施工升降机吊笼门与层门联动装置设计

第二章吊笼门与层门联动装置整体方案确定2.1吊笼门结构的确定在本装置中，吊笼门的主要任务是保证人和货物在吊笼上升和下降时确保处于关闭状态以保证施工安全，在吊笼门开启时能通过吊笼门特定的结构机械式的联动楼层门。根据施工升降机安全规程[1]吊笼与楼层物料台之间要有大于且小于的间距，这也是吊笼门与层门联动的重点之一。所以在选择吊笼门结构时，在满足使用要求的情况下侧重考虑这一点。而且现有的机械结构吊笼门主要有上拉式和上升下翻式，如图2-1所示。上拉式吊笼门上升下翻式吊笼门（a）（b）图2-1吊笼门示意图上拉式：上拉式吊笼门采用的是滑动槽作为轨道，绳索联动的设计，通过电机驱动和限位开关限位实现开启和关闭。不仅噪音小而且安全性也很可靠，开启关闭都很灵活。上拉式吊笼门的框体强度比较高，结构紧凑，坚固耐用，抗风压变形能力极强，适合于高层建筑。上升下翻式[5]：上拉下翻式的吊笼门俗称翻板门，其包括上联动门和下翻板，上联动门下部和下翻板上板通过绳索连接，上联动门设有滑动槽，下翻板底部设有中心通轴，绳索绕过滑轮联动上联动门和下翻板，使得翻板门能达到上升下翻的效果。这种翻板门降低了导轨架中心到楼层料台的间距尺寸要求，减少了施工难度和安装难度，且下翻板在翻下的时候形成了桥梁，一端在吊笼一端在楼层，弥补吊笼与层门的间距，提高了人货进出的安全性。综上所述，上拉式吊笼门由于吊笼与楼层之间有着间距，要想联动层门，吊笼门就要加以可以伸展跨越间距的结构，且本装置是纯机械结构。相对于专门设计由于弥补间距的翻板门，无论是方案经济性、方案安全性和方案可行性都不及，所以在此选择上升下翻式吊笼门。2.2层门结构的确定楼层门的任务是保证吊笼在非停靠的状态下始终处于关闭状态。再未确定联动方式前我们确定不了门的结构，先分析各种门的结构，选择出一种结构优势较大的门，再对其进行设计联动方式和自锁机构，再对其进行计算分析，如没能满足设计要求和使用要求，需重新进行选择设计。根据调查统计，目前在施工工地所用到的楼层防护门只有一种，就是最常见的对开式门，如图2-2所示。图2-2层门示意图除开对开门外，也还有一些易于设计联动装置的门，如吊轨门和卷帘门，如图2-3所示。（a）吊轨门示意图（b）卷帘门示意图图2-3对开门优势在于可就地取材，且相对于施工工地来说技术成熟，由于对开门只用到合页进行变向，受损大部分是合页，且合页易于更换，使用寿命长，缺点在于开门时，门前不能有异物遮挡，对于纵向空间有一定要求，适合施工工地升降机进出拉运货物的场所。吊轨门[16]是一种轨道安装在门上方的门，没有下轮的设计，所以一些灰尘并不容易进入轨道，使用起来也没有什么噪音，但在吊轨门使用久后，会导致门框塌陷，推拉不动的情况，对安装轨道的门框有着较高的要求。由于吊轨门是左右推拉开的，对于使用场所的横向空间有一定要求，在施工楼层内，升降机有可能安装在一个狭窄的房间外，所以这也一定程度的限制了升降机的安装。卷帘门是以一种利用多截门片串联一起并在固定的滑道内，以上方转轴为中心转动收起和放下门片，达到开关门效果的门。卷帘门一般用于产库和商铺，对空间要求不高，但其价格昂贵，不适用于多灰尘且频繁使用的场所。在此出于便捷与节省经济的目的，可暂时选用对开门进行设计，且对开门可以安装弹簧合页或者闭门器进行复位[8]，这两种复位器已经和对开门结合使用了十多年，有着成熟技术和可靠的器材，这对后期设计层门复位也有很大的帮助。如果设计的结构和自锁机构无法满足使用要求，再考虑别的结构的门。所以在此，层门结构选用对开式。