电梯机械部分系统结构设计说明

1、机械设计综合课程设计计算说明书设计题目电梯机械局部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局部有 所表达。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。结合课程容，本课程设计的主要容包括：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编写。其中，

2、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、制造工程根底、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 14四、低速级齿轮传动设计 23五、高速轴的设

3、计与校核 32六、中速轴的设计与校核 41七、低速轴的设计与校核 52八、高速轴的轴承选择与校核 61九、中速轴的轴承选择与校核 64十、低速轴的轴承选择与校核 67十一、高速轴键的选择与校核联轴器 70十二、中速轴键的选择与校核齿轮2 71十三、中速轴键的选择与校核齿轮 3 73十四、低速轴键的选择与校核齿轮 4 74十五、低速轴键的选择与校核联轴器 75十六、箱体及其他零部件设计 77十七、润滑与密封 81十八、技术要求 81十九、课程设计总结 83参考文献 83正文工程-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

4、 15的刚性导轨上，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 和超咼速梯。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、平安钳、限速器、缓冲器、限位装 置和控制柜等。电梯的机械局部主要包括：1曳引系统：包括电梯传动局部、 曳引机和曳引钢索。2引导局部：包括导轨、导靴等。3轿门和层门。4对重局部：包括对重及平安补偿 装置。5平安装置：包括平安钳、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

5、平安可靠，乘坐舒适， 噪声小，平层准确。2. 设计数据额定载 质量/kg额定速度/ m/s额定加 速度/ n/s2 提升 高度/ m乘客电梯12501.001.0030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完成传动局部结构装配图1 用A0或A1图纸。5编写设计说明书1份。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 步改良为目前电梯行业 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 虑的是曳引机式提升。 最终的设计图如图2- 1。配重的作用是的作

6、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 疋由于电机的转速很 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3.曳引系统设计计算3.1配重质量电梯额定载荷?= 1250?，乘客人 数 16 (GE7588-

7、2003)， 取轿厢自重为略大于额 定载荷30%，?=1600?，那么可算得配 重?0曳引轮电动机二级减速箱?0 = ? + ? ?为平衡系数，取值0 40.5?0 =?+? ?=1600+ (0.40.5) X1250=(21002225)?取?0 = 2150?轿厢自重?= 1600?配重?0 = 2150?3.2钢丝绳的选取假定该乘客电梯提 升高度为10层，?= 30?，根据欧洲电梯标 准E21-1，采用三根 即以上曳引绳时，静载 平安系数？?静=12，钢 丝 绳规格参数如表2- 1公称抗拉强度单强度：1570NF miri 1770 N/ mrm双强度：1370/1770 NT mrm

8、近似重量钢丝绳最小破断载荷，kN公称直径mm天然纤维kg/100 m人造纤维kg/100 m单强度：1570N/mrm双强度：1370/1770 N mm均按1500N/miW强度计算单强度：1570N/mm822.221.728.133.21034.733.944.051.91142.041.053.262.81358.657.374.387.61688.886.81131331912512215918722168164213251表2- 1初选中公称直径?= 13?的人造纤维钢丝绳，其最小破断载荷？破断=74.3?，取轿厢在最低位置进行计 算，？?o为单根绳的质量, ?1为单根绳所受最大静

9、 拉力，设钢丝绳根数为 ?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 图如图2- 3取钢丝绳与曳引轮 材料间的摩擦系数 ?0 = 0.15?o = ? ? = 0.30 X57.3 = 17.19?+ ?1 = ( 2? + ?o) ?那么有:?1 ?静 ?破断 X 0.84代入可得:1600+ 12502?17.19) X9.8 X123 2.77钢丝绳数目：?= 3取? = 3,即采用三根钢丝绳。图2- 3三种槽口的当量摩擦系数分别如下计算:对于半圆形槽:?1 = 4?0 = 0.19对于半圆形带切口槽:?4?0(?？?？?

