电梯机械部分系统结构设计.doc

1、机械设计综合课程设计计算说明书设计题目电梯机械部分系统结构设计摘要本课程设计的目的是设计一种用于较高层建筑的乘客电梯，其轿厢由电力拖动，运行在两根垂直度小于15的刚性导轨上，在规定楼层间输送人或货物。本设计方案的主要特点是采用两级圆柱斜齿轮传动装置和曳引机采用2:1 绕法。相比蜗轮蜗杆传动， 采用齿轮传动传动效率更高， 这一点在电动机的选择部分有所体现。曳引机采用 2:1 绕法，相当于一级减速比为 2:1 的减速装置，有利于降低减速器的减速比，从而有利于减速器的设计。结合课程内容，本课程设计的主要内容包括： 总体方案设计、传动装置计算、装配草图绘制、正式装配图绘制、零件图绘制和设计计算说明书的

2、编写。其中，传动装置的计算主要包括： 高速级齿轮传动设计和校核， 低速级齿轮传动设计和校核，高速轴、中间轴和低速轴的设计和校核，轴承的选择和校核，键的设计和校核，箱体及其他部件的设计等。本次课程设计，较为完整地展现了减速器这一工业生产中常用的机械部件设计过程。通过查阅相关资料，综合运用机械设计、机械原理、材料力学、理论力学、制造工程基础、工程制图等多门学科的知识，解决设计过程中的相关问题。最终完成的内容包括 Solidworks 三维模型、 Autocad 二维装配图以及零件图以及设计说明书。目录一、设计任务书1二、总体方案设计3三、高速级齿轮传动设计15四、低速级齿轮传动设计26五、高速轴的

3、设计与校核36六、中速轴的设计与校核47七、低速轴的设计与校核60八、高速轴的轴承选择与校核72九、中速轴的轴承选择与校核76十、低速轴的轴承选择与校核80十一、高速轴键的选择与校核（联轴器）83十二、中速轴键的选择与校核（齿轮2）84十三、中速轴键的选择与校核（齿轮3）85十四、低速轴键的选择与校核（齿轮4）86十五、低速轴键的选择与校核（联轴器）87十六、箱体及其他零部件设计88十七、润滑与密封92十八、技术要求92十九、课程设计总结94参考文献94正文项目 -内容设计计算依据和过程计算结果一、设计任务书1. 设计要求电梯是一种固定提升设备，其轿厢由电力拖动，运行在两根垂直度小于15的刚性

4、导轨上，在规定楼层间输送人或货物。电梯按用途可以分为：客梯、货梯、客货梯、观光梯、杂货梯等；按速度可分为：低速梯、快速梯、高速梯和超高速梯。电梯是由曳引机的曳引轮，通过曳引轮槽与曳引绳之间的摩擦力实现正常运行。电梯的主要结构包括曳引机、轿厢、轿门、层门、对重层门、导轨、导靴、安全钳、限速器、缓冲器、限位装置和控制柜等。电梯的机械部分主要包括：1) 曳引系统：包括电梯传动部分、曳引机和曳引钢索。2) 引导部分：包括导轨、导靴等。3) 轿门和层门。4) 对重部分：包括对重及安全补偿装置。5) 安全装置：包括安全钳、限速器、缓冲器和限位开关。根据给定参数设计电梯曳引系统。电梯工作要求安全可靠，乘坐舒

5、适，噪声小，平层准确。项目 -内容设计计算依据和过程计算结果2. 设计数据额定载额定额定加提升质量速度速度高度/kg/(m/s)/(m/s2)/m乘客1.001.00301250电梯表 1-13. 设计任务1) 曳引系统的传动方案设计。2) 齿轮式曳引机的设计。3) 按比例绘制曳引系统的原理方案简图。4) 完成传动部分结构装配图 1 张（用 A0 或 A1 图纸）。5) 编写设计说明书 1 份。项目 -内容二、总体方案设计1. 电梯结构方案设计电梯轿厢的提升和下降的曳引，由以前的卷筒式的提升机构，逐步改进为目前电梯行业广泛采用的曳引机式提升机构。因此，在此次课程设计中，我主要考虑的是曳引机式提

