垂直升降货梯动力系统设计

1、机械设计课程设计计算说明书垂直升降货梯动力系统设计学院：工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级： 学生： 学号：指导老师： 目录一、 前言.3二、 设计任务书.4三、 传动方案的分析和拟定.5四、 电动机的选择.6五、 传动装置运动和动力参数计算.8六、 齿轮设计.9七、 中轴设计计算.11八、 低速轴、高速轴的设计计算.18九、 减速器箱体的设计.30十、 减速器的润滑方式密封类型的选择.31一、前 言一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列

2、垂直的或倾斜角小于15的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使

3、曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。按速度可分低速电梯（1米/秒以下）、快速电梯(12米/秒)和高速电梯(2米/秒以上)。19世纪中期开始采用液压电梯，至今仍在低层建筑物上应用。1852年，美国的伊莱莎.格雷夫斯.奥的斯研制出带有安全制动装置的升降机。80年代，驱动装置有进一步改进，如电动机通过蜗杆传动带动缠绕卷筒、采用平衡重等。19世纪末，采用了摩擦轮传动，大大增加电梯的提升高度。本次设计的电梯主要是为家庭使用的货梯，具有载重量小，速度慢的特点。电梯

4、原理图如下：三、 传动装置总体设计方案：1、 组成：传动装置由电动机、减速器、工作机组成。2、 特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3、 确定传动方案：考虑到电动机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级，其传动方案如下：图1-1 传动装置总体设计图（轴上的卷筒为电梯的曳引轮）选择V带传动和二级圆柱直齿轮减速器。钢丝绳直径的选择钢丝绳的允许拉力，按下列公式计算：式中 钢丝绳的允许拉力（kN）； Fg钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）； a换算系数选用619的钢丝绳，则式中的Fg=5kN，查表得a=0.85；K=56，取6，所以，查机械设计手册，选择直径为10

5、mm的钢丝绳曳引轮直径计算 曳引轮直径一般为钢丝绳直径的40倍以上，所以曳引轮直径D=40d=4010mm=400mm，选用400mm的曳引轮。四、 电动机的选择1、选择电动机类型按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。2、选择电动机容量电梯电机所需工作功率 式中Q：电梯额定载重量，值： 1000kgV：电梯额定速度，值： 1 m/s：电梯平衡系数，取值： 0.50：曳引机传动总效率，取值： 0.5所以电机所需工作功率 kw1查机械设计手册，选用Y160L电动机，功率为11w,转速为1000r/min；中心高H外形尺寸L（AC/2+AD）HD底脚安装尺寸 AB

6、地脚螺栓孔直径 K轴伸尺寸DE装键部位尺寸FGD 160650432.5385 254254 1242110 12373、选取其他各个机构效率取=0.99（滚子轴承）；(直齿轮传动效率=0.97)；=0.99（齿轮联轴器）；4、确定传动装置的总传动比1、 总传动比5、 分配减速器的各级传动比按展开式布置，考虑润滑条件，可由图查得1=5.6，则2=/1=20.8/5.6=3.7。五、计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速2、各轴功率：kWkWkW 各轴转矩： 运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名转矩/Nm传动比输入轴10.895.6轴10.453.7轴10.04六、 齿轮的设计（一）高速级齿

7、轮传动的设计计算 齿轮材料，热处理及精度 材料：高速级小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为小齿轮280HBS 取小齿齿数=21；高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS Z=i1Z=5.621=118 取Z=118；. 齿轮精度按GB/T100951998，选择7级，齿根喷丸强化。初步设计齿轮传动的主要尺寸按齿面接触强度设计确定各参数的值:试选=1.6由表10-6查得材料的弹性模量影响系数ZE=189.8MPa由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限=600Mpa；大齿轮的接触疲劳强度极限=550Mpa。由式10-13计算应力值环数N=60nj =6010001（53

8、658）=8.76108N=1.5610 (5.6为齿数比,即5.6=)查图10-19得：K=1.03 K=1.1齿轮的疲劳强度极限取失效概率为1%,安全系数S=1,应用公式10-12得:=1.03600=618=1.1550=605 3.设计计算小齿轮的分度圆直径d，代入中较小的值。=2.32计算圆周速度计算齿宽b 计算齿宽b b=62.033mm计算齿宽与高之比模数齿高h=2.25 =2.252.954=6.646 = =9.3338计算载荷系数K使用系数=1.25根据,7级精度,由图10-8查得动载系数K=1.12,由表10-4查得K的计算公式:K= +0.2310b =1.12+0.1

