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短行程简易升降机设计（含5张CAD图纸）,行程,简易,升降机,设计,CAD,图纸
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短行程简易升降机设计摘要本文设计了一种短行程简易升降机，短行程简易升降机是工厂用于一、二层车间之间，提升人员或重物的机械设备。主要由电机、减速器、卷扬机、制动器、吊箱等组成。 本文首先拟定了两套升降方案，一种方案是用电动葫芦提升，一种是用液压缸提升，由于电动葫芦提升结构简单，生产制造方便，制造成本低，使用维护成本低，易于实现，所以本文采用了此方案。确定方案后，对卷筒及钢丝绳进行了参数计算，对齿轮传动进行了设计计算，然后对机架及吊篮等各部分进行了结构设计。本文设计的升降机简单易行，安全可靠，制造方便，成本低。关键词：升降机、电动葫芦、齿轮传动、导轮、型钢ABSTRACTThis paper describes the design of a short stroke simple elevator, short stroke is used between one or two simple elevator factory workshop, mechanical equipment or heavy lifting personnel. Mainly by motor, reducer, hoist, brake box, etc.This paper first proposed the two sets of lifting scheme, a lifting scheme is used for electric hoist, a lifting hydraulic cylinder, the electric hoist lifting has the advantages of simple structure, convenient manufacture, low manufacturing cost, low use cost and maintenance cost, easy to implement, so this paper uses the case.To determine the scheme, the wire rope reel and the parameter calculation of gear transmission, the design calculation, and then design the structure of each part of the frame and the basket.The elevator is designed in this paper is simple, safe and reliable, convenient manufacture, low cost.Keywords: elevator, electric hoist, gear, wheel, steel目录摘要IABSTRACTII目录III第一章 绪论11.1 课题意义11.2 升降机国内外发展现状1第二章 原理方案拟定82.1 升降机总体方案设计8第三章 设计计算123.1 钢丝绳及卷筒的选型123.1.1 钢丝绳的选型123.1.2 卷筒的选型123.2 钢丝绳直径的计算与选择123.3 卷筒的设计计算133.3.1 卷筒绳槽尺寸132.3.2 卷筒直径133.3.3 卷筒长度133.3.4 卷筒厚度143.3.5 卷筒的强度计算143.3.6 卷筒转速153.4电动机的选择153.4.1 电动机类型153.4.2 电动机容量的确定163.2.4 制动力矩的验算17第四章 齿轮传动设计194.1 齿数的确定194.2 行星齿轮传动a-c副的设计计算194.3 行星齿轮传动d-e副的校核计算214.4 行星齿轮传动c-b副的校核计算244.5 传动效率的计算274.6 行星齿轮传动的主要参数284.7 均载机构的选型284.8 齿轮联轴器的设计计算28第五章 结构设计305.1 机架设计305.2 防断绳机构设计325.3 导轮设计33结论35参考文献36致谢3738第一章 绪论1.1 课题意义短行程简易升降机是工厂用于一、二层车间之间，提升人员或重物的机械设备。