Q2）/A+f1(h1)曳引機(jī)強(qiáng)度設(shè)計計算中，為了安全可靠，一般規(guī)定額定載荷要乘以系數(shù)1.25,又轎廂的結(jié)構(gòu)自重一般為額定載荷的1。4倍，前文已述及機(jī)械效益與曳引比量值相等，最后Q值的計算式為：Q=2.65 Q2/+ R1式中，i12由曳引傳動機(jī)構(gòu)確定。R1 在設(shè)計曳引機(jī)時按滿載，轎廂在井道部位計算。設(shè)曳引繩的根數(shù)為n，升降梯提升高度為H，繩的直徑為d，繩的單位長度重量為q，則R1為R1=HnqF值

15、在對重側(cè)同樣是一個滑輪組傳動機(jī)構(gòu)，也有機(jī)械效益。按規(guī)定，對重取Q+Q2。稱對重系數(shù)，其值一般為0.40.5。所以對重側(cè)的拉力F可由下式計算：F=（Q1+Q2）/A+R2=（Q1+Q2）/ i12+ f2(h2)考慮到上文所述相應(yīng)問題最后得F=2 Q2/ i12+ f2(h2)Q值與F值差由式可知G1=Q-F=（Q1+Q2- Q1- Q2）/ i12+(R1+R2)=(1-) Q2/ i12+(R1+R2)實際計算時可采用簡化式G1=0.55 Q2/ i12+(R1+R2)Q值與F值之和由式可知P=Q-F=（Q1+Q2+ Q1+Q2）/ i12+(R1+R2)=2 Q1+（1+）Q2/ i12+

16、(R1+R2)實際計算時可采用簡化式P=4.55 Q2/ i12+(R1+R2)R1+R2的計算有兩種情況沒有補(bǔ)償繩時R1+R2=Hnq有補(bǔ)償繩時 R1+R2=2Hnq2.1.4曳引輪上的靜轉(zhuǎn)矩升降梯沒有運(yùn)行前，曳引輪隨的拉力差G1產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱靜轉(zhuǎn)知T（Nm），它的方向與G相同?？捎上率接嬎?，設(shè)曳引輪節(jié)圓直徑為D（mm）；則T20=DG1/（2*1000）=1/2*D*0.55Q2 / i12+(R1+R2)*1/1000電動機(jī)受的靜轉(zhuǎn)矩為T10= T20/ i12靜力P是比較大的力，作用在軸頸上要產(chǎn)生摩擦轉(zhuǎn)矩T10（Nm），其值可由下式計算：T 10=fpr/1000式中 r為軸半徑（mm）

17、T20方向與v方向相反，電動機(jī)受的摩擦轉(zhuǎn)矩為T10= T20/ i12電動機(jī)軸上承受的總靜轉(zhuǎn)矩為：T10=T10-T 10或T0=T10+T02.1.5 F和Q的討論由F值的計算式可以看出，F(xiàn)值的大小僅隨R2大小變化，在升降梯提升高度HQ的工作狀態(tài)。這時產(chǎn)生的靜力矩與G方向一致。當(dāng)F方向的靜轉(zhuǎn)矩大到一定程度時，亦即若大于摩擦力矩時，升降梯起動的瞬時，主傳動機(jī)構(gòu)的共軛嚙合面發(fā)生改變，由左齒面（或右齒面）改變成了右齒面（或左齒面），也就是這個瞬間齒面要產(chǎn)生一次沖擊，齒面改變的結(jié)果使齒輪副嚙合狀態(tài)發(fā)生了根本變化。正常（以蝸桿副為例）共軛嚙合是蝸桿為主動件。改變后的嚙合狀態(tài)是蝸輪為主動件。要特別注意，

18、無論那個齒面工作，升降梯的運(yùn)行方向不變，這是一個重要的共軛齒面嚙合現(xiàn)象。2.1.6 曳引輪承受的靜轉(zhuǎn)矩變化載荷很小時（極限情況是空載），F(xiàn)Q，靜載荷產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與F方向一致；載荷較大時（極限情況是滿載）；QF，靜載荷產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與Q的方向一致，又由P力產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩總和v的方向相反于是可得出如下規(guī)律性結(jié)論：滿載上行T20與T20方向一致要相加滿載下行T20與T20方向相反要相減空載上行T20與T20方向一致要相減空載下行T20與T20方向一致要相加所謂上行和下行是指轎廂運(yùn)行方向。關(guān)于對重系數(shù)=0.40.5，這就是說Q值和F值僅相差（0.60.5）Q2，曳引輪兩側(cè)的接力在不考慮鋼絲繩重量影響

