SCD200设计计算说明书

SCD200/200施工升降机设计计算书第1页共31页1.计算原则及参数1.1计算原则1.1.1产品标准本产品设计计算遵循以下现行产品标准：a、GB10052-1996《施工升降机分类》b、GB10053-1996《施工升降机检验规则》c、GB10054-1996《施工升降机技术条件》d、GB10055-1996《施工升降机安全规则》e、GB10056-1996《施工升降机试验方法》f、GB7920.3-1996《升降机术语》1.1.2计算原则1.1.2.1结构结构采用许用应力法，进行强度、稳定性、刚性计算，并满足其规定要求，一般不考虑材料的塑性变形影响。载荷取额定载重量时的对结构受力最大组合，并取动载系数φ=1.25。1.1.2.2机构机构计算按照额定载重量、额定提升速度来选择、验算有关配套件。1.1.2.3零件强度计算零件静强度按照零件所受的最大载荷计算，疲劳强度按照零件在额定载重量、额定提升速度对应所承受的载荷进行计算。1.2主要性能参数a、额定载重量（N/人）20000/15b、额定提升速度（m/min）34c、最大提升高度（m）150d、吊笼外尺寸（m）3.07×1.3×2.9e、吊笼质量（kg）1521SCD200/200施工升降机设计计算书第2页共31页f、单笼电机功率（kW）2×11.5g、标准节长度（m）1.508h、标准节质量（kg）177i、吊杆起重量（kg）180j、对重质量（kg）1100k、整机质量(150m)（kg）286001.3主要材料特性钢管φ89×4.5A=11.95cm2g=9.38kg/mI=106.92cm4W=24.03cm3i=2.99cm钢管φ32×2.5A=2.32cm2g=1.82kg/mI=2.54cm4W=1.59cm3i=1.05cm角钢∠75×50×6A=7.26cm2g=5.70kg/mix=1.42cmiy=2.38cmiy0=1.08cm2.载荷计算2.1载荷SCD200/200施工升降机设计计算书第3页共31页本机设计计算考虑自重载荷，载重载荷，风载荷三类。2.1.1自重载荷a、底笼质量（kg）m1=1216b、导轨架质量（kg/m）m2=177c、天轮质量（kg）m3=155d、附墙架质量（kg/套）m4=64e、对重质量（kg）m5=1100×2f、对重绳质量（kg）m6=150×2g、电缆质量（kg）m7=190×2h、吊笼质量（kg）m8=1521空笼（kg）m81=701动力机构（kg）m82=720司机室（kg）m83=1002.1.2载重载荷额定载重量（N/人）20000/152.1.3风载荷风载荷分别考虑工作状态和非工作状态，风压取值：工作状态：q=250N/m2非工作状态：q=800N/m2计算公式按下式计算：P=C·Kn·q·AP---风载荷NC---风力计算系数，取C=1.2Kn---高度系数工作状态取Kn=1非工作状态取Kh=(h/10)0.3q---风压N/m2A----受风载面积m2SCD200/200施工升降机设计计算书第4页共31页a、非工作状态风载荷非工作状态风沿y-y方向吹时迎风面积A导1=（134.2×2+53.325×3+85.6+26.2×2）/1000=0.378m2/mA笼1=3.07×2.9=8.9m2非工作状态风沿y-y方向吹时风载P导1=C·Kn·q·A导1=1.2×(h/10)0.3×800×0.378=362.88×(h/10)0.3N/mP笼1=C·Kn·q·A导1=1.2×(h/10)0.3×800×8.9=8544×(h/10)0.3Nb、工作状态风载荷工作状态风沿y-y方向吹时迎风面积A导1=（134.2×2+53.325×3+85.6+26.2×2）/1000=0.378m2/mA笼1=3.07×2.9=8.9m2工作状态风沿y-y方向吹时风载P导1=C·Kn·q·A导1=1.2××250×0.378=113.4N/mP笼1=C·Kn·q·A导1=1.2×250×8.9=2670N2.1.4结构动载荷取结构动载荷计算系数φ=1.25图2.1风载荷示意图2.2工况分析升降机为双笼带对重的人货两用升降机，最大起升高度160m，升降机最危SCD200/200施工升降机设计计算书第5页共31页险的两种工况为：Ⅰ、双笼均在顶部；Ⅱ.