机电立体车库提升机构的机械传动系统.doc

摘摘 要要 立体车库随着汽车工业的发展而兴起，它以节省占地面积、经济、安 全等优点而深受社会的欢迎，具有广阔的发展前景。因此，我选择了设计 一套立体车库的提升机构作为研究课题。 本设计中重点研究了立体车库提升机构的机械传动系统。经过深入细 致地分析、比较后，终于确定了一套有别于常规的方案。整套设备具有结 构对称的特点，分别采用由四组驱动轮驱动钢丝绳同时提升载车箱体的四 角作垂直上升、下降运动，驱动装置集中于下部，由一个双轴伸电动机做 动力，经两个双输出轴减速器减速后，传动到驱动轮，驱动轮带动钢丝绳 使提升系统的箱体部分能上下运动，实现运送车辆的目的。顶部仅设置有 四个用作变向的支撑轮。这样设计既减轻了车库建筑施工中对顶层楼板的 承载要求和安装施工中的劳动强度，提高了可靠性，同时又方便了平常的 检修与维护。 根据上述方案，绘制了本套立体车库的提升机构传动系统的总装配图 以及驱动轮、传动轴等零件图共计六张。并对进行了详细的设计计算及强 度校核。 关键词关键词：立体车库；机械传动；提升机构 Abstract With the developing of the motoring industry, the tridimensional garage appeared.It was welcomed to the consumers with the advantages of saving floor space、economy、and security and so on.It would be widely applied in the future.Thus,I choosed (selected) the tridimensional garages transmission system as the subject of my study. I choosed the lifting mechanisms transmission system of the garage as the primary purpose.After indepth and particularity analysed and compared, finally ,I have a unique style in designing the lifting mechanism.The whole set was symmetrical in structure. It adopted four groups driving wheel makes the case up and down in the same time.The driving set was placed under the case .The set has a twinshaft stretch dynamo as its power,after two double output shaft retarder slowdown , transmission to driving wheel so wire ropes be brought along by the driving wheel made hoisting systemcase tend to up-and- down movement and realizes the purpose of transporting car.There are only four beam wheel empolied as the deflecting of the direction, which be able to alleviate the bearing require of the coping floor slab and labour intensity in installing , promote reliability,at the same time convenience in ordinary repair work and maintenance. On the base of forementioned scheme,I drawned lifting mechanismtransmission system of tridimensionality garage and assembly drawing along with driving wheel 、transmission shaft and so on drawing detailed sumed to six sheets .And then calculated and verificated the strength of the whole set. KeywordsKeywords: : tridimensional garage;transmission system;lifting mechanism 目 录 1.1.前前 论论 1 1 1.1 国内外立体车库的发展状况1 1.2 本设计的具体任务及其意义2 2.2.