機械設計課程設計--電梯機械部分相關系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　機械設計課程設計</b></p><p><b>　　計算說明書</b></p><p>　　設計題目 電梯機械部分相關系統(tǒng)設計 </p><p>　　機械工程及自動化 學院（系） 班</p><p><b>　　設計者</b>

2、;</p><p>　　指導教師 </p><p>　　2012年5月28日</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　本設計為機械設計基礎課程設計的內容，是學習過畫法幾何、機械原理、機械設計、工程材料、加工工藝學等課程之后的一次綜合的練習和應用。本設計說明書是對電梯機械部

3、分相關系統(tǒng)設計的說明。隨著社會進步，人們的生活水平的不斷提高，高樓大廈已經(jīng)變得不稀奇，電梯也成為了人們生活必不可少的一部分。</p><p>　　電梯一種以電動機為動力的垂直升降機，裝有箱狀吊艙，用于多層建筑乘人或載運貨物。也有臺階式，踏步板裝在履帶上連續(xù)運行，俗稱自動電梯。 服務于規(guī)定樓層的固定式升降設備。它具有一個轎廂，運行在至少兩列垂直的或傾斜角小于15°的剛性導軌之間。轎廂尺寸與結構形式便于乘客

4、出入或裝卸貨物。</p><p>　　曳引繩兩端分別連著轎廂和對重，纏繞在曳引輪和導向輪上，曳引電動機通過減速器變速后帶動曳引輪轉動，靠曳引繩與曳引輪摩擦產(chǎn)生的牽引力，實現(xiàn)轎廂和對重的升降運動，達到運輸目的。轎廂是運載乘客或其他載荷的箱體部件，對重用來平衡轎廂載荷、減少電動機功率。補償裝置用來補償曳引繩運動中的張力和重量變化，使曳引電動機負載穩(wěn)定，轎廂得以準確?？?。</p><p>　　本

5、次設計是使用已知的使用和安裝參數(shù)自行設計機構形式以及具體尺寸、選擇材料、校核強度，并最終確定形成減速器圖紙的過程。通過設計，我們回顧了之前關于機械設計的課程，并加深了對很多概念的理解，并對設計的一些基本思路和方法有了初步的了解和掌握。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p>&

6、lt;p><b>　　目錄2</b></p><p><b>　　一、設計任務書3</b></p><p>　?。ㄒ唬┮阎O計要求3</p><p><b>　　（二）使用條件3</b></p><p>　?。ㄈ┥a(chǎn)批量及加工條件3</p>&l

7、t;p>　　二、總體方案設計3</p><p>　?。ㄒ唬C構傳動方案論證3</p><p>　　1、減速器類型選擇3</p><p>　　2、電梯傳動類型選擇3</p><p>　?。ǘ╀摻z繩及曳引輪設計4</p><p><b>　　1、鋼絲繩選取4</b></p&g

8、t;<p>　　2、曳引輪直徑計算4</p><p>　?。ㄈ┦芰Ψ治黾坝嬎?</p><p><b>　　1、電動機功率4</b></p><p><b>　　2、電動機選擇5</b></p><p>　?。ㄋ模p速器選擇計算6</p><p>&

9、lt;b>　　（五）參數(shù)校核7</b></p><p>　　1、曳引應滿足的計算條件7</p><p><b>　　2、計算過程7</b></p><p><b>　　3、校核過程8</b></p><p>　　（六）各級傳動軸功率計算10</p><

10、p>　　三、主要零部件的設計計算11</p><p><b>　　(一)、齒輪11</b></p><p>　　1、高速級齒輪傳動設計11</p><p>　　2、低速級齒輪設計14</p><p>　?。ǘ┹S的設計與計算17</p><p>　　1、高速軸設計與校核17<

11、;/p><p>　　2、中間軸設計與校核18</p><p>　　3、輸出軸設計與校核20</p><p>　?。ㄈL動軸承的選擇及壽命計算21</p><p>　?。ㄋ模┞?lián)軸器的選擇22</p><p><b>　?。ㄎ澹╂I校核22</b></p><p>　　1

12、、高速軸鍵校核23</p><p>　　2、中間軸鍵校核23</p><p>　　3、低速軸鍵校核23</p><p>　　四、減速器箱體各部分結構尺寸24</p><p><b>　?。ㄒ唬┫潴w24</b></p><p>　　（二）潤滑及密封形式選擇24</p>&l

13、t;p>　?。ㄈ┫潴w附件設計24</p><p><b>　　五、參考文獻25</b></p><p><b>　　一、設計任務書</b></p><p><b>　　（一）已知設計要求</b></p><p>　　設計一座乘客電梯，其額定載荷質量為630kg，可承