10、2?)?2 =2 一 ? + ?- ?- ?取?= ?，?= ?，那么有？?2 =0.3078当量摩擦系数：?1 = 0.19?2 = 0.30781?3 = ?0 ?_23.4曳引轮包角的确定为保证电梯在运行 中的平安，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? = 35，那么有：？?3 = 04988 即：？?1 ?2 ?3。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 擦系

11、数? = 0.3078详细DW图纸请加：三二1 爸爸五四0六3231885406| 迴竝iA 男19岁 二7月13日公囲 巨蟹座S111 &，J詔白河0 9 a O a揶子狗与穿c匡的空间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：? + 0.5?仝?1 ?2?其中？?为轿厢自重，？?为额定载重? + ?3 = 0.4988半圆形带切口槽当量摩擦系数：? = 0.3078结合实际数据，取？?1= 1.2, ?2值对于半圆带切口槽取1代入式中1600+ 05 X1250?0-3078? 1.663?= 95.322装有125%额定载荷的电梯在

12、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：? + 1.25? 1.734?= 99.38包角：?= 120综上，不打滑的条件为，包角 ？ 1.734?= 99.38 ,故取? = 1204.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- 4按工作要求选用丫系列全封闭自扇 冷式笼型三相异步电动机，电压 380V轴4JLII曳引轮轴1轴2级减速器联轴器制动器电动机器 轴 联轴0工程-容设计计算依据和过程计算结果电动机所需功率为：? = k?曳引机所需功率为：(1 - ?) ? = 八102其中：?0- ?2150- 1600? = 0 = = 044

13、?12500.44贝(1 - ?) ?rr 1/?？ 102曳引机功率：(1 - 0.44) X1250 X1.00 = 102=6.863? = 6.863?传动种类及工作状态效率?联轴器?1齿式联轴器0.99滚动轴承？?2球轴承0.99 (一对)圆柱齿轮？?3油润滑8级精度齿轮0.97摩擦传动？?4槽型摩擦轮0.89复滑轮组？?5滚动轴承支承(? = 2 6)0.97表2- 3从而242? = ?1 ?2 ?3 ?4 ?5242=0.99 X0.99 X0.97X0.89 X0.97= 0.7648所需电动机的功率为电动机的功率:?= 8.974?6.863? = 0.7648 = 8.9

14、74?工程-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？?略大于？?即可，参考 丫系列电动机技术数据，选电动机的额疋 功率？?为 11?选择同步转速分别为如下值，即3000r/ min,1500r/min,1000 r/ min,750 r /min的电机进行比拟电动机额定功率：?= 11?万案电动机型号额定功率/kW同步转速/满载转速/( r/ min)电机质量/ kg价格/元传动比1Y160M1-2113000/293011716764.01 ?2Y160M4111500/146012316642?3Y160L-6111000/97014720461.33?4Y

15、180L-811750/7301842790?表2- 4电动机型号:?160?- 6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，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，假设 考虑使传动装置紧凑，选择 3更好，假设 考虑电机质量和价格，选择 2更好。现 选用方案3,即电动机型号为丫160L-6。5.运动5.1动力参数计算分配传动比曳引轮直径D与钢丝绳直径d应满 足以下关系：? 1?仝 40?= 13? 即? 40? =520?,取? = 600?。那么曳引轮转速？?2为:?2 =2? ?2?x 60 =2 X1.00.3 x 2?X60=

16、636619?/?选电机为Y160L-6，其满载转速为970?/ ?,那么总的传动比?:?=97063.66=15.24取两级圆柱齿轮减速器咼速级的传动比?12 = 4?= Vl.4 X 15.24= 4.619那么低速级的传动比?23 =?1215.244.619=3.299曳引轮直径：?= 600?曳引轮转速?2=63.662?/?总的传动比?= 15.24高速级的传动比?12 = 4.619低速级的传动比?23 = 3.2995.2运动和动力参数计算0轴电动机轴：?0 = ? = 8.974?0 = ? = 970?/ ?0 = 9550?0 = 9550 X?08.974970=88.