6、升。最终的设计图如图2- 1。配重的作用是的作用是减小牵引力，降低所需功率节省能源。考虑到钢丝绳的重量不能忽略，曳引轮两边的重量会不断变化，从而所需要的曳引机提供的曳引力也不断变化，运行不稳定，增加了补偿链。通过具体计算，发现采用定滑轮时，传动比过大，难以设计减速器，故采用动滑轮，相当于一个 2:1 的减速装置。通过确定曳引轮连直径和设计计算依据和过程计算结果曳引轮调整轮配轿厢重补偿链图 2-1项目 -内容接的轿厢大小，为使配重与轿厢有一定距离，增加了一个调整轮。2. 曳引轮驱动方案确定由于电机的转速很快，而电梯的运行速度较慢，因此需要在电动机与曳引机之间增加减速装置，其大致的结构如图 2-

7、2。3. 曳引系统设计计算 3.1 配重质量已知电梯额定载荷，乘客人数16（ GB7588-2003），取轿厢自重为略大于额定载荷 30%，则可算得配重设计计算依据和过程计算结果曳引轮二级减速箱电动机图 2-2为平衡系数，取值轿厢自重取配重项目 -内容设计计算依据和过程计算结果3.2钢丝绳的选取假定该乘客电梯提升高度为10层，根据欧洲电梯标准（ EN81-1），采用三根即以上曳引绳时，静载安全系数静，钢丝绳规格参数如表2- 1公称抗拉强度单强度： 1570N/mm21770 N/mm2双强度： 1370/1770N/mm2近似重量钢丝绳最小破断载荷， kN公称直径单强度： 1570N/mm2天

8、然纤维人造纤维mm双强度： 1370/1770N/mm2单强度： 1570N/mm2kg/100mkg/100m均按 1500N/mm2 单强度计算822.221.728.133.21034.733.944.051.91142.041.053.262.81358.657.374.387.61688.886.81131331912512215918722168164213251表 2-1项目 -内容设计计算依据和过程计算结果初选中公称直径的人造纤维钢丝绳，其最小破断载荷 破断，取轿则有：静破断厢在最低位置进行计代入可得：算，为单根绳的质量，为单根绳所受最大静拉力，设钢丝绳根数为取，即采用三根钢丝

9、绳。钢丝绳数目：3.3当量摩擦系数确定在电梯制造中常常采用的三种曳引轮绳槽为：半圆形槽、半圆形带切口槽、 V 形槽，截面图 2- 3图如图 2- 3三种槽口的当量摩擦系数分别如下取钢丝绳与曳引轮计算：材料间的摩擦系数对于半圆形槽：当量摩擦系数：对于半圆形带切口槽：取，则有对于 V 型槽：项目 -内容设计计算依据和过程计算结果3.4曳引轮包角的确定 1为保证电梯在运行中的安全，应使钢丝绳在曳引轮上不打滑，根据分析和计算，电梯曳引钢丝绳在下面两种工作状态下。容易出现在曳引轮槽上打滑的现象，根据欧拉公式，可以得出不打滑条件。取，则有：即：。尽管 V 型槽的当量摩擦系数最大，但随着使用时间的延长， V

10、 型槽口会被磨损，从而导致曳引能力下降，因此本次课程设计选择半圆形带切口槽，当量摩半圆形带切口槽当擦系数量摩擦系数：详细DWG图纸请加：三二1爸爸五四0六讨论两种情况钢丝绳不打滑条件：1) 空载电梯上行至最高层站处制动停车状态（同下降启动状态）其不打滑条件为：其中为轿厢自重，为额定载重项目 -内容设计计算依据和过程计算结果结合实际数据，取，值对于半圆带切口槽取1代入式中4. 电动机的选择 2 p2004.1选择电动机类型4.2选择电动机容量传动示意图如图2- 42) 装有 125%额定载荷的电梯在最底层站下降制动停车状态 （同上升启动状态）其不打滑条件为：综上，不打滑的条件为，包角包角：，故取

11、按工作要求选用 Y 系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，电压 380V轴 4曳引轮轴 1轴 2联轴器二级减齿齿齿轮轮速轮124器齿轮 3联轴器轴 3制动器轴 0电动机图 2-4项目 -内容设计计算依据和过程计算结果电动机所需功率为：曳引机所需功率为：其中：则：曳引机功率：各部分的效率如表2- 3传动种类及工作状态效率联轴器齿式联轴器0.99滚动轴承球轴承0.99（一对）圆柱齿轮油润滑 8 级精度齿轮0.97摩擦传动槽型摩擦轮0.89复滑轮组滚动轴承支承 （）0.97表 2-3从而所需电动机的功率为电动机的功率：项目 -内容设计计算依据和过程计算结果电梯运行时，载荷较平稳，电动机的额定功率略大

