升降电梯驱动系统结构设计及控制电路结构设计毕业论文

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1、升降电梯驱动系统结构设计及控制电路结构设计毕业论文第1章设计总体方案1.1设计的思路1.1.1曳引机的额定载重量额定载重量是指曳引比为1,平衡系数（对重系数）为0.4时，曳引轮曳引 的轿厢所承受的重量，对于客梯重量为1250kg，人数为16位。1.1.2额定速度额定速度是批曳引比为1时曳引轮的圆周速度。（单位：m/s）即轿厢速度。1.1.3曳引机减速器的中心距：160mm1.1.4交流电动机a）功率（单位：kw）： 22员中心高（单位：mm）： 200c）极数：单速为4极注：1）曳引机减速器其它几何参数，应符合标准GB100085-88或JB2318-79 或GB9147-88的规定。2）电动

2、机其它技术要求，应符合GB12974-91。1.1.5曳引机的总体设计曳引机主要由电动机、联轴器、减速器、曳引轮、机架、飞轮（手扳轮）、 编码器等部分组成。目前曳引机的组合形式主要有下列三种：1）电动机联轴器制动机构减速器曳引轮2）电动机一联轴器一减速器一制动机构一曳引轮3）制动机构一电动机一联轴器一减速器一曳引轮综合分析后，本人选择第1）种方案来设计。1.1.6关于制动机构位置的讨论制动机构放置在联轴器处，不但可以利用制动联轴器缩小尺寸，降低成本， 而且可获得良好的受力状态，最后达到提高寿命、紧凑结构、美观大方的效果。 但放在联轴器处对维修来说稍有不便。在结构设计中尽量避免蜗杆双端出轴。曳引

3、机需要机架，以便在机房内安装。另外过轮需安置在机架上，与曳引机 组成一体。机架设计要注意：曳引机的重心必须位于机架之内，最好接近机架平 面中央；机架要有足够的刚度；机架不得与曳引轮，钢丝绳干涉。至于曳引轮的 布置，必须安装在输出（低速）轴上；放置应征得用户认可，由输出轴左伸右伸 决定。对于齿轮副曳引机，一般和电动机一起放在减速器的同侧。1.1.7电动机的选用除小型杂物电梯外，其它电梯都要经过起动稳定停运三个工作阶段，其 速度要经过低速（加速）f正常匀速f低速（减速）三个阶段，其调速方法通常 有直流调速、变极调速、调压调带、调频调带、直线调速等形式。客梯多用调压或调频调速电动机。随着技术的发展，

4、采用调频调速电动机要 优于调压调速电动机，所以这里我选用调频调速电动机。电动机转速和它的极数有关。转速高，极数少，体积小，成本低，故应选择 4 极电动机，nj1500r/min1）传动比i12经综合考虑选用i12=362）曳引轮12曳引轮大小直接影响轿厢速度，由公式得T=Fr =3277376.64，于是 F =T /r =3277376.64/297.6=11012.6922 2222D/d2=F/Q，于是 D=F2*d/Q=11012.69*297.6/（1250+2900）=789.73取 D=800，绳径：d=163）曳引比的应用经验所得：客梯i/12=1 （当vN1m/s时）1.2设

5、计方案的确定目前已有的结构分：整体式一一蜗杆、蜗轮轴向装入箱体内：箱体在蜗轮轴 线的水平面内分成上下两个箱体整体式曳引机中心距一般小于（或等于）160mm，a小于125mm的曳引机应 一律采用整体式，不应采用分箱式。分箱式曳引机 减速器被蜗轮轴的水平轴平面分开。把箱体剖分成箱盖、箱 座。其优点是加工工艺好，装配和维修方便。不利条件是具有分箱面，需用多个 螺栓联接。结构不够紧凑，外观不好设计。所以多在大中心距曳引机设计中采用。 a160mm时多用分箱式.应特别指出，立式曳引机都应是整体式，而齿轮副曳引 机都应采用分箱式。综合考虑后，我决定选用分箱式。1.3箱体结构设计的讨论曳引机设计中一般应采用

6、卧式；我选用的是分体式。采用加强肋和散热肋； 箱体要有结构的对称性，要有较大的盛油量及良好的铸造工艺；结构尽量简化， 紧凑、实用、美观、大方；箱体各部尺寸要尽量成比例。1.4箱体尺寸的确定箱体尺寸是由主传动机构及电动机（凸缘式为例）尺寸确定。箱体内壁尺寸完全由蜗杆副的几何尺寸确定。蜗杆轴长由蜗轮外圆直径大致 决定。蜗轮轴长蜗杆轴外圆直径大致决定。这就基本确定了箱体内壁尺寸。下置 件（蜗杆或蜗轮）距箱底的尺寸一般取3050mm。当蜗杆下置时，为了保证电 动机中心的高度或凸缘尺寸，可以增大这个尺寸。一般不用增加底板厚度的办法， 也不用阶梯式机架的结构。也有的把箱体和机架铸成一体。这种结构可增大盛油

7、 量，但结构复杂铸造工艺差，成本高，不尽合理。关于壁厚，有的设计采用了较大尺寸，如底座尺寸6 =30mm，也有的6 =25mm。 其理由是为了增大箱体刚度。这种增大刚度的方法显然不尽合理。因为增大刚度 要找到产生刚度大小的原因，分清静刚度还是动刚度。另外增大壁厚，要明显增 大重量和体积，加大成本。对于分箱式，蜗杆上置时底座壁厚6=0.04a+58mm， 于是a=160mm6 i=12mma=200mm6 1=13mma=250mm6 1=15mma=315mm6 1=18mma=400mm6 1=19mma=500mm6 1=25mm箱盖 6=0.85 6 18mm蜗杆下置时底座壁厚6 2=0