2.3吊笼门与层门联动的设计吊笼门选择了翻板门，层门选择了对开门，当它们安装在楼层时，应如下图2-4所示。图2-4吊笼门和层门安装图如上图的安装方式，吊笼门要想联动层门，中间应当设计一结构使得层门能够转动，对吊笼门和层门的结构分析，吊笼下翻板一开始是向下翻转越过楼层间距踏向楼层，如果楼层也有一个类似的踏板就能够接收到下翻板所传递的力和运动，此时楼层中就有了能够翻转的踏板，这就可通过用绳索绕过滑轮连接翻转的踏板和层门或者翻转的踏板通过齿轮传动到层门使之打开。所以此时可设计通过绳索的联动方式和齿轮的联动方式。1、绳索的联动方式在吊笼下翻板下翻到达踏板时，由下翻板给予踏板向下转的力，踏板尾端连接着绳索，以此来拉动绳索，绳索的另一端连接着层门，绳索又可设计合理的滑轮使之能在特定的路线移动，以此来拉动层门，且在踏板上增加配重块，以减轻下翻板下翻所需的力。绳索联动方式如图2-5所示。图2-5绳索联动方式示意图1.踏板、2.绳索、3.滑轮、4.复位器这种联动方式优点在于结构简单，易于维修，对于施工工地这种多次拆装使用的，多灰多尘的环境很是使用，缺点在于绳索连接，如果绳索和滑轮的设计不合理，容易出现绳索脱轨的状况。2、齿轮的联动方式要使用齿轮传动，首先要明确层门的旋转轴，很显然选择层门的近门框的边作为旋转轴可尽可能的简化层门的结构设计，当竖直的边作为旋转轴时，踏板的旋转轴又与它垂直，这时可采用斜齿轮作为传动以改变运动方向如图2-6所示。图2-6齿轮联动方式运动简图当吊笼下翻板压向踏板时，踏板以底部的旋转轴为中心转动，斜齿轮1安装在踏板的旋转轴上，当踏板转动，斜齿轮1也跟着转动，斜齿轮1传动给斜齿轮2，斜齿轮2连接着层门的，使得层门转动打开，实现层门的开启。这种联动装置由于采用了齿轮传动，所以其精度要求就比较高，且由于层门采用的焊接的方式做成，很难保证其精度要求，且施工场所多灰多尘，齿轮进沙进灰会导致齿轮崩坏，如果为此做成变速箱的话，在工地这种以简便，经济为主的工况，没有特殊情况不考虑。综上所述，采用绳索联动的方式设计本装置。2.4自锁机构的方案设计2.4.1自锁机构结构的确定在确定了层门的结构和联动方式后再来选择自锁机构的结构就会事半功倍，本装置要求在层门能自锁以及自动开启，结合层门的设计分析，在门开启时，也即是踏板压下，绳索拉动时自锁机构比层门先行打开，在门关闭时，即是层门到位后自锁机构要复位成功。先对已有的对开门的门锁进行分析，有自带弹簧复位的锁舌门锁和转舌锁具如图2-7所示。（a）弹簧锁舌门锁（b）转舌锁具图2-7如果选择的是自带弹簧的锁舌门锁进行改造设计，由于层门是靠连接在上方的绳索牵动，锁舌自然设计在绳索末端，靠绳索牵引拉出锁舌，在拉完锁舌后，绳索就可以继续运动拉开层门，但平直的锁舌无论如何安装都不能与绳索处于同一线上，所以要在这个的基础上设计合理的结构使得锁舌能正常运作。要想改变构件的运动方向方法有很多，但结合本装置的结构，带角度的铰链就能解决这一问题。所以这一方法具有可行性。如果选用的是转舌锁具的锁舌门锁，也是安装于绳索末端，让绳索提供动力，但它需要转动的形式开锁，虽然也可通过增加机构使得开锁容易，但需要增加一个复位装置使其复位，无论是增加弹簧还是液压器都比弹簧锁舌型来得复杂，所以转舌锁具不在第一考虑范围内。综上所述，选取自带弹簧的锁舌作为自锁机构原型进行设计。2.4.2自锁机构的设计由于层门分为两部分，左门右门，且要求两门同时开启，为了更高的稳定性，将在左右两边各安装一个锁舌，让左右两门分别自锁分别开启，提高可靠性，欲安装如图2-8所示。