12、于即可，参考 Y 系列电动机技术数据，选电动机的额定功电动机额定功率：率为 11选择同步转速分别为如下值，即3000r/min,1500r/min,1000r/min,750r/min的电机进行比较方案电动机型号额定功率同步转速 / 满载电机质价格 /传动/kW转速 /(r/min)量 /kg元比1Y160M1-2113000/293011716764.012Y160M-4111500/1460123166423Y160L-6111000/97014720461.334Y180L-811750/7301842790表 2-4结合表2- 4，方案一虽然电机质量小，但是传动比很大，传动装置不易设计

13、，方案一传动比小，但非常笨重，且价格较贵。因此在 2,3 中进行选择，若考虑使传动装置紧凑，选择3 更好，若考虑电机质量和价格，选择2 更好。现选电动机型号：用方案 3，即电动机型号为Y160L-6。项目 -内容设计计算依据和过程计算结果5. 运动、动力参数计算 5.1 分配传动比曳引轮直径 D 与钢丝绳直径 d 应满足下列关系：曳引轮直径：即，取。则曳引轮转速为：选电机为Y160L-6，其满载转速为，则总的传动比：曳引轮转速总的传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级的传高速级的传动比动比则低速级的传动比低速级的传动比5.2 运动和动力参数计算0 轴（电动机轴）：项目 -内容设计计算依据和过程计算结

14、果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果1 轴（高速轴）：2 轴（中间轴）：3 轴（低速轴）4 轴（曳引轮轴）项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果13 轴的输出功率或转矩分别为各轴的输入功率或转矩乘轴承效率0.99。运动和动力参数的计算结果加以汇总，如表 2- 5轴功率 P/kW转矩 T/(N m)转速传动比效率输入输出输入输出n/(r/min)轴 08.97488.35970轴 18.888.7987.4786.6097010.99轴 28.538.44387.91384.03210.04.6190.96轴 38.

15、198.101227.41215.163.663.2990.96轴 47.941191.1263.6610.97表 2-5项目 -内容三、高速级齿轮传动设计 3 p971. 选择材料和精度等级1) 选择材料2) 热处理3) 精度选择2. 初估小齿轮直径设计计算依据和过程计算结果依据：主动轮转速不很高，传动尺寸无严格限制。小齿轮： 40Cr ，调质，280HB大齿轮： 40Cr ，调质，260HB同侧齿面精度等级选8 级精度。采用闭式软齿面传动，按照齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径。查附录 B 中（ B-2）初取，查附录 B 中表 B-1，由表 2-14 查取齿宽系数由图2-24 查取接触疲

16、劳极限,则则项目 -内容设计计算依据和过程计算结果初取初取3.确定基本参数校核圆周速度和精度等级圆周速度查表 2-1，取 8 级精度合理。初取齿数齿数,取确定模数,按标准取查表 2-4 取确定螺旋角小齿轮直径大齿轮直径初步齿宽为，取。校核传动比误差满足要求。项目 -内容设计计算依据和过程计算结果4. 校核齿面接触疲劳强度由式（ 2-5）进行齿面接触疲劳强度的校核。4.1计算齿面接触应力由图2-18 查得节点区域系数由表2-15查得弹性系数重合度系数的计算公式由端面重合度和纵向重合度确定。其中：端面重合度为由表 2-5 可得项目 -内容设计计算依据和过程计算结果由于无变位。端面啮合角，因此端面重

17、合度。纵向重合度为故螺旋角系数为由表 2-7 查得使用系数由图 2-6 查得动载荷系数由表2-8 查得齿间载荷分配系数。其中：项目 -内容设计计算依据和过程计算结果由表2-9 查得齿向载荷分布系数。其中，非对称支承，调质齿轮精度等级8 级，装配时检验调整或对研跑和。4.2计算许用接触应力齿面接触应力为齿面接触应力由式（ 2-16）计算许用接触应力。由图 2-27 查得，。其中电梯的设计使用寿命为10 年，每天平均工作时间为10h，则总工作时间为应力循环次数为项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果齿面工作硬化系数为由表2

