Z型垂直升降机设计

宁XX 大学毕 业 设 计 (论 文 )Z 型垂直升降机设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师摘要升降机不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着重要的作用。给我们带来的利益是非常的多。升降机的功能特色是非常多的，在我们生活中我们在很多的商务大厦都会用到电梯，升降机就如电梯的性能大同小异，我们在使用升降机的时候也可以针对自己的需求对升降机进行设置。根据本课题的研究是适用于楼层上的物料升降运送。根据实际需求拟采取如下：选择电动机（带减速器）为动力，以链条传动为传动形式，主体机构采用框架式结构设计。对 Z 轴升降机关键零部件进行设计计算与校核，经过验证能实现预期的设计目标和要求。关键词：升降机，物料升降，链传动，框架式结构AbstractLift whether in the industrial production and our daily life plays an important role in. The benefit which brings to us is very much. Lift feature is very much, in our life we in many business building will use the elevator, lift as the elevator performance very much the same, we use the lift time can also be based on their own needs to elevator set.According to the present research is applied to the floor material lifting transport. According to the actual demand to be taken as follows: the selection of motor ( belt reducer ) as the driving force, using a chain transmission to drive form, the main mechanism adopts a frame type structure design. On the Z axis lift key parts design calculation and checking, after verification can achieve the desired design objectives and requirements.Key Words:elevator, material lifting, chain drive, frame structure目 录摘要.2Abstract.3目 录.4第 1 章 绪 论.61.1 升降机在生产和生活中的作用和意义 .61.2 升降机国内研究发展情况 .61.3 升降机国外发展现状和发展趋向 .81.4 课题条件 .101.5 总体设计方案框架 .10第 2 章 Z 型垂直升降机的动力机构设计 .112.1 动力系统选择依据 .112.2 动力计算 .112.3 动力选型 .12第 3 章 Z 型垂直升降机的传动系统设计 .133.1 常见机构的特点和应用 .133.2 传动机构的确定 .143.3 链传动计算 .143.3.1 链的类型选择 .153.3.2 滚子链的基本参数和尺寸 .153.3.3 滚子链链轮的基本参数和主要尺寸（GB/T1234 1997） .153.3.4 齿槽形状的选取 .173.3.5 链轮材料的选择和热处理 .173.4 链传动校核 .173.4.1 链传动的主要失效形式 .173.4.2 链传动的承载能力 .19第 4 章 框架主体（格构式）结构设计.224.1 设计准则 .224.2 格构式定义及优缺点 .224.3 格构型框架主材截面形式选择分析 .224.3.1 不考虑风荷载影响的格构型框架主材形式选择分析 .224.3.2 考虑风荷载影响的格构型框架主材形式选择分析 .24总结.28参考文献.29致 谢.30第 1 章 绪 论1.1 升降机在生产和生活中的作用和意义升降机不论是在工业生产还是我们的日常生活中都有着重要的作用。给我们带来的利益是非常的多。升降机的功能特色是非常多的，在我们生活中我们在很多的商务大厦都会用到电梯，升降机就如电梯的性能大同小异，我们在使用升降机的时候也可以针对自己的需求对升降机进行设置。