电梯曳引系统设计毕业设计

济 南 大 学 泉 城 学 院毕 业 设 计题 目 电梯曳引系统设计 学 院 工学院 专 业 机械设计制造及自动化 班 级 机设专升本 1402 学 生 张福清 学 号 2014040162 指导教师 王兰花 二一 六 年 五 月 二十 日济南大学泉城学院毕业设计- I -摘 要自改革开放以来，我国乃至世界的经济在迅速发展，大批的建筑物像雨后春笋一样不断地涌现。因此，对于电梯的需求也不断地增加，电梯变得越来越重要。电梯是现代高层建筑组成部分，大部分电梯生产商只是对电梯的容量和外观进行了调整，内部的电梯曳引机方面的问题并没有得到有效的解决。因此，对于曳引机的研究有非常重要的意义。论文主要介绍了电梯曳引机的工作原理，基于论文的基础上对电梯的行星齿轮减速器进行了初步的优化设计，使电梯的运行更具有安全性。本论文主要介绍了曳引机，它是由电动机、联轴器、制动器、减速箱等组成。电梯的载重、运行速度、承受的载荷等因素也会影响我们对电梯电动机和制动器的选择。我们要根据曳引机的组成零件来整体的考虑和设计计算合适的减速箱。我们可以通过对曳引轮的受力分析来选用合适的钢丝绳。给电梯提供动力的主要是靠曳引轮，通过摩擦力实现电梯的整体运动，因此曳引轮的摩擦系数必须要大。所以我们对曳引机的优化设计要从各个方面入手，将影响的因素降到最小。关键词：曳引机，行星减速箱，曳引轮，钢丝绳济南大学泉城学院毕业设计- II -ABSTRACTSince the reform and opening up, the economy of our country and even the world is developing rapidly, and a large number of buildings are springing up like mushrooms. Therefore, the demand for the elevator is also increasing, the elevator is becoming more and more important. Elevator is a part of modern high-rise buildings, most of the elevator manufacturer just to lift capacity and appearance were adjusted, inside the elevator traction machine problem has not been effectively solved. Therefore, there is very important significance for the study of traction machine.Paper mainly introduces the working principle of the elevator traction machine, based on the basis of the elevator planetary gear reducer were preliminarily optimized design, the elevator is more secure.This paper mainly introduces the traction machine, it is composed of motor, coupling, brake, gear box etc. Load, running speed, load and other factors also affect the choice of elevator motor and brake. We should according to the components of the traction machine to overall consideration and design calculation of appropriate gear box. We can pass on the traction wheel force analysis to select the appropriate steel wire. Provides the power to the elevator is mainly by the traction wheel, realize the overall