19、的情況下，僅隨載重量Q2的變化而變化。若載重量不是滿載而是Q2時，則Q=F，這時靜轉(zhuǎn)矩理論上可為零，也就是說升降梯功率可達(dá)到最小。客梯的乘客不可能總是滿載，也不可能空載運(yùn)行，從概率上講可以判定，乘載40%60%的機(jī)率最多。而=0.40.5，可見系數(shù)的給定值是很巧妙的，這就不難斷定客梯實際運(yùn)行中電動機(jī)功率多數(shù)情況是很小的。曳引機(jī)使用情況已說明主傳動機(jī)構(gòu)齒輪副失效破損的很少。由于P力的作用，設(shè)計軸承則是一個重要問題了。2.2 設(shè)計載荷在設(shè)計曳引機(jī)時，總是按照最危險的情況考慮，所以應(yīng)采用1.25Q的超載計算，Q總是大于F。曳引機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計及電動機(jī)選擇，都應(yīng)遵循這一原則。2.2.1 曳引機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)

20、矩的計算運(yùn)行中的曳引傳動情況是很復(fù)雜的：轎廂運(yùn)行有上有下；轎廂有加速度起動、減加速度停車及勻速正常工作；有移動構(gòu)件和轉(zhuǎn)動構(gòu)件；有重量、有質(zhì)量等，所以曳引機(jī)承受的力和轉(zhuǎn)矩將受到動量和轉(zhuǎn)動慣量的影響。在分析計算曳引機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩時，要充分考慮這些因素，亦加以較全面的討論，從中尋找出最危險情況，進(jìn)行曳引機(jī)強(qiáng)度計算以達(dá)到安全可靠的目的。2.2.2 動量定理及曳引力曳引力是非運(yùn)動時的靜力。因為升降梯在運(yùn)動的全過程中，速度是變化 的，呈近似梯形，起動時有加速度，正常運(yùn)行是勻速，停層時是減加速，所以在起動和停層階段受動量大小的影響。由此在計算曳引力時涉及支動量及動量定理。動量定義：物體質(zhì)量與速度的乘積稱為動量。

21、K=mv動量定理：在一個機(jī)械系統(tǒng)中，各構(gòu)件動量對時間求導(dǎo)之和等于所有外力之和，即dmivi/dt=Fi3對于一個構(gòu)件單獨分析同樣成立。(1)上行加速起動階段，所承受的曳引力對于轎廂，它承受的重力為Q1+Q2，亦是受的外力，曳引輪對轎廂的作用力為Q，于是由式可得（Q1+Q2）dv/gdt=Q-(Q1+Q2)所以Q=（Q1+Q2）+（Q1+Q2）a/g=（Q1+Q2）(1+a/g)式中 a 加速度（m/s2），g重力加速度（m/s2）對重承受的重力為Q1+Q2也是承受的外力。應(yīng)注意v指向x方向的負(fù)值于是（Q1+Q2）/g(dv/dt)=F(Q1+Q2)F=(Q1+Q2)(Q1+Q2)a/g=(Q1

22、+Q2)(1a/g)所以可方便地求得曳引輪兩側(cè)拉力之差G1=Q-F=(Q1+Q2)（1+a/g）=(Q1+Q2)(1+a/g)整理后得G=Q-F=Q2（1-）+2Q+Q2（1+）a/g(2)中間勻速正常工作階段承受的曳引力因為是勻速運(yùn)動，所以有：Q=Q1+Q2F=Q2+Q2G1=G2（1-）1與上文計算的靜載荷一致。(3)上行減加速階段承受的曳引力和上行加速階段相比，a為a,代入上邊各式得Q=(Q1+Q2)(1-a/g) 2F= (Q1+Q2)(1+a/g)所以 G1=(Q1+Q2)(1-a/g)- (Q1+Q2)(1+a/g)最后整理得G=Q2（1-）-2Q1+Q2（1+）a/g(4)下行加