机械式停车库设备方案的确定机械式停车库设备方案的确定 3 3 2.1 机械式停车设备的功能及结构分析3 2.1.1 升降横移式3 2.1.2 垂直循环式 .3 2.1.3 巷道堆垛式 .4 2.1.4 垂直升降式 .4 2.2 设计中的立体车库类型的确定5 3.3. 提升机构方案的选择提升机构方案的选择 7 7 3.1 对提升机构的分析7 3.2 具体设计方案及其选择8 3.2.1 驱动形式 .9 3.2.2 平衡方式 11 3.2.3 安装方式 11 4 4箱体的设计计算箱体的设计计算 1212 4.1 箱体的设计计算.12 4.1.1 箱体顶部及侧部结构设计.12 4.1.2 载车板的设计计算.12 4.1.3 箱体底部的结构设计计算 13 4.1.4 箱底突台设计计算.15 4.1.5 箱底衬板设计计算.16 4.2 配重的设计计算.17 5.5.标准部件的选择标准部件的选择 1818 5.1 对电动机的分析和选用.18 5.1.1 性能和分类 18 5.1.2 选择电动机应综合考虑的问题 19 5.1.3 本提升机构电动机的类型选择 20 5.1.4 电动机具体型号的选择.20 5.2 对联轴器的分析和选用.23 5.2.1 主要性能和分类 23 5.2.2 联轴器选择原则 23 5.2.3 尺寸的选择 24 5.2.4 本设计中联轴器的选择 24 5.3 对制动器分析和选用.27 5.3.1 性能及分类.27 5.3.2 制动器的选择原则.29 5.3.3 本设计中制动器型号的选择 29 5.4 对减速器的分析和选用.31 5.4.1 性能和分类 31 5.4.2 选择减速器的原则 32 5.4.3 减速器类型的选择 33 6.6.非标准件部件的设计和计算非标准件部件的设计和计算 3535 6.1 钢丝绳及钢丝绳夹的选用.35 6.2 曳引轮的设计计算.38 6.3 顶轮的设计计算.46 7.7.部件的设计和校核部件的设计和校核 4747 7.1 长轴的设计计算及校核.47 7.2 短传动轴的设计计算.52 7.3 顶轴的设计计算.53 8.8.轴承的选用与校核轴承的选用与校核 5656 8.1 轴承的选用.56 8.2 对顶轴轴承寿命验算.56 总总 结结 5858 结束语结束语 5959 参考文献参考文献 6060 1.1.前前 言言 1.11.1 国内外立体车库的发展状况国内外立体车库的发展状况 随着世界经济的发展，人们生活水平的不断提高，汽车越来越成为不可缺少 的交通工具。日益增长的人口与经济促使了汽车行业的快速发展。虽然汽车给人 们日常生活带来了不少方便,但是全球土地资源日益紧缺,特别是城市建设中寸土寸 金的状况给城市建设带来了一个必须解决的难题。 伴随着难题的出现，立体停车库应运而生。目前世界上机械式停车场行业比较 发达的国家和地区主要有：日本、韩国、德国、美国和我国台湾等。 而对于我国来说，机械式停车库设备的早期开发工作是从上个世纪 80 年代中 期开始的。1991 年承德京承科工联合机械总厂自行设计制造了我们国家第一台垂 直循环式停车设备。随后其他企业也相继进行研制。由于我国加入了 WTO，家用 轿车价格大幅度下调，私有车的数量大幅度增加。因此，发展和开发符合我国国 情的机械式停车设备有着非凡的意义。 经过几十年的发展，立体车库的种类得到了很大的丰富和发展。另一方面， 立体车库的组成日益完善。随着汽车大批量进入个人家庭，停车难、行路难成为 困扰城市交通的大难题。当前，我国私人汽车保有量已突破 1000 万辆。而且，新 一轮的购车热方兴未艾。当前，随着城市居民购车欲望的不断提升，城市交通压 力越来越大，停车难问题愈加突出。 机械式停车场的分类，虽然我国在这项上起步较晚，但也制定出了基本的标准。 根据我国机械行业标准代号为 CS（TB/T8713-1998） 机械式停车设备类型、型式 与基本参数的归纳，机械式停车设备可分为升降横移式、垂直循环式、水平循 环式、多层循环式、平面横移式、巷道堆垛式、垂直升降式和简易升降式八大主 要类别。 一般来说一个完整的机械式停车设备包括库体结构、机械传动系统和电气控制 系统三大主要部分。 1.21.2 本设计的具体任务及其意义本设计的具体任务及其意义 在本设计中主要任务是完成了垂直升降立体车库的机械传动部分的设计。因 为它是三大主要部分中最为重要的部分。它不仅占据中间大,结构复杂而且更是整 个系统的执行部分,是整个车库的关键部分。设计好了这个部分,余下的都是围绕它 而设计的。故而对机械传动系统的设计优劣直接关系着整个系统能否正常运行， 能否完成所要实现的预期目标。 本次设计涉及的主要技术指标： (1) 车体尺寸：5.051.851.5 (m) 长宽高； (2) 车体的质量：1.7 (t)； (3) 提升速度：15 (m/min). 通过本次设计，我一方面希望提高自己的设计能力，另一方面也希望为相关 的设计提供一定的参考价值。 2.机械式停车库设备方案的确定 2.12.1 机械式停车设备的功能及结构分析机械式停车设备的功能及结构分析 机械式停车设备问世已经有 50 多年的历史了。经这半个世纪的发展出现了数 十中不同类型的机械式停车设备，现在就各种停车设备中的主要几种类型的性能 作以下的介绍。 