17、35? ?1轴高速轴：?1 = ?0 ?01 = ?0 ?1=8.974 X0.99= 8.88?1 = ?o = 970?/ ?18.88?1 = 9550?1 = 9550 X 970=87.47? ?2轴中间轴：?2 = ?1 ?12 = ?1 ?2 ?3厶 I I I v/=8.88 X0.99 X 0.97=8.53?2 =?1?12 =9704.619=2100?/ ?28.53?2 = 9550?吃= 9550=387.91? ?3轴低速轴?3 = ?2 ?23 = ?2 ?2 ?3=8.53 X0.99 X 0.97 =8.19?2210?3= ?= 3299 = 63.66?

18、/ ?8.19=9550 X 63.66?3?3 = 9550 ?31227.4? ?4轴曳引轮轴?4 = ?3 ?34 =?3 ?1 ?22=8.19 X 0.99 X0.992=7.94?4 = ?3 = 63.66?/?47.94?4 = 9550 ?= 9550 X 小4?463.66=1191.12?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/( Nm)转速n/( r/ min)传动比?效率?输入输出输入输出轴08.97488.35970轴18.888.7987.4786.6097010.9

19、9轴28.538.44387.91384.03210.04.6190.96轴38.198.101227.41215.163.663.2990.96轴47.941191.1263.6610.97表2- 5三、高速级齿轮传动设计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？?1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-23?1?1 ?E?+ 1?初取?= 13,查附录B中表B-1， ?

20、= 756，?= 1.3由表2-14查取齿宽系数? = 0.9由图2-24查取接触疲劳极限? = 760?, ?2 =710?,那么?1 心 0.8?1 = 0.8 X 760=604?2 心 0.8?2 = 0.8 X 710?1=604?+ 1?=568?23?1I?1 ?3.确定根本参数3 1.3 X87.47756 %0.9 X56824.619+ 14.619=59.04?初取？1 = 65?校核圆周速度？?和精度等级?*? X 65 X970?= 1 =60 X100060 X1000=3.30?/?查表2-1，取8级精度合理。初取齿数?1 = 21 ,?2 = ?1 =4.619

21、 X21 = 96.999,取?2 = 97?65确定模数 ？?？=鬲=习= 3.095?,查表 2-4 取?= 3?确定螺旋角？1 ?13? = ?_ 1 二=? -? 3.095=14.25 小齿轮直径？?1 = ?1 =3.095 X21 = 65?大齿轮直径？?2 = ?2 =3.095 X97= 300.215?初步齿宽为？ = ?=0.9 X65= 58.5?,取?= 60?。校核传动比误差初取?1 = 65?圆周速度?= 3.30?/?齿数?1 = 21?2 = 97按标准取? = 3?=9721- 4.6194.619=4.校核齿面接触疲劳强度由式(2-5)?1 ?4.1计算齿

22、面接触应力?=? ? V? ?w ?进行齿面接触疲劳强度的校核由图2-18查得节点区域系数? =2.43由表2-15查得弹性系数? = 189.8 V?/ ?2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? =2?1(?1-?) + ?2(?2 -?)由表2-5可得? =1 ?- (-?)?20?1425 )=20 582工程-容设计计算依据和过程计算结果1 ?2 ?2 = ? ?2 + 2? .300 x?20.582一 ?300 + 2 X3=23.39 由于无变位。端面啮合角? =? = 20.582 ，因此端面重合度?=1.634。纵向重合度为? 一?

23、58.5 X ? 14.25 =? X3=1.527 11故?= 口?？=匕.634 = .782螺旋角系数？?为?= V? = ? 14 25 =0.984由表2-7查得使用系数？?？ = 1.5由图2-6查得动 载荷系数?=1.17由表2-8查得齿间载荷分配系数? = 1.726。其中：2000?12000 X 87.47-?1652690?1.5 X 2690=“=62.07?/ ?65 100?/?一?1.634?rrrr? ?0.9732由表2-9查得齿向载荷分布系数? = 1.3 o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。? = ? +? 2?1 + 0.