8、.85 6 1，箱盖6 ；0.9 6 2箱体分箱面处底座凸缘厚度B1=1.5 6 1，上盖凸缘厚度B2=B1=1.5 6。地脚螺钉直径df （必要时应校核计算）0.036a+12 （取标准值）轴承盖螺钉直径df1= （0.40.5） df箱体的外观尺寸由结构形式、安装尺寸及附件所需而成形。1. 箱体肋的设置设置肋有两个目的，一是增加箱体刚度、强度，二是增大散热面积。在设置 肋时最好将两个目的合二为一。蜗杆副曳引机产生的热量圈套，油温升较高，在不明显增大空间尺寸的情况 下，增加肋是增大散热面积，降低油温升的良好措施之一，同时对提高箱体刚度 十分有效。我对肋的设置有如下看法：其一，曳引机的电动机风

9、扇，不冷却减速器箱体，减速器高速轴上不设有风 扇，所以肋的设置不需要考虑风向。亦即只考虑增强刚度和散热效果就可以了， 故选用设置竖直肋，不设置横向肋。又因曳引机不是连续工作，小时负荷率较小， 所以油温升不是主要主要矛盾，肋的尺寸不必过大。其二，为了增大刚度，要在 支承处设置处大尺寸的肋。在轴承支承的内箱壁处设置竖直肋，可明显增强箱体 抗扭矩、抗弯矩的能力，从而提高箱体的刚度。其三，设置肋要以受拉、受压代替受弯；肋板不易过高、过薄以免折断，不 要过小、过密以防铸造工艺不佳；要美观大方，和箱体协调，可把肋设计成三角 形、长方形、梯形等结构形式。为了适应铸造工艺要考虑起模斜度。其四，底座受力大，是盛

10、油处，在底座箱壁上要多设肋，其结果不但可加强 刚度和强度，而且可增加散热效果。其五，整体式曳引机，功率小、散热量小，一般可不设肋。整体式两侧的大 压盖外壁可不设肋，而内壁一定要设置较强的竖肋，这对整体刚度将起到重要作 用。分箱式大压盖也同样处理。肋的设置见图2. 箱体设计应合理处理的几个问题在箱体设计时应充分考虑油标（或油针）、通气孔、注油孔、观察孔、油塞、 吊钩（或吊环）等。不但要按标准选用其尺寸，而且要恰当地设置其位置。a）注油孔和观察孔一个是注入润滑油，一个是观察蜗杆副齿面的啮合部位 和啮合面积，一旦出现啮合问题便于修复。当蜗杆下置时，两者可合一放置在箱 盖的顶部。一般为方形，尺寸由设计

11、者确定或按JB130-70选用。对于上置蜗杆， 注滑动孔和下置蜗杆情况相同，而观察孔应放在箱体的位置。另外，分箱式或小 中心距曳引机可不设置观察孔。b）通气孔曳引机在工作过程中油池内要产生大量蒸气。气体若排不出来， 箱内将产生巨大压力，后果不堪设想。所以一定要设置通气孔，把气体排出。通 气孔要具备通气好、尘埃不易进入箱内的性能，可放在注油孔盖上，或和油针合 为一体。形式和尺寸可根椐JB13070选用。c）油标或油尺 润滑油的注油高度十分重要。工作中要经常注意油面高度， 达不到规定高度时要马上加油，这一切都需要用油标或滑动尺度量。目前用圆形 油标较多，可按GB1160-79的规定选用。若采用油尺

12、（油针），则要将其放在运 动件不干涉的地方。d）油塞和放油孔相配合的六角螺塞，可严防漏滑动和渗油。其尺寸见 JB/IQ445086。放油孔设计 尺寸要大一点，以便放滑动并用M12X1.25M30X2。 油塞由二个零件组成：螺塞、皮封油垫。放油孔要低于箱座底面。e）吊沟、吊环为起重用的挂钩可参考有关标准。3. 轴承位置曳引机有两根轴，每个轴两端都装有轴承，箱体是其机架（支承）。每个轴 承都有国的作用点，为了增强刚度，该作用点最好位于箱体壁厚中点附近。这样 设置的结果使受力合理，避免了轴承处过于凸出箱外或箱内，造成结构设计方面 的不合理。1.5箱体设计的对称性箱体设计成对称结构，美观大方，另外用户

13、对输出轴轴伸方向要求不同，为 调头安装方便，也需要设计成对称结构。由于蜗轮轴上装有曳引轮，两个轴承受 力相差很大，这种情况允许选用不同型号即尺寸不同的轴承。在这种情况下也应 按大尺寸轴承将箱体设计成对称结构。1. 曳引机轴的结构设计2. 轴的计算步骤按传动轴处理确定轴的最小直径用计算准则tWtt，设计出一个直径为 d的光轴作为被设计轴的最小直径。Tt T=T/Wt=（9.55*106P/n）/0.2d3W 9 55*106 PPdNy9-55 10 P =A3P =25.95 0.2t 建3 n曳引机一般用45号钢，t3040Mpa, A=118106。当弯矩相对转矩很 小时，取大值，A取小值

14、。当考虑到键槽对强度影响时，直径方向开一个 键槽轴的直径应扩大3%，两个键槽扩大7%。轴的结构设计 初步计算出光轴后，要考虑轴承(计算选定)内孔走私、跨 距、轴上零件、安装工艺等，将光轴设计成阶梯轴。在轴的结构设计中要特别重 视下列几个问题；在设计阶梯轴时，要充分考虑加工工艺，要设有退刀槽越程槽； 各处下径最好取标准值;在几何尺寸的过渡部分不要留有直角，而要用圆弧过度， 台阶过度处用椭圆孤联接最好，总之要采取有效有效措施，减少应力集中；台阶、 轴肩、轴环尺寸应采用推荐值；轴承处的轴户大小要考虑到轴承拆卸；各轴上零 件的周周向用键固定，轴向用轴户和挡板固定；曳引轮处的轴头最好用圆柱形， 不用圆锥

15、形；蜗杆轴头和联轴器的配合用锥形较好等。按弯矩、转矩组合进行强度计算将已设计成的阶梯轴，根据受力处的尺寸 和力的大小，绘出水平面弯矩图、垂直平面弯矩图，求得合成弯矩图。合成弯矩 M为M=；M 2 + M 2 V H作出转矩图 T=9.55*106P/n=1.4*1054按照强度第三理论求出当量弯矩图和弯矩大小，以此求得轴承受的应力按强 度准则进行校核计算。计算准则是ObeWobMe=、：M 2 + (a T )2。二浏2+(aT)2 5 beW-1 bb为键宽，我选用28mm, t为槽深，我选用10mm, d为轴危险截面的直径；在蜗杆上的周向力：P /=97400N/n d=34.34 (kg