23、速起動階段承受的曳引力這種情況，加速度是“+”值，速度是“”，可求得Q；速度是正值，加速度是“+”值，可求得F于是可得與式相同的結(jié)果。(5)穩(wěn)定下行階段承受的曳引力屬于勻速運(yùn)動承受的曳引力，是靜曳引力。 (6)下行減加速階段承受的曳引力這種情況，加速度是“”值，速度是“+”，可求得Q；速度是負(fù)值，加速度是“”值，可求得F于是可得與式相同的結(jié)果。2.2.3輸入功率的簡易計算方法曳紀(jì)機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)知和功率是比較復(fù)雜。為簡化計算，通常采用簡易計算法，這種方法雖然考慮的影響因素較少，但從工程計算的角度考慮下式是可用的。有一條經(jīng)驗公式；=C1/2=0.52*80.8/78.4=0.54P=(1-)Q2v/1

24、02=(1-0.5)*1250*1.75/(102*0.54)=19.866式中 P電動機(jī)功率（kw） 升降梯平衡系數(shù)，0.450.5；升降梯機(jī)械傳動總效率；1曳引機(jī)中減速器的傳動效率，對于ZK1、ZI蝸桿傳動1=100-3.2i12=100-3.236=80.82效率比常數(shù),2=100-3.6i12=100-3.6*6=78.4電動機(jī)轉(zhuǎn)動總效率C效率常數(shù)，C=0.50.55,一般取0.52 4圖2-1 作用在曳動輪上的力3、曳引機(jī)主傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算3.1 普通圓柱蝸桿副幾何參數(shù)搭配方案是：在中心距a、轉(zhuǎn)速n1、傳動比i12給定的條件下，采用多齒數(shù)（頭數(shù)）z1、z2 ，小模數(shù)m，大直徑d1

25、(q)的設(shè)方案。該設(shè)計方案的優(yōu)點是：采用多齒數(shù)（頭數(shù)）z1的圓柱蝸桿傳動，能明顯提高傳動效率，降低油溫升，保持潤滑油粘度，改善動壓潤滑條件；可以提高生產(chǎn)率，降低加工成本，增大重合度，提高承載能力；可明顯增大蝸桿剛度，保證正確嚙合特性的實現(xiàn)，增大了蝸輪的有效寬度，減小了蝸輪的尺寸；另外改善了蝸桿、滾刀的切削性能，提高了蝸輪精度，降低了齒面粗糙度。曳引機(jī)是品種少、用量大的專用減速機(jī)構(gòu)，為實現(xiàn)“最隹”設(shè)計方案，故采用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，這為新設(shè)計方案的推廣打下了良好的基礎(chǔ)。故選用：z1=1、2、4z2=2590i12=-2063 q=1020普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算在蝸桿的基本尺寸和參數(shù)表（GB100

26、8588）4選得以下數(shù)值模數(shù)（m/mm）： 4軸向齒距(px/mm)：12.566分度圓直徑（d1/mm）：40齒數(shù)z1：2直徑系數(shù)q：10.000齒頂圓直徑da1/mm：48齒根圓直徑df1/mm：30.4分度圓柱導(dǎo)程角1：214805普通圓柱蝸桿傳動幾何尺寸計算式蝸桿齒數(shù)z1： z1=z2/i12 z1=1,2,3,4 ；根據(jù)大多數(shù)用法，選取z1=2蝸輪齒數(shù) z2 z2=i12 z1=36*2=72傳動比 i12 i12=1/ i21=1/2=n1/n2= z2/ z1=r2/r1cot=r2/p=2r2/mz1=d2/mz1=361齒數(shù)比 u u= z2/ z1=361(蝸桿主動時i12