14、載8人，額定速度1.60m/s。設計樓層為15層，國家規(guī)定樓層高度不低于2.80米（以天花板板厚中心線量到地板板厚中心線處為準），現(xiàn)以層高2.80米進行計算，總計樓層高度為（2.8×15）m=42m。轎廂質量取800kg，對重塊質量則為m=（800+0.5×630）kg=1115kg。重力加速度取9.81m/s2。國家標準推薦的，額定速度小于2.5m/s的電梯的加速度大于0.65m/s2，一些大公司做到0.9-1m/

15、s2。本電梯額定速度為1.60m/s，最大加速度設計為a=0.7m/s2。電梯使用時間可設為五年大修，每天工作20小時。</p><p><b>　?。ǘ┦褂脳l件</b></p><p>　　室內工作，動力源為三相交流電動機，載荷較平穩(wěn)。</p><p>　　（三）生產(chǎn)批量及加工條件</p><p>　　中等規(guī)模的機械

16、廠，可加工7、8級精度的齒輪。</p><p><b>　　二、總體方案設計</b></p><p>　?。ㄒ唬C構傳動方案論證</p><p><b>　　1、減速器類型選擇</b></p><p>　　目前速度不大于2.5m/s的有齒輪曳引機的減速箱大多采用蝸輪蝸桿，其主要優(yōu)點是： 傳動平穩(wěn)，運

17、行噪聲低。結構緊湊，外形尺寸小。傳動零件少，具有較好的抗擊載荷特性。齒輪傳動結構較簡易，傳動效率高，尺寸較小，此處用斜齒圓柱齒輪傳動，減速器初選為二級斜齒圓柱齒輪展開式減速器。</p><p>　　2、電梯傳動類型選擇</p><p><b>　　1）卷筒式</b></p><p>　　卷筒導向輪式電梯對卷筒要求大，對制動器作用力很大，目前已基

18、本不使用。</p><p><b>　　2）曳引輪式</b></p><p>　　曳引輪是曳引機上的繩輪，也稱曳引繩輪或驅繩輪。是電梯傳遞曳引動力的裝置，利用曳引鋼絲繩與曳引輪緣上繩槽的摩擦力傳遞動力，裝在減速器中的低速軸上。該方案有對重平衡鐵箱重力，對電機作用力會減少，目前設計多采用此方式。</p><p>　　卷筒式及曳引輪式結構示意圖&l

19、t;/p><p>　?。ǘ╀摻z繩及曳引輪設計</p><p><b>　　1、鋼絲繩選取</b></p><p>　　選取GB 8903-2005中乘客電梯使用的8×19W-10-1770號鋼絲繩，公稱直徑10mm，參考質量40.7kg/100m，最小破斷拉力為63kN，提升高度為42000mm。安全系數(shù)2根鋼絲繩以上為16，3根以上為

20、12，暫設為12。</p><p>　　所以單根可承載力為F=（63000-42×40.7÷100×9.81）N=62832.3N</p><p>　　鋼絲繩根數(shù)n===2.87（根），取n=3根，安全系數(shù)為12。</p><p><b>　　2、曳引輪直徑計算</b></p><p>　　

21、由GB 7588-2003，曳引輪直徑D應不小于鋼絲繩直徑d的40倍。所以取D=40d=400mm。本方案電梯曳引方式1:1傳動型，曳引鋼絲繩的倍率（曳引比）為Rt=1。</p><p>　　（三）受力分析及計算</p><p>　　對轎廂進行受力分析如下圖。 </p><p><b>　　1、電動機功率</b></p><

22、p>　　本方案按工作要求選用Y系列全封閉自冷式籠型三相異步電動機，工作頻率50Hz，電壓380V。</p><p><b>　　整體設計圖</b></p><p>　　查資料知，電動機所需工作功率計算公式為Pd=</p><p>　　其中Q為額定載重量，Q=630kg；V為額定速度，v=1.60m/s;</p><p&

23、gt;　　K為電梯平衡系數(shù)，可取0.4～0.5，這里取K=0.5。</p><p>　　η為制動機總效率，η=η1η22η33η4。</p><p>　　其中η1為聯(lián)軸器效率，η1=0.99；</p><p>　　η2為閉式齒輪傳動效率，η2=0.97；</p><p>　　η3為滾動軸承效率，η3=0.99（一對）；</p>

24、<p>　　η4為曳引輪處傳動效率，η4=0.96。</p><p>　　η=0.99×0.972×0.993×0.96=0.8677。</p><p>　　Pd===5.695kW</p><p>　　因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率Ped略多于Pd即可，由Y系列電動機技術數(shù)據(jù)，選電動機的額定功率Ped為7.5kW。</p&