16、f)在蜗轮上的周向力：P /=P=137.36 (kgf)y tg(x+ E )cos aoa润滑良好时，f取0.040.05在蜗杆轴上的支承反力a=376b=760a/=344b/=96R = x- =34.34*760/1136=234AX a + bR=BXaPx=11R = dPy=1660.65AZ a + b 2(a + b)R=地BZ a + bdPy=20.462(a + b)在蜗轮轴上的支承反力RA /=纂=7-9RBy/=a+b=107-39n b p , R /= AZ a +bDPy =497.45 2( a+b)Ry。R /=仁土 土 =1932.36BZ a+b 2

17、(a+b)在蜗轮上的径向力P/=P/tga =2486蜗杆的轴向齿形角一般为a 0a=20N蜗杆的额定功率nf蜗杆的计算转速d蜗杆的节圆直径Mn蜗杆上的扭矩Mn/蜗轮上的扭矩P摩擦角tgP=f为摩擦系数入蜗杆的导程角轴在互相垂直的力Px、Py作用下，在轴的支承上产生互相垂直的反力Rx、Q(x)=RA (0x54.5)M(x)=RB (0WxW54.5)如在CB段内取距左端为x的任意截面，则截面以左有RA和P两个外力，截 面上的剪力和弯矩是Q(x)=R -P=-Pa/l (54.5xl)AM(x)=R x-P(x-54.5)(54.5WxWl)A作出剪力图可知，从剪力图看出，最大剪力为RA作出弯

18、矩图可以看出最大弯矩发生于截面C上，且M =54.5*RA=54.5*23=1253.5同理 M /=54.5*Rb 54.5*11=599.5M=、：M 2 + M 2 =1389.48转矩图 T=9.55*106P/n=1.4*105Me=pM2 +(a )2 =42022.98。广伽2 +(aT)2 /Wb=42022.98/96991=0.43W。对于单键圆轴Wb二业 -(d T)2 =96991，式中b为键宽，t为槽深，d为轴 322d危险截面的直径；。为对称应力的许用值。a是将转矩转化成当量弯矩的系 数。曳引轴受不变转矩的作用时，ae0.3Me为相当综合弯矩，M为弯矩，T 为转矩。

19、(4)轴的刚度 -、 ,，一 . .735。时 Tl轴的刚度扭转刚度和弯曲刚度。其设计准则分别为6 = 党=0.1029l i=1 d4iW6 2因此轴的刚度符合要求式中l是轴两支承间的长度；Ti、li、di是第I段轴承的转矩、长度和直 径。许用扭转角6由下表查得。1.6轴承的选用曳引机用轴承一般分两大类：滑动轴承及滚动轴承。这里选用滚动轴承。1.滚动轴承按工作特性分为：接触角a=0的轴承。主要承受径向载荷(力)个别型号也可承受轻微的轴 向力。该类品种很多，包括调心球轴承，调心滚子轴承和推力调心滚子轴承。深 沟球轴承，圆柱滚子轴承。从承载能力来分析，在外形尺寸基本相同的情况下， 滚子轴承承载能

20、力大致为球轴承的1.53倍，所以当载荷相同时，采用滚子轴 承可明显缩小尺寸，使结构紧凑。再通过速度特性，摩擦特性，调心性，运动精 度综合考虑，最后选用圆柱滚子轴承。2.滚动轴承的寿命计算计算准则：设计计算准则，是根据滚动轴承的主要失效形式给定的。轴承的主要失效形 式是疲劳点蚀和疲劳剥落，其次是塑性变形、磨粒磨损，少数情况是轴承圈疲劳 折断。目前多用疲劳失效准则计算。准则是疲劳曲线。基本公式：按照。-N曲线可得P/L=常数式中P当量动载荷L额定寿命106e寿命指数，对于球轴承e=3，对于滚子轴承8=10/3。在。-N曲线的坐标把106用上代替，对应的P为轴承的额定动载荷C，则P/L=C/l 二常

21、数L= (C/P) /轴承寿命用小时表示，则Lh=106/60n=竺四 C)考虑到温度的影响，给定温度系数ft得T ,fC、16667 / fC、L= ( ) / ( ) 1P n PL =50000 h曳引机工作温度120 C，f =1。当P、Lh、n为已知，则可给出C/ (所需额 t定动载荷)为了方便计算，引入速度系数fn寿命系数孔于是有公式 C= Lp =3.98*500/0.933=2139.78fn:60 nLC/=P/， 70 =1.11*1010可用C/及C确定要选轴承型号。每一个轴承都有一个C。当设计者选定轴类 型后，就可以用C/选具体型号的轴承。方法是找到C与C/最接近的值，

22、且C/WC, 则C对应的型号即所选型号。当量动载荷对于滚子和滚针轴承，因不承受轴向力，所以P=Fr；考虑到工 况影响，当量动载荷应乘以载荷状态影响系数fp，于是圆柱滚子轴承 P=f Fr=312.5*1.6=500p曳引机用轴承fp可取1.21.8轴承的组合结构，两端固定，采用一对圆锥滚子轴承，能承受较小的双向轴 向负荷，但结构简单，调整方便。1.7联轴器的选用联轴器是用于联接不同机构中的两轴，使之一同回转，并传递转矩的一种部 件。曳引机所用联轴器比较：a）凸缘联轴器属刚性联轴器，由两个分装在轴端的半联轴器和螺栓组成。工 作范围：转矩1020000N.m,转速230013000r/min，轴径

23、10130mm，补偿量 为零。b）梅花形弹性联轴器，属弹性联轴器，多用于起动频繁、经常正反转的高、 中、低速轴以及可靠性要求高的场合。不宜在重载荷场合。工作温度-3580C.使用范围：转矩2525000N.m，转速1500 15300r/min，轴径12140mm，补偿量：轴向1.25mm，径向0.51.8mm，角度 为12c）弹性柱销联轴器，属可移动式弹性联轴器。它具有结构简单，制造容易、 维修方便，具有微量补偿两轴相对偏移和轻微减振性能。常用于中等载荷，起动 频繁的高、低速传动，超负荷下工作时不可靠，工作温度为-2070 C。d）弹性套柱销联轴器属可移式弹性联轴器。它具有定量补偿两轴相对偏