可见升降机对我们作用是相当的大。我们生产力的不断加大，生活的不断改善，对升降机的需求也就在不断的增多，生活中的每个角落升降机的应用都会给我们带来客观的利益。升降机在我们生产中的应用已经非常的普遍了，而且在我们生产中有着重要的作用，尤其是货物高空操作。现在经济不断的发展，顺应社会的需求，生产力不断的加大，而且现在高空操作也是比较多的，所以升降机在我们进行高空操作的时候就给我们带来的重要的作用。升降机就是上下操作，而且可以给我们提供一个安全稳定的平台。我们在高空作业的时候可以给我们的安全提供保障。升降机不仅在生产中有着重要的作用，在我们生活中的应用也是非常的重要的，而且非常的普及。在酒店、宾馆、影院等等公共休闲娱乐场所我们都知道干净舒适是第一，所以保持干净是我们必须的。升降机在这里清洁、灯具维修换修、设备的调试安装维护保养都是非常的重要的。1.2 升降机国内研究发展情况改革开放三十年以来,我国城市建设发展突飞猛进，有利的带动了我国升降机产业的发展,升降机做为人们出行的垂直交通工具已经随处可见。引进外资，合作办厂1978 年，党的十一届三中全会作出了实行改革开放的重大决策。我们从独立研发、生产、安装升降机阶段发展到引进外资开办升降机厂，大批合资升降机企业拔地而起。如：1980 年 7 月 4 日创建的中国迅达升降机有限公司，是由中国建筑机械总公司、瑞士迅达股份有限公司、香港怡和迅达（远东）股份有限公司 3 方合资组建，这是我国改革开放以来机械行业第一家合资企业。该公司的建立在中国升降机行业相继掀起了引进外资的热潮；1984 年 12 月 1 日，天津市升降机公司、中国国际信托投资公司与美国奥的斯升降机公司合资组建的天津奥的斯升降机有限公司正式开业。引进外资，合作办厂不仅有利于我国本地升降机行业的进一步发展，对于推动我国城市发展建设也有重大深远的影响。从自 1979 年至今升降机的产量有了飞速的增长：不仅如此产品的结构也发生了明显的变化：老的直流升降机已被淘汰，交流双速梯、acvv 交流调速梯逐渐被 VVVF 交流变频变压调速升降机所取代，控制系统已在大量采用plc 和微电脑控制技术，最高梯速已达到 4m/s；行业出现了翻天覆地的变化：升降机企业的生产条件、员工素质、管理水平有了极大的改善与提高。为什么我们的科技能够提高的那么快，这不能不归功于党的十一届三中全会确定的以经济建设为中心的总方针。没有大规模的经济建设，就没有今天的升降机市场，自然就没有今天的升降机行业。其次，不能不归功于改革开放的政策。改革开放后，党中央和国务院开放了上海、宁波、温州、福州、广州、等多个城市特区。从 1985 年起，又相继在长江三角洲，珠江三角洲，闽东南地区和环渤海地区开辟经济开放区。根据升降机行业的特殊性，这些地区也必将成为我国升降机行业发展集中地。随着大批升降机企业的创建，我国升降机行业在技术、管理也不断规范。1984年 6 月，中国建筑机械化协会建筑机械制造协会升降机分会成立大会在西安市召开，升降机分会为三级协会，也就是现在中国升降机协会的前身。1986 年 1 月 1 日， “中国建筑机械化协会建筑机械制造协会升降机分会”更名为“中国建筑机械化协会升降机协会” ，升降机协会升级为二级协会，这是升降机行业发展史上的一个里程碑。从此升降机行业第一次有了自己的行业组织。1987 年，国家标准 GB 7588-87升降机制造与安装安全规范发布。该标准等同采用欧洲标准 EN81-1升降机制造与安装安全规范（1985 年 12 月修订版） 。该标准对保障升降机的制造与安装质量有十分重要的意义。 改革开放的第一个十年是我国升降机行业的萌芽期、升降机产业链形成的初级阶段。稳步发展,不断创新 改革开放后的第二个十年可以说是中国升降机行业稳步发展,不断创新的十年。经过改革开放第一个十年，我国升降机行业在吸收国际升降机新技术的同时，相关的管理体制也在不断的完善。改革开放政策实施以来，我国城市建设发展突飞猛进，更有利的带动了我国升降机产业的发展，1997 年取得了升降机总产量与上年持平、总产值继续增长的好成绩，由此证明我国升降机行业更加成熟，适应市场变化和把握机遇的能力已大大提高。1998 年，苏州江南升降机有限公司民族品牌的升降机、自动扶梯和自动人行道已销售到马来西亚、泰国、菲律宾、印度尼西亚、新加坡、孟加拉国、阿联酋、埃及、叙利亚、土耳其、阿根廷、澳大利亚、德国、英国、荷兰、意大利、葡萄牙、希腊等近 20个国家及台湾、澳门地区，我国升降机产量突破 3.02 万台。