movement of the elevator by friction, so friction coefficient of the traction wheel must to. So we on the traction machine optimization design should start from various aspects, will influence factors to a minimum.Key words： traction machine, planetary reducer, traction wheel, wire rope.目 录摘 要 .I济南大学泉城学院毕业设计- III -ABSTRACT .II1 前言 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2 电梯曳引系统的研究概况 .11.3 课题研究的内容 .22 曳引系统的工作原理及主要参数 .32.1 曳引系统工作原理及曳引条件 .32.2 有关参数的确定 .53 曳引系统各部分的设计 .73.1 曳引电动机的选择 .73.1.1 曳引电动机的主要技术性能 .73.1.2 曳引电动机的分类 .73.1.3 曳引电动机功率的计算 .73.2 曳引钢丝绳、曳引轮、导向轮的设计 .83.2.1 常用绕绳方式 .83.2.2 钢丝绳的选用 .93.2.3 曳引轮的设计 .103.2.4 导向轮的设计 .123.2.5 曳引轮的包角 .123.2.6 曳引轮的强度验算 .123.2.7 曳引绳安全系数的验算 .143.3 减速器的设计与计算 .163.3.1 传动方案设计 .163.3.2 齿轮的设计与计算 .173.3.3 轴的设计与计算 .263.3.4 行星架的设计 .373.3.5 均载机构的设计 .393.3.6 箱体的设计 .403.4 制动器的选择 .40结 论 .42参 考 文 献 .43致 谢 .44济南大学泉城学院毕业设计- 1 -1 前言1.1 课题研究的背景及意义由于我国经济的快速发展，带动了居民的生活水平的提高，使我国的城镇化得到快速加深，世界电梯行业都进入了一个全速发展的时期。在未来环保、节能类型电梯将被广泛关注。根据资料显示，到去年为止，全国电梯总数已达 352 万台，并以每年 20左右的速度增长，这使得我国的电梯保有量、年产量、年增长量均位列世界第一 1。如果将这些普通机房电梯改成小机房电梯，将对国民经济的贡献非常可观。它不仅能够降低开发成本而且方便设计，建筑结构也更为合理，同时能源消耗也得到降低。曳引机是电梯的心脏，是驱动电梯的轿厢和对重做上、下运动的部件，由曳引电动机、制动器、减速箱、曳引轮组成 2。其中最主要的就是减速器，它能影响电梯的整体性能，因此减速器是非常重要的部件。国内电梯厂家提供的减速器基本上都是蜗杆涡轮式曳引减速器，但是蜗杆蜗轮式曳引机体积较大、发热、传动效率不高、精度不高等问题。因此，很难得到满足国内对电梯的需求 3。行星减速器的结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大。比较适合未来行业电梯的发展曳引机的更新换代非常快，伴随着无齿曳引机的出现，具有同样优势的行星齿轮曳引机仍有发展的机遇。行星齿轮曳引机具有体积小、传动效率高、节能环保、寿命长和维护成本低等优点。行星齿轮曳引机的传动效率可达 98，相对同样提升力的蜗轮蜗杆式曳引机可节约 3040的能量，体积仅仅是它的一半；其设计寿命超过 2 万小时，正常运行 l5 年以上，免维护 4。而且变速比范围大，可与多种电机匹配，可用于低速、中速和高速各种电梯；起动电流小，只是额定电流的 1.4 倍，可大大降低供电系统容量。1.2 电梯曳引系统的研究概况（1）电梯的发展自从 1854 年，美国人伊莱沙格雷夫斯奥的斯在纽约水晶宫举行的世界博览会上，第一次向世人展示了第一部安全升降梯以来，升降梯在世界范围内得到广泛应用 5。在中国及其它人口众多的亚洲国家,以及像美国等高层建筑云集的国家和地区,对高速电梯的需求量越来越大，在国内电梯厂家所能提的产品几乎都是蜗杆蜗轮式曳引机减速器。因此，在国内此类电梯得到广泛的关注 6。1900 年，因为交流感应电动机类电梯的出现，交流电动机结构简单、造价低而被广泛关注 7。济南大学泉城学院毕业设计- 2 -1903 年，曳引式无齿轮高速电梯在美国被研制成功，同年又在正式的电梯传动结构中采用摩擦绳轮代替卷筒，将卷筒强制驱动改为摩擦曳引驱动，从而提高了传动机构的通用性，现在仍在被广泛使用。