24、移的 性能，以及一般减振、吸振、缓冲、电绝缘性能。其外形尺寸较小、重量较轻、 承载能力较大，要求安装精度较高，常用于正反转变化较多，超重较频繁的高中 速轴传动，不适用于动载很大，变化较多，有强烈冲击和扭振的场合。工作温度为-2070 C。使用范围：转矩6.316000N.M，转速8003800r/min，轴径 25170mm,补偿量 x=0,心=0.30.6mm, a=1.5 0.5。上面例举的联轴器都是可取的，但相互比较以后以梅花联轴器为“最佳”联轴器的校核公式为T W T 6式中T许用转矩；Tc联轴器承受的计算转矩。Tc=T+T/KT式中T工作转矩。T/全部质量在起动加速时所需的转矩。K计

25、算载荷系数。T/计算繁杂通常用系数反映，于是：TcKT对于曳引机K2.3,最后得计算公式Tc=KT=K9550P n=2.3*9550*22/1500=322.15 1P1输入功率(kw)；N1输入轴转速(r/min)于是根据Tc与T的关系确定相应的联轴器尺寸为292mm1.8制动机构的设计与计算制动机构是曳引机的重要组成部分。它的用途是保证能灵活可靠、巡全地以 较大匀减速将曳引机制动停车，保持静止状态。GB/T13435-90对制动机构的工 作状态和性能作了明确规定。规定一：曳引机制动应可靠。在电梯整机中，平衡 系数6=0.4。轿厢加上125%额定载重量，历时10min,制动轮与投影动闸瓦之

26、间 应无打滑现象。规定二：在规定一的条件下，制动器的最低起动电压和最高释放电压，应分 别低于电磁铁额定电压的80%和55%；制动器开启滞后时间不超过0.8s；制动器 线圈耐压试验，导电部分对地间施加1000V，历时1min，不得有击穿现象；制动 器线圈的输出端应设有接线端子。规定三：制动器部件的闸瓦组件应分两组装设。如果其中一组不起作用，制 动轮上仍能获得足够的制动力，使载有额定载重量的轿厢减速。规定四：在曳引机通电持续率为40%时，在检验平台上应作下列高速正反方 向连续无故障运转，制动线圈温升与最高温度均应不超过下表的规定线圈绝缘的材料等级温升/二温度/二65100E801 5B.%r150

27、1. 制动机构的类型与特点外抱块式制动器按行程可分为长行程与短行程；按动力源可分为电磁铁制 动器和电磁液压制动器；电源分交流和直流两种。外抱式块式制动器结构简单可 靠、散热好；瓦块有充分和均匀的退距，调整行程和间隙比较方便；对于直形制 动臂，制动国矩大小与转向无关；制动轮轴不承受，但包角小、制动力矩小；比 带式制动器结构稍复杂。外抱式块式制动器适用于工作频繁、空间稍大的场合， 所以广泛用于扶梯驱动主机和电梯曳引机的制动机构中。在曳引机上应用时称机 -电块式制动器。带式制动器其结构简单紧凑、包角大（一般在270左右），制动力矩大。制 动轮轴受较大弯矩，比压与磨损不均匀，散热差，在曳引机中很少应用

28、。内张蹄式制动器其结构紧凑，广泛用于结构尺寸受限制的场合。该制动器 有单蹄=双蹄、多蹄式。其中双蹄式用得较多。该制动器广泛用于无齿曳引机中， 有齿曳引机用得很少。因此最后选择方案（1）比较合理。2. 制动器的选择与设计曳引机属于提升机构。制动器必须采取常闭式。安装制动器要有足够的空间。 曳引机制动器安装在高速轴上、制动力矩较小，所以采用外抱块式制动器是合理 的。考虑到电磁铁、液压推力、液压-电磁、盘式等驱式方式，进行对比，为了 附加其它附件，又考虑其结构简单、工作安全可靠，在曳引机上选用外抱电磁铁 式常闭制动器是合理的。外抱电磁铁式制动器有下列四种：短行程交流电磁铁式制动器：结构简单、体积小、

29、重量轻，动作快；冲击大、 有剩磁、寿命短。用于短时频繁工作，工作负荷小的场合。短行程直流电磁铁式制动器：结构简单、体积小、重量轻、动作快、易磨损。 用于频繁操作、连续点动的场合。长行程交流电磁铁式制动器：制动较快、剩磁小、动作可靠；结构复杂、重 量大、效率低、冲击大。用于中等负荷、操作不频繁的场合。长行程交流电磁铁式制动器；冲击小，寿命长、可靠性高；动作慢。尺寸和 重量均大。电磁式制动器虽然特点不同，但差别不大。通过分析直流电磁铁式制 动器要优于交流电磁铁式制动器，长行程制动器要优于短行程制动器。这里我选用外抱块式短行程直流电磁铁式制动器。1.9曳引轮的设计与计算曳引轮是曳引机的重要组成部分，

30、它是易损件，所以曳引轮的设计特别重要， 曳引轮的设计包括：曳引轮的材料；曳引轮的结构；曳引轮的强度计算；曳引轮 与导向轮之间的关系等。有关标准对曳引轮的技术要求曳引轮直径DN40d （d为钢丝绳直径）.节径按下式计算D=60000vii2/nnie式中e速度系数,e=0.941.05。曳引轮绳槽工作面粗糙度最大允许值为Ra6.3；槽面法向跳动允差为曳引轮 节径的1/2000；曳引轮绳槽采用耐磨性能不低于QT600-2的球墨铸铁材料；曳 引轮槽面材质需均匀，一个轮上的硬度差不大于15HBS。曳引轮的材料曳引轮与钢丝绳靠它们之间的静摩擦传递载荷。为了产生较大的摩擦力，钢 丝绳材料之间应具备较大的摩