主要由电机、减速器、卷扬机、制动器、吊箱等组成。简易升降机用以输送人员或物料，主要应用于建筑施工与维修。它还可以作为仓库、码头、船坞、高塔、高烟囱的长期使用的垂直运输机械。现代电梯主要由曳引机（绞车）、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成。这些部分分别安装在建筑物的井道和机房中。通常采用钢丝绳摩擦传动，钢丝绳绕过曳引轮，电动机驱动曳引轮使轿厢升降。电梯要求安全可靠、输送效率高、平层准确和乘坐舒适等。升降机（电梯）的基本参数主要有额定载重量、可乘人数、额定速度、轿厢外廓尺寸和井道型式等。其的发展趋势为：梯群控系统将更加智能化，超高速升降机（电梯）速度越来越高，蓝牙技术的广泛应用，绿色升降机（电梯）将普及，可视系统或人机对话等。如今，短行程简易升降机已深入了人们的生活。高科技的发展，人们越来越依赖于现代化的机器，对升降机的要求也变得更高。设计更新升降机已变得更加重要。简单易操作的升降机有利于节省工作时间，提高工作效益，更能为操作者提供必要的安全保障。1.2 升降机国内外发展现状国外发展现状近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。国外工程升降机行业的联合风潮升降机制造业中的联合之风与汽 车业很相似，在汽车行业中，通用汽车、福特、雷诺、宝马、梅赛德斯、大众等大公司都走上了联合之路，这两个行业的世界市场已日趋一体化。欲在成熟的世界市场获取市场份额并保持增长，捷径是购买竞争对手，其长期目标是争夺世界市场的支配地位。在升降机行业，某种意义上，打入世界市场即意味着进入北美、日本（亚洲）和欧洲三大市场。世界顶级公司都对世界市场具有强大影响力，但迄今还没有一家公司在上述三大市场取得主导地位。有4家公司已在两大市场建立了根据地：格鲁夫和特雷克斯在北美与欧洲；多田野在亚洲和欧洲；住友建 机在亚洲及北美。格鲁夫、特雷克斯和多田野公司是通过收购竞争对手进入欧洲市场的。格鲁夫先是在1984年吞并了英国柯尔斯，而后在1995年购入德国克虏伯。特雷克斯公司于1995年兼并了法国PPM和意大利Bendini公司之后，近几年又收购了其他一些欧美公司。多田野在 1990年吞并了德国法恩公司。住友公司在 1986年收购了美国林克?贝尔特公司。利勃海尔和德马泰克公司都向美洲和亚洲出口升降机，加藤公司也将产品出售到欧洲。但升降机升降平台生产本地化要比依赖当地代理商创造更多机会，多田野和加藤这两家公司产品相似，汽车升降台机底盘也相同，但多田野海外投资多于加藤公司，因而在增加出口、改善国内市场萎缩带来的困境方面处于更有利的位置。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，成为首先将液压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。国内发展现状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。1990年1月16日由中国质量管理协会用户委员会等单位组织的全国首次国产升降机质量用户评价新闻发布会在北京召开。会议发布了产品质量较好的企业和服务质量较好的企业的名单。评价范围是全国28个省、市、自治区1986年以来安装使用的国产升降机，1150家用户参与了评价。1991年3月升降机标准制订修订协调会在廊坊市中国建研院机械化所召开。