（2）电梯曳引机的发展及特点19 世纪后期，出现了第一代曳引机蜗轮蜗杆曳引机。这种曳引机传动平稳，传动件少，易维修，但传动效率低，齿面易磨损，寿命低。20 世纪 70 年代，第二代曳引机平行轴斜齿轮曳引机。这种曳引机效率高，磨损寿命 10 倍于蜗轮蜗杆曳引机，但加工精度比较高，必须磨齿。20 世纪 90 年代初，出现了第三代曳引机行星轮系曳引机。这种曳引机传动效率高、体积小、磨损寿命比蜗轮蜗杆曳引机高 10 倍，但硬度高磨齿非常困难。20 世纪 90 年代末出现了第四代曳引机永磁同步曳引机。这种曳引机系统结构得到简化，且无传动失效风险，免维护，但电动机体积、重量、价格大大提高，且低速电机的效率很低，不易用于低速电梯。1.3 课题研究的内容（1）曳引机电梯曳引机是电梯的动力部分功能是输送和传递动力。曳引机一般由电动机、制动器、减速箱、机架、曳引轮、导向轮、盘车手轮等构成。电梯运行部分的全部重量都加在曳引轮、曳引绳和导向轮上。曳引轮是工作部分，安装在曳引机的主轴上，轮缘上有若干条绳索，利用两端悬挂重物的钢丝绳与曳引轮槽间的静摩擦力，作为电梯上升、下降的牵引力 8。在这减速器我们选用行星齿轮减速器。曳引系统由曳引机、钢丝绳、导向轮等组成。本论文主要介绍了曳引机，它是由电动机、联轴器、制动器、减速箱等组成 9（2）曳引钢丝绳用于连接轿厢与对重，靠与曳引轮间的摩擦力来传递动力，一般由 4-6 根组成。（3）导向轮导向轮具有滑轮结构，它的作用是联合滑轮组起到省力的作用。（4）电磁制动器电磁铁、制动臂、制动闸瓦等组成组成了电磁制动器，其响应速度快，结构简单能使运行中的电梯快速制动。济南大学泉城学院毕业设计- 3 -2 曳引系统的工作原理及主要参数2.1 曳引系统工作原理及曳引条件（1）确定曳引机的安放位置根据曳引机的安放位置，可分为上置式传动和下置式传动。上置式传动的特点是对建筑物施加的载荷较小，对井道的建筑面积要求较小；下置式传动对建筑物施加的载荷比上置式大，对井道的建筑面积也要求大 10。故本次设计选用上置式传动。（2）曳引机的工作原理电梯曳引系统的组成结构如图 2.1 所示。图 2.1 电梯曳引系统的组成结构1-电动机 2-制动器 3-减速器 4-曳引绳5-导向轮 6-绳头组合 7-轿厢 8-对重曳引机的工作原理:通过电动机为曳引机提供动力，然后减速器把高速旋转的电动机与传动机构的旋转频率一致，利用制动器使电梯实现准时停止。在曳引机上安装一个导向轮，将轿厢和导轨分开，使轿厢和井道中的导轨在运行时而不碰撞。受济南大学泉城学院毕业设计- 4 -轿厢与对重装置的重力作用把曳引钢丝绳紧压在曳引轮槽内，产生摩擦力。这样，轿厢和对重装置做相对运动，即轿厢上升时候，对重下降；对重上升时候，轿厢下降。（3）曳引条件运行中电梯轿厢的载荷和轿厢的位置以及运行方向都在变化。为使电梯在各种情况下都有足够的曳引力，按照 GB 7588-2003 电梯制造与安装安全规范的规定，曳引式电梯的曳引力应满足以下三个条件：符合 GB 7588-2003 规定的轿厢在井道内不利位置（如最低站层）装载至125额定载荷的情况下保持平层状态下不打滑，及轿厢在空载状况下均能正常运行；减速度的值应小于缓冲器作用时减速度的值（空载、满载或任何紧急状态）11。如果对重压在缓冲器上，同时曳引机又按电梯上行方向旋转，这是就不能提升空轿厢，轿厢在井道中滞留时应允许钢丝绳在曳引轮上滑移（任何情况）必须要有足够大的曳引力。如图 2.2 电梯曳引钢丝绳受力简图。电梯曳引轮槽中能产生的最大的有效曳引力是钢丝绳与轮槽之间的当量摩擦系数和钢丝绳绕过曳引轮所包络的弧度的函数。它表达了一个连续柔性体在一个刚性圆柱面上包络所产生的摩擦力关系式，即为著名的欧拉公式，也是曳引条件。其表达式为：（2.1）12TfCe济南大学泉城学院毕业设计- 5 -图 2.2 曳引示意图 12式中 在载有 125额定载荷的轿厢位于最低层站及空载轿厢位于最高层站12/T的轿厢装载工况下，曳引轮两边曳引钢丝绳中的较大静拉力与较小静拉力的静态比值。C1与加速度、减速度有关的动力系数， 。g 为自1/Cga由落体的标准加速度，g=9.8m/s 2；a 为轿厢的制动减速度（或启动加速度） ；按 GB 7588-2003 的规定，任何情况下减速度 a 不应小于后面的数值；对于正常情况下，为 0.5m/s2；对于使用了减速行程缓冲器的情况，为 0.8m/s2。由此得出 (速度)、a(制动加速度)和 C