27、=u)蝸桿軸向模數(shù)mx/mm mx=2a/(p+ z2+2x)=px/=d1/q=4.00蝸桿法向模數(shù)mn/mm mn= mxcos1=3.71蝸桿直徑系數(shù)q q=d1/mx=40/4=10蝸桿分度圓直徑d1/mm d1=qmx=10*4=40導(dǎo)程 pz/mm mz1=pz=3.14*4*2=25.12 軸向齒形角x() tanx=tann/cos1 =0.37法向齒形角n() tann= tanx cos1= 0.36n=0=20 DIN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 =1520 n=22.51df1，必須減小db1,使db1=df1蝸桿平均直徑 dm/mm dm=(da1+df1)/2=(48+30.4)/2=

28、39.2平均圓柱上導(dǎo)程角m1() tanm1=mz1/dm=4*2/39.2=0.20平均圓柱上法向齒形角nm() cosnmcosm1= cos1cosn=cos11.31*cos20=0.92蝸桿固定弦齒厚sn1/mm sn1= mcos2ndnmcosm/2 =3.14*4*cos220*39.2*cos11.31/2=213.16蝸桿固定弦齒高h(yuǎn)n1/mm hn1=(h1-sn1tannm)/2蝸輪分度圓直徑 d2/mm d2=d2=mz2=288蝸輪喉圓直徑 da2/mm da2=d2+2ha2=288+2*48=384蝸輪根圓直徑 df2/mm df2=d2=2hf2=2*30.4

29、=60.8蝸輪頂圓直徑 de2/mm de2=da2+(12)m=384+4=388 取整數(shù)蝸輪螺旋角 2() 2=1=11.31蝸輪齒寬 b2 /mm b2=(0.670.7)da1=0.68*48=32.64蝸輪有效齒寬b2 /mm b2=2mq+1= 26.53 b2=d1tan(/2)=12.703.2 幾何計算中注明的幾個問題(1)齒形的改進(jìn)齒形圓柱蝸桿嚙合特性及改善嚙合條件的幾何參數(shù)選擇原則，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)齒廓尚需改進(jìn)。齒開參數(shù)為：模數(shù)m為標(biāo)準(zhǔn)值，頂隙系數(shù)c*=0.2、齒頂高系數(shù)ha*=0.81(大模數(shù)取小值)、齒形角n=220.5、齒厚sx1=0.45mx、齒槽寬ex=0.55mx、頂

30、圓角半徑rg=0.38mn。2。普通圓柱蝸桿副的正確嚙合條件mx1=mx2=m=4n1=n2(等效t2=x1=201=2(旋向相同)i12=d2/d1tan1=36(2)不發(fā)生根切的最小變位系數(shù)xmin=(ha*+c*)z2sin2x/2=(1+0.2)*72*0.12/2=5.18(3)圓柱蝸桿傳動的強(qiáng)度計算效率是表示輸入功率有效利用的程度。亦是輸出生產(chǎn)阻力功與輸入驅(qū)動功之比所得的商。=P2/P1=1-P2*/P1=1-式中 P2、P1分別為輸入和輸出功率： P2*傳動中的損耗系數(shù)，1； 耗損系數(shù)，1； 傳動效率45,所以選擇的H0=340對于曳引機(jī)可不計蝸桿傳動的彎曲強(qiáng)度。(11)功率與轉(zhuǎn)

31、矩的計算輸入功率/kw：P1=T1n1/9.55*106=19.86輸出功率/kw：P2=P1=19.86*0.54=10.72效率=0.98tan1/tan(+)=0.98tan11.31/tan(11.31+400)=0.72轉(zhuǎn)矩T1=9.55*106P1/n1=9.55*106*19.86/1500=126442T2=T1i12=126442*36*0.72= 3277376.6463.3 圓柱蝸桿、蝸輪、蝸輪軸的材料(1)蝸桿材料采用灰鑄鐵(2)蝸輪材料采用ZcuAl10Fe3(3)蝸輪軸材料采用45號鋼或用力學(xué)性能相當(dāng)?shù)钠渌牧?。鍛造毛坯，調(diào)質(zhì)處理217255HBS3.4 軸系零件的