一笼在顶部，一笼在底部。3驱动机构计算3.1驱动机构载荷计算驱动机构受力最大是载荷：F=（m8+m+m驾-m5）×9.8=(1521+2000+200-1100)×9.8=25.69kN3.2电机选用验算3.2.1电机静功率2N静=FV/60η=（25.69×34）/60×0.85=17.13N静=8.56kW＜11.5kW电机功率满足要求3.2.2电动机发热验算以工作类型系数法验算电机发热。设平均起升高度为总高度的0.2～0.4倍，取40m。则tx=H/v=40/34=70.5s同时考虑Ⅰ工况最大功率状态，t起=0.85st起/tx=0.012则N等效=γN静=8.56kW若负载为断续周期工作制S3工作制，负载持续率为40%，由等效功率转换为FC%时的功率N40=K40N等效=4.1×8.56=10.13kW因此电机发热满足要求SCD200/200施工升降机设计计算书第6页共31页3.3齿轮齿条强度验算3.3.1计算载荷及基本参数疲劳载荷按额定载荷时，各工况中齿轮承受的最大载荷计算，即P=25.69kN齿轮齿条基本参数m=8齿轮：齿数Z1=15宽度B=40变位系数x1=0.12精度等级8级材料40Cr热处理齿面硬度HRC45-50齿条：宽度B=40精度等级8级材料45热处理硬度HRC45-503.3.2弯曲疲劳强度计算由于开式齿轮传动的主要破坏形式是齿面磨损，一般只需计算齿根弯曲强度，同时需考虑齿厚减薄。a、疲劳应力根据公式σF=mnFtb·KA·KV·KFα·Kβ·YF·Yε·YβFt——分度圆上圆周力，2Ft=25.69kN，Ft=12.85kNKA——工况系数KA=1.25KV——动载系数KV=1KF1——端面载荷分配系数KF2=CF/Yεε1=（1+x1）ε1+ε2由Z1/（1+x1）=13.39β=0SCD200/200施工升降机设计计算书第7页共31页ε1=0.71ε2=0.88ε1=1.675查得CF=0.885，KF1=CF/Yε=0.885/YεKβ——齿向载荷分布系数Kβ=1.21YF——齿形系数YF1=2.88YF2=2.07Yβ——螺旋角系数Yβ=1σF1=840100085.12×1.25×0.885×1.21×2.88×Yε×1/Yε=154.81N/mm2σF2=σF1YF2/YF1=111.27N/mm2b、疲劳极限σFlim’=σFlim·YN·YS·YXσFlim——试验齿轮弯曲疲劳强度σFlim1=294N/mm2σFlim2=220N/mm2YN——寿命系数设每天工作时间10h，40%工作制，每次满载；设年工作日300天，齿轮寿命2年，齿条10年则：Ne1=60·r·n·t=60×1×106.5×300×10×40%×2=1.53×103Ne2=60·r·n·t=60×1×2300×10×40%×10=1.44×103YN1=1YN2=1.2YX——尺寸系数YX1=0.98YX2=0.99YS——应力集中系数YS1=0.98YS2=0.99σFlim1’=σFlim1·YN1·YS1·YX1=294×1×1.26×0.98=363N/mm2σFlim2’=σFlim2·YN2·YS2·YX2=220×1.2×1.04×0.99=272N/mm2疲劳强度设计满足要求SCD200/200施工升降机设计计算书第8页共31页c、安全系数由于同时考虑又磨损会使危险断面齿厚减薄，因此，应将求得的弯曲应力σF乘以磨损系数Km.