9、8(1+0.61) 1+0.231087.804=1.422由图10-13查得: K=1.32由表10-3 查得: K=1故载荷系数:K=1.251.1211.42=1.991按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径计算模数4. 齿根弯曲疲劳强度设计由弯曲强度的设计公式 确定公式内各计算数值 由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的弯曲强度极限 由图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.90，KFN2=0.92; 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得计算系数K 查取齿形系数YFa和应力校正系数YSa查课本由表10-5得:齿形系数2.76 Y2.2

10、6 应力校正系数1.56 1.74 计算大小齿轮的 并加以比较 大齿轮的数值大.选用. 设计计算 计算模数对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的法面模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，按GB/T1357-1987圆整为标准模数,取m=2.5但为了同时满足接触疲劳强度，需要按接触疲劳强度算得的分度圆直径d=66.72来计算应有的齿数.于是由:z=27 取z=27那么z=5.627=151 几何尺寸计算计算分度圆直径计算中心距 计算齿轮宽度b=圆整的 （二）低速级齿轮传动的设计计算同理可计算得到低速级齿轮各个参数为：z=23；z=85；d1=115；d2=425；a=270；。七、 滚动轴

11、承和传动轴的设计各轴参数如下表：轴名转矩/Nm传动比输入轴10.895.6轴10.453.7轴10.04由于其他各轴齿轮主要限制与中轴，所以由中轴开始设计计算：中轴的设计1、求作用在齿轮上的力因已知中轴上两齿轮的分度圆直径为大齿轮d1=377.5mm；小齿轮d2=115；大齿轮上力的计算：小齿轮上力的计算：3、初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取A0=112，于是得4、轴的结构设计（1）初步试选轴承为6211轴承，d=55mm；D=100mm；Cr=43,2kN；C0=29.2kN;由机械设计手册查得，齿轮端面与箱体内壁

12、距离(壁厚)，取壁厚=10；=15；取两齿轮间距l=20；由以上数据可以初步确定中轴受力图如下：得出各支反力和弯矩、扭矩整理如下：载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=855N; FNH2=6094N;FNV1=312N; FNV2=6094N;平面最大弯矩MHmax=N.mmMVmax=N.mm最大总弯矩Mmax= N.mm扭矩5.575 按弯扭组合校核强度，危险截面的计算应力因为45钢的-1=60Mpa，因此-1，故安全。（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）选取轴承：轴承所受最大径向载荷Frmax= FNH2=6094N;而轴向载荷较小，可忽略不计；当量动载荷P=fp(xFr

13、+YFa)；根据表13-6，取fp=1.2；根据表13-5，取X=1，Y=0；所以P=1.2x6094=7312.8；根据表13-6,可得轴承应有动载荷为：；查手册选用6211号轴承：d=55;D=100;B=21;r=1.5;da=64;Da=91;Cr=43.2kN;C0f=29.2kN;验算6211轴承寿命如下：14600h；所以，6211轴承可用。2）两齿轮中间用轴肩定位，查手册可得h=6；结合轴承安装尺寸，可最终确定中轴如下图：八八八、其他各轴设计 同二轴计算设计，可最终确定高速轴，低速轴方案如下：九、箱体结构的设计名称符号减速器型式及尺寸关系mm机座壁厚10机盖壁厚19机座凸缘壁厚b15机盖凸缘厚度b113.5机座底凸缘厚度b225地脚螺钉直径df24地脚螺钉数目n6轴承旁联接螺栓直径d120机盖与机座联接螺栓直径d212联接螺栓d2的间距l130轴承端盖螺钉直径d310窥视孔盖螺钉直径d46定位销直径d10df、d1、d2至外机壁距离c134、26、18df、d2至凸缘边缘距离c228、24轴承旁凸台半径R124凸台高度h62.5外机壁至轴承座断面距离l155大齿轮顶圆与内机壁距离115齿轮端面与内机壁距离212机盖、机座