32、配合精度(1)與軸承配合的軸肩端面圓跳動：軸徑d/mm：50120；端面圓跳動為：15(2)各配合軸、孔、蝸桿頂圓面的圓柱度孔徑d/mm：5080； 圓柱度為：5(3)蝸桿齒頂圓的上偏差為零，下偏差da1蝸桿齒頂圓直徑da1/mm：-19(4)蝸輪頂圓、蝸桿頂圓的徑向跳動公差Eda1、Eda2，及蝸輪基準(zhǔn)端面對基準(zhǔn)軸線的端面跳動公差ET應(yīng)符合表的要求。Eda1 Eda1 ET=11(5)蝸桿（或蝸輪）軸與軸承配合處兩軸頭的同軸度應(yīng)符合軸徑d/mm50120(6)蝸輪頂圓直徑上偏差為零，下偏差蝸輪頂圓直徑上偏差為零，下偏差da2/mm80120da2：-22蝸桿齒表面粗糙度Ra1.6m。(7)蝸

33、桿軸向齒距極限偏差（fpx）的fpx蝸桿軸向齒距累積公差Fpxl、蝸桿齒廓公差fn和蝸桿齒槽徑向跳動公差fr，應(yīng)符合。對于曳引機(jī)，為了滿足蝸桿副法向齒側(cè)間隙Jn0.030.09mm,蝸輪齒厚公差和齒厚減薄量應(yīng)進(jìn)行精確計算獲得。4、曳引機(jī)的設(shè)計4.1 曳引機(jī)的額定載重量 額定載重量是指曳引比為1，平衡系數(shù)（對重系數(shù)）為0.4時，曳引輪曳引的轎廂所承受的重量，對于客梯重量為1250kg，人數(shù)為16位。4.2 額定速度 額定速度是批曳引比為1時曳引輪的圓周速度。（單位：m/s）即轎廂速度。曳引機(jī)減速器的中心距 ：160mm交流電動機(jī) (1)功率（單位：kw）：22(2)中心高（單位：mm）：200(

34、3)極數(shù)：單速為4極曳引機(jī)減速器其它幾何參數(shù)，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)GB100085-88或JB2318-79或GB9147-88的規(guī)定。電動機(jī)其它技術(shù)要求，應(yīng)符合GB12974-91。4.3 曳引機(jī)的總體設(shè)計曳引機(jī)主要由電動機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、曳引輪、機(jī)架、飛輪（手扳輪）、編碼器等部分組成。目前曳引機(jī)的組合形式主要有下列三種：電動機(jī)聯(lián)軸器制動機(jī)構(gòu)減速器曳引輪電動機(jī)聯(lián)軸器減速器制動機(jī)構(gòu)曳引輪制動機(jī)構(gòu)電動機(jī)聯(lián)軸器減速器曳引輪綜合分析后,本人選擇第1）種方案來設(shè)計。4.4 關(guān)于制動機(jī)構(gòu)位置的討論制動機(jī)構(gòu)放置在聯(lián)軸器處，不但可以利用制動聯(lián)軸器縮小尺寸，降低成本，而且可獲得良好的受力狀態(tài)，最后達(dá)到提高壽命、緊湊結(jié)

35、構(gòu)、美觀大方的效果。但放在聯(lián)軸器處對維修來說稍有不便。曳引機(jī)需要機(jī)架，以便在機(jī)房內(nèi)安裝。另外過輪需安置在機(jī)架上，與曳引機(jī)組成一體。機(jī)架設(shè)計要注意：曳引機(jī)的重心必須位于機(jī)架之內(nèi)，最好接近機(jī)架平面中央；機(jī)架要有足夠的剛度；機(jī)架不得與曳引輪，鋼絲繩干涉。至于曳引輪的布置，必須安裝在輸出（低速）軸上；放置應(yīng)征得用戶認(rèn)可，由輸出軸左伸右伸決定。對于齒輪副曳引機(jī)，一般和電動機(jī)一起放在減速器的同側(cè)。4.4.1 電動機(jī)的選用除小型雜物升降梯外，其它升降梯都要經(jīng)過起動穩(wěn)定停運(yùn)三個工作階段，其速度要經(jīng)過低速（加速）正常勻速低速（減速）三個階段，其調(diào)速方法通常有直流調(diào)速、變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)帶、調(diào)頻調(diào)帶、直線調(diào)速等形式