迅猛发展，日新月异随着我国经济的快速发展、城市化建设的不断完善，升降机已不只存在于高档商务写字楼、大酒店、商城普及到高层住宅楼，同时也走进人们生活的多个角落，成为城市建筑中不可缺少的垂直交通工具。我国有 13 亿人口，在用升降机的人均拥有量是世界平均数的 1/3，是发达国家的1/10。巨大的升降机市场吸引了全世界几乎所有升降机企业的关注。2007 年中国政府出台了一系列经济政策，加强宏观调控力度，使升降机市场逐步走向稳健和规范轨道。中国大陆升降机市场在健康发展的同时稳步攀升，升降机产销量达到了 21.6 万台，比上年净增 4.8 万台，增幅为 28%，这是在我国升降机产量持续走高的基础上又一次创造了历史新高，超过了全世界升降机产量的一半。据统计， 2007 年我国安装验收升降机146999 台，同比增长 24%。截止 2007 年底，全国在用升降机达 917313 台。中国已经成为全球最大的升降机市场。 到 2008 年底，我国在用升降机量已超过 100 万台。中国目前不但是全球最大的升降机生产基地和消费市场，也是拥有升降机最多的国家之一。现在我国升降机生产力不断提高，质量也被国际市场所认可，不但能够满足国内市场需求，国际市场的供应能力也在加强。 1.3 升降机国外发展现状和发展趋向近 20 年世界工程升降机行业发生了很大变化。RT(越野轮胎升降机)和 AT(全地面升降机)产品的迅速发展，打破了原有产品与市场格局，在经济发展及市场激烈竞争冲击下，导 致世界工程升降机市 场进一步趋向一体化。目前世界工程升降机年销售额已达75亿美元左右。主要生产 国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有 10 多家，主要集中在北美、日本（亚洲）和欧洲。美国既是工程升降机的主要生 产国，又是最大的世界市场之一。但由于日本、德国升降机工业的迅速 发展及 RT 和 AT产品的兴起，美国厂商曾在 20 世纪 6070 年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，从而形成美国、日本和德国三足鼎立之势。近几年美国 经济回升，市场活跃，外国厂商纷纷参与竞争。美国制造商的实力也有所增强，特雷克斯升降机公司的崛起即是例证。特雷克斯升降机公司前身是美国科林升降机厂。1995 年以来，其通过一系列的兼并活动，已 发展成为世界顶级公司之一。日本从 20 世纪 70 年代起成为工程升降机生产大国，产品质量和数量提高很快，已出口到欧美市场，年 总产量居世界第一。自 1992 年以来，由于受日元升值、国内基建投资下降和亚洲金融危机影响，年 产量呈下降趋势。目前日本市 场年需求量为 3000 台左右。欧洲是潜力很大的市场，欧洲各工业国既是工程升降机的出口国，也是重要的进口国。德国是最大的欧洲市场，其次 为英国、法国、意大利等国。在德国 AT产品市场份额中，利勃海尔占 53%，格 鲁夫占 16%，德马泰克占 14%，多田野和特雷克斯各占 10%和 5%左右。多数厂商在争夺上述市场的同时，还努力扩大产品系列。格鲁夫公司的汽车升降机和 RT产品具有竞争优势， 购买克虏伯公司后，在 AT产品方面也颇具实力， 该公司还准备生产履带式升降机。马尼突沃克公司已在履带式升降机行业居支配地位，但也希望在其他升降机 产品领域取得相同影响力。以往升降机厂商的某些合作，大多集中于营销协定或许可证贸易协定。许 可证贸易要比全面并购方式开展早，风险也小，在行 业中已有先例。但按许可证协定进 行制造,往往在期满后因产权争议而告终。特雷克斯与日本IHI 公司有历史联系，至今特雷克斯还提供涂装 AmericanCrane 公司产品标志的 IHI 履带式升降机升降平台。有人会将特雷克斯与 IHI 的合作看作许可证贸易行得通的例证。但此类协定难以持久，其结 果无非是特雷克斯要求加强对 IHI 公司的控制，或者谋求独立生产履带式升降机。IHI 目前尚未建立北美市场份额，仅起分承包商作用。英国格鲁夫公司从 1999 年开始销售神钢履带式升降机和城市型升降机。多田野和日立建机公司 在 1978 年签订的相互提供产品、扩展双方产品系列的合作协议，收效不大。在国内市场萎缩情况下，日立建机于 1999 年 2 月宣布，将再次考虑 扩大流动式升降机生产与销售领域与多田野的合作。而多田野公司则希望能拥有一家美国制造基地，但目前时机尚未成熟。拥有多种类型产品可使收入多样化。特雷克斯公司既经营采矿设备又经营起重搬运设备，起重搬运设备包括 AT 和 RT 产品、汽车升降机、履带式升降机、塔机等。林克 贝尔特公司基于其生产挖掘机的经验，成为首先将技术应用于桁架臂式 升降机的厂商之一。