31、擦因数f；由于静压力很大，故材料应具有较好的 力学强度，虽然绳和轮没有宏观的相对移动，但微观振动引起的相对移动，绳的 伸长与收缩产生的相对移动是存在的。为延长使用寿命，曳引轮材料应具有良好 的耐磨与减磨性能。另外为了减少磨损，钢丝绳与曳引轮槽面要有一定的硬度差， 曳引轮槽面硬度不宜过高，要具有一定的韧性。根据这些要求曳引轮材料多用球 墨铸铁和高强度合金铸铁。经分析，我选用球墨铸铁，根据GB9440-88的规定，球墨铸铁QT600-2已改 成QT600-3，两者相比仅是伸长率6由2%变成3%。曳引轮可广泛采用QT600-3。 它的力学性能。bN600Mpa,o0.2N370Mpa,6N3%,HB

32、S=190270;它具有良好 的强度.耐磨性及韧性;铸造工艺尚好.山西九三学社太工电梯实业公司批量生产 的球墨铸铁曳引轮，用离心铸造,达到良好的力学性能，其成本低，售价低,在市场 受到好评.c）曳引轮绳槽形状绳槽形状不同，会影响绳和槽间的当量摩擦因数，影响绳的根数或粗细.我国 目前应用的槽形有三种:切中半圆槽、半圆槽、梯形槽。梯形槽当量摩擦因数fv 较大，相应的承载能力大，几何形状简单，好加工。但我国生产的钢丝绳柔性差， 易卡住，工作不太灵活，故目前用得不多，杂物梯曳引轮尚有使用。半圆槽也是 比较好的形状，但载荷很易集中在槽底，两侧不易产生弹性压力，所以目前除导 向轮以外也不多应用。切口半圆槽

33、克服了以上两种槽形的缺点，扩向轮以外也不 多应用。切口半圆槽克服了以上两种槽形的缺点，扩大了其优点，故我选用该形 状作为曳引轮绳槽的形状。可选用的绳径 绳径大小要符合GB8903-88的规定。绳径的选用受根数、承 载量大小和安全系数的制约。在符合GB8903-88规定的条件下，曳引轮槽数不得 小于3,绳径dN8mm。于是d增大，根数n减少，绳的柔性变差。d减小，n增 加曳引轮宽度增大，故一般推荐n=38为宜。对于小杂物梯，n=2也是允许的。钢丝绳槽的节距（槽距）槽距受结构强度的制约，也即槽距不能过小，免 槽顶部崩裂；槽距不能过大，以免引起轮宽度增加。槽距本不应有特殊规定，但 目前槽距选用不一，

34、严重影响了曳引轮和导向轮的通用化，为管理和应用带来极 大不便，由于绳径d为16mm，所以选用的槽距p为25mm。第2章绪论2.1引言电梯是机电一体化的典型产品，大力开发电梯产品不公可以供给各行业部门 所需的运载设备而且可用带动高新机电技术的发展。电梯可分为两大类：一类是垂直升降电梯（简称垂直或通常所谓的电梯）， 一类是自动扶梯（含自动人行道，简称扶梯或电扶梯）自动扶梯是通过电动机带动传动机构驱动梯级执行输送任务的，把电动机主 传动机构，制动系统则是通过电动机驱动减速器，靠减速器从动轴上的曳引轮与 钢丝绳之间的摩擦力矩牵动轿厢与配重（或称对重）上，下运动实现运输的目的， 因为它是靠摩擦力牵动执行

35、机构工作，故把电动机减速器，曳引轮和辅助机构 制动器作为整体，称电梯曳引机。曳引机分有齿曳引机和无齿曳引机两大类，本人采用的是有齿曳引机。电梯 曳引系统中的曳引机减速器，曳引机（简称绳轮）和动轮（由曳引比体现）组成 了电梯的减速器多为齿轮副（含蜗杆副，行星系）减速器，该减速器中的齿轮副 即为电梯的主传动机构。电动机输入转矩T1，驱动曳引机减速器中的主传动机构，通过减速带动曳 引轮转动，这时利用轿厢和配重的重量在曳引轮与钢丝绳之间产生的摩擦力矩， 拖动轿禁止与配重上、下运动，从而完成电梯的任务，因为曳引机是决定轿厢运 行速度、控制运行状态的减速装置，曳引机的技术含量、设计质量、产品质量等 都会影

36、响电梯的工作寿命及乘客的舒服感，所以电梯对曳引机有很高的技术要 求。2.2电梯（垂直梯）简介2.2. 1电梯的组成电梯主要同曳引系统、导向系统、门系统、轿厢、配重（对重）平衡系统、 电力拖动（动力）系统、电力控制系统、安全保护系统等部分组成。在电梯的各组成部分中，电力拖动，电力控制、曳引机的组合称为动力系统， 它是电梯的动力源，亦是控制运行速度、运行状态和改变运行规律的系统；轿厢 和导向系统是电梯的执行系统；其他部分统称为电梯的辅助系统。2.2.2电梯的（垂直梯）分类垂直电梯是建筑物内垂直（或接近垂直）运输工具的总称。其种类十分繁多， 可从不同的角度进行分类，常见的有下列几种：按用途分类有：乘

37、客电梯（客梯）、客货电梯、货梯（载货电梯X病床电梯 （医梯）、住宅电梯、服务电梯（杂物梯X船舶电梯、观光电梯和车辆电梯（汽 车库）。按驱动方式分类有：直流电梯、交流电梯、液压电梯、齿轮齿条电梯（已基 本淘汰）、直线电动机驱动电梯（有被交流电梯代用的趋势）。按轿厢运行速度方式分类（暂时规定）有：低速电梯（v1m/s）、中速电梯 （v25m/s）、超高速电梯（v5m/s）。按操作控制方式分类有：手柄开关操作电梯、控钮控制电梯、信号控制电梯、 集称选控制电梯、并联控制电梯、群控电梯。按有无司机分类有：有司机电梯、无司机电梯、有/无司机电梯。特殊电梯有：斜行电梯、立体停车场电梯、建筑施工电梯。2.3曳