25、gt;<p><b>　　2、電動機選擇</b></p><p>　　曳引輪工作轉速==r/min=50.93r/min。</p><p>　　二級斜齒圓柱齒輪展開式減速器一般的傳動比范圍為8～40，所以電動機轉速的可選范圍為407.44～2037.20r/min</p><p>　　符合這一范圍的同步轉速有750、1000和15

26、00r/min?，F(xiàn)以同步轉速1500、1000以及750r/min三種方案進行比較如下表。</p><p>　　額定功率為7.5kW時電動機選擇</p><p>　　二級斜齒減速器減速比因外廓尺寸原因應不大于15，即選用方案3，,選定Y160L-8型三相異步電動機，滿載轉速為720r/min，同步轉速為750r/min。</p><p>　　Y160L-8型三相異步

27、電動機外形輪廓圖</p><p>　?。ㄋ模p速器選擇計算</p><p><b>　　分配傳動比</b></p><p>　　總傳動比===14.14</p><p>　　取兩級圓柱齒輪減速器高速級的傳動比</p><p><b>　　==4.449</b></p&g

28、t;<p><b>　　則低速級的傳動比</b></p><p><b>　　===3.178</b></p><p>　　已上為初步傳動比分配，實際值與設計要求值的允許誤差為3%～5%。</p><p><b>　　（五）參數(shù)校核</b></p><p>　　1

29、、根據(jù)《GB7588-2003 電梯制造與安裝安全規(guī)范》的要求，曳引應滿足的計算條件</p><p>　　1）在轎廂裝載和緊急制動條件時，應滿足如下公式：</p><p><b>　　≤</b></p><p>　　2）在轎廂滯留條件時，曳引應滿足如下公式：≥</p><p>　　其中，e為自然對數(shù)的底，e=2.7182

30、8；</p><p>　　f為鋼絲繩在繩槽中的當量磨擦系數(shù)；</p><p>　　α為鋼絲繩在繩輪上的包角；</p><p>　　為動力系數(shù)，為磨損影響，切口槽時=1。</p><p>　　T1,T2為曳引輪的兩側的鋼絲繩分配的張力。</p><p>　　為載有125%額定載荷的轎廂位于最底層站及空載箱位于最高層站兩種

31、情況下，曳引繩較大靜拉力與較小靜拉力之比。</p><p><b>　　2、計算過程</b></p><p>　　1）帶切口槽的半圓形繩槽當量摩擦系數(shù)的計算：</p><p>　　根據(jù)GB/T7025.1-1997，知電梯轎廂寬度1100mm，長度L≥650mm。設計長度為L=650mm，高度H=800mm。曳引輪及導向輪直徑D1=D2=400

32、mm。尺寸如下圖所示。</p><p><b>　　計算包角：</b></p><p>　　α=180°- arctan=180°-arctan=140.91°=2.459rad。</p><p>　　帶切口槽的半圓形繩槽當量摩擦系數(shù)可按如下公式計算：</p><p><b>　　

33、f=μ</b></p><p>　　其中β為下部切口角度值，β=95°；</p><p>　　γ為槽的角度值，γ=0°；</p><p><b>　　μ為磨擦系數(shù)。</b></p><p><b>　　f=μ</b></p><p><b

34、>　　=μ=2.157μ</b></p><p>　　2）摩擦系數(shù)μ可按如下公式計算：</p><p>　　a、在裝載工況條件下: μ=0.1</p><p>　　b、在緊急制停條件下: μ=，其中v為轎廂額定速度下對應的繩速1.6m/s</p><p>　　μ===0.08621</p><p>　

35、　c、在轎廂滯留工況條件下：μ=0.2</p><p>　　3）帶切口槽的半圓形繩槽當量摩擦系數(shù)的計算：</p><p>　　a、在裝載工況條件下：f=2.157μ=2.157×0.1=0.2157</p><p>　　b、在緊急制停條件下：f=2.157μ=2.157×0.08621=0.1860</p><p>　　C

36、、在轎廂滯留工況條件下：f=2.157μ=2.157×0.2=0.4314</p><p>　　4）除轎廂、對重裝置以外的其它部件的懸掛質量的計算：</p><p>　　曳引鋼絲繩質量Wr1 =3×0.42×40.7×1＝51.28 Kg</p><p>　　無補償鏈懸掛，質量Wr2=0kg </p><p

37、><b>　　3、校核過程</b></p><p>　　1）在轎廂裝載工況條件下的曳引校核計算：</p><p>　　當載有125％額定載荷的轎廂位于最低層站時：</p><p>　　a.T1=（P+1.25×Q+Wr1）×g/Rt=(800+1.25×630+51.28) ×9.81N=1607