18、-18 查得接触强度尺寸系数润滑油膜影响系数为由表2-17 查得接触最小安全系数（较高可靠度）许用接触应力为许用接触应力4.3验算（取和中较小者比较）接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。项目 -内容设计计算依据和过程计算结果5.确定传动主要尺寸中心距为圆整圆整取由公式。可求得精确的螺旋角为合理。端面模数为小齿轮直径为大齿轮直径为齿宽 为小齿轮当量齿数为大齿轮当量齿数为6. 齿根弯曲疲劳强度验算由式（ 2-11）项目 -内容设计计算依据和过程计算结果校验齿根弯曲疲劳强度。6.1计算齿根弯曲使用系数、动载荷系数以及齿应力间载荷分配系数分别为由图2-9 查得齿向载荷分布系数,其中由图2-20查得

19、齿形系数。（非变位）由图2-21 查得应力修正系数。（非变位）重合度系数为由图2-22查得螺旋角系数齿根弯曲应力为项目 -内容设计计算依据和过程计算结果6.2计算许用弯曲由式（ 2-17）应力由图2-30 查得齿根弯曲疲劳极限由表 2-17 查得弯曲强度最小安全系数（较高可靠度）由图2-33 查得弯曲强度尺寸系数由图2-32 查得弯曲强度寿命系数（应力循环次数确定同接触疲劳强度校核） ，应力修正系数相对齿根圆角敏感及表面状况系数为许用齿根应力为6.3弯曲疲劳强度校核合格。项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容四、低速级齿轮传动设计1. 选择材料

20、和精度等级1) 选择材料2) 热处理3) 精度选择2. 初估小齿轮直径设计计算依据和过程计算结果依据：主动轮转速不很高，传动尺寸无严格限制。小齿轮： 40Cr ，调质，280HB大齿轮： 40Cr ，调质，260HB同侧齿面精度等级选8 级精度。采用闭式软齿面传动，按照齿面接触强度初步估算小齿轮分度圆直径。查附录 B 中（ B-2）初取，查附录 B 中表 B-1，由表 2-14 查取齿宽系数由图2-24 查取接触疲劳极限,则则项目 -内容设计计算依据和过程计算结果初取初取3.确定基本参数校核圆周速度和精度等级圆周速度查表 2-1，取 8 级精度合理。初取齿数齿数,取,确定模数按标准取,查表 2

21、-4 取确定螺旋角小齿轮直径大齿轮直径初步齿宽为。校核传动比误差满足要求。项目 -内容设计计算依据和过程计算结果4.校核齿面接触疲劳由式（ 2-5）强度进行齿面接触疲劳强度的校核。4.1计算齿面接触由图2-18 查得节点区域系数应力由表2-15查得弹性系数重合度系数的计算公式由端面重合度和纵向重合度确定。其中：端面重合度为由表 2-5 可得项目 -内容设计计算依据和过程计算结果由于无变位。端面啮合角，因此端面重合度。纵向重合度为故螺旋角系数为由表 2-7 查得使用系数由图 2-6 查得动载荷系数由表2-8 查得齿间载荷分配系数。其中：由表2-9 查得齿向载荷分布系数。其中，非对称支承，调质齿轮

22、精度等级8 级，装配时检验调整或对研跑和。项目 -内容设计计算依据和过程计算结果齿面接触应力为4.2 算许用接触应由式（ 2-16）力齿面接触应力计算许用接触应力。由 图 2-27查 得，。齿面工作硬化系数为由表2-18 查得接触强度尺寸系数项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果润滑油膜影响系数为由表2-17 查得接触最小安全系数（较高可靠度）许用接触应力为许用接触应力4.3验算（取和中较小者比较）接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。5. 确定传动主要尺寸中心距为圆整取。由公式圆整可求得精确的螺旋角为项目 -内容设

23、计计算依据和过程计算结果合理。端面模数为小齿轮直径为大齿轮直径为齿宽 为小齿轮当量齿数为大齿轮当量齿数为6.齿根弯曲疲劳强度由式（ 2-11）验算校验齿根弯曲疲劳强度。6.1计算齿根弯曲使用系数、动载荷系数以及齿应力间载荷分配系数分别为项目 -内容设计计算依据和过程计算结果由图2-9 查得齿向载荷分布系数,其中由图2-20查得齿形系数。（非变位）由图2-21 查得应力修正系数。（非变位）重合度系数为由图 2-22 查得螺旋角系数齿根弯曲应力为项目 -内容设计计算依据和过程计算结果6.2计算许用弯曲应力由式（ 2-17）由图2-30查得齿根弯曲疲劳极限由表 2-17 查得弯曲强度最小安全系数由图