38、引机的主要技术指标为了提高曳引机产品质量，必须满足下列技术指标：2.3.1要确保电梯承载能力及曳引机的强度电梯承载能力从100kg到几吨重，速度从0.25m/s到10m/s以上，亦即曳引 机的功率范围很大。在设计曳引机时，应首先满足在设计寿命内，不产生任何失 效形式的强度要求，其中包括电动机功率的选择、制动力的确定，主传动机构强 度设计或校核计算。要特别重视轴承强度的校核计算及地脚螺栓的设计计算。另 外，绳轮可按易损件处理，其设计寿命可短一些。2.3.2具有较高的传动效率曳引机的传动效率是其综合技术指标。传动效率的高低不但标志着输入功率 有效利用的程度，而且表明了克服阻力力矩的能力，功率耗损的

39、多少。它不仅体 现在节约能源上的意义，同时也是曳引机技术含量、设计质量、产品质量的具体 体现。为提高传动效率，合理选择主传动机构、轴承和联轴器是十分重要的，并 且要提高制造和安装精度。2.3.3具有较高的体积载荷所体积载荷是指曳引机的许用载荷（功率或转矩）除以曳引机体积所得商。 体积载荷越大表明曳引机体积越小，结构越紧凑。不难理解，要想实现大的体积 载荷，首先要选择高科技型的主传动机构。合理地设计箱体结构，其中同样功率 的曳引机，体积可相差1/3,重量相差到2/5。因此设计出结构紧凑、体积小、 重量轻的曳引机是设计者的奋斗目标。2.3.4应满足电梯所需的运动特性电梯的工作特性决定了曳引机的运动

40、特征：运动速度中等、间断工作、变速、 起动频繁的正反转运行。为了满足运动特性，在设计曳引机时要特别注意曳引传 动系统中传动比的分配，电动机类型的选用，以及主传动机构齿轮副齿侧间隙的 保证等。2.3.5应具有较低的振动和噪声这项技术指标对乘人电梯特别重要。为了不造成严重的环境污染，使乘客感 到乘坐舒适，要求曳引机有较低的振动（特别是扭振）和噪声。2.3.6应具有合理的结构结构设计历来是机械设计中的重要课题，对曳引机而言则更为重要。结构设 计要特别重视结构对受力、刚度的影响；对减振、降噪、附加载荷、自身振动频 率的影响，对润滑条件、润滑质量的影响等。在设计曳引机结构时，要逐条分析、 结合实力合理，

41、没有（或少有）附加载荷、满足强度和刚度要求；润滑条件良好； 外形美观；制造、安装、维修工艺良好；成本较低。2.3.7具有灵活可靠的制动系统制动系统要具有受力合理、技术先进、强度高、寿命长、灵活可靠、结构紧 凑的性能。第3章 电梯的驱动功率计算3.1曳引比与曳引力3.1.1曳引比和机械效益曳引比：曳引机上曳引轮的圆周速度与轿厢速度之比称为曳引比，用i/i2表 示。机械效益：令曳引机中曳引轮上钢丝绳承受的拉力为F，轿厢总重力为Q， 则机械效益A=Q/F定滑轮及动滑轮机构Q为重物，F为拉力，动力臂与阻力臂都是滑轮的半径r，所以 rQ=rFA=Q/F=1i/i2=1定滑轮机构速度不变、力不变。3.1.

42、2电梯的曳引传动形式曳引传动形式可由定滑轮、动滑轮、组合滑轮、差动滑轮机构组合而成。多 年经验表明常用曳引传动形式见下定滑轮机构的曳引传动 该传动形式的曳引比i/12=1，机械效益A=1。增加 一个过轮其目的是为了拉开轿厢与对重之间的距离。过轮使曳引轮与钢丝绳的包 角减小。一般设计尽量使包角a大于135。过轮使绳的弯曲次数增多，疲劳寿 命减少。曳引比为2的曳引传动i/12=2, A=2亦即轿厢（或对重）的上升（或下降） 速度是曳引轮圆周速度的1/2。曳引轮两侧钢丝绳承受的拉力分别为轿厢总重 量、对重总重量的1/2滑轮组机构曳引传动 在轿厢（或对重）上各有三股钢丝绳，有三个定轮。 i/12=3,

43、 A=3，亦即轿厢（或对重）的上升（或下降）速度是曳引轮圆周速度的 1/3,曳引轮两侧钢丝绳承受的拉力分别为轿厢总重量、对重总重量的1/3还有大曳引比曳引传动、复绕曳引传动、长绕曳引传动、双对重对曳引传动、 具有补偿绳的曳引传动。综合分析之后，决定选择第一个方案，曳引比i/12=1，机械效益A=1。3.1.3作用在曳引轮上的静力电梯是靠曳引轮槽与钢丝绳之间产生的摩擦力（或摩擦力矩）平衡外力，在 曳引机的驱动下，牵引轿厢与对重上下运行的。在曳引轮两侧的钢丝绳分别系有 轿厢及对重，轿厢与对重分别在钢丝绳上产生拉力Q与F。Q与F是静止情况下 的拉力，故称静力。静力实际上是两侧各构件重力和对钢丝绳的拉

44、力。计算中用 到的符号如下：Q1轿厢的结构自重力（N）；取值为2900kgQ2电梯的额定载重力（N）；取值为1250kgF对重侧钢丝绳承受的总拉力（N）；Q轿厢侧钢丝绳承受的总拉力（N）；R1轿厢至曳引轮间钢丝绳所受的重力（N）；R2对重物至曳引轮间钢丝绳所受的重力（N）；G1曳引机两侧所受总拉力之差（N）；G2曳引机两侧钢丝绳重力之差（N）；P曳引机输出轴轴颈承受的静压力（N）；i12曳引机中减速器之传动比；i/12曳引传动的曳引比；A机械效益；n1曳引机中减速器的传动效率；n2电梯的总效率；f接触面间相对运动时的摩擦因数；轿厢运行速度(m/s)；n2曳引轮的转速(r/min)。3.1.4曳