图2-8根据安装位置分析，在绳索和锁舌杆间加一个铰链即可完成动作，这个铰链可根据锁舌套尺寸进行建模设计，根据所需行程计算即可算出角度，然后在solidworks2016中将模型建好，再进行装配，进行运动仿真，保证零件无干涉，最后进行有限元分析保证零件满足使用要求。综上所述，可画出设计的自锁机构运动简图如图2-9所示。图2-9自锁机构运动简图1.锁舌杆、2.铰链、3.绳索第三章联动装置整体结构的设计计算3.1联动装置整体分析根据前面对吊笼门、层门、联动方式和自锁机构的结构可设计组装出整体的联动装置，如图3-1所示。图3-1总装置3D图在整个装置中，先选取一个合适的吊笼门，根据现有的吊笼门欲选取了机械式吊笼门[5]，这是一款纯机械式的吊笼，由人工操作开启的，升降机司机在吊笼中踩下吊笼的下翻板，使得吊笼门打开，且在吊笼门完全打开后，下翻板能承受向上的力而不关闭。根据施工升降机安全规程[1]，层门的尺寸不小于，又选择的是对开门，在考虑经济效益为主的情况下，最可靠的复位器[9]的选择应该在于弹簧合页和闭门器之间，这两种复位器，在对于这尺寸的层门除开特定要求设计的复位器，没有能给予的。所以选择这种机械式的吊笼门合理。在选取完吊笼门后，剩下的零件机构还有层门、复位器、踏板、绳索、滑轮、门框和自锁机构，且自锁机构选型于弹簧锁舌式门锁[3]进行改造设计，如图2-7（a）和图2-9比较，只需设计一个铰链、一个和绳索连接的杆和弹簧。层门选型于现有防护门全栅栏式对开门[2]。剩下的零件进行设计，首先可以先确定复位器的选型，根据其力大小可计算设计选用的绳索，选好绳索，根据使用要求即可完成滑轮的选择，这时又可反过来设计自锁机构，剩下的零件进行有限元分析，最终确定整体设计。3.2层门门框的设计门框的要求是能给予层门安装的位置，滑轮安装的位置以及踏板安装的位置，如图3-1所示。想实现绳索开门，踏板压下时拉扯的绳索长度就必须等于支架1离自锁机构的绳索长度，滑轮支架沿着门框安装，单扇门有，为了减少支架1离自锁机构的绳索长度，支架1和自锁机构的安装位置先可设计在离门边框，开始可以假设踏板，与楼层角度成，为了节省启动的力滑轮3与踏板的绳索和踏板成（垂足力最大），那么在solidworks2016中模拟出踏板与滑轮3位置，用开始位置绳索减去结束位置距离可得出拉扯的绳索为，支架1离自锁机构的绳索长度为，由于踏板角度可以调低，此尺寸能满足使用要求，后期层门门框进行有限元分析，保证其安全性和可靠性。3.3层门复位器的选型在本装置中，要想完成楼层门的开启和自动关闭，最直接的方法就是使用弹簧合页或者使用闭门器，如果单个无法完成使用要求也可配套使用，如图3-2所示。（a）弹簧合页（b）闭门器图3-2复位器闭门器[13]：闭门器类似一种弹簧液压器，当门开时，里面的弹簧和液压受到挤压然后释放弹力使门自动关闭，像弹簧一样，在额定的压力下可以准确和及时的复原到原位。这种复位器由于时弹簧和液压共同作用，他的耐久性比一般的复位器都要好，而且这种闭门器优点安装方便，适用范围广，可频繁使用。弹簧合页：合页又称为铰链，弹簧合页是合页的一种。是一种用在门缝或窗缝等形成转动副的构件，弹簧合页和普通合页的区别在于，弹簧合页多了弹簧装置，当门窗开启后，会压缩弹簧使得弹簧对门窗有一个反作用，当门窗不受力或受力没有弹簧作用力大时，即可完成门窗的自动关闭。这种弹簧合页优点在于轻巧方便，价格便宜，但复位不精准且不适用于重量大的门窗和环境恶劣的场所。在此选择闭门器为本装置的层门复位器。