根据有关标准规定齿轮最大允许磨损量为原齿厚的20%，所以：Km=1.6并取安全系数SFmin=1.5SF1=σFlim1’/σFl·Km=363/135.16·1.6=1.68＞SFmin=1.5SF2=σFlim2’/σF2·Km=272/97.15·1.6=1.75＞SFmin=1.5因此安全性满足要求3.3.3齿轮弯曲静强度由于该齿轮与限速器所用齿轮完全相同，其齿根最大弯曲静应力计算见4.5限速器齿轮计算一节3.4减速器计算3.4.1减速器基本参数本减速器选用To65b型减速机构部分采用平面二次包络弧面蜗杆传动，其主要参数：a、中心距a=125mmb、传动比i=14c、蜗杆头数Z1=3d、蜗轮齿数Z2=42e、精度等级及粗糙度8级f、材料及热处理蜗杆40Cr调质HB240-280齿面淬火HRC50-55蜗轮ZQSn10-1g、工作制：间歇工作，有冲击负荷3.4.2几何计算a、中心距a=125mmSCD200/200施工升降机设计计算书第9页共31页b、传动比i=14c、蜗杆头数Z1=3d、蜗轮齿数Z2=42e、蜗杆分度圆直径d1=50mmf、蜗轮分度圆直径d2=2a-d1’=200mmg、蜗轮断面模数mt=d2/Z2=4.7619h、径向间隙C=0.2mt=0.9524i、齿顶高ha=0.7mt=3.333j、齿根高hf=C+ha=4.2857k、蜗杆喉部螺旋升角γ=15.945度l、蜗杆分度圆齿形角α=23.578度3.4.3承载能力验算蜗杆轴的计算输出功率Pi=PI/K式中PI------电机输入功率11.5kWK------计算系数K=C1·C2·C3C1-----制造质量系数C1=0.9C2-----材料系数C2=1C3-----使用系数C3=1.2Pi=PI/K=11/(0.9×1×1.2)=10.2kW所选用减速机许用输入功率为11.5kW＞Pi=10.2kW因此减速机承载能力满足要求4限速制动器计算4.1限速制动器计算载荷及有关参数限速制动器零件强度计算载荷均按满载时出现故障坠落工况，考虑最坏情况，计算作用于限速制动器小齿轮上的力：SCD200/200施工升降机设计计算书第10页共31页PMax=（2000+1521+150＋100-1100）×9.8×1.25=32.72kN根据要求取临界转速n=n额·140%=60·120100034π×140%=2.48r/s4.2离心块动作验算选用防坠安全器其额定制动速度为1.2m/s，即72m/min，标定动作速度为0.8m/s，即48m/min额定制动转速：n制=60120100072=3.18r/s标准动作转速：n标=60120100048=2.12r/s因此离心块动作满足要求4.3制动力矩计算选用的制动器其额定制动载荷大于30kN考虑最糟糕情况时PMax‘=26.18kN选用制动力矩可满足要求4.4小齿轮计算由于该齿轮于驱动机构小齿轮完全一样，并且其材料强度比齿条要高，而限速制动器上齿轮在一般情况下受力较小，故可只对其进行齿轮的脆性和塑性变形，即齿轮的最大弯曲静强度的计算。齿根最大计算应力σmax=ntmaxmFb·YFa·Ysa·Yε·Yβ·YLw式中：tmaxF-----------工作最大切向力tmaxF=30.75kNb-------------齿宽b=40mmYFa----------齿形系数YFa1=2.85YFa2=2.07Ysa----------应力修正系数Ysa1=1.57Ysa2=1.97SCD200/200施工升降机设计计算书第11页共31页Yε----------重合度系数Yε=0.69Yβ--------螺旋角系数Yβ=1YLw--------磨损系数YLw=1.6σmax1=ntmaxmFb·YFa1·Ysa1·Yε·Yβ·YLw=8401030.753×2.85×1.57×0.69×1.6=474.69N/mm2σmax2=ntmaxmFb·YFa2·Ysa2·Yε·Yβ·YLw=8401030.753×2.07×1.97×0.69×1.6=432.61N/mm2齿根弯曲静强