电梯机械部分系统结构设计

I机械设计综合课程设计计算说明书设计题目电梯机械部分系统结构设计II摘要本课程设计的目的是设计一种用于较高层建筑的乘客电梯，其轿厢由电力拖动，运行在两根垂直度小于15°的刚性导轨上，在规定楼层间输送人或货物。本设计方案的主要特点是采用两级圆柱斜齿轮传动装置和曳引机采用2:1绕法。相比蜗轮蜗杆传动，采用齿轮传动传动效率更高，这一点在电动机的选择部分有所体现。曳引机采用2:1绕法，相当于一级减速比为2:1的减速装置，有利于降低减速器的减速比，从而有利于减速器的设计。结合课程内容，本课程设计的主要内容包括：总体方案设计、传动装置计算、装配草图绘制、正式装配图绘制、零件图绘制和设计计算说明书的编写。其中，传动装置的计算主要包括：高速级齿轮传动设计和校核，低速级齿轮传动设计和校核，高速轴、中间轴和低速轴的设计和校核，轴承的选择和校核，键的设计和校核，箱体及其他部件的设计等。本次课程设计，较为完整地展现了减速器这一工业生产中常用的机械部件设计过程。通过查阅相关资料，综合运用机械设计、机械原理、材料力学、理论力学、制造工程基础、工程制图等多门学科的知识，解决设计过程中的相关问题。最终完成的内容包括Solidworks三维模型、Autocad二维装配图以及零件图以及设计说明书。III目录一、设计任务书...............................................................................................1二、总体方案设计...........................................................................................3三、高速级齿轮传动设计.............................................................................14四、低速级齿轮传动设计.............................................................................23五、高速轴的设计与校核.............................................................................32六、中速轴的设计与校核.............................................................................41七、低速轴的设计与校核.............................................................................52八、高速轴的轴承选择与校核.....................................................................61九、中速轴的轴承选择与校核.....................................................................64十、低速轴的轴承选择与校核.....................................................................67十一、高速轴键的选择与校核（联轴器）..............................................70十二、中速轴键的选择与校核（齿轮2）...............................................71十三、中速轴键的选择与校核（齿轮3）...............................................72十四、低速轴键的选择与校核（齿轮4）...............................................73十五、低速轴键的选择与校核（联轴器）..............................................74十六、箱体及其他零部件设计..................................................................75十七、润滑与密封......................................................................................79十八、技术要求..........................................................................................79十九、课程设计总结..................................................................................81参考文献..............................................................................................................811正文项目-内容设计计算依据和过程计算结果一、设计任务书1.设计要求电梯是一种固定提升设备，其轿厢由电力拖动，运行在两根垂直度小于15°的刚性导轨上，在规定楼层间输送人或货物。电梯按用途可以分为：客梯、货梯、客货梯、观光梯、杂货梯等；按速度可分为：低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯。