SCD200设计计算说明书

1、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=1.25。1.1.2.2 机构 机构计算按照额

2、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） 20000/15 b、额定提升速度（m/min） 34 c、最大提升高度（m） 150 d、吊笼外尺寸（m） 3.071.32.9e、吊笼质量（kg） 1521 f、单笼电机功率（kW） 211.5g、标准节长度（m） 1.508h、标准节质量（kg） 177i、吊杆起重量（kg） 180 j、对重质量（kg） 1100k、整机质量(150m)（kg） 28600 1.3主

3、要材料特性 钢管894.5 A=11.95cm2 g=9.38kg/m I=106.92cm4 W=24.03cm3 i=2.99cm 钢管322.5 A=2.32cm2 g=1.82kg/m I= 2.54cm4 W= 1.59cm3 i= 1.05cm 角钢75506 A=7.26cm2 g=5.70kg/m ix=1.42cm iy=2.38cm iy0 =1.08cm2.载荷计算2.1载荷 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=1216 b、导轨架质量（kg/m） m2=177 c、天轮质量（kg） m3=155d、附墙架质量（

4、kg/套） m4=64 e、对重质量（kg） m5=11002 f、对重绳质量（kg） m6=1502 g、电缆质量（kg） m7=1902h、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） 20000/15 2.1.3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=CKnqA P-风载荷 N C-风力计算系数 ，取C=1.2 Kn- 高度系数 工作状态取Kn=1 非工作状态

5、取 Kh=(h/10)0.3 q -风压 N/m2 A- 受风载面积 m2a、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=（134.22+53.3253+85.6+26.22）/1000=0.378m2/m A笼1=3.072.9=8.9m2 非工作状态风沿y-y方向吹时风载 P导1=CKnqA导1 = 1.2(h/10)0.3 8000.378 = 362.88(h/10)0.3N/m P笼1=CKnqA导1 = 1.2(h/10)0.38008.9 = 8544(h/10)0.3 Nb、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=（134.22+53.3

6、253+85.6+26.22）/1000=0.378m2/m A笼1=3.072.9=8.9m2 工作状态风沿y-y方向吹时风载 P导1=CKnqA导1 = 1.22500.378 = 113.4N/m P笼1=CKnqA导1 = 1.22508.9 = 2670 N2.1.4 结构动载荷取结构动载荷计算系数=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，升降机最危险的两种工况为：、双笼均在顶部；.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+20

7、00+200-1100)9.8 = 25.69kN3.2电机选用验算3.2.1电机静功率 2N静 =FV/60 =（25.6934）/600.85 =17.13 N静 =8.56kW11.5kW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0.20.4倍，取40m。则tx=H/v=40/34=70.5s同时考虑工况最大功率状态，t起=0.85st起/tx=0.012 则 N等效=N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=K40 N等效=8.56=10.13 kW因此电机发热满足

8、要求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F =KAKVKFKYFYY Ft 分度圆上圆周力， 2Ft =25.69kN， Ft =12.85

9、kN KA工况系数 KA=1.25 KV动载系数 KV=1 KF1端面载荷分配系数 KF2=CF/Y 1=（1+x1）1+2 由 Z1/（1+x1）=13.39 =0 1=0.71 2=0.88 1=1.675 查得CF=0.885 ， KF1=CF/Y=0.885/Y K齿向载荷分布系数 K=1.21 YF齿形系数 YF1=2.88 YF2=2.07 Y螺旋角系数 Y=1F 1= 1.250.8851.212.88Y1/Y = 154.81N/mm2F2 =F1YF2/YF1 = 111.27N/mm2b、疲劳极限Flim=FlimYNYSYX Flim试验齿轮弯曲疲劳强度Flim1=294

10、 N/mm2 Flim2=220 N/mm2 YN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=60rnt=601106.53001040%2=1.53103 Ne2=60rnt=60123001040%10=1.44103YN1=1 YN2=1.2YX尺寸系数 YX1=0.98 YX2=0.99YS应力集中系数 YS1=0.98 YS2=0.99Flim1=Flim1YN1YS1YX1=29411.260.98=363N/mm2Flim2=Flim2YN2YS2YX2=2201.21.040.99=272N/mm2疲劳强度设计满

11、足要求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F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=1.5 SF1=Flim1/FlKm=363/135.161.6=1.68SFmin=1.5 SF2=Flim2/F2Km=272/97.151.6=1.75SFmin=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