常见的闭门器型号见表3-1：表3-1闭门器类型表型号安装孔尺寸适合门重适合门框销售价格A12132X20mm25-65kg900mm以内43.9元601132X20mm10-30kg850mm以内59.9元A13162X22mm35-70kg1000mm以内85.9元513162X22mm45-80kg950mm以内99元603168X19mm45-85kg950mm以内130元533190X19mm45-85kg1100mm以内168元3303202X19mm25-80kg1000mm以内189元于层门为全栅栏式对开门[2]，其重量是在此选择A12型即可满足本装置使用要求。3.4联动绳索的设计计算3.4.1绳索的选型绳索是由两股或多股条状物拧合而成的。其因材料的不同又分为钢丝绳、尼龙绳、合成纤维绳、棉纱绳、铁丝绳、合金绳、镀铜丝绳、电缆绳和塑料绳。而施工升降机安全规程[1]中规定，选取作为转动部位的绳索要求绳的拉紧力不得超过5%。在没有特定要求设计的绳索中满足这一条件的有：钢丝绳、铁丝绳、合金绳、镀铜丝绳、电缆绳。由于在多灰尘和潮湿的施工工地，铁丝绳及容易生锈，所以不在考虑范围内；电缆绳的可塑性太差，不宜作为变向的传动绳；合金绳和镀铜丝绳的价格相对钢丝绳不占优势，所以预选钢丝绳作为联动的绳索。3.4.2钢丝绳的计算钢丝绳由踏板拉动，经过滑轮转向拉动楼层门，如图2-5所示。拉动楼层门的钢丝绳的受力为复位器的力加上楼层门给予的力即（3-1）其中楼层门给予的力为：（3-2）复位器的型号为A12型[9]，其适合门重在25~65的门，且门宽在以内都适用，其能给予最大的径向力。这里取最大值计算拉动楼层门的钢丝绳的受力。为门的合页的摩擦因数，合页材质为Q235，其摩擦因数为0.1~0.35，在这取0.3。为楼层门的质量，其质量。为重力系数，为。将数据代入得：所以综上可求出拉动楼层门的钢丝绳的受力：根据钢丝的受力分析[14]，受力在内有两种结构的钢丝绳经济效益和实用性高，其结构分别为6X19和6X37的钢丝绳。而6X19结构的钢丝绳，其单丝比较粗，从而导致这种钢丝绳非常硬，不易转弯，一般用作拉绳或者浪风绳。然而6X37结构的钢丝绳其单丝比较细，所以这种钢丝绳比较柔软，适合穿过滑轮弯度较大的场所，而且它也在施工工地常被用作磨绳、卷扬机绳和各种牵引设备，综上所述优先考虑结构为6X37的钢丝绳。预选结构6X37的钢丝绳，其最小破断拉力：（3-3）其中是钢丝绳的最小拉力系数，6X37型号钢丝绳其最小拉力系数为0.456，是钢丝绳的公称直径，由于该钢丝绳受力不大，选用最常见的公称直径为8mm的钢芯钢丝绳[10]，其公称抗拉强度为。将上述数据代入公式（3-4）中可得：电力安规[11]里，对钢丝绳的使用有着明确的规定，钢丝绳的最小破坏拉力并不等于最大允许使用拉力，最大允许使用拉力还要根据不同工作环境，不同工况，同时还要根据动荷系数、不均匀系数以及安全系数计算之后才能确定。最大允许使用拉力等于最小破坏拉力除以动荷系数、不均匀系数以及安全系数。而且电力安规也对动荷系数、不均匀系数以及安全系数有着明确的规定，如表3-2、3-3、3-4所示表3-2动荷系数序号启动或制动系统的工作方法1通过滑车组用人力绞车或绞磨牵引1.12直接用人力绞车或绞磨牵引1.23通过滑车组用机动绞磨、拖拉机或汽车牵引1.24直接用机动绞磨、拖拉机或汽车牵引1.35通过滑车组用制动器控制时的制动系统1.26直接用制动器控制时的控制系统1.3表3-3不均匀系数序号可能承受不均匀荷重的起重工具1用人字抱杆或双抱杆起吊时的各分支抱杆1.22起吊门型或大型杆塔结构时的各分支绑固吊索3利用两条及以上钢丝绳牵引或起吊同一物体的绳索表3-4钢丝绳安全系数序号工作性质及条件1用人力绞磨起吊杆塔或收紧导、地线用的牵引绳4.02用机动绞磨、卷扬机组立杆塔或架线牵引绳4.03拖拉机或汽车组立杆塔或架线牵引绳4.54起立杆塔或其他构件的吊点固定绳4.05各种构件临时用拉线3.06其他起吊及牵引用的牵引绳4.07起吊物件的捆绑钢丝绳5.0根据拉动楼层门的钢丝绳的使用环境和工况，选择动荷系数，不均匀系数，安全系数。