电梯是由曳引机的曳引轮，通过曳引轮槽与曳引绳之间的摩擦力实现正常运行。电梯的主要结构包括曳引机、轿厢、轿门、层门、对重层门、导轨、导靴、安全钳、限速器、缓冲器、限位装置和控制柜等。电梯的机械部分主要包括：1)曳引系统：包括电梯传动部分、曳引机和曳引钢索。2)引导部分：包括导轨、导靴等。3)轿门和层门。4)对重部分：包括对重及安全补偿装置。5)安全装置：包括安全钳、限速器、缓冲器和限位开关。根据给定参数设计电梯曳引系统。电梯工作要求安全可靠，乘坐舒适，噪声小，平层准确。2项目-内容设计计算依据和过程计算结果2.设计数据3.设计任务表1-11)曳引系统的传动方案设计。2)齿轮式曳引机的设计。3)按比例绘制曳引系统的原理方案简图。4)完成传动部分结构装配图1张（用A0或A1图纸）。5)编写设计说明书1份。额定载质量/kg额定速度/(m/s)额定加速度/(m/s2)提升高度/m乘客电梯12501.001.00303项目-内容设计计算依据和过程计算结果二、总体方案设计1.电梯结构方案设计电梯轿厢的提升和下降的曳引，由以前的卷筒式的提升机构，逐步改进为目前电梯行业广泛采用的曳引机式提升机构。因此，在此次课程设计中，我主要考虑的是曳引机式提升。最终的设计图如图2-1。配重的作用是的作用是减小牵引力，降低所需功率节省能源。考虑到钢丝绳的重量不能忽略，曳引轮两边的重量会不断变化，从而所需要的曳引机提供的曳引力也不断变化，运行不稳定，增加了补偿链。通过具体计算，发现采用定滑轮时，传动比过大，难以设计减速器，故采用动滑轮，相当于一个2:1的减速装置。通过确定曳引轮连直径和轿厢配重曳引轮调整轮补偿链图2-14项目-内容设计计算依据和过程计算结果接的轿厢大小，为使配重与轿厢有一定距离，增加了一个调整轮。2.曳引轮驱动方案确定由于电机的转速很快，而电梯的运行速度较慢，因此需要在电动机与曳引机之间增加减速装置，其大致的结构如图2-2。3.曳引系统设计计算3.1配重质量已知电梯额定载荷𝑄=1250𝑘𝑔，乘客人数16（GB7588-2003），取轿厢自重为略大于额定载荷30%，𝐺=1600𝑘𝑔，则可算得配重𝐺0二级减速箱电动机曳引轮图2-2𝐺0=𝐺+𝛼∙𝑄𝛼为平衡系数，取值0.4~0.5𝐺0=𝐺+𝛼∙𝑄=1600+(0.4~0.5)×1250=(2100~2225)𝑘𝑔取𝐺0=2150𝑘𝑔轿厢自重𝐺=1600𝑘𝑔配重𝐺0=2150𝑘𝑔5项目-内容设计计算依据和过程计算结果3.2钢丝绳的选取假定该乘客电梯提升高度为10层，𝐻=30𝑚，根据欧洲电梯标准（EN81-1），采用三根即以上曳引绳时，静载安全系数𝐾静=12，钢丝绳规格参数如表2-1表2-1公称抗拉强度单强度：1570N/mm21770N/mm2双强度：1370/1770N/mm2公称直径mm近似重量钢丝绳最小破断载荷，kN天然纤维kg/100m人造纤维kg/100m单强度：1570N/mm2双强度：1370/1770N/mm2均按1500N/mm2单强度计算单强度：1570N/mm2822.221.728.133.21034.733.944.051.91142.041.053.262.81358.657.374.387.61688.886.811313319125122159187221681642132516项目-内容设计计算依据和过程计算结果初选中公称直径𝑑=13𝑚𝑚的人造纤维钢丝绳，其最小破断载荷𝐹破断=74.3𝑘𝑁，取轿厢在最低位置进行计算，𝑚0为单根绳的质量，𝐹1为单根绳所受最大静拉力，设钢丝绳根数为𝑛3.3当量摩擦系数确定在电梯制造中常常采用的三种曳引轮绳槽为：半圆形槽、半圆形带切口槽、V形槽，截面图如图2-3取钢丝绳与曳引轮材料间的摩擦系数𝜇0=0.15𝑚0=𝐻∙𝜌=0.30×57.3=17.19𝑘𝑔𝐹1=(𝐺+𝑄2𝑛+𝑚0)∙𝑔则有：𝐹1∙𝐾静𝐹破断×0.84代入可得：(1600+12502𝑛+17.19)×9.8×1274.3×103×0.84𝑛2.77取𝑛=3，即采用三根钢丝绳。图2-3三种槽口的当量摩擦系数分别如下计算：对于半圆形槽：𝜇1=4𝜇0𝜋=0.19对于半圆形带切口槽：𝜇2=4𝜇0(𝑠𝑖𝑛𝛾2−𝑠𝑖𝑛𝜙2)𝛾+𝑠𝑖𝑛𝛾−𝜙−𝑠𝑖𝑛𝜙取𝛾=𝜋，𝜙=𝜋2，则有𝜇2=0.3078对于V型槽：钢丝绳数目：𝑛=3当量摩擦系数：𝜇1=0.19𝜇2=0.30787项目-内容设计计算依据和过程计算结果3.4曳引轮包角的确定[1]为保证电梯在运行中的安全，应使钢丝绳在曳引轮上不打滑，根据分析和计算，电梯曳引钢丝绳在下面两种工作状态下。容易出现在曳引轮槽上打滑的现象，根据欧拉公式，可以得出不打滑条件。𝜇3=𝜇0∙1𝑠𝑖𝑛𝜃2取𝜃=35°，则有：𝜇3=0.4988即：𝜇1𝜇2𝜇3。尽管V型槽的当量摩擦系数最大，但随着使用时间的延长，V型槽口会被磨损，从而导致曳引能力下降，因此本次课程设计选择半圆形带切口槽，当量摩擦系数𝜇=0.3078详细DWG图纸请加：三二③1爸爸五四0六讨论两种情况钢丝绳不打滑条件：1)空载电梯上行至最高层站处制动停车状态（同下降启动状态）其不打滑条件为：𝐺+0.5𝑄𝐺≤𝑒𝜇𝛼𝐶1∙𝐶2其中𝐺为轿厢自重，𝑄为额定载重𝐶1=𝑔+𝑎𝑔−𝑎根据欧洲电梯标准EN81规定，𝐶1最小许用值如表2-2𝐂𝟏电梯额定速度V（M/S）𝜇3=0.4988半圆形带切口槽当量摩擦系数：𝜇=0.30788项目-内容设计计算依据和过程计算结果4.电动机的选择[2]p2004.1选择电动机类型4.2选择电动机容量传动示意图如图2-4结合实际数据，取𝐶1=1.2，𝐶2值对于半圆带切口槽取1代入式中1600+0.5×12501600≤𝑒0.3078∙𝛼1.2×1𝛼≥1.663𝑟𝑎𝑑=95.32°2)装有125%额定载荷的电梯在最底层站下降制动停车状态（同上升启动状态）其不打滑条件为：𝐺+1.25𝑄𝐺+0.5