但目前住友公司已将其在日本和美国的升降机与挖掘机企业(包括林克贝尔特 )分开，其依据是升降机和挖掘机属于不同行业。利勃海尔既生产挖掘机，也生产流动式升降机和塔式升降机，还在爱尔兰生产集装箱搬运升降机，其旗下各企业均为单独实体。1.4 课题条件物件 800x800，重 20 公斤总高 4.7m楼层高 3.5m层高约 1m 左右速度 5m/min；电压安全约束：21.5 总体设计方案框架根据本课题的研究是适用于楼层上的物料升降运送。根据实际需求拟采取如下：动力选择：电动机（带减速器）传动形式：链条传动主体机构：框架式 第 2 章 Z 型垂直升降机的动力机构设计2.1 动力系统选择依据驱动机构主要有液压驱动、气动驱动、电动驱动和机械驱动等形式。液压驱动具有体积小、出力大、控制性能好、动作平稳等特点，它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动；利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱动具有润滑性能好、寿命长的特点，结构紧凑，刚性好。定位精度高，克实现任意位置开停。有很多专业机械手能直接利用主机的液压系统。但缺点是需要配备压力源，系统复杂成本较高。气动驱动结构简单、造价低廉。气源方便，所需的压缩气源一般工厂都有，并且无污染，一般采用的压力 0.4-0.6MPa,最高可达 1MPa。缺点是出力小，体积大。由于空气的可压缩性大，很难实现中间位置的停止，只能用于点位控制，而且润滑性较差，气压系统容易生锈。机械式用于简单的场合。电动由于减速和回转运动变往复运动机构，该机构适用于无污染，有电就可以工作，操作简单方便，在工作场合只需要接通电源即可工作，而工作场合在各个大楼区域，很容易找到电源。综合以上叙述，将选用最后一种电动机作为本升降机的动力来源。2.2 动力计算由于本设计升降速度 v=5m/min。所以输出转速为：.（21）min/5.1402/7.19253rrvn（r 为链轮的半径,数据将在后面介绍来源） 机构升降功率为：（22）KWskgNGXVFp 016.16/05/1202.3 动力选型由上面计算结果知道需要输出转速很低，根据机构需要选择摆线针轮减速器，其主要特点是传动比大，一级转速时传动比在 11-87，两极转速时传动比范围在20 128。由于在传动过程中为多齿齿合，所以对过载和冲击有较强的承受能力，传动:平稳，可靠；由于采用了行星摆线传动结构，所以其结构紧凑、体积小、重量轻，在功率相同条件下，其质量是其它减速器的一半，由于摆线齿轮、针齿销、轴销和轴套都是由轴承钢制造，工作中又的有滚动摩擦，因此大大加强了个零件的机械性能并保证使用寿命，提高了传动效率。 由于升降转速需 14.5r/min ，输出功率需要大于 0.016KW，表 15-2-119 选择二级直连型 XWED8175B 型，传动比 103，输入转速 1500r/min,输出转速 14.5r/min，额定转矩 2750N.M,额定功率为 1.5KW(考虑超载及摩擦等其他不可意料的因素，这个值尽量取大一些).其机构尺寸如图（JB/T298-1994）图 2-1 二级直连型 XWED8175B 型电动机（带减速器的）第 3 章 Z 型垂直升降机的传动系统设计3.1 常见机构的特点和应用类型 特点 应用连杆机构结构简单，制造容易，工作可靠，传动距离较远，传递载荷较大，可实现急回运动规律，但不易获得匀速运动或其他任意运动规律，传动不平稳，冲击与振动较大用于从动件行程较大或承受重载的工作场合，可以实现移动、摆动等复杂的运动规律或运动轨迹。凸轮机构结构紧凑，工作可靠，调整方便，可获得任意运动规律，但动载荷较大，传动效率较低用于从动件行程较小和载荷不大以及要求特定运动规律的场合。非圆齿轮机构结构简单，工作可靠，从动件可实现任意转动规律，但齿轮制造较困难用于从动件作连续转动和要求有特殊运动规律的场合。槽轮间歇机构结构简单，从动件转位较平稳，而且可实现任意等时的单向间歇转动，但当拨盘转速较高时，动载荷较大常用作自动转位机构，特别适用于转位角度在 45以上的低速传动。凸轮式间歇机构结构较简单，传动平稳，动载荷较小，从动件可实现任何预期的单向间歇转动，但凸轮制造困难用作高速分度机构或自动转位机构。不完全齿轮机构结构简单，制造容易，从动件可实现较大范围的单向间歇传动，但啮合开始和终止时有冲击，传动不平稳多用作轻工机械的间歇传动机构螺旋机构 传动平稳无噪声，减速比大；可实现转动与直线移动，传动平稳无噪声，互换；滑动螺旋可做成自锁螺旋机构；工作速度一般很低，只适用于小功率传动多用于要求微动或增力的场合，如机床夹具以及仪器、仪表，还用于将螺母的回转运动转变为螺杆的直线运动的装置。