所以拉动楼层门的钢丝绳的最大允许使用拉力（3-4）将数据代入得：综上所述，所选钢丝绳符合使用要求。3.4.3钢丝绳的固定钢丝绳的固定是指钢丝绳的始末两端连接构件时的连接和结合。钢丝绳的寿命与钢丝绳固定形式有着重要的联系，且一种合理的固定方式，不仅可以节约经济，还可以提高钢丝绳的工作效率和工作的安全性。所以钢丝绳的固定形式也是钢丝绳安全使用的重要环节。钢丝绳的始末端的固定应当满足以下要求：1、钢丝绳的始末端的连接和固定应满足钢丝绳所在场所的使用强度和安全要求。2、钢丝绳的始末端的连接和固定方式应符合钢丝绳的使用要求。钢丝绳的连接和固定方式有很多种，根据钢丝绳的使用环境以及使用要求对其进行选择。钢丝绳连接与固定方式一般有以下几种：1、编结连接编结连接是指将钢丝绳端部弯曲形成环状，环芯与对应的构件或结构的环芯相扣的连接方法。其具体是将钢丝绳端部弯曲180°形成环，用型芯放在环内侧，然后将环外侧的钢丝绳（短的部分和长的部分）相结合，将合并部分的钢丝绳扎紧，靠相结合部分的钢丝的摩擦力稳固钢丝绳尾部的环状，达到能与构件相连接的环形。2、绳卡固定绳卡固定是钢丝绳固定最常见的一种固定方式，其形式简单、拆装方便以及方便更换有着广泛的运用。绳卡固定时需要注意三点：绳卡方向、绳卡使用数量、绳卡间距。绳卡的方向是指U型结构部位在环芯钢丝绳短的部位，压板在钢丝绳长的部位；绳卡的使用数量就是根据不同的工况，不同的钢丝绳大小，选择合适的数量的绳卡；绳卡间距是指绳卡之间的距离，不宜太远和太近，这样不利于钢丝绳的固定；3、锲块、锲套连接锲块、锲套连接是指用锲块作为介质，把钢丝绳绕过锲块，当给予力给钢丝绳时，锲块在套筒的作用下会起到锁紧的作用，当力越大时，在套筒内的斜面对钢丝绳的压力会越大，锁紧效果也就越显著，也就起到固定钢丝绳的作用。连接和固定位置的强度应在钢丝绳最小破坏拉力的75%~85%。4、合金套筒浇注法合金套筒浇注法是指将钢丝绳穿过套筒后，将其钢丝拆散并将末端弯曲形成倒钩，然后浇入金属液凝固形成。这样连接的钢丝绳的固定处与本身钢丝绳的强度大致一样。其中可分为铝合金压头固定和锥形套筒灌锌固定。综和经济性、操作性以及方便性我们对以上方法进行分析，绳结连接和合金套筒浇注法对工具的需求更大和更加繁琐，都需要特定工具和特殊加工，不适合施工工地这种需要高效率低成本的要求。锲块、锲套连接不适用于这种反复拆装和多次使用的场所。所以选择绳卡固定这种可方便拆装和可多次使用的方式对钢丝绳进行固定。3.5层门滑轮的设计计算3.5.1滑轮的结构和材料在层门与吊笼门的联动装置中，层门的滑轮是钢丝绳先连接踏板后绕过若干滑轮，然后固定在楼层门上。根据滑轮用途，本装置只需改变钢丝绳的方向，中心轴固定不变，所以选择定滑轮。滑轮的结构示意图如图3-3所示。图3-3层门滑轮示意图滑轮的材料对于钢丝绳的使用寿命有着重要的影响，一个好材质的滑轮能极大增加钢丝绳的使用寿命，如果一个滑轮的轮毂快速磨损或者轮毂表面有较大的压痕，那么说明此滑轮的材质不符合使用要求或者是钢丝绳与滑轮的轮毂接触面积过大，而且产生压痕后，会加速钢丝绳的磨损，极大减少钢丝绳的使用寿命。