24、6(?)2?()+ ? X10-3?=1.09 + 0.16 X1 + 0.6 X0.9232X 0.9232-3+ 0.31 X10 X60= 1.3齿面接触应力为?=243 X 189.8 X 0782 X 0.984齿面接触应力XV1.5 X1.17 X 1.726 X1.3 X269065 X604.619X4.6?=645.11?=645.11?4.2计算许用接触应力?由式2-16?r?计算许用接触应力？?。由图 2-27 查得？?1 = 0.98, ?2 =1.05o其中电梯的设计使用寿命为10年, 每天平均工作时间为10h,那么总工作时间 为?1 = 60?1?=60 X1 X9

25、70 X 36500=2.12 X109?12.12 X1098?2 =舌=6 = 459 X 10齿面工作硬化系数？?1为?2 - 130 ? ?1 = ?2 = 121700260- 130=12-= 1.123170由表2-18查得接触强度尺寸系数?1 = ?2 = 1润滑油膜影响系数为?1 = ?1 = ?1 = ?2 = ?2=?2 = 1由表2-17查得接触最小平安系数较高可靠度？?？= 1.27许用接触应力?1=658.59?2=659.20?许用接触应力为?1760 X0.98 X1 X1 X1 X1.123 X11.27=658.59?2710 X1.05 X1 X1 X1

26、X1.123 X11.274.3 验算=659.20? = 645.11? ? ?匕?2?+ 1?初取?= 13,查附录B中表B-1，? = 756，?= 14由表2-14查取齿宽系数? = 1.0由图2-24查取接触疲劳极限?3 = 760?, ?4 =710?,那么?3 心 0.8?3 = 0.8 X 760=604?4 心 0.8?4 = 0.8 X 710=568?3?22?3 ? ?V?+ 1?3=604?4=568?3 1.4 X 387.913299 + 1=756 X 1.0 X5682 X 3.299=98.21?3.确定根本参数初取?3= 100?初取?3 = 100?校核

27、圆周速度？?和精度等级圆周速度?= 1099?/ ?60 X1000? = ?3?2 ? X100 X 21060 X1000=1.099?/?查表2-1，取8级精度合理。3.299 X24= 79.176,取,?4 =确定螺旋角？?=?3 =齿数79?3：=24?3100?4=79?3 = 24 =按标准取4?=4?初取齿数？?3 = 24, ?44.167?,查表 2-4 取？?？=确定模数？?？=?: 1 丄44.167小齿轮直径?3 = ?3 =4.167 X24= 100?大齿轮直径?4 = ?4 =4.167 X79= 329?初步齿宽为?=?“？Q =?3 ? = ?- X100

28、= 100?。校核传动比误差79Z；- 3.299?=3.299 ?=15.942.2 X10- 34.校核齿面接触疲劳强度由式2-5?=?v?-w ?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? =2.41由表2-15查得弹性系数? =189.8 V?/ ?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? =12?3(?1-?) + ?4(?2?)由表2-5可得1 ? = ?- (?)1 ?20“ ?3 ?3 = ? 1 ?_( ?15.94)= 2073?3 + 2?100+ 2 X41 100 X?20.73?- 1=

29、 30工程-容设计计算依据和过程计算结果1 ?4 ?4 = ?4 + 2?.329 x?20.73一 ? 329 + 2 X4=24.06 由于无变位。端面啮合角? =? = 20.73 ，因此端面重合度?=1.615。纵向重合度为? 一 ?100 X ? 15 94 =? X4=2.18 11故?= ?=匕.615=0.787螺旋角系数？?为?= V? = ? 15 94 =0.98由表2-7查得使用系数？?？ = 1.5由图2-6查得动 载荷系数?=1.09由表2-8查得齿间载荷分配系数? = 1.726。其中：“2000?2000 X 387.91?= ?3 = 100=7758?1.5