摩擦轮机构有过载保护作用；轴和轴承受力较大，工作表面有滑动，而且磨损较快；高速传动时寿命较低用于仪器及手动装置以传递回转运动。圆柱齿轮机构载荷和速度的许用范围大，传动比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高；制造和安装精度要求较高，精度低时传动噪声较大，无过载保护作用；斜齿圆柱齿轮机构运动平稳，承载能力强，但在传动中会产生轴向力，在使用时必须安装推力轴承或角接触轴承广泛应用于各种传动系统，传递回转运动，实现减速或增速、变速以及换向等。齿轮齿条机构结构简单，成本低，传动效率高，易于实现较长的运动行程；当运动速度较高或为提高运动平稳性时，可采用斜齿或广泛应用于各种机器的传动系统，变速操纵装置，自动机的输送、转向、进给机构以及直人字齿条机构 动与转动的运动转换装置圆锥齿轮机构用来传递两相交轴的运动；直齿圆锥齿轮传递的圆周速度较低，曲齿用于圆周速度较高的场合用于减速、转换轴线方向以及反向的场合，如汽车、拖拉机、机床等。螺旋齿轮机构常用于传递既不平行又不相交的两轴之间的运动，但其齿面间为点啮合，且沿齿高和齿长方向均有滑动，容易磨损，因此只宜用于轻载传动用于传递空间交错轴之间的运动。蜗轮蜗杆机构传动平稳无噪声，结构紧凑，传动比大，可做成自锁蜗杆；自锁蜗杆传动的效率很低，低速传动时磨损严重，中高速传动的蜗轮齿圈需贵重的减摩材料(如青铜)，制造精度要求较高，刀具费用昂贵用于大传动比减速装置(但功率不宜过大)、增速装置、分度机构、起重装置、微调进给装置、省力的传动装置行星齿轮机构传动比大，结构紧凑，工作可靠，制造和安装精度要求高，其他特点同普通齿轮传动；主要有渐开线齿轮、摆线针轮、谐波齿轮 3 种齿形的行星传动常作为大速比的减速装置、增速装置、变速装置，还可实现运动的合成与分解。带传动机构轴间距离较大，工作平稳无噪声，能缓冲吸振，摩擦式带传动有过载保护作用；结构简单，安装要求不高，外廓尺寸较大；摩擦式带传动有弹性滑动，不能用于分度系统；摩擦易起电，不宜用于易燃易爆的场合；轴和轴承受力较大，传动带寿命较短用于传递较远距离的两轴的回转运动或动力。链传动机构轴向距离较大，平均传动比为常数，链条元件间形成的油膜有吸振能力，对恶劣环境有较强的适应能力，工作可靠，轴上载荷较小；瞬时运转速度不均匀，高速时不如带传动平稳；链条工作时因磨损伸长后容易引起共振，一般需增设张紧和减振装置用于传递较远距离的两轴的回转运动或动力。3.2 传动机构的确定根据上述表格和任务书条件，总高 4.7m，楼层高 3.5m，层高约 1m 左右，距离较远，属于长距离输送物料。初步选择带传动机构和链条传动机构。但是由于上升过程中不得出现打滑和倒退现象，故带传动机构被淘汰掉。最终确定链条传动作为本升降机的传动机构。3.3 链传动计算链是标准件，因而链传动的设计计算主要是根据传动要求选择链的类型、决定链的型号、合理地选择参数、链轮设计、确定润滑方式等。3.3.1 链的类型选择本设计链起到平衡和传动的作用，因此通过表 14.21 根据实际需要选短节距精密滚子链（简称滚子链） ，其结构特点：由外链节和内链节铰接而成。销轴和外链板、套筒和内链板为静配合；滚子空套在套筒上可以自由转动，以减少啮合 时的摩擦和磨损，并可以缓和冲击。3.3.2 滚子链的基本参数和尺寸根据实际需要选择 12A 型链条，尺寸如图图 滚子链结构尺寸节距 P=19.05mm滚子直径 d 1=11.91mm内节内宽 b 1=12.57mm销轴直径 d 2=5.96mm套筒孔径 d 3=5.98mm链条通道高度 h 1=18.34mm内链板高度 h 2=18.08mm外链板高度 h 3=15.62mm过渡链尺寸 l 1=7.9mm l2=9014mm c=0.1mm排距 P t=22.783.3.3 滚子链链轮的基本参数和主要尺寸（GB/T1234 1997）图 滚子链链轮结构尺寸查表 14.23 初选 Z=18,已经选择链条的型号为 12A 型。通过查表 14.22 查得配用链条的节距 P=19.05mm滚子链外径 排距1.9rdm2.78zPm确定分度圆的直径 d:（215）00.519.18sinsiPZ齿顶圆直径 :ad（216）maxin1.2509.7125.01.92.606() 514rdPmZ由于 121.60mm0.6m/s 情况下允许传递的额定功率 P0。当实际情况不符合实验规定的条件时，如图 814 所示，查得的 P0 值应乘以一系列