36、。客梯多用調(diào)壓或調(diào)頻調(diào)速電動機(jī)。隨著技術(shù)的發(fā)展，采用調(diào)頻調(diào)速電動機(jī)要優(yōu)于調(diào)壓調(diào)速電動機(jī)，所以這里我選用調(diào)頻調(diào)速電動機(jī)。電動機(jī)轉(zhuǎn)速和它的極數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)速高，極數(shù)少，體積小，成本低，故應(yīng)選擇4極電動機(jī)，n1=1500r/min，傳動比i12經(jīng)綜合考慮選用i12=364.4.2 曳引輪曳引輪大小直接影響轎廂速度，由公式得T2=F2r2=3277376.64，于是F2=T2/r2=3277376.64/297.6=11012.69D/d2=F2/Q，于是D=F2*d2/Q=11012.69*297.6/(1250+2900)=789.73取D=800，繩徑：d=16經(jīng)驗所得：客梯i12=1（當(dāng)v1m/s

37、時）4.5 整體方案討論目前已有的結(jié)構(gòu)分：整體式蝸桿、蝸輪軸向裝入箱體內(nèi)：箱體在蝸輪軸線的水平面內(nèi)分成上下兩個箱體：整體式曳引機(jī)中心距一般小于（或等于）160mm，a小于125mm的曳引機(jī)應(yīng)一律采用整體式，不應(yīng)采用分箱式。分箱式曳引機(jī) 減速器被蝸輪軸的水平軸平面分開。把箱體剖分成箱蓋、箱座。其優(yōu)點是加工工藝好，裝配和維修方便。不利條件是具有分箱面，需用多個螺栓聯(lián)接。結(jié)構(gòu)不夠緊湊，外觀不好設(shè)計。所以多在大中心距曳引機(jī)設(shè)計中采用。a160mm時多用分箱式.應(yīng)特別指出，立式曳引機(jī)都應(yīng)是整體式，而齒輪副曳引機(jī)都應(yīng)采用分箱式。綜合考慮后，我決定選用分箱式。4.6 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計的討論曳引機(jī)設(shè)計中一般應(yīng)采用

38、臥式；我選用的是分體式。采用加強(qiáng)肋和散熱肋；箱體要有結(jié)構(gòu)的對稱性，要有較大的盛油量及良好的鑄造工藝；結(jié)構(gòu)盡量簡化，緊湊、實用、美觀、大方；箱體各部尺寸要盡量成比例。4.7 箱體尺寸的確定箱體尺寸是由主傳動機(jī)構(gòu)及電動機(jī)（凸緣式為例）尺寸確定。箱體內(nèi)壁尺寸完全由蝸桿副的幾何尺寸確定。蝸桿軸長由蝸輪外圓直徑大致決定。蝸輪軸長蝸桿軸外圓直徑大致決定。這就基本確定了箱體內(nèi)壁尺寸。下置件（蝸桿或蝸輪）距箱底的尺寸一般取3050mm。當(dāng)蝸桿下置時，為了保證電動機(jī)中心的高度或凸緣尺寸，可以增大這個尺寸。一般不用增加底板厚度的辦法，也不用階梯式機(jī)架的結(jié)構(gòu)。也有的把箱體和機(jī)架鑄成一體。這種結(jié)構(gòu)可增大盛油量，但結(jié)構(gòu)

39、復(fù)雜鑄造工藝差，成本高，不盡合理。關(guān)于壁厚，有的設(shè)計采用了較大尺寸，如底座尺寸=30mm，也有的=25mm。其理由是為了增大箱體剛度。這種增大剛度的方法顯然不盡合理。因為增大剛度要找到產(chǎn)生剛度大小的原因，分清靜剛度還是動剛度。另外增大壁厚，要明顯增大重量和體積，加大成本。對于分箱式，蝸桿上置時底座壁厚=0.04a+58mm，于是a=160mm 1=12mma=200mm 1=13mma=250mm 1=15mma=315mm 1=18mma=400mm 1=19mma=500mm 1=25mm箱蓋1=0.8518mm蝸桿下置時底座壁厚2=0.851，箱蓋2=0.92箱體分箱面處底座凸緣厚度B1