45、引轮两侧静拉力计算Q值 从轿厢到曳引轮之间是一个曳引系统。也就是说轿厢的速度、重量要 通过曳引系统中的滑轮组才能传递到曳引轮。当然也可以通过滑轮组直接连接起 来，这时i/12尹1,A尹1。则可用下式求得Q值。Q= (Q +Q ) /A+R =(Q +Q )/ i/ +R12112121R1的大小受轿厢到曳引轮之间距离的影响，亦即是轿厢位置的函数，即 R1=f1 (h1),于是：Q= (Q1+Q2)/A+f1 (h1)曳引机强度设计计算中，为了安全可靠，一般规定额定载荷要乘以系数1.25, 又轿厢的结构自重一般为额定载荷的1。4倍，前文己述及机械效益与曳引比量 值相等，最后Q值的计算式为：Q=2

46、.65 Q2/+ R1式中，i/12由曳引传动机构确定。R1在设计曳引机时按满载，轿厢在井道部 位计算。设曳引绳的根数为n，电梯提升高度为H，绳的直径为d，绳的单位长 度重量为q，则、为RjHnqF值 在对重侧同样是一个滑轮组传动机构，也有机械效益。按规定，对重 取Q+WQ2W称对重系数，其值一般为0.40.5。所以对重侧的拉力F可由下 式计算：F= (Q + WQ ) /A+R =(Q + WQ )/ i/ + f (h )122121222考虑到上文所述相应问题最后得F=2 Q2/ i/12+ f2(h2)Q值与G值差由式可知G =Q-F= (Q +Q - Q - WQ )/ i/ +(R

47、+R) I1212二 (1-W) Q2/ i/12+(R1+R2)实际计算时可采用简化式G1=0.55 Q2/ i/12+(R1+R2)Q值与F值之和由式可知P=Q-F= (Q +Q + Q + WQ ) / i/ +(R +R ) 1 212121 2=2 Q + (1+ W)Q / i/ +(R +R )%、12 、12实际计算时可采用简化式P=4.55 Q2/ i/12+(R1+R2)R1+R2的计算有两种情况没有补偿绳时R1+R2=Hnq有补偿绳时R1+R2=2Hnq3.2曳引轮上的静转矩电梯没有运行前，曳引轮随的拉力差G1产生的转矩称静转知T(Nm),它的方向与G相同。可由下式计算，

48、设曳引轮节圆直径为D (mm)；则T/20=DG1/ (2*1000)= 1/2*D*0.55Q2 / i/12+(R1+R2)*1/1000电动机受的静转矩为t10= t20/ i12n3.2.1静摩擦转矩静力P是比较大的力，作用在轴颈上要产生摩擦转矩T/10 (Nm),其值可 由下式计算：T/ 10=fpr/1000式中r为轴半径(mm)T/20方向与v方向相反，电动机受的摩擦转矩为T/10= T/20/ i12n电动机轴上承受的总静转矩为：T/10=T10-T/20或 T0=T10+T/03.2.2 F和Q的讨论由F值的计算式可以看出，F值的大小仅随R2大小变化，在电梯提升高度 HQ的工

49、作 状态。这时产生的静力矩与G方向一致。当F方向的静转矩大到一定程度时，亦 即若大于摩擦力矩时，电梯起动的瞬时，主传动机构的共轭啮合面发生改变，由 左齿面（或右齿面）改变成了右齿面（或左齿面），也就是这个瞬间齿面要产生 一次冲击，齿面改变的结果使齿轮副啮合状态发生了根本变化。正常（以蜗杆副 为例）共轭啮合是蜗杆为主动件。改变后的啮合状态是蜗轮为主动件。要特别注 意，无论那个齿面工作，电梯的运行方向不变，这是一个重要的共轭齿面啮合现 象。3.2.3曳引轮承受的静转矩变化载荷很小时（极限情况是空载），FQ，静载荷产生的转矩方向与F方向一致； 载荷较大时（极限情况是满载）；QF，静载荷产生的转矩方向

50、与Q的方向一致， 又由P力产生的摩擦转矩总和v的方向相反于是可得出如下规律性结论：满载上行T20与T/20方向一致要相加满载下行T20与T/20方向相反要相减空载上行t20与T/20方向一致要相减空载下行t20与T/20方向一致要相加所谓上行和下行是指轿厢运行方向。关于对重系数W=0.40.5，这就是说Q值和F值仅相差（0.60.5） Q2， 曳引轮两侧的接力在不考虑钢丝绳重量影响的情况下，仅随载重量Q2的变化而 变化。若载重量不是满载而是WQ2时，则Q=F，这时静转矩理论上可为零，也就 是说电梯功率可达到最小。客梯的乘客不可能总是满载，也不可能空载运行，从 概率上讲可以判定，乘载40%60%

51、的机率最多。而W=0.40.5，可见W系数的 给定值是很巧妙的，这就不难断定客梯实际运行中电动机功率多数情况是很小的。曳引机使用情况已说明主传动机构齿轮副失效破损的很少。由于P力的作用， 设计轴承则是一个重要问题了。3.2.4设计载荷在设计曳引机时，总是按照最危险的情况考虑，所以应采用1.25Q的超载计 算，Q总是大于F。曳引机主传动机构的设计及电动机选择，都应遵循这一原则。1. 曳引机驱动转矩的计算运行中的曳引传动情况是很复杂的:轿厢运行有上有下;轿厢有加速度起动、 减加速度停车及匀速正常工作；有移动构件和转动构件；有重量、有质量等，所 以曳引机承受的力和转矩将受到动量和转动惯量的影响。在分

52、析计算曳引机驱动 转矩时，要充分考虑这些因素，亦加以较全面的讨论，从中寻找出最危险情况， 进行曳引机强度计算以达到安全可靠的目的。2. 动量定理及曳引力曳引力是非运动时的静力。因为电梯在运动的全过程中，速度是变化 的， 呈近似梯形，起动时有加速度，正常运行是匀速，停层时是减加速，所以在起动 和停层阶段受动量大小的影响。由此在计算曳引力时涉及支动量及动量定理。动量定义：物体质量与速度的乘积称为动量。K=mv动量定理：在一个机械系统中，各构件动量对时间求导之和等于所有外力之 和，即E dmivi/dt二工Fi3对于一个构件单独分析同样成立。a) 上行加速起动阶段，所承受的曳引力对于轿厢，它承受的重