会议确定1991年将制订国家标准升降机产品型号编制办法，自动扶梯分类，自动扶梯技术条件，自动扶梯试验方法、自动扶梯安装验收规程；修订国家标准GB7588-87升降机制造与安装安全规范，GB10060-88升降机安装与验收规范，另外还将制订3项行业标准：船用升降机，液压升降机，升降机导轨检验规则。1992年3月2324日升降机协会第2届理事会工作会议在杭州市举行，会议承办单位是上钢三厂工贸总公司。20名理事和2名名誉理事出席了会议。杜宗翰理事长作了“升降机行业目前形势”的报告，任天笑副理事长兼秘书长作了“中国升降机协会报批情况及有待研究的几个问题”的报告。会议指出，升降机协会在社团清理整顿后经建设部（1991）751号文批准，并经民政部审查予以登记，于1991年12月22日获得了中华人民共和国社会团体登记证（社证字第0866号），从而成为中国升降机协会（一级协会），这是升降机界的一大喜事。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。中国升降机行业之所以迅猛发展，日新月异，其根本的原因就是党的十一届三中全会推出的改革开放的大政方针，改革开放加快了中国发展的步伐。但由于经济发展不平衡，造成我国升降机行业发展的区域性。升降机生产中心主要在华东和华南地区，华东地区以上海为中心，辐射苏州、杭州、无锡、宁波一带长江三角洲，华南地区以广州为中心辐射东莞、中山、佛山一带珠江三角洲。华东是中国升降机产业的发源地，华南区域的升降机产业起步较晚，很多企业是随着广州改革开放的发展兴起。各主要中心省市相比，江浙一带市场容量更大，升降机产业发展势头更猛，特别是苏州，苏州整梯年产量占国内升降机市场的三分之一，而配件产品中，扶梯零配件年产量占全国市场的三分之一以上，升降机零配件的年产量也已经超过四分之一。苏州已经成为中国最集中的升降机生产制造基地之一，在中国升降机行业发展过程中具有举足轻重的地位。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。第二章 原理方案拟定2.1 升降机总体方案设计本课题的主要任务是遵循机械设计的功能与可靠性、经济性与工艺性、操作与安全性等要求，完成短行程简易升降机的曳引系统的设计。1）设计控制系统2）设计设防断绳机构3）本升降机相关参数（1） 提升重量：2T（2） 升降机行程：4.5m（3） 电动葫芦（电机、减速、制动、控制一体）标准产品（供选用） 功率：3kw 提升速度：8m/min (4)钢丝绳直径：11mm (5)吊箱根据以上要求，拟定如下两种升降方案：方案一：方案一如下图所示：简易短行程升降机主要由电动葫芦、吊篮、防断绳机构、机架组成：由电动葫芦实现吊篮的提升，电动葫芦减速器、运行机构、卷筒装置、吊钩装置、联轴器、电动机、等主要部件组成。起升电动机采用较大起动力矩的锥形制动电机，以适应产品断续工作中频繁的直接起动，最大转矩为额定力矩的2.43倍。锥形转子电动机：转子为园锥形，制动器和电动机合为一体。电机不工作时，锥形制动器抱紧电机后端盖，始终处于制动状态。当电动机定子通电时，除产生旋转力矩外，同时产生轴向磁拉力，使转子轴向移动压缩制动弹簧，松开制动轮，转子随即开始运转。当电动机断电时，轴向磁拉力消失，制动轮在制动弹簧力的作用下产生制动力矩，电动机迅速停止运转。吊篮上面设有防断绳机构，吊篮上设有四个导轮，使吊篮沿四个立柱上下移动。图2-1 方案一方案二：方案二如下图所示：简易短行程升降机主要由液压缸、吊篮、机架组成：图2-2 方案二由液压缸实现吊篮的提升，同时配备有液压工作系统。液压升降在具备安全装置的同时还设有： 1）溢流阀：可防止上行运动时系统压力过高2）应急手动阀：电源发生故障时, 可使轿厢应急下降到最近的层楼位置开门,3）手动泵：当系统发生故障时, 可操纵手动泵打出高压油使轿厢上升到最近的层楼位置; 4）管路破裂阀：当液压系统管路破裂轿厢失速下降时, 可自动切断油路停止下降。5）油箱油温保护：当油箱中油温超过标准设定值时, 油温保护装置发生信号, 暂停升降机使用, 当油温下降后方可启动升降机。