40、=1.51，上蓋凸緣厚度B2=B1=1.5。地腳螺釘直徑df（必要時應(yīng)校核計算）0.036a+12（取標(biāo)準(zhǔn)值）軸承蓋螺釘直徑df1=（0.40.5）df箱體的外觀尺寸由結(jié)構(gòu)形式、 安裝尺寸及附件所需而成形。4.8 箱體肋的設(shè)置設(shè)置肋有兩個目的，一是增加箱體剛度、強(qiáng)度，二是增大散熱面積。在設(shè)置肋時最好將兩個目的合二為一。蝸桿副曳引機(jī)產(chǎn)生的熱量圈套，油溫升較高，在不明顯增大空間尺寸的情況下，增加肋是增大散熱面積，降低油溫升的良好措施之一，同時對提高箱體剛度十分有效。我對肋的設(shè)置有如下看法：其一，曳引機(jī)的電動機(jī)風(fēng)扇，不冷卻減速器箱體，減速器高速軸上不設(shè)有風(fēng)扇，所以肋的設(shè)置不需要考慮風(fēng)向。亦即只考慮增

41、強(qiáng)剛度和散熱效果就可以了，故選用設(shè)置豎直肋，不設(shè)置橫向肋。又因曳引機(jī)不是連續(xù)工作，小時負(fù)荷率較小，所以油溫升不是主要主要矛盾，肋的尺寸不必過大。其二，為了增大剛度，要在支承處設(shè)置處大尺寸的肋。在軸承支承的內(nèi)箱壁處設(shè)置豎直肋，可明顯增強(qiáng)箱體抗扭矩、抗彎矩的能力，從而提高箱體的剛度。其三，設(shè)置肋要以受拉、受壓代替受彎；肋板不易過高、過薄以免折斷，不要過小、過密以防鑄造工藝不佳；要美觀大方，和箱體協(xié)調(diào)，可把肋設(shè)計成三角形、長方形、梯形等結(jié)構(gòu)形式。為了適應(yīng)鑄造工藝要考慮起模斜度。其四，底座受力大，是盛油處，在底座箱壁上要多設(shè)肋，其結(jié)果不但可加強(qiáng)剛度和強(qiáng)度，而且可增加散熱效果。其五，整體式曳引機(jī)，功率小

42、、散熱量小，一般可不設(shè)肋。整體式兩側(cè)的大壓蓋外壁可不設(shè)肋，而內(nèi)壁一定要設(shè)置較強(qiáng)的豎肋，這對整體剛度將起到重要作用。分箱式大壓蓋也同樣處理。肋的設(shè)置見圖4.9 箱體設(shè)計應(yīng)合理處理的幾個問題在箱體設(shè)計時應(yīng)充分考慮油標(biāo)（或油針）、通氣孔、注油孔、觀察孔、油塞、吊鉤（或吊環(huán)）等。不但要按標(biāo)準(zhǔn)選用其尺寸，而且要恰當(dāng)?shù)卦O(shè)置其位置。(1)注油孔和觀察孔 一個是注入潤滑油，一個是觀察蝸桿副齒面的嚙合部位和嚙合面積，一旦出現(xiàn)嚙合問題便于修復(fù)。當(dāng)蝸桿下置時，兩者可合一放置在箱蓋的頂部。一般為方形，尺寸由設(shè)計者確定或按JB13070選用。對于上置蝸桿，注滑動孔和下置蝸桿情況相同，而觀察孔應(yīng)放在箱體的位置。另外，分箱

43、式或小中心距曳引機(jī)可不設(shè)置觀察孔。(2)通氣孔 曳引機(jī)在工作過程中油池內(nèi)要產(chǎn)生大量蒸氣。氣體若排不出來，箱內(nèi)將產(chǎn)生巨大壓力，后果不堪設(shè)想。所以一定要設(shè)置通氣孔，把氣體排出。通氣孔要具備通氣好、塵埃不易進(jìn)入箱內(nèi)的性能，可放在注油孔蓋上，或和油針合為一體。形式和尺寸可根椐JB13070選用。(3)油標(biāo)或油尺 潤滑油的注油高度十分重要。工作中要經(jīng)常注意油面高度，達(dá)不到規(guī)定高度時要馬上加油，這一切都需要用油標(biāo)或滑動尺度量。目前用圓形油標(biāo)較多，可按GB1160-79的規(guī)定選用。若采用油尺（油針），則要將其放在運(yùn)動件不干涉的地方。(4)油塞 和放油孔相配合的六角螺塞，可嚴(yán)防漏滑動和滲油。其尺寸見JB/IQ