所以为了减少磨损和防止压痕的出现，可增大滑轮的直径或者改善滑轮的材料使用一些耐磨性好、抗压强度大以及硬度高的材质的滑轮来改善这种情况的发生。滑轮的类型一般有实体滑轮、铸造滑轮和焊接滑轮。铸造滑轮因材料又可分为：铸铁滑轮、球墨铸铁滑轮和铸钢滑轮。实体滑轮：易于加工且成本低，适合直径较小的滑轮。铸铁滑轮：加工简单、材料廉价且由于铸铁弹性模数较低，使得钢丝绳挤压应力较小，有利于钢丝绳的使用。缺点在于铸铁强度和脆性大使得轮缘容易破损，不宜用在工作频繁，撞击多的工况。球墨铸铁滑轮：此类型滑轮强度高，韧性好，加工性能好。铸钢滑轮：这种滑轮的强度和韧性都很高，常用于大型设备但其铸造性能差且成本高。焊接滑轮:主要是非标单件生产或大型设备。滑轮的材料及用途见表3-5：表3-5滑轮的材料及用途表滑轮类型常用材料用途实体滑轮小型滑轮滑轮直径铸造滑轮滑轮直径，轻型或中级工作类型的起重机械中型滑轮，滑轮直径，一半组成辐板上的孔和筋或者组成轮辐结构，承载能力较大，铸造滑轮常用于中级或特种机工作类型的起重机械焊接滑轮大型滑轮，滑轮直径根据本装置的工况及使用情况，选择实体滑轮Q235。3.5.2滑轮的尺寸滑轮的重要尺寸主要有滑轮线槽尺寸、滑轮的直径（与钢丝绳接触处滑轮的直径）和轮毂宽度，滑轮的结构示意图如图3-4所示。图3-4滑轮的结构示意图滑轮线槽尺寸滑轮线槽应保持与钢丝绳有着足够的接触面积，并且保证钢丝绳能顺利绕过，以降低钢丝绳的跳槽率。滑轮的轮槽和钢丝绳直接接触，会产生形变，故槽底半径不应小于钢丝绳半径，一般取（3-5）当钢丝绳直径较大时，钢丝绳抗拉强度大，取小一些，反之取大一些。在这取0.55，代入公式（3-6）可得。线槽两个侧面的夹角的大小和钢丝绳是否能平稳工作有着重要的关系。当夹角太小时，钢丝绳会加剧磨损和会可能因与槽壁摩擦过大产生跳槽；而当夹角太大是，钢丝绳会因为在线槽内太松垮产生跳槽。线槽侧面的夹角为（3-6）根据本装置的工况和钢丝绳在滑轮线槽夹角表[12]中选择夹角，线槽两侧面的夹角取44°。滑轮的直径滑轮的直径顾名思义就是滑轮槽部与钢丝绳接触的地方的直径，所以该值的计算和钢丝绳的疲劳强度有关，（3-7）式中是滑轮与钢丝绳工况的比例系数。所以可根据滑轮与钢丝的不同工况进行选择系数，该值可直接按照表3-6进行选择。表3-6滑轮与钢丝绳的工况系数表工作级别2.72.8选取的系数要求滑轮与钢丝绳相匹配，在这选取工作级别,将数据代入公式（3-7）即可得根据使用要求我们取整取。轮毂宽度滑轮的轮毂宽度与滑轮的轴径直接相关，由于是实体滑轮轮毂宽度为（3-8）根据本装置的工况和使用要求和滑轮设计表[15]设计此处滑轮系数选择3，轴径为。将数据代入公式（3-8）得。由于实体滑轮省去了轴承，所以无需对轴承就行选择，只需根据滑轮线槽尺寸、滑轮的直径和轮毂宽度进行选择即可。综上所述可知、、和。所以可取，取，取。3.6层门踏板轴承的计算本装置的踏板可由有限元分析计算合理性，但层门踏板处需要一个转动副，而且踏板在每次的层门开启和关闭时都需要运转，所以在此处设计一个滚动轴承，用来减少摩擦阻力，提高构件的灵活度和延长踏板的使用寿命。轴承的类型[6]根据滚动轴承所承受载荷的方向分为：向心轴承和推力轴承。向心轴承主要承受的是径向载荷，推力轴承主要承受的是轴向载荷。所以在此选择向心轴承。向心轴承又分为三大类:深沟球轴承、圆柱滚子轴承和调心球轴承。在本装置中踏板的转速低，回转精度要求不高，调心性能要求也不高，根据最实惠的经济性考虑，初选深沟球轴承NSK608zz。轴承的载荷计算由于踏板只受到径向载荷，所以受载最大的滚动体的载荷为:（3-9）式中为轴承径向载荷力，在此算最大载荷，也即是翻板压着的时候，。