2.1.12.1.1 升降横移式升降横移式 其结构主要布置在地面以上或半地下。一般结构为 2 或 3 层，也可以为 4 层， 极少设计为 5 层的。停放车辆的承载板又兼作运送车辆的搬运装置，在车辆进出 层的承载板仅作左右横向移动，最顶的一层和地坑最底层的承载板只作升降，中 间层的承载既作升降又悬挂在车架上，随之作左右横向移动。一般而言，这些升 降或横移机构是可以由分开的独立装置控制。 这种机械停车设备结构不高，在垂直平面内车位布置较紧凑，停车库的出入 口布置较为灵活；相对成本较低，进出一辆车不必牵动全库车辆；易实现计算机 集中控制。其缺点是每个载车板都要自备一套甚至两套驱动机构，机构的造价及 工作可靠性成为了决定方案取舍的重要的因素。 2.1.22.1.2 垂直循环式垂直循环式 该形式使用于将车库布置在地面上、半地下或者是全地下。一般停车容量为 1030 辆。载车板悬挂在以垂直升降做主要运动的循环链上，此循环系统将指定的 载车板运送到出入口处，实现车辆存取。此设备只需要一套机构，较容易控制， 停位较准确，结构简单，工作可靠，土地利用率也较高等。其缺点是：作循环运 动的主链及车筐的悬挂支撑链只宜采用大型板链，链条节距较大，自重也大，由 此形成链传动速度波及冲击效应也较大，而且每个存取一辆车要牵动全库车辆， 因此整个系统的运动惯量很大，能量消耗很大，振动及噪音较大，运动速度不高， 出入库的时间长。当采用土建承重结构时，整个停车设备力全传到承重墙体上， 若采用钢结构，则钢结构重量较大，地基处理要求较高，经济性较差。因此，在 一些发达国家已经不在采用。 2.1.32.1.3 巷道堆垛式巷道堆垛式 该机械式停车库设备的工作原理类似于大型自动化立体仓库。 一般采用双柱式巷道堆垛机作为搬运装置,高速运行。入库车在堆垛机载货台上同 时作二维运动,快速到达指定车位。一般采用车道长度。方向垂直的横向布置,一个 巷道设置一台堆垛机载货台上可旋转缩进,当两台堆垛机交汇运行时互不干扰。也 可以在载货台上作一带梳齿,可伸进钢架车位的承车架,而省去承车板。此种形式适 合于上百个甚至上千个停车位的大型自动化立体停车库,可使用现代自动化立体仓 库的各种高科技技术,如信号传输及运动控制等。 2.1.42.1.4 垂直升降式垂直升降式 这种机械式停车设备中,存取车时的主要运动是汽车沿垂直方向升降。由一个 不移动的提升机向其两侧、周围或者相重叠的圆弧段存取车。用载车板或梳齿架 存放车辆。具体布置形式多种多样的。 （1）纵向并列车位式 停车位设在垂直提升机的两侧，停车方向与车进提升架方向平行。当车被提 升到指定层后用横移装置到达车位。或反向，将车从停车位取出、下降、出库。 为了提高库容量，此设备可两台串联、并联或 4 台串并联等组合应用。 （2）横向并列车位式 与纵向并列车位式不同的是车进出库方向与在库停放方向垂直，因此必须在 库内设水平回转台，车进库后由回转台转 90，提升、横移到车位；取车时横移 离位、下降，由回转台回转 90出库。其优点是可适用于狭窄地面建的多层停车 库。 （3）纵向串列车位式 这种形式与纵向、横向并列车位式不同的是车进库到提升架被提升到指定层， 纵移到停车位上。出库时沿进库路线反向动作。能适用于狭窄的地面建的多层停 车库。 （4）轴射状车位升降平台回转式 这种停车设备的提升机道呈圆形，布置在车库中心。在提升进道周围圆环上 辐射状布置多个车位。升降台为上下两层。当回转到指定车位对齐后将车移送到 停车位。其优点：一台提升机可以为多条辐射状排列的车位服务，便于提高其使 用的机动性，缩短进出库的时间；提高每层车位面积与总占地面积的比率，利于 降低车位占地的价格。 除上述的垂直提升停车库外，还有扇环车位升降平台回转式及平面上纵横向 车换位式等等，但他们提升原理大体相同。 2.22.2 设计中的立体车库类型的确定设计中的立体车库类型的确定 由于我国大多数城市都出现存车和交通拥挤的问题，给日益发展的城市带 了 巨大的潜在的压力。解决这个问题的有效途径是建设立体车库，尤其是要建设高 层的立体车库。由上面我们对立体车库的分析我们可以知道，垂直升降式立体车 库不但有着占地面积少、升降方便、容量大而且样式多样，可结合不同的地域特 点设计等优点。所以，我们最终确定选择垂直升降式停车库中的纵向串列车位式 立体车库作为设计的优选方案。 3. 提升机构方案的选择 3.13.1 对提升机构的分析对提升机构的分析 目前机械式停车设备中提升机构的传动方式主要分为液压式和机械式两种。 就运用的优缺点而言，它们各有所长。现在，就垂直升降式停车设备，简述各种 提升方案的可行性及优缺点。 首先，介绍一下液压式。液压式按其结构方式分为悬梁单液压缸式和侧面双 液压缸式。其主要优点是运行平稳、噪音低、性能和可靠性较好而且操作简单， 可以由用户自己操作。但是液压式提升对配套液压零件可靠性要求高，密封性要 求严格。并且对于较高的停车库，特别是超过 5 层的停车库而言,受到本身结构的 限制，很难达到如此高度的要求，所以它的运用一般限低层停车库中。 其次，分析一下机械式提升机构，机械式可分再分为链条提升机构，齿条爬 行机构和钢丝绳提升机构等。