12、包络弧面蜗杆传动，其主要参数： a、中心距 a=125mm b、传动比 i=14 c、蜗杆头数 Z1=3 d、蜗轮齿数 Z2=42 e、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=125mm b、传动比 i=14 c、蜗杆头数 Z1=3 d、蜗轮齿数 Z2=42 e、蜗杆分度圆直径 d1=50 mm f、蜗轮分度圆直径 d2=2a-d1=200mm g、蜗轮断面模数 mt=d2/Z2=4.7619 h、径向间隙 C=0.2 mt=0.952

13、4 i、齿顶高 ha=0.7 mt=3.333 j、齿根高 hf= C+ ha=4.2857 k、蜗杆喉部螺旋升角 =15.945 度 l、蜗杆分度圆齿形角 =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 11.5kW K-计算系数 K =C1C2C3 C1-制造质量系数 C1=0.9 C2-材料系数 C2=1C3-使用系数 C3=1.2Pi=PI/K=11/(0.911.2)=10.2 kW所选用减速机许用输入功率为11.5 kWPi=10.2 kW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

14、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： PMax=（2000+1521+150100-1100）9.81.25= 32.72kN 根据要求取临界转速 n=n额140%=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 =3.18 r/s标准动作转速：n标 =2.12 r/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

15、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max=YFaYsaYYYLw式中：-工作最大切向力 =30.75kN b-齿宽 b=40mm YFa-齿形系数 YFa1=2.85 YFa2=2.07 Ysa-应力修正系数 Ysa1 =1.57 Ysa2 =1.97 Y-重合度系数 Y=0.69 Y-螺旋角系数 Y=1 YLw-磨损系数 YLw=1.6max1=YFa1Ysa1YYYLw =2.851.570.691.6 =474.69N/mm2ma

16、x2=YFa2Ysa2YYYLw =2.071.970.691.6 = 432.61N/mm2齿根弯曲静强度安全系数SFS=式中：Y-极限应力计算系数 Y=2.5 Flim=弯曲疲劳极限 Flim1 =294N/mm2 Flim2=220 N/mm2SFS1=1.551SFS2= 1.271 齿轮弯曲静强度满足要求。4.5联接键强度计算小齿轮内花键强度计算花键规格：81044055p = =74.88N/mm2=294 N/mm2 键强度满足要求5 吊笼的设计计算 吊笼是运送人员及物料的承力结构，其主要的承力结构如图5.1所示。图 5.1 吊笼承力结构图5.1 建立吊笼结构受力模型5.1.1模

17、型的建立由于ABCD和GHIJ两框架相对刚度较大，因此认为吊笼结构主要由以上两框架承受载荷。把计算受力模型如下简化或等效：1 平面ABCD所示结构为承力结构，杆AB与BD，CD与BD为刚性连接，CD与AC，AB与AC为铰链连接。2 另一框架GHIJ情况同上。3 司机室重量m82及司机重量m83简化为A、G两点的集中力。4 根据国家标准GB10056-96中的有关条款处理载荷。由载荷重心作用点，按比例分布到杆AB和GH上，最后以均匀分布的载荷表示。如图5.2载荷分布图，处理如下：图5.2 载荷分布图 图5.3 载荷在AB干上的分布Q1=Q1Q1=Q1q(Q1)=1.053Q15 吊笼自重看成均布

18、于杆AB, CD, GH, IJ 四杆上6 忽略其余外载荷对框架ABCD和GHIJ的影响7 风载荷为吊笼在150m高处时的风载，并且由AC及GI承载 P笼= 2670 N8 考虑动载系数=1.25 模型受力简图如5.4受力简图载荷力： q( Q1)=1.0532000= 2632.5/m动力机构： q（m83）=1.25=540吊笼： q（m81）=1.25=167.2驾驶室及司机：Q3=1.25=53风载折算：pw=2670/9.8/2.54/2=54.2图5.4受力简图5.1.2外力计算 PEXlEF=2 q（m81）lAB2/2+ q( Q1) （2lAB/3）2 +Q3lAB+ pw(

19、lEF/2)2PEX=983.22PFX= PEX-pw= 929.01PFY= q( Q1) lAB +Q3+ q（m83）+2 q（m81）lAB= 4479.645.1.3内力 本结构为一次超静定结构，采用力法解结构内力。去掉杆AC，取基本结构如图5.5a所示，其变截面杆截面惯性矩取距b点1/4lAB处的截面惯性矩折算。a 基本结构 b M 图 c MP 图图 5.5 内力计算图各截面特性：杆AB截面积A=16.0cm2Ix=401cm4杆DB截面积A=18.51 cm2Ix=563.7cm4杆CD截面积A=15.07 cm2Ix=299 cm4 取各杆弹性模量E=2.1106kg/cm