综合以上两种方案：方案一结构简单，生产制造成本低，使用维护成本低，易于实现，也符合题中所给的简易短行程升降机设计。方案二结构复杂，须要配备多种配套施，如液压缸，液压泵，液压油箱及管路、阀等，同时，要实现45米的升降，液压缸就要求蛮长，这在工艺上也难以实现，同时，也会造成机架空余部分很长，造成材料，成本浪费。因此，本设计选用方案一。2.2 防断绳方案断绳保护系统由连杆、安全挂钩、节距和拉力弹簧组成。当绳断时，吊笼拉力F消失，连杆在拉力弹簧的作用下，使挂钩沿向外外侧伸出，挂在主架标准节的水平节距杆上。图2-3 防断绳机构第三章 设计计算3.1 钢丝绳及卷筒的选型3.1.1 钢丝绳的选型钢丝绳按编绕方式可分为顺绕绳、交绕绳和混绕绳。按丝与丝间的接触状态分为点接触绳、线接触绳和面接触绳。钢丝绳的绳芯有石棉芯、金属芯和有机物芯。起重机用的承载绳大多是采用交绕式线接触绳，绳芯为有机物芯。故在本设计中同样采用交绕式线接触绳，绳芯为有机物芯的钢丝绳。3.1.2 卷筒的选型电动葫芦用的卷筒，外形通常是带有螺旋形绳槽的圆柱形；卷筒按制作方式，可分为铸造卷筒和焊接卷筒两种，按绕线方式，可分为单联卷筒和双联卷筒。铸造卷筒工艺复杂，成本较高。焊接卷筒和铸造卷筒相比，重量大大减轻，当卷筒尺寸较大或单件生产时采用焊接卷筒是特别有利的。故而，在本设计中将采用铸造单联卷筒，材料采用HT200。3.2 钢丝绳直径的计算与选择钢丝绳受力后，内部应力难以准确计算，通常可按钢丝绳在工作状态下的最大静拉力计算钢丝绳的最小直径。作用在钢丝绳上的最大静拉力可按下式计算：式中额定起升载荷；系数，单联卷筒，；滑轮组倍率，；滑轮组及导向滑轮的效率，对于滚动轴承，。即 钢丝绳的最小直径可按下式计算：式中钢丝绳最小直径；钢丝绳最大工作静拉力，；选择系数，。即 ，取。 标记：。3.3 卷筒的设计计算3.3.1 卷筒绳槽尺寸卷筒绳槽分标准槽和深槽两种，通常采用标准槽，在使用时钢丝绳有可能脱槽时，需采用深槽。考虑到电动葫芦的工作情况和参考其他产品，在本设计中卷筒采用标准槽。2.3.2 卷筒直径卷筒直径有卷筒名义直径和卷筒绕直径之分。卷筒名义直径是指绳槽底的直径，用下式计算：式中钢丝绳直径，； 与机构级别有关的系数，。即 ，取。卷筒的绕直径是指卷筒上钢丝绳中心的直径，其值用下式计算:3.3.3 卷筒长度单联卷筒的长度可按下式计算：其中式中起升高度，；滑轮组倍率，；卷筒绕直径，；附加安全圈数，取为；螺旋槽螺距，；固定绳尾所需长度，取；卷筒两端空余部分的长度，取。即 ，取。3.3.4 卷筒厚度对于钢制卷筒，卷筒的厚度。3.3.5 卷筒的强度计算卷筒壁主要承受压应力、扭转应力和弯曲应力，而扭转应力通常很小，可以忽略不计。当时，弯曲应力可以不考虑，其合成应力仅为压应力，即。式中作用在筒壁上的压应力；应力减小系数，取；钢丝绳最大拉力，；卷筒厚度，；卷筒螺旋绳槽螺距，。即 其中钢的屈服极限，取。即 所以，强度条件能满足。3.3.6 卷筒转速卷筒的转速可按下式计算：式中卷筒转速；起升速度，；卷筒绕直径，；滑轮组倍率，。即 。3.4电动机的选择3.4.1 电动机类型电动葫芦属于小型起重机械，通常选用交流异步电动机，常用的电机型号为YZR、YZ、YEJ、ZD等。参考业内对于电动葫芦起升机构所选用的电动机类型，在本设计中将采用ZD型锥形转子异步电动机。这种电动机由锥形定子，锥形转子，制动弹簧和装在风扇及端盖上的制动环组成。当电动机通电后，除产生使转子旋转的电磁力外，气隙磁场还在转子锥形面产生轴向力，使转子产生轴向位移，压缩弹簧并使锥形制动环与后盖分离，电机正常运转。断电后，轴向磁力消失，转子在制动弹簧压力下轴向复位，使锥形制动环与后盖制动体接触，产生摩擦制动力矩，使转子停止。3.4.2电动机容量的确定电动机容量的确定原则是在规定的工作方式下，电动机温升不超过容许值，保证有足够的启动转矩和过载能力。（1）初选电动机型号首先应该计算稳态平均功率，对于不同的工作机构，可根据载荷和速度，按下式求出稳态的平均功率。