详述如下： 就链条传动来说，其主要的优点是可靠性能相对较好。但是由于链机构本身 传动速度波及冲击效应，使得振动和噪音较大，并且要求运动速度不能过高，以 免引起较大的冲击，从而导致出库时间较大，且为了防止磨损过大而引起拖链等 世故，要求要有较的润滑。另外，由于本身结构的限制，链传动也不能用于过高 的垂直升降机构。因此。链条目前主要用于循环式提升机构中。 再分析一下齿条传动。其优点是传动稳定性和准确性都较好。但是，由于是 垂直提升，箱体重量及载体重量完全要有轮齿来承受，所以要求齿要有很高的强 度和刚度。对于较高的车库，其安装要求高，否则会出现卡死的现象。再者齿条 和齿轮都要求有较好的润滑条件以免磨损加剧。 最后，对钢丝绳提升机构进行分析。虽然对于低层提升，钢丝绳相对液压提 升机构等来说其优点不是很明显。但是从高层提升来说，其优点与其他的机构来 说优点是很突出的。首先，众所周知钢丝绳具有很好的挠性。所以，可以通过加 配重的方法来节省功耗。也可以通过动滑轮机构来减少提升力，从而简化对机构 对这方面的要求。其次，从结构上分析，可结合各种起重设备和车库的特点，设 计出各种特色的提升机构。不但可用于垂直提升车库，也在其他形式的车库中得 到充分的运用。再者，从功能上分析，通过其他辅助结构（如导轨等） ，可达到较 好的平稳度和准确度而且噪音很小。最后。管理和维护都很方便，润滑要求不象 链条传动和齿条传动要求那么高。 由于钢丝绳提升结构优点较多性能较好，在本次设计中采用了钢丝绳提升机 构。 3.23.2 具体设计方案及其选择具体设计方案及其选择 经过多次的研究、讨论并查阅了大量的资料，反复的修改，最终确定了如下 具体方案： 该垂直升降立体车库的机械传动系统的组成形式如 3.1 图所示： 图 3.1 传动系统示意图 它有顶部的承重部分、中间的箱体、配重组件、底部的驱动装置以及图中没有标 出的安全系统等组件。方案采用了一个双输出轴电动机作为动力源，用四组钢丝 绳同步提升载车箱体，实现上升和下降。具体如下： 3.2.13.2.1 驱动形式驱动形式： 驱动形式为交流电机驱动，控制方式可根据用户要求采用变压调速控制或变 频变压调速控制，其调速性能和运行平稳性能车库的要求。平层精度 mm，15 构造相对简单，设备体积小，制造成本较低，其驱动装置布置形式如图 3.2 所示： 图 3.2 驱动装置示意图 图中： 1电动机； 2联轴器 1； 3制动器； 4减速器； 5联轴器 2； 6支承件； 7钢丝绳； 8曳引轮 9联轴器 3。 因图中三个联轴器的类型不一致故特别标明。 其具体工作原理如下： 电动机 1 得电双轴输出经联轴器 2 与短轴相联，短轴穿过制动器 3 联入减速器 4，经过减速器输出由联轴器 5 传给长传动轴，长传动轴再带动曳引轮 8 旋转，在 钢丝绳 7 产生的摩擦力的作用力下提升或放下箱体运动，其中 6 为支承件。 3.2.23.2.2 平衡方式平衡方式 为了合理利用能源，避免浪费能源采用了配重（又叫平衡重或对重） 。平衡重 可使驱动电动机功率减小（理想的设计可节约近 40%的功率） ，因此，减速器、驱 动轴和制动器等零件都相应的缩小，减少钢丝绳包角，平衡重的确定可通过以下 的经验公式求得： = (+) (3-1)M配M箱 1 2 M车 3.2.33.2.3 安装方式安装方式 经过多次的分析，并考虑到方案的实施决定将驱动装置布置在停车库的底部， 以尽量减少顶部楼层的承载，而顶部仅安放四个顶轮及其支撑座。同时为了增加 同轴度和平层精度，整个驱动装置安置在一个铸造的大底座平台上，顶轮也安放 在工字钢架上。这样布置易于安装和检修、维修。 4箱体的设计计算 4.14.1 箱体的设计计算箱体的设计计算 基本尺寸:5.051.85 1.5 (长 宽 高) 箱体尺寸定为:5.4 2.5 2.0 4.1.14.1.1 箱体顶部及侧部结构设计箱体顶部及侧部结构设计 根据文献1采用 30#结构用冷弯方形空心型钢其壁厚 t=3.0 mm,理论质量 2.361 kg/m,截面模数 Wx=Wy=2.333 ,用它作为顶部和侧面的框架结构用材,再在其间 3 cm 铺上薄钢板,厚度选用 t=1.25mm,查得其重量 9.831 kg/。 2 m (1)结构钢质量的计算： 总长度为 ,单位长度的质量 2.361kg/m 1 l =5.42+2.55+2(25+5.4)=54.1 (m) 1 l =2.361 =2.36154.1=127.73 (kg) 1 m 1 l (2)薄钢板的计算： 顶部面积记为,侧面面积记为,总质量为,单位面积质量为 9.813 kg/S上S侧 2 m 。 2 m =+=5.4 2.5+2 (5.4 2)=35.1()S总S上S侧 2 m =9.813=9.813 35.1=344.44 (kg) 2 m S 总 4.1.24.1.2 载车板的设计计算载车板的设计计算 选用菱形花纹钢板其厚度根据其承受能力取为 6mm，根据表 GB/T3277-91,其 理论质量为 50.1 kg/。载车板长度 L=5.2 m,宽度 W=2.1 m，则其质量为： 2 m =LW=50.1 5.2 2.1=547.1 (kg) 0 M 4.1.34.1.3 箱体底部的结构设计计算箱体底部的结构设计计算 箱体底部是主要的承载部分，是整个箱体设计的重点部分。