30、 X 7758= =116?/? 100 100?/?= ?= 1.2? ?计算许用接触应力？?。由图 2-27 查得?3 = 1.06 ,?4 = 1.15。齿面工作硬化系数？?1为cc?4- 130?3 = ?4 = 1.2 - 1700? = ?+ ?1 + 0.6(?)? 2 3?(?)+ ? X10-3?=1.092+ 0.16 X1 + 0.6 X1.022 3X1.0 + 0.31 X10- 260- 130=12-170= 1.123由表2-18查得接触强度尺寸系数?3 = ?4 = 1 X100=1.377齿面接触应力为?32=241 X 189.8 X 0.787 X0.9

31、8/7758X5 X1.09 X1.2 X1.377 X硕 硕=583.0?4.2算许用接触应力?由式2-16齿面接触应力?=583.0?9?=712.35?许用接触应力?3710 X1.15 X1 X1 X1 X1.123 X1127=712.35?44.3 验算=721.99?=721.99?润滑油膜影响系数为?3 = ?3 = ?3 = ?4 = ?4=?4 = 1由表2-17查得接触最小平安系数较咼可靠度？?？= 1.27许用接触应力为760 xl.06 X1 X1 X1 x 1.123 X1127? = 645.11? ?1=658.59?取？?1和？?2中较小者比拟5.确定传动主要

32、尺寸接触疲劳强度较为适宜，齿轮尺寸 无需调整。中心距为?3 + ?4 100+ 329?= 214.5?圆整取?= 215?。圆整由公式?= 215?= (?3 + ?4)? = 2 ?可求得精确的螺旋角？为? = ? 1 (?3+ ?4)?2?_ 1 (24+ 79) X4? 2 X21516.63合理。端面模数为?= -? ?16.63=4.1746?小齿轮直径为? = 16.63? = 4.1746?3= ? = 4.1746 X 24大齿轮直径为=100.19?3 = 100.19?4= ? = 4.1746 X 79=329.794?4= 329794?3 = 105?4 = 100

33、?齿宽？?为?3 = 27? = 100?, ?3 = 105?, ?4=100?小齿轮当量齿数为?4 = 90?3?3 =Q =? ?24? 16.636.齿根弯曲疲劳强度验算=27大齿轮当量齿数为?4 =?43?793? 16636.1计算齿根弯曲应力由式(2-11)?工程-容设计计算依据和过程计算结果? = 1.5, ? = 1.09, ? = 1.2由图2-9查得齿向载荷分布系数?=a,其中? 100= =111?2.25 X 4由图2-20查得齿形系数？?3 =2.68, ?4 = 223 o 非变位由图2-21查得应力修正系数?3 = 1.58,?4= 1.77 o 非变位重合度系

34、数？?为0.75? = 0.25 + 冇=0.250.75+ 2 ?/ ? ?0.75 =0.25+77= 0681.615? ? ? ? 一? ?16 63 ?20=0 9627?20 73U.PO 厶/由图2-22查得螺旋角系数？?？ =0 .87齿根弯曲应力为?3?- ？?？?？?？ cc on ?1 ? ?7758=1.5 X1.09 X138 X 1.2 X100 X4 X2.68X1.58 X 0.68 X 0.87 = 131.5?3?3?4 = ?3?4 ?42.23 X1.77=1315 X = 122.6?2.68 X1.58?6.2计算许用弯曲应力？?？由式2-17? ?

35、由图2-30查得齿根弯曲疲劳极限?3 = 305? ?4 = 300?由表2-17查得弯曲强度最小平安系 数? = 160 较高可靠度由图2-33查得弯曲强度尺寸系数?3 = ?4 = 1由图2-32查得弯曲强度寿命系数?3 = 0.90,?4 = 0.91 应力循环 次数确定同接触疲劳强度校核，应力修正系数?3 = ?4 = 2相对齿根圆角敏感及外表状况系数?3 =?3 = ?4=?4 = 1许用齿根应力为?3 =305 x2 X0.9 x1 x1 X116=343.125?6.3弯曲疲劳强度校核300 x2 x0.91 x1 x 1 x 1?4 =41.6=337.5?3 = 131.5? ?4?4 = 122.6? ?口？= 112 X辽聖？9703. 初步设计轴的结构? = 30? = 82?=2343?结合所选电机丫160