24、（较高可靠度）2-33 查得弯曲强度尺寸系数由图2-32 查得弯曲强度寿命系数（应力循环次数确定同接触疲劳强度校核） ，应力修正系数相对齿根圆角敏感及表面状况系数为许用齿根应力为6.3弯曲疲劳强度校核合格。项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果五、高速轴的设计与校核 3 p471.选择材料和热处理根据轴的使用条件，选择45 钢，正火，硬度 HB=1702172.按扭转强度估算轴径查表 1-3，取 C=112，根据式（ 1-2）得结合所选电机Y160L-6，其输出轴径为，按联轴器的标准系列，取轴径，轴孔长度。3. 初步设计轴的结构初选中深沟球轴承6208，轴

25、承尺寸为内径，外径，宽度。初步设计的结构如图5- 1所示。小齿轮顶圆直径，故将轴 1 做成齿轮轴。材料为 40Cr ，调质处理，硬度HB=280。图 5-1项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果4. 轴的空间受力分析考虑到电梯存在上升和下降两种情况，因此电机也会有正传和逆转，下面将会就两种情况分别进行讨论。4.1 当轴逆时针转轴所受到的外载荷为转矩和小齿轮动（定义为正上的作用力，空间受力如 图 5- 2所示转）yxzFr1BCAFt1Fa17661FBVFAVBCAFt1=2690N图 5-2参考齿轮传动的受力分析如下：输入轴的转矩为小齿轮圆周力为小齿轮径

26、向力为项目 -内容设计计算依据和过程计算结果小齿轮轴向力为4.2当轴逆转时空间受力如图 5- 3 所示yzFt1xFaBFr1CA17661FBVFAVBCAFt1=2690N图 5-3受力分析与正转时相同。5. 计算轴承支点的支反力，绘出水平面和垂直面弯矩图和5.1 当轴正转时垂直面（ YZ 平面）支反力及弯矩计算如下项目 -内容设计计算依据和过程计算结果其受力图和弯矩图如图5- 4：FBVFAVBCAFt1=2690NM VCBCA(a)垂直面（ YZ 平面）图 5-4水平面（ XZ 平面）支反力及弯矩计算如下：正转其受力图和弯矩图如图5- 5 所示：项目 -内容设计计算依据和过程计算结果

27、5Fa1=644N.Fr1 =1007N23BCAFM ”FAHBHHCMHCBCA(b) 水平面（ XZ平面）图 5-55.2当轴逆转时垂直面（ YZ 平面）支反力及弯矩与正转相同水平面（ XZ 平面）支反力及弯矩计算如下：逆转其受力图和弯矩图如图5- 6 所示：项目 -内容设计计算依据和过程计算结果F a1=644N5.2F r1=1007N3BCAF BHHCF AHM M”HCBCA(b) 水平面（ XZ平面）图 5-66. 计算并合成弯矩图 6.1 当轴正转时正转合成弯矩图如图5- 7(a)所示。6.2当轴逆转时逆转合成弯矩图如图5- 8(a)所示。项目 -内容设计计算依据和过程计算

28、结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果7. 计算并绘制转矩图转矩图如图 5- 7（b）所示8.计算并绘制当量弯矩图转矩按照脉动循环考虑，取。由表 1-2 查得由表1-4查得，则由公式截面 C 处的当量弯矩，。求出危险轴正转时正转轴逆转时逆转项目 -内容设计计算依据和过程计算结果绘制当量弯矩图如图5- 7 图 5- 8（ c）所示。M”CMCBCA(a) 合成弯矩图TBCA(b) 转矩图BCA(c) 当量弯矩图 A. 轴正转图 5-7MCM”CBCA(a) 合成弯矩图TBCA(b) 转矩图BCA(c) 当量弯矩图 B. 轴反转图 5-8项目 -内容设计计算依据和过程计算结果9. 按照弯扭组合应力校核轴的强度由 表1-4查得许用弯曲应力为。由式（ 1-3）得危险截面 C 处的弯曲应力，安全。项目 -内容设计计算依据和过程计算结果项目 -内容设计计算依据和过程计算结果六、中速轴的设计与校核1.选择材料和热处理根据轴的使用条件，选择45 钢，正火，硬度 HB=1702172. 按扭转强度估算轴径查表 1-3，取 C=112，根据式（ 1-2）得考虑到轴承的选取，取轴径。3. 初步设计轴的结构初选中深沟球轴承6309，轴承尺寸为外径，宽度。初步设计的结构如