需要进行详细的 受力分析和计算。由分析可得，当车轮经过箱体时，其底部在长度方向上受的压 弯矩是最大的，则以该方向上受力作为对象进行设计计算，同时认为底版上承受 的是均匀载荷。根据常规经验参考以往的有关这方面的设计本方案也采用方钢作 为主承载梁，其主要承受载荷是车的重量、载车板的重量和支撑铺在其上的钢板 重量。车体本身重量为=1.7 ,考虑其余量取为 1.8 。如图 4.1 所示是其受力分m车tt 析图： 图 4.1 力矩图 =+=547.1+127.73+344.44+1800=2819.26 ( kg)M载 0 M 1 M 2 MM车 又考虑载车板轮重一共约为 3t。 则每根方钢所受的弯矩为 Mmax= (4-1) 2 1 22 l q Mmax=G (4-2) 1 8 l =5.4 9.8 1 8 3000 2 =9922.5 (N m)A 方钢材料选用 Q235A 型,由文献1由表 3-1-8(GB700-88)， 查知： =375500 N/ , 取 400 N/ b 2 mm 2 mm 由截面模量公式： W= (4-3) b M = 6 9922.5 400 10 =24.8 (cm) 考虑安全,取安全系数 ： W=(1+20%) (4-4) W =29.76（） 3 cm 根据文献1表 3-1-68 结构用冷弯方形空心型钢 GB6728-86,边长为 A=120mm,B=60mm,壁厚 t=5.0mm,理论质量 12.839 kg/m,截面模量 =47.823 X W 3 cm ，=31.989 。为了方便焊接也才用同型号的方钢，其形式如图 4.2 所示： Y W 3 cm 图 4.2 承载结构示意图 中间突出部分为将来导向用.其质量可得为： =12.8395.42+(2.5+0.12)2=206.7 (kg) 3 M 4.1.44.1.4 箱底突台设计计算箱底突台设计计算 采用普通钢板压成台高 10cm ，其钢板厚选择 t=2.5mm，理论质量 19.63 kg/ ，台宽 1.2 m。则： 2 m =19.63S=19.63(5.41.2+5.40.12)=148.4(kg) 4 M 查文献1表 3-1-51，余下部分采用菱形花纹钢板，选择厚度 3.5mm，其纹高 选择 1.0mm，其理论质量 29.5 kg/ 。 2 m =29.55.40.85=135.4(kg) 5 M 4.1.54.1.5 箱底衬板设计计算箱底衬板设计计算 箱体底面虽然除了车轮经过部分主要受力外其他地方几乎不承受但考虑到工 人检修和维修时的方便也承受到力则在钢板下加了衬板以支撑。故选用普通钢板 其厚度 t=10mm，理论重量为 78.5kg/，焊接在两端和中间，其形状及尺寸如图 2 m 4.3 所示： =+ 6 M 6 M 6 M =278.5(2.50.08+1.20.1)=50.24(kg) 6 M 图 4.3 衬板结构示意图 =578.5(1.4450.08+1.20.1)=92.47 (kg) 6 M 整个箱体设计完成,其质量： = (4-5)M总 6 0 i i M =+ 0 M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M =547.1+127.73+344.44+206.7+148.4+135.4+142.71 =1652.48 (kg) 4.24.2 配重的设计计算配重的设计计算 配重的使用，实际上就是一种对设计的优化，其目的是为了节省动力，减少 功率的消耗。它有时又叫做平衡重或对重。主要根据箱体重量和车的重量来确定 配重的重量的大小。选择经验公式 3-1： = (+)M配M箱 1 2 M车 将前面计算所得的数据代入公式中可得： = (+)= (1652.48+1800)=2552.48 (kg) (约为 2.8t)M配M箱 1 2 M车 1 2 由于本方案采用的是四角提升，配重分挂四组钢丝绳上，则每组重为/4，同时G配 为了结构紧凑，采用密度较大的铸铁（其密度为 7.8）作为材料，分别 3 10 3 /kg m 铸成条形块状置于配重框中，这样的话既方便安装又有利于平衡的调整和增减。 为了在提升过程中运行平稳不发生太大的晃动，采用轻型轨为其导向，导轨 型号选用 GB1126489 中的 22 号轻轨，配重采用 12 号轻轨。具体的安装详细见 图纸 CS170001。 5.标准部件的选择 5.15.1 对电动机的分析和选用对电动机的分析和选用 5.1.15.1.1 性能和分类性能和分类 电动机的作用是将电能转化成机械能，在现代各种生产机械中广泛运用。电 动机可分为交流电动机和直流电动机两大类。交流电动机又分为异步电动机和同 步电动机。其中异步电动机有分鼠笼式电动机与绕线式电动机。另外，直流电动 机分为他励、并励和复厉等。现就各种类型电机论述如下，以便选择： （1）鼠笼式电动机 鼠笼式电动机简单、耐用、可靠、易维护、价格低、特性硬，但起动和调速 性能差，轻载时功率因素低，一般在无调速要求的机械广泛应用。在可变级频率 电源供电下可平滑调速。 （2）绕线式电动机 绕线式电动机因有滑环比笼型电动机维护较麻烦。价格也稍贵，转子串电阻 的特性属软特性，随负载转矩增加电机转速显著下降，但它起动转矩大，起动时 功率因素高，且可进行小范围的调速，控制设备简单，故广泛用于各种生产机械， 尤其是电网容量小，起动次数多的机械。 （3）同步电动机 同步电动机的负载转矩在允许的速度内变化时，其转速保持恒定，功率因素 可调节。但价格贵，一般只在不需要调速的高压、低速、大容量的机械上采用， 能提高功率因素。 （4）直流电动机 直流电动机的调速性能好，范围宽，采用电子控制，能充分适应各种机械负 载特性的需求，但它的价格贵、维护复杂且需要直流电源，因此只有在交流电动 机不能满足要求时才采用。其中串励电动机的特点是起动转矩大、过载能力大、 特性软、适用于电力牵引机械等。复励电动机的起动转矩和过载能力比并励电动 机大，但调速范围稍窄。 5.1.25.1.2 选择电动机应综合考虑的问题选择电动机应综合考虑的问题 (1)根据机械的负载性质和生产工艺对电动机的起动、制动、反转、调速等要 求，选择电动机的类型。 (2)根据负载转矩，速度变化范围和起动的频率程度要求，考虑电动机的温升 限制，过载能力和起动转矩，选择电动机的功率，并确定冷却通风方式。所选电 动机的功率应留有余量，负载率一般取 0.80.9。过大的备用功率会使电机的效率 降低，对于感应电动机，其功率因素将变坏。并使按电动机最大转矩校验强度的 机械造价提高。 (3)根据使用场所环境条件，如温度、湿度、灰尘、雨水、腐蚀及易燃易爆气 体和其他因素的必要保护方式选择电动机的结构形式。 (4)根据企业的电网电压标准和对功率因素的要求确定电动机电压等级和类型。 (5)根据生产机械的最高转速和对电力传动调速系统的过渡过程性能的要求， 以及机械减速机构的复杂程度选择电动机的额定转速。 除此之外，选择电动机还必须符合节能的要求。考虑运行的可靠性、设备的 供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易、以及产品的价格、建设费用和 生产过程前后期电动机功率变化关系等各种因素。 5.1.35.1.3 本提升机构电动机的类型选择本提升机构电动机的类型选择 由于本设计中电动机是用来给提升机构做动力，所以考虑选用起重冶金类用 的绕线转子异步电动机，代号为 YZR，同时为了其具有广泛的适用性采用了 380V 电压 50HZ 的频率。 5.1.45.1.4 电动机具体型号的选择电动机具体型号的选择 根据电梯类选用电动机的经验公式初步计算电动机的功率。 负载功率： P= GV/1000 (5-1) 式中： G负载重物，单位 N； V提升速度，单位 m/s。 由提升机构结构可以得到： = =0.25(m/s)V绳V驱动轮 驱动轮转速： = (5-2)n驱 V d 驱 式中： 驱动轮的速度； V绳 d 曳引轮的外径。 则： =14.7(r/min)n驱 60 0.25 3.14 0.325 电动机的转速 n= (5-3)in驱 取传动比 i=35.5 则： n =35.514.7 =521.84(r/min) 则： 圆整，n 取 700(r/min) 根据传动方案查文献4中表 26 可知： 弹性联轴器的效率： =0.99 1 滚动轴承的效率： =0.99 2 蜗杆减速器的效率： =0.75 3 则传动装置总效率： = (5-4) 32 123 = 32 0.990.990.75 =0.713 G =(16521800)9.8 =34529.8 =33830 (N) 由式 5-1 可得： P = 33830 0.25 1000 =8.46(Kw) (5-5) 电动机需要输出的功率为 ： = (5-6) r P w P 式中： 提升重物所需功率； w P 传动系统的总效率。 则： =12 (Kw) r P 8.46 0.713 由文献1 表 23185 选 YZR200L8 型冶金及起重用三相异步电动机 (380V,50HZ).其主要参数如下： FC=40%(采用制),=712r/min,=85%,=60mm,=15 Kw,采用 IM1002 3 Sn转电机D电机P 电 底座双圆柱轴伸。 5.25.2 对联轴器的分析和选用对联轴器的分析和选用 5.2.15.2.1 主要性能和分类主要性能和分类 联轴器主要用于制造、装配和运输条件限制或使用要求导致往往要将机器分 成几个独立的部件或零件，而各零件、部件间的轴又需要联接或既能联接又能分 离的场合。联轴器可根据内部是否包含弹性元件分为刚性联轴器和弹性联轴器。 刚性联轴器中又有固定式和可移式两种，刚性固定式联轴器用于两轴严格对中， 并在工作中不发生相对偏移的场合。可移式联轴器允许两轴有一定程度的偏移。 弹性联轴器中因含弹性元件，不仅能在不同程度上补偿两轴的相对偏移还具有缓 冲、消除振动的性质。它的类型主要有：梅花形弹性联轴器、弹性柱销联轴器和 轮胎式联轴器等等。 5.2.25.2.2 联轴器选择原则联轴器选择原则 联轴器类型的选择主要根据机器工作的特点及要求，结合联轴器的性能考虑 下列因素选择合适的类型。 被联接两轴的对中性；载荷大小和特性；工作转速；工作环境（温度、湿度、 环境介质特性等） ；以及安装尺寸的限制等。