53、力为Q1+Q2,亦是受的外力，曳引轮对轿厢的作用力 为Q，于是由式可得(Q1+Q2)dv/gdt=Q-(Q+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)对重承受的重力为Q+WQ2也是承受的外力。应注意v指向-x方向的负值 于是皿+怛)/g(-dv/dt)=F- Q+怛)F=(Q+W Q2) - (Q+W Q2)a/g=(Q+WQ2)(1- a/g)所以可方便地求得曳引轮两侧拉力之差G=Q-F=(Q+Q) (1+a/g) =(Q+Q)(1+a/g)11212整理后得G=Q-F=Q2 (1-W) +2Q+Q

54、2 (1+W) a/gb) 中间匀速正常工作阶段承受的曳引力因为是匀速运动，所以有：Q=Q +Q 12F=Q2+WQ2G1=G2 (1-W) 1与上文计算的静载荷一致。c) 上行减加速阶段承受的曳引力和上行加速阶段相比，a为-a,代入上边各式得Q=(Q1+Q2)(1-a/g) 2F= (Q+WQ2)(1+a/g)所以 G (Q+Q )(1-a/g)- (Q+ WQ )(1+a/g) 1=1212最后整理得G=Q2 (1-p) -2Q+Q2 (1+W) a/gd) 下行加速起动阶段承受的曳引力这种情况，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

55、与式相同的结果。e) 稳定下行阶段承受的曳引力属于匀速运动承受的曳引力，是静曳引力。f) 下行减加速阶段承受的曳引力这种情况，加速度是“-”值，速度是“+”，可求得Q；速度是负值，加速 度是“-”值，可求得F于是可得与式相同的结果。3. 输入功率的简易计算方法曳纪机的驱动转知和功率是比较复杂。为简化计算，通常采用简易计算法， 这种方法虽然考虑的影响因素较少，但从工程计算的角度考虑下式是可用的。有 一条经验公式；n=Cn/n/2=0.52*80.8/78.4=0.54P=(1-W)Q v/102n = (1-0.5)*1250*1.75/(102*0.54)=19.8662式中 P电动机功率(k

56、w)中电梯平衡系数，0.450.5； 电梯机械传动总效率;n/1曳引机中减速器的传动效率，对于ZK1、zi蜗杆传动n 1=100-3.2 V ii2=100-3.2 V 36=80.8n/2效率比常数，n/2=100-3.6 V ii2=100-3.6*6=78.4n电动机转动总效率C效率常数，C=0.50.55, 一般取0.52第4章 曳引机主传动机构的设计与计算4.1普通圆柱蜗杆副几何参数搭配方案在中心距a、转速n1传动比i12给定的条件下，采用多齿数（头数）z1、z2 , 小模数m,大直径d （q）的设方案。该设计方案的优点是：采用多齿数（头数）1z/勺圆柱蜗杆传动，能明显提高传动效率，

57、降低油温升，保持润滑油粘度，改善 动压润滑条件；可以提高生产率，降低加工成本，增大重合度，提高承载能力； 可明显增大蜗杆刚度，保证正确啮合特性的实现，增大了蜗轮的有效宽度，减小 了蜗轮的尺寸；另外改善了蜗杆、滚刀的切削性能，提高了蜗轮精度，降低了齿 面粗糙度。曳引机是品种少、用量大的专用减速机构，为实现“最隹”设计方案，故采 用非标准设计，这为新设计方案的推广打下了良好的基础。故选用：z1=1、2、4z2=2590i =-2063q=1020普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算在蜗杆的基本尺寸和参数表（GB10085 - 88）选得以下数值模数（m/mm）： 4轴向齿距（p/mm）： 12.566x

58、分度圆直径（d/mm）： 401齿数z1： 2直径系数q： 10.000齿顶圆直径d /mm： 48a1齿根圆直径d /mm： 30.4f1分度圆柱导程角Y : 21 48, 051普通圆柱蜗杆传动几何尺寸计算式蜗杆齿数z ：z =z/i z =1,2,3,4 ；根据大多数用法，选取z =211=21211蜗轮齿数 z2z2=i12 zj36*2=72传动比ii =1/i 3 / o =n /n = z /122112122齿数比u蜗杆轴向模数m/mm蜗杆法向模数mn/mm蜗杆直径系数q蜗杆分度圆直径d /mm1导程p /mm导程角Y 1()arctan(4*2/40)12z =r/ /r/

59、cot Y =r/ /p=2r/ /mz =d /mz =361 121122121u= z2/ zj36N1(蜗杆主动时 i12=u)m =2a/(p+ z2+2x)=p / n =d/q=4.00m = m cos Y j3.71q=d /m =40/4=101xdjqm =10*4=40n mzjp =3.14*4*2=25.12Y jarctan(z/p)= arctan(mz 1/d1)=arctan(0.2)=11.31Y /=arctan(z /q+2x)= arctan(mz /d/) 111轴向齿形角 a () tana 二tana /cos Y 1 =0.37法向齿形角a

60、()DIN标准规定Y=15a =a 0=20tana = tan a cos Y j 0.36 20an=22.5Y115。时 a=20中心距 a/mma=m(q+z2+2x)/2= (d/1+d/2)/2=164.8取标准值变位系数 xx=(a/-a)/m=a/m-(q+z2)/2 、x=+0.3-1；杆节圆直径d /mm 蜗轮节圆直径d2/ /mm 齿顶高系数ha* 顶隙系数c* 3蜗杆齿厚s 1/mm选用x=0.2d /=d +2x m=m(q+2x )=4*(10+2*0.2)=41.61122d /=d =28822h *=cos Y 1=0.98 取 h *=1c*=0.2cos Y 1=0.2sx1=p/2= n m/2=6.28加厚蜗轮齿厚时蜗杆齿顶高h /mma杆齿根高h /mmf蜗杆齿全高h/mm齿距p/mmpn=p cosYj12.56*0.98=12.31蜗杆齿顶圆直径d /mm蜗杆齿根圆直径df1/mms 1= n m/2 - 0.2cos Y 1=6.28-0.196=6.084h 1=h *m=1*4=4hf1=h *m+c*m=(ha*+c*)m=(1+0.2)*4=4.8h =h +h =4+4.8=8.8 1 a1 f1