44、445086。放油孔設(shè)計 尺寸要大一點，以便放滑動并用M12X1.25M30X2。油塞由二個零件組成：螺塞、皮封油墊。放油孔要低于箱座底面。(5)吊溝、吊環(huán)為起重用的掛鉤可參考有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。曳引機(jī)有兩根軸，每個軸兩端都裝有軸承，箱體是其機(jī)架（支承）。每個軸承都有國的作用點，為了增強(qiáng)剛度，該作用點最好位于箱體壁厚中點附近。這樣設(shè)置的結(jié)果使受力合理，避免了軸承處過于凸出箱外或箱內(nèi)，造成結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的不合理。箱體設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)，美觀大方，另外用戶對輸出軸軸伸方向要求不同，為調(diào)頭安裝方便，也需要設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)。由于蝸輪軸上裝有曳引輪，兩個軸承受力相差很大，這種情況允許選用不同型號即尺寸不同的軸承。在這種情

45、況下也應(yīng)按大尺寸軸承將箱體設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)。4.10 曳引機(jī)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖4-1 階梯軸按傳動軸處理 確定軸的最小直徑用計算準(zhǔn)則T,設(shè)計出一個直徑為d的光軸作為被設(shè)計軸的最小直徑。T=T/Wt=(9.55*106P/n)/0.2d3Td=A=25.95曳引機(jī)一般用45號鋼，T=3040Mpa，A=118106。當(dāng)彎矩相對轉(zhuǎn)矩很小時，T取大值，A取小值。當(dāng)考慮到鍵槽對強(qiáng)度影響時，直徑方向開一個鍵槽軸的直徑應(yīng)擴(kuò)大3%，兩個鍵槽擴(kuò)大7%。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 初步計算出光軸后，要考慮軸承(計算選定)內(nèi)孔走私、跨距、軸上零件、安裝工藝等，將光軸設(shè)計成階梯軸。在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計中要特別重視下列幾個問題；在設(shè)計階梯軸時

46、，要充分考慮加工工藝，要設(shè)有退刀槽越程槽；各處下徑最好取標(biāo)準(zhǔn)值；在幾何尺寸的過渡部分不要留有直角，而要用圓弧過度，臺階過度處用橢圓弧聯(lián)接最好，總之要采取有效有效措施，減少應(yīng)力集中；臺階、軸肩、軸環(huán)尺寸應(yīng)采用推薦值；軸承處的軸戶大小要考慮到軸承拆卸；各軸上零件的周周向用鍵固定，軸向用軸戶和擋板固定；曳引輪處的軸頭最好用圓柱形，不用圓錐形；蝸桿軸頭和聯(lián)軸器的配合用錐形較好等。按彎矩、轉(zhuǎn)矩組合進(jìn)行強(qiáng)度計算 將已設(shè)計成的階梯軸，根據(jù)受力處的尺寸和力的大小，繪出水平面彎矩圖、垂直平面彎矩圖，求得合成彎矩圖。合成彎矩M為M=作出轉(zhuǎn)矩圖 T=9.55*106P/n=1.4*1054按照強(qiáng)度第三理論求出當(dāng)量彎矩圖和彎矩大小，以此求得軸承受的應(yīng)力按強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行校核計算。計算準(zhǔn)則是be-1bMe=be= -1bb為鍵寬,我選用28mm，t為槽深，我選用10mm，d為軸危險截面的直徑； 在蝸桿上的周向力:Px=97400N/nfd=34.34 (kgf)在蝸輪上的周向力:Py=137.36 (kgf)潤滑良好時，f取0.040.05在蝸桿軸上的支承反力a=376b=760a=344b=96RAX=34.34*760/1136=234RBX=11RAZ=1660.65RBZ=20.46在蝸輪軸上的支承反力RAy=7.49RBy=107.39RAZ=497.45