一般对于低速、刚性大的转轴可选用 固定式刚性联轴器；对于转矩很大，可用齿轮联轴器；对于高速有振动或对中性、 平稳性要求高的轴，应选用弹性联轴器，如梅花形弹性联轴器等等；对于两轴线 的两轴相交，则宜选用万向联轴器。 5.2.35.2.3 尺寸的选择尺寸的选择 对于已标准化的弹性联轴器，可根据被联接轴的直径 d，计算转矩 Tc 和轴的 工作转速 n，从机械设计手册中选用合适的类型，并应保证所选择类型的联轴器的 许用转矩和许用转速大于计算转矩及实际工作转速。 5.2.45.2.4 本设计中联轴器的选择本设计中联轴器的选择 （1）减速器轴和短轴间的联轴器选用： 根据文献2中 JB/T75111994 所示公式： 联轴器的计算转矩： =9550（N m） (5-7) C T WZt TK KK K w ZtW P K K K n n TA 式中： T理论转矩 N m A n工作转速 r/min 驱动功率 Kw w P 动力机系数（由下表 1.1 中选择） W K 表 1.1 动力机名称电动机、透平四缸及四缸以 上内燃机 二缸内燃机单缸内燃机 W K 1.0 1.2 1.4 1.6 K工作系数 温度系数 t K 启动系数 （由下表 1.2 中选择） Z K 表 1.2 启动频率 120 120140 240 Z K 1.0 1.3 由制造厂确定 公称转矩 N m （见文献2中各联轴器参数表） n TA 上式 2-29 中： T=2031 N m （见式 5-13）A 如上表 1.1 所示选择： =1.0 W K 由表 6-2-2 可得： K=1.25 由上表 1.2 所示选择： =1.0 Z K 由表 6-2-3 可得：=1.0 t K 由上式 2-1： = C T WZt TK KK K =2031 1.0 1.25 1.0 1.0 =2538.75 (N m)A 再根据轴径的大小查表 6226 选用 LMD9。其主要参数如下： LMD9：轴孔直径范围为 5080mm，公称转矩=3800 N m，合适 n TA （2）长轴和减速器间的联轴器的选择： 根据文献2中 JB/T75111994 所示公式： =9550（N m） C T WZt TK KK K w ZtW P K K K n n TA 式中： T理论转矩 N mA n工作转速 r/min 驱动功率 Kw w P 动力机系数（由上表 1.1 中选择） W K K工作系数 温度系数 t K 启动系数 （由上表 1.2 中选择） Z K 公称转矩 N m （见文献2中各联轴器参数表） n TA 上式 2-29 中： T=4062 N m （见式 5-12）A 如上表 1.1 所示选择： =1.0 W K 由表 6-2-2 可得： K=1.25 由上表 1.2 所示选择： =1.0 Z K 由表 6-2-3 可得：=1.0 t K 由上式 2-1 ： = C T WZt TK KK K =4026 1.0 1.25 1.0 1.0 =5032.5 (N m)A 再根据轴径的大小查表 6226 选用 LMD10，其主要参数如下： LMD10：轴孔直径范围为 60100mm，公称转矩=5600 N m 合适 n TA （3）电动机轴和短轴间的联轴器的选用： 类似计算，再根据轴径和转矩也同样采用 LMD10。 5.35.3 对制动器分析和选用对制动器分析和选用 5.3.15.3.1 性能及分类性能及分类 制动器是利用摩擦力来实现制动的。制动器应满足的基本要求是：能够产生 足够大的制动力矩、制动平稳、可靠、操作灵活、散热好、体积小、有较高的耐 磨性等等。 按工作状态，制动分为常闭式和常开式。常闭式即靠弹簧或重力使其经常处 于包闸状态，机械设备工作时松闸。常开式与其相反，制动器经常处于松闸状态， 抱闸时需要施加外力。为了减少制动力矩，缩小制动尺寸，常将制动器安装在高 速轴上。某些安全制动器则安装在低速的卷筒或绳轮上，可防止断轴时发生意外 事故。另外，制动器按其结构又可分为块式（闸式）制动器、带式制动器、蹄式 制动器等；按制动系统驱动方式又分为电磁式、液压推式、液压电磁式及盘式制 动器等。电梯类起重中常用的制动器形式如图 5.1 所示： 图 5.1 常用的制动器形式示意图 5.3.25.3.2 制动器的选择原则制动器的选择原则 制动器的选择应根据使用要求与工作条件确定，一般选择时要考虑以下几点： (1)要考虑工作机械工作性质和条件：对于起重机械的提升机构，必须采用常 闭式制动器；对于水平行驶的车辆等设备，为了便于控制动力矩的大小和准备停 车，多采用常开式制动器；对于安全性有高度要求的机械，需要置双重制动器， 如运送熔化金属或易燃易爆物品，每个制动器都能单独安全地支持铁水包等运送 物品不致坠落。除在高速轴上设置制动器外，外在卷筒或绳上设置安全制动器； 对于重物下降制动（即滑摩式制动） ，则应考虑散热，它必须具有足够的散热面积 使其将重物位能所产生的热量散出去。 (2)要综合考虑合理的制动力矩。用于起重机起重机构支持的制动器或矿井提 升机构的安全制动器，制动力矩必须有足够的储备，即应有一定的安全系数；用 于水平行走的机械车辆等，制动力矩以满足工作要求为宜（满足一系列制动距离 或时间，或车辆不发生打滑等） ，不可过大，以防止设备或零件的损坏。 (3)要考虑安装空间的大小。当安装地点有足够的空间时，可选用外包式制动 器。空间受限制处，可采用内蹄式、带式或盘式制动器。 5.3.35.3.3 本设计中制动器型号的选择本设计中制动器型号的选择 根据工作条件，本设计为提升机构，所以必须采用常闭式制动器，以防止由 于停电等突然事件造成严重事故。其次，考虑到设计中制动器的安装空间较大由 上面的原则我们选择了外包式制动器。其有简单可靠、散热性能好等优点。所以 我们最终选用设计说明书中的制动器。 由文献2中公式： (5-8) 2 WD S M i 式中： 重物与吊具重力之和，N； W 制动轴到卷筒间的传动比； i 提升卷筒直径，m； D 制动轴到卷筒的传动效率； 制动安全系数。S 由机构结构和安装可得： =； 2 0.99 0.99 0.750.728AA =35.5,=0.325 miD 由表 642 可查，取=2.0。S 又由结构对称采用了两个制动器则： =W 1 () 9.8 2 GG 配总 = 1 (35002800) 9.8 2 =3430 (N) 把上面的数据代入公式有： =W 3430 0.325 0.728 2.0 2 35.5 =22.86 (N m)A 由文献2中表 6428 选择 TJ2A200/100，该制动器使用于 5060HZ，380V 交流电路，可全方位安装。主要技术参数如下： 制动直径 200mm ,额定制动转矩 400 N m ，其配用电磁铁型号为 MZDA/100。A 5.45.4 对减速器的分析和选用对减速器的分析和选用 5.4.15.4.1 性能和分类性能和分类 减速器按其机构分为：圆柱齿轮减速器、圆锥圆柱齿轮减速器；蜗杆减速 器；行星轮齿轮减速器；摆线针轮减速器以及谐波轮减速器等等。常见减速器的 类型及其应用简述如下： （1）圆柱齿轮减速器： 1）单级圆柱齿轮减速器：其特点是轮齿可制成直齿、斜齿和人字齿。传动轴 线平行。结构简单、精度容易保证，支承多采用滚动轴承。单级圆柱齿轮应用较 广，传动比一般为 810，直齿一般用在圆速度 r8m/s，轻荷负载场合；斜齿，人 字齿用在圆周速度 v=2550m/s，重负荷的场合，但也用于负重载低速的场合。 2）两级展开式圆柱齿轮减速器。它是两级减速器中运用最广，最简单的一种。 齿轮相对轴承位置不对称。当轴产生弯曲变形时，载荷在齿宽上分布不均匀。因 此，轴应具有较大的刚度，并尽量使高速齿轮远离输入端，高速级可制成斜齿， 低速级可制成直齿。相对分流式讲，用于载荷较平稳的场合，传动比一般为 i=860。 （2）圆锥及圆锥圆柱齿轮减速器 1）单级圆锥齿轮减速器：轮齿可制成直齿、斜齿、螺旋齿。一般用于输入轴 与输出轴相交的传动，由于制造安装都较复杂、成本高，所以仅用在设备布置必 要时的场合，传动比一般为 i=810。 2）圆锥圆柱齿轮减速器：它主要用于输入轴与输出轴相交而传动化又较大 的传动。圆锥齿轮应在高速级，以减少锥齿轮尺寸，齿轮可分别制成直齿和斜齿。 传动比在直齿圆锥齿轮为 822，斜齿轮及螺旋齿轮为 840。 （3）蜗杆及蜗杆齿轮减速器： 1）单级蜗杆减速器有传动比大（一般为 880） ，结构紧凑，传动平稳，噪音 小等优点，但效率较低。当蜗杆在蜗轮下边，啮合齿冷却和润滑都很好，蜗杆轴 承润滑也方便，但当蜗杆圆周速度 v5m/s。当蜗杆在蜗轮上面，装卸方便，蜗 杆圆周速度可高些而且金属等杂物掉入啮合处机会少，当蜗杆圆周速度 v 45m/s 时，最好采用此形式。 2）蜗杆轮齿减速器：传动比大（一般为 433600） ，结构紧凑，传动平稳， 但效率较低，为使高速级和低速级传动浸入油中应使高速中心距约为低速级中心 距的左右。 1 2 5.4.25.4.2 选择减速器的原则选择减速器的原则 (1)考虑工作机械性能的要求及工作件条件。如要求传动平稳，噪音小的场合， 宜选用蜗杆减速器，而对传动效率，结构紧凑要求较高的场合，应选用高级减速 器或组合型减速器。 (2)考虑结构简单，尺寸紧凑，成本低廉和传动效率高和操作方便等综合因素。 在没有特殊要求的场合，一般尽量采用单级减速器，而不采用二级或高级减速器， 以便使结构简化。 5.4.35.4.3 减速器类型的选择减速器类型的选择 计算输出转矩： 2C T = (5-9) 2C T 2w TA A K 式中： 工作机输入转矩或减速器实际输出转矩，N m； 2w TA 工况系数，查文献1表 16185。 A K 又有=,而输出转矩即为曳引轮输入转矩： 2w T 2 T 2= (5-10) 2 TT曳 = (5-11) T曳F摩 1 2 D 2= (5-12) 2 TF摩 1 2 D 式中： 曳引轮摩擦力(后面有计算)；F摩 曳引轮的外轮直径的大小； 1 D 式中： =325 mm,= 25000 N 1 DF摩 由 5-12 式 2= (5-13) 2 T 25000 0.325 2 T曳 =4062.5 (Nm) =2031.25 (Nm) (5-14)T2 又查=1.5 代入公式=可得： A K 2C T 2w TA A K =2031.251.5 2C T =30