38、6.43N</p><p>　　b.T2=（P+K×Q+Wr2）×g /Rt=(800+0.5×630+0) ×9.81N=10938.15N</p><p>　　c.==1.700</p><p>　　d.==1.470< =1.700</p><p><b>　　e.結論：&

39、lt;/b></p><p>　　在轎廂裝載工況條件下，當載有125％額定載荷的轎廂位于最低層站時，曳引鋼絲繩不會在曳引輪上滑移，即不會打滑。</p><p>　　2）在緊急制停工況條件下的曳引校核計算：</p><p>　　當空載的轎廂位于最高層站時：</p><p>　　a. T1=×(g+2a)</p>

40、<p>　　=(800+0.5×630) ×10.51+51.28×11.21=10293.50N</p><p>　　b. T2==800×9.11N=7288N</p><p>　　c. ==1.580</p><p>　　d.==1.412< =1.580</p><p>&

41、lt;b>　　e.結論：</b></p><p>　　在緊急制停工況條件下，當空載的轎廂位于最高層站時，曳引鋼絲繩不會在曳引輪上滑移，即不會打滑。</p><p>　　3）在轎廂滯留工況條件下的曳引校核計算：</p><p>　　本計算考慮的是當轎廂空載且對重裝置支撐在對重緩沖器上時的曳引校核。</p><p><b

42、>　　具體校核計算如下：</b></p><p>　　a. T1==(800+0) ×9.81=7848N</p><p>　　b. T2==51.28×9.81=503.06N</p><p>　　c.==2.891</p><p>　　d.==15.61> =2.891</p>

43、;<p><b>　　e.結論：</b></p><p>　　當轎廂空載且對重裝置支撐在對重緩沖器上時，在轎廂滯留工況條件下，曳引鋼絲繩可以在曳引輪上滑移。</p><p><b>　　4）結論</b></p><p>　　符合《GB7588-2003 電梯制造與安裝安全規(guī)范》中的要求。</p>

44、<p>　?。└骷墏鲃虞S功率計算</p><p><b>　　0軸（電動機軸）：</b></p><p>　　P0=Pd=5.695kW，N0=Nm=720r/min，T0=9550=9550×N·m=75.54N·m</p><p><b>　　1軸（高速軸）</b><

45、;/p><p>　　P1=P0η01= P0η1=5.695kW×0.99=5.638kW，N1=N0=720r/min</p><p>　　T1=9550=9550× N·m=74.78 N·m</p><p><b>　　2軸（中間軸）</b></p><p>　　P2=P1η12

46、= P1η2η3=5.638kW×0.97×0.99=5.414kW</p><p>　　N2= =r/min=161.8r/min，T2=9550=9550× N·m=319.55N·m</p><p><b>　　3軸（低速軸）</b></p><p>　　P3=P2η23= P1η2η3=

47、5.414kW×0.97×0.99=5.199kW</p><p>　　N3= =r/min=50.9r/min，T3=9550=9550× N·m=975.45N·m</p><p><b>　　4軸（曳引輪軸）</b></p><p>　　P4=P3η34=5.199×0.99=5

48、.147kW，N4= =r/min=50.9r/min</p><p>　　T4=9550=9550× N·m=965.69N·m</p><p>　　1～3軸的輸出功率或輸出轉矩分別為各軸的輸入功率或輸入轉矩乘軸承效率0.99。運動和動力參數(shù)的計算結果匯總如下表，供設計計算使用。</p><p><b>　　各軸運動和動力參

49、數(shù)</b></p><p>　　三、主要零部件的設計計算</p><p><b>　　(一)、齒輪</b></p><p>　　高速級齒輪與低速機齒輪分別設計</p><p>　　1、高速級齒輪傳動設計</p><p><b>　　2、低速級齒輪設計</b><

50、;/p><p>　　（二）軸的設計與計算</p><p>　　1、高速軸設計與校核</p><p>　　2、中間軸設計與校核</p><p>　　3、輸出軸設計與校核</p><p>　?。ㄈL動軸承的選擇及壽命計算</p><p>　　1、高速軸 6008</p><p>

51、;　　2、中間軸 6009</p><p>　　3、低速軸 6013</p><p><b>　?。ㄋ模┞?lián)軸器的選擇</b></p><p>　　輸入軸與電機連接處使用 GY4聯(lián)軸器 GB/T 5843</p><p>　　輸出軸與曳引軸連接處使用 GY7聯(lián)軸器 GB/T 5843</p><p>

52、;<b>　?。ㄎ澹╂I校核</b></p><p>　　四、減速器箱體各部分結構尺寸</p><p><b>　?。ㄒ唬┫潴w</b></p><p>　　（二）潤滑及密封形式選擇</p><p><b>　?。ㄈ┫潴w附件設計</b></p><p>&