20、2 按照图5.4 b，列力法正则方程：11x1+1p=011=6.3110-3cm 1p=4.2 cmx1=-666图5.6 杆AB截面 图5.7 杆CD截面弯矩图：MB=-666134= MB =1.202106 NmME=MB=1.202106 NmMD=MF=14365+666134 =89244MD=MF=8.92105 Nm图5.8内力图(M)5.1.4内力计算由于剪力和正压力对组合应力影响极小，可忽略不计，所以可只计算弯矩产生的应力。由结构断面及内力图可知，该结构B截面和C截面为危险截面，计算该截面的强度。B截面抗弯模量 WB=93.17cm3C截面抗弯模量 WC=78.48cm3

21、截面B应力 = MB/ WB=12900 N/cm2截面C应力 = MC/ WC=11370 N/cm2图 5.9 各滚轮位置5.2滚轮及轴承计算由于侧轮有传动齿轮和背轮作用，其作用力较小，因此只对正轮进行计算。5.2.1正轮压力MX-X=23580Nm正压力 F= MX-X/（22.48）=4750N单个轮子压力F1=F/2=2380N5.2.2滚轮踏面按接触应力计算a、 耐久性计算滚轮接触面按点接触应力计算，有：点=4000点 式中：-计算压力，=F1=2380N D-滚轮直径，D=70mm=7.0cm r -导轨曲率半径，r=38mm=3.8cm 点-许用应力，点=1.8105N/cm2

22、点=4000= 16620 点=1.8105N/cm2所以滚轮踏面耐久性满足要求b、 强度校核点max=点= 20940 点max=2.4105 N/cm2所以滚轮强度满足要求5.2.3滚轮内轴承寿命验算 每一滚轮内均装有2个6006轴承，单个轴承的最大受力:F=119=1166.2N 转速： n=170 r/Min 查得6006轴承基本额定载荷:：C=8300N 极限转速：N=10000 r/Min 额定寿命：10000hLn=（）3=（）3=35344 h轴承寿命满足要求6 导轨架计算6.1导轨架计算工况 导轨架最危险的工况为：双笼带对重，一笼在顶部，一笼在底部。考虑动载系数=1.25，并

23、且承受工作状态的风载荷，其受力如图6.1所示，载荷沿截面布置如图6.2所示： 图 6.1受力图图 6.2载荷布置图 由此可得截面弯矩为：My=（496.5650）（2000+1521-1100-150）+100（496.5650325）9.8/1000 = 26958.34 Nm Mx= 544(1100-150)9.8/1000=5064.64 Nm风载荷 吊笼：P吊=2670 N 导轨架：q导= 113.4 N/m顶部正压力：N=（m3+m5+m6+m7+（m8+Q1）9.8 =72875.25 N=72.88kN由于导轨架每隔9.048m设一个附墙架，架设高度160m时，有16个附墙架，

24、因此可将导轨架受力图简化成如图6.3所示，并与建筑物连接为弹性连接，且有：Cx=2.010-5cm/N Cy=1.010-5cm/N图6.3 导轨架x平面内受力图M16y= My+9.048 P吊+ q导9.0482=26958.34+24158.16+4641.82=55758.32 Nm图 6.4导轨架y平面内受力图6.2内力计算 此模型可按多跨柔性连续梁计算。Cx= 2.010-5cm/N, Cy= 1.010-5cm/N,E= 2.1106N/cm2,并设每跨梁的截面特性相同，没跨的距离也相同，同为9.048m。6.2.1 梁的截面特性 I =（D4-d4）/64=106.92cm4A

25、1 =（D4-d4）/4=11.95cm2Ix-x=Iy-y=4I+4A1a2 = 4106.92+411.95(80/2)2 = 76907.68cm4 图6.5 截面图总面积：A=4A1=47.8cm2抗弯模量：W= Ix-x/（40+4.5）= 1728.3cm36.2.2求x面弯距由于 =Cx =2.010-5 =0.26如图6.6 x平面弯矩图此模型可作如下计算R160=ql+ql/2+P吊=113.49.048+113.49.048/2+2670= 4209.06NR00=ql/2=513.08 NR10= R20= R30=R150=ql= 1026.16N分别对k=0,k=1,