对于起升机构：式中起升机构电动机的稳态平均功率；稳态负载平均系数，；额定起升载荷，；起升速度，；机械总效率，取。即 所以，初选ZD31-4型号的电动机，额定功率。（2）电动机的过载校核起升机构电动机的过载校核公式为：式中基准接电持续率时的电动机额定功率；额定起升载荷，；起升速度，；机械总效率，取；基准接电持续率时，电动机转矩允许的过载倍数，取；考虑电压降、最大转矩存在误差等因素的系数，取。即 初选的电动机不能满足要求，所以电动机选用ZD32-4型，额定功率。（3）电动机发热校核设电动葫芦的使用年限为8年，每年工作300天，每天八小时工作制，两班倒，则电动葫芦的预期寿命。对电动机进行发热校核时，首先按下式计算电动机所需的接电持续率：式中电动机所需的接电持续率；计算得到的稳态平均功率，；基准接电持续率时的电动机额定功率，；一个工作循环的时间，；一个工作循环中电动机实际工作的时间，。即 ，故满足要求。3.2.4 制动力矩的验算起升时作用在电动机轴上的转矩为：下降时，作用在电动机轴上的转矩为：式中额定起升载荷，；卷筒绕直径，；滑轮组倍率，；传动比，电动机额定转速和卷筒转速之比，；上升时机械总效率，取；下降时机械总效率，取。即 ；。制动力矩需满足下式：式中制动器的制动力矩，；制动安全系数，取。即 ，故满足要求。第四章 齿轮传动设计4.1 齿数的确定行星齿轮传动的齿数确定是相当费时的工作，往往需要反复估算多次，才能得到较为满意的结果。齿轮的齿数除必须满足一般齿轮传动中对齿轮齿数的要求，还必须满足传动比条件、同心条件、邻接条件和装配条件。在机械设计手册中，行星齿轮传动中齿轮的齿数以列出标准值，可通过查表的方式确定齿数。确定的齿数见表4-1所示。表4-1 齿轮齿数传动比齿轮编号52.67abecd2111410547384.2 行星齿轮传动a-c副的设计计算1，按齿面接触强度初算小齿轮分度圆直径：式中算式系数，；使用系数，；计算接触强度的行星轮间载荷不均衡系数，；计算齿轮副小齿轮的名义转矩，其值可按下式计算：其中分别为各个齿轮的齿数，其值可在表4-1中查得； 齿轮所传递的转矩， 效率，；所以；齿数比，；小齿轮齿宽系数，取0.6；行星轮个数，；综合系数，；电动葫芦动力系数，；试验齿轮的接触疲劳极限，；即 。2，按齿轮弯曲强度初算齿轮模数：式中算式系数，；计算齿轮副小齿轮的名义转矩，；使用系数，；计算齿轮弯曲强度的行星轮间载荷不均衡系数，；综合系数，；小齿轮齿数，；载荷作用于齿顶时小齿轮的齿形系数，；试验齿轮的弯曲疲劳极限，；即 ，取。4.3 行星齿轮传动d-e副的校核计算1，按轮齿弯曲强度计算。计算齿根应力：式中齿根应力；端面内分度圆名义切向力，其值可按下式计算：；使用系数，；动载系数，；弯曲强度计算的齿向载荷分布系数，；弯曲强度计算的齿间载荷分配系数，；计算齿轮弯曲强度的行星轮间载荷不均衡系数，；小齿轮齿宽，取；齿轮模数，；载荷作用于齿顶时的应力修正系数，；载荷作用于齿顶时的齿形系数，；弯曲强度计算的重合度系数，其值由下式确定：，式中，所以；螺旋角系数，；即 。许用齿根应力：式中许用齿根应力；试验齿轮的弯曲疲劳极限，；试验齿轮的应力修正系数，；弯曲强度计算的寿命系数，；相对齿根圆角敏感系数，；相对齿根表面状况系数，；弯曲强度计算的尺寸系数，；弯曲强度计算的最小安全系数，；即 所以满足条件，故安全。2，按接触强度计算。计算接触应力：式中齿面的接触应力；节点区域系数，；弹性系数，；重合度系数，；螺旋角系数，；端面内分度圆名义切向力，；使用系数，；动载系数，；接触强度计算的齿向载荷分布系数，；接触强度计算的齿间载荷分配系数，；计算接触强度的行星轮间载荷不均衡系数，；齿数比，；齿宽，；小齿轮的分度圆直径，；即 。计算许用接触应力：式中齿面许用接触应力；试验齿轮的接触疲劳极限，；接触强度计算的寿命系数，；润滑剂系数，；速度系数， ；粗糙度系数，；工作硬化系数，；接触强度计算的尺寸系数，；接触强度计算的最小安全系数，；即 所以满足强度条件，故安全。