为滚动轴承的滚动体总数，608轴承的滚动体为7个。将数据代入公式（3-9）得：。深沟球轴承608的额定载荷为1370,故所选轴承能承受得住载荷。轴承的失效形式和计算准则失效形式分别是：疲劳点蚀、塑性变形以及磨损。计算准则:在轴承只做回转运动的工作情况下，其主要发生疲劳点蚀，因此可以针对轴承的接触进行接触疲劳寿命的计算；当轴承处于有较大冲击和较大的载荷时还应增加静强度校核：在轴承转速很低或着摆动轴承时，只需对轴承作静强度计算。轴承的静强度计算由于踏板属于摆动轴承，根据计算准则所述只需对其进行静强度计算即可。当轴承受到载荷时，可以用当量静载荷对实际载荷进行分析计算，因为在当量载荷的作用下，滚动体与滚道的接触应力和实际载荷作用一样。当量静载荷:（3-10）式中为径向载荷系数，查机械设计表21-4可以，为轴向载荷系数，在此处的轴向力较小且滚动轴承具有一定的调心性能，所以轴向力可以忽略不计。将数据代入公式（3-10）得:。静强度条件公式:（3-11）式中为额定静载荷，滚子轴承为4000。为静强度安全因素，此处取7.5。将数据代入公式（3-11）得：。综上所述，NSK608zz轴承能满足使用要求。3.7自动锁门机构的设计3.7.1自锁机构的设计本装置中，要求完成楼层门的自锁以及自动开启，所以需增加一个合理的自锁机构辅助完成这一要求。由自锁机构运动简图（图2-9）可以设计出以下结构。图3-5自锁机构结构图1.M6吊环、2.球关节轴承、3.铰链支架、4.拉杆铰链、5.自锁推杆铰链、6..锁舌推拉杆、7.锁舌盖板（下）、8.锁舌套固定板、9.弹簧、10.锁舌盖板（上）、11.锁舌、12.锁盒自锁推杆铰链和拉杆铰链的尺寸确定只需在solidworks2016中建立基本模型，给定图2-9中的三个转动副和一个移动副的位置，再根据锁舌下拉的长度，进行运动仿真，直至运动零件没有干涉即可，这些零件后期进行有限元分析确保使用性能。为了完成门的自锁这里我们设计了吊环1连接钢丝绳，吊环1连接着拉杆铰链4，在钢丝绳拉拽的时候拉杆铰链4拉动自锁推杆铰链5，自锁推杆铰链5通过特定的角度设计，使得在纵向的锁舌推拉杆6下拉，锁舌推拉杆6连接着锁舌11达到同时下降上升，在门关闭的时候钢丝绳不再拉拽，储存在弹簧9内的弹性势能得以释放，弹起锁舌11弹起达到自锁目的。其中由于门开启和关闭时钢丝绳与门的角度都在时刻变化，所以增加了一个能改变转向的球关节轴承BNE51-SQZ5-RS-R2[14]，以减少本机构的应力，增加产品的使用寿命，且选择能与万向节配合的M6吊环[14]，方便钢丝绳的连接。由于该结构原型为弹簧锁舌式门锁[3]，如图2-7（a）所示，再和图3-3比较可知，需要设计的只有铰链支架3、拉杆铰链4、自锁推杆铰链5和弹簧8。铰链支架3、拉杆铰链4和自锁推杆铰链5可以通过有限元分析得出它的可行性，弹簧也可计算得出。3.7.2自锁机构的弹簧选型和校核弹簧的设计主要任务是先确定弹簧丝直径、弹簧的长度以及一些重要尺寸，使得能够满足使用要求。具体设计思路是，先选择好弹簧的材料和弹簧指数，由于弹簧指数与弹簧丝直径有关，往往先设定好弹簧丝直径，再计算其他尺寸，把所得结果进行分析，如果所得的计算结果不能满足使用和设计要求，应重新设定尺寸进行计算，直到所有结果能够满足所有约束条件，才算本设计。弹簧的材料与结构[6]弹簧的材料选择应根据其工况需求，载荷大小，工作强度已经弹簧的功用进行选择。在此选用C级碳素弹簧钢丝作为本次设计的弹簧。弹簧可根据受力性质不同可分为很多种类：拉伸弹簧、压缩弹簧、弯曲弹簧以及扭转弹簧。