26、k=16列弯距方程 .0.26M9+0.96M10+9.56M11+0.96M12+0.26M13= -ql20.26M10+0.96M11+9.56M12+0.96M13+0.26M14= -ql20.26M11+0.96M12+9.56M13+0.96M14+0.26M15=-ql20.26M12+0.96M13+9.56M14+0.96M15+0.26M16=-ql20.26M13+0.96M14+9.56M15+1.22M16= -ql2其中：M16= -55758.32 Nm ql2=4641.82 Nm 并且可认为M0=M1,=M10=M11则解得： M11=-523N M12=-

27、551N M13= -924N M14=547N M15=9586N6.2.3 各支座的反力 Rk = Rk0 +R16= R160 +=4209.06+7221.9+6162.5=17593.49NR15=1026.16-999.01-7221.09= -7193.94NR14=1026.16-162.58+999.01=1862.59NR13=1026.16+163.02+162.58=1251.76NR12=1026.16-21.11-163.02=842.03NR11=R10=R9=R1=842.03N图6.6 x平面弯矩图6.2.4 y平面弯矩 由上，同样可得：M16= -5064.

28、64 NmM15=906.5 NmM14=95.6 NmM13= -66.2 NmM12= -5.8 NmM11= -2.7 NmM10=M9=M1=0 各支座的反力R16= 659.94NR15= -549.05NR14=-92.1NR13=23.7NR12=-3.2NR11=R10=R9=R1=0图6.7 y平面弯矩图6.3强度及稳定性计算6.3.1强度验算由以上计算可知，导轨架最危险断面为支座16处，其MX= -5064.64 NmMY= -55758.32 NmN=72.88+17769.8/1000= 82.98kN 由于导轨架不允许构件截面上出现塑性区，此时偏心受力构件的强度以截面

29、边缘应力达到屈服点的“边缘应力理论”进行计算，即有： =17000N/cm2=- = 2087.98 N/cm2=17000N/cm26.3.2稳定性计算 结构件受有轴向压力及绕强轴和弱轴的双向或单向弯炬时，除用一般强度公式验算强度外，还需同时满足稳定性验算公式，即：（1/（1-）+（1/（1-）Cmy+（1/（1-）式中： A-结构毛截面积mm2 Nex 、Ney-欧拉临界载荷，按下式计算： Nex = = .21=NeyMox、Moy-构件端部弯矩，Mox= Mnx+NfoyMoy= Mny+NfoxMox=1.29106NcmMoy=5.31106NcmN -顶端轴向力N=82.98kN

30、MHX、MHY-由横向载荷引起的最大弯矩MHX=0MHY=2.86106 NcmWx、Wy -结构件截面抗弯模量mm3Wx=Wy=1.73106mm3 Cox、Coy -端部弯矩不等的折减系数 Cox=Coy=1.0CHx、CHy -横向载荷弯矩系数 CHx=CHy=1.0Cmy-绕强轴的端部弯矩对绕弱轴的端部强度的影响系数 Cmy=1.0w-侧向屈曲稳定系数 w=1.0 -轴压稳定系数=0.2 -轴压稳定修正系数，对于空间桁架结构 =1因此有1. （1/（1-）+（1/（1-）Cmy=10854 N/cm2=17000N/cm22.+（1/（1-）=9230 N/cm2=17000N/cm2

31、3.= 8679.92 N/cm2=17000N/cm2整体稳定性满足要求6.3.3单支稳定性计算 由于 N=82980NMox=5064.64 NmMoy=55758.32Nm 可得出支座16处的横截面上单支的最大轴心压力为：N1=N/4+= 58759.2Nl=70cmr=2.99=23.4查得=0.965= 5095.43 N/cm2=17000N/cm2单支稳定性满足要求6.3.4缀条计算 缀条采用322.5钢管 截面特性：A=2.32cm2 I=2.54cm4r =1.05cm l=83.5cm=80 承受最大横向载荷a、 风载荷： F1=113.41.5086/2=533.4N F2=2760/2=1380n 轮压： F3=4750NR16=17593.49N取 F=17593.49N=45。 缀条所受的轴向压力为： D=F/Cos=17660.69 N =80，查得=0.731 = = 10413.6 N/cm2 =17000N/cm2缀条强度满足要求6.3.5上中下框架计算 框架最大受力工况为工况，考虑动载系数=1.25，如图6