在此本自锁机构的弹簧选择圆柱形压缩弹簧。压缩弹簧的结构又分为两种：一、YI型：两端面圈并紧磨平。磨平的部分不应少于钢丝周长的四分之三，磨平端头处不应少于钢丝直径的八分之一。二、YII型：两端面圈并紧不磨平。这两种弹簧区别就在于端部面圈有没有磨平，面圈磨平的弹簧，会减小对两端构件的压强，这样两端的构件就可减少应力，增强使用寿命，所以选择圆柱YI型压缩弹簧。弹簧的计算与校核[6]根据使用要求设计一个圆柱形螺旋压缩弹簧，弹簧丝剖面为圆形。弹簧的最小载荷应为楼层门关闭的时候，这时只受到踏板给予的力，所以，弹簧的最大载荷应为楼层门开启的适合，也就是楼层门给予它的力，所以。选择II类弹簧工作，而且外径应与锁舌套筒内径有缝隙，所以不应超过，为端部并紧磨平的YI型弹簧。弹簧材料的性能和许用应力值可查机械设计表14-3，弹簧钢丝的抗拉强度可查机械设计表14-4[6]。试算（一）弹簧材料选择C级碳素弹簧钢丝，根据弹簧外径要求，初选，由公式（3-12）得到。由机械设计表14-4查得，弹簧钢丝的抗拉强度，由机械设计表14-3查得，弹簧的许用应力。计算弹簧丝的直径由公式（3-13）得到。由公式（3-14）得到。综上可知，的初始设定不满足弹簧强度约束条件，应重新选择计算。试算（二）选择弹簧材料同上，为了取得更大的直径，应取更小的初始值，取。依然由公式（10）得到。又由机械设计表14-4查得，弹簧钢丝的抗拉强度，由机械设计表14-3查得，弹簧的许用应力。计算弹簧丝的直径由公式（11）得到。由公式（12）得到。综上可知，的初始设定满足弹簧强度约束条件。计算弹簧的有效工作圈数由于时碳素弹簧钢丝，弹簧的弹性模数，由计算弹簧工作圈数公式（3-15）得取弹簧整数圈。验算载荷与变形弹簧载荷的变形量为：（3-16）最小载荷变形量为:最大载荷变形量为：弹簧的行程为：。（3-17）计算弹簧其余几何参数弹簧的节距：；（3-18）弹簧的螺旋升角：；（3-29）弹簧的总圈数：；（3-20）弹簧丝的间距：；（3-21）弹簧的自由长度：。（3-22）弹簧的稳定性计算：。综上可知选取弹簧能满足本装置的性能使用要求。第四章有限元静力学分析4.1层门门框有限元分析根据施工升降机安全规程[1]，层门要能够防至少8级大风的能力。层门是用40X40X2方管焊接而成，用法兰板进行固定安装，如图4-1所示，在高楼时主要受风力影响，对整体进行有限元分析，确保门框稳定性。图4-1门框结构图有限元分析步骤：将要分析的模型建好并打开，然后点击SOLIDWOEKS插件中的SOLIDWORKSSimulation，如图4-2所示。图4-21、选择新算例：点击Simulation,添加新算例，选择静应力分析，点击确定；2、选择材料：点击应用材料，选择1023碳钢板，点击应用再点击关闭；3、约束几何体：点击夹具顾问，选择固定几何体，然后选中六个法兰板；4、施加载荷：点击外部载荷顾问，选择压力，施加的压力（八级大风），选择受力的面，如图4-3所示。图4-3门框受力和约束生成结果：点击运行此算例；分析结果：点击结果选项，分别双击应力，位移，应变查看图表，如图4-4所示。由上述三个图分析对比，图4-4（a）是门框的应力分析，可以看出没有红色的受力，此门框可以满足受力要求。图4-4（b）是应变分析，可以看出门框没有较为集中的应力，且变形也没有红色，满足使用要求。图4-4（c）是受力变形位移量，可以看出此零件变形的数据1.172mm，可以忽略，因此门框满足使用要求。4.2层门踏板有限元分析层门踏板焊接M8轴，装上轴承再由608轴承座固定在地面，如图4-5所示。图4