4.4 行星齿轮传动c-b副的校核计算1，按接触强度计算。计算接触应力：式中齿面的接触应力；节点区域系数，；弹性系数，；重合度系数，；螺旋角系数，；端面内分度圆名义切向力，其值可用下式计算：，其中，所以；使用系数，；动载系数，；接触强度计算的齿向载荷分布系数，；接触强度计算的齿间载荷分配系数，；计算接触强度的行星轮间载荷不均衡系数，；齿数比，；齿宽，；小齿轮的分度圆直径，；即 。计算许用接触应力：式中齿面许用接触应力；试验齿轮的接触疲劳极限，；接触强度计算的寿命系数，；润滑剂系数，；速度系数， ；粗糙度系数，；工作硬化系数，；接触强度计算的尺寸系数，；接触强度计算的最小安全系数，；即 所以满足强度条件，故安全。2，按轮齿弯曲强度计算。计算齿根应力：式中齿根应力；端面内分度圆名义切向力，；使用系数，；动载系数，；弯曲强度计算的齿向载荷分布系数，；弯曲强度计算的齿间载荷分配系数，；计算齿轮弯曲强度的行星轮间载荷不均衡系数，；小齿轮齿宽，取；齿轮模数，；载荷作用于齿顶时的应力修正系数，；载荷作用于齿顶时的齿形系数，；弯曲强度计算的重合度系数，其值由下式确定：，式中，所以；螺旋角系数，；即 。许用齿根应力：式中许用齿根应力；试验齿轮的弯曲疲劳极限，；试验齿轮的应力修正系数，；弯曲强度计算的寿命系数，；相对齿根圆角敏感系数，；相对齿根表面状况系数，；弯曲强度计算的尺寸系数，；弯曲强度计算的最小安全系数，；即 所以满足条件，故安全。4.5 传动效率的计算醒醒齿轮传动的效率是传动装置的重要性能指标。行星齿轮传动的功率损失主要有：齿轮啮合副的摩擦损失、轴承中的摩擦损失、润滑油飞溅和搅动的液力损失、均载机构或输出机构的摩擦损失，因此考虑上述四项功率损失的行星齿轮传动总功率为：式中齿轮啮合效率，；轴承效率，可忽略不计；考虑液力损失的效率，可不考虑；均载机构或N型传动输出机构的效率，；即 。4.6 行星齿轮传动的主要参数经过对行星齿轮传动系统的设计计算和校核计算，可确定各个齿轮的主要参数，见表4-1所示。表4-1 行星齿轮传动的主要参数齿轮代号参数名称abcde齿数211144738105模数2.52.52.52.52.5齿宽系数0.60.10.250.30.1齿宽4035303035分度圆直径52.5287.5117.595262.5齿根圆直径46.25298.75111.2588.75256.25齿顶圆直径57.5282.5122.5100267.54.7 均载机构的选型行星齿轮传动中，由于多个行星轮分担载荷，使每个行星轮传递的载荷减小，因而行星齿轮传动装置具有体积小、重量轻、噪声低、承载能力高等优点。但由于制造安装误差、零件变形及温度等因素的影响，使各个行星轮分担载荷不均匀，从而降低了传动的承载能力和性能。均载机构的形式很多，查阅指导书，通过对比各种均载机构的特点和应用范围，最终选用内齿轮浮动形式的均载机构。这种均载机构的特点是：内齿轮通过双联齿轮联轴器与机体想连接。轴向尺寸较小，但由于浮动件尺寸大，质量大，加工不方便，浮动灵敏性差。由于结构关系，常用于NGWN型行星齿轮传动中。4.8 齿轮联轴器的设计计算齿轮联轴器广泛用于浮动机构中，使浮动构件在不平衡力作用下产生位移，以达到各个行星轮均载的目的。浮动构件中常用的齿轮联轴器有单联齿轮联轴器和双联齿轮联轴器两种类型。单联齿轮联轴器的特点是：内齿套固定不动，浮动齿轮只能做角度位移，会引起载荷沿齿宽方向分布不均匀。双联齿轮联轴器的特点是：内齿套浮动，浮动齿可作轴线平行位移，使各行星轮均载，且齿向载荷分布均匀。根据两种齿轮联轴器的特点，最终选用双联齿轮联轴器。查阅指导书2-60页图3-2，可确定齿轮联轴器的基本参数如下表4-2。表4-2 齿轮联轴器的主要参数模数分度圆直径齿数5.030060再计算齿轮联轴器的几何参数：1，齿形角 。2，齿顶高系数外齿轮；内齿轮。3，齿顶圆直径外齿轮；内齿轮。4，齿根圆直径外齿轮；内齿轮。5，齿宽。第五章 结构设计5.1 机架设计机架设计准则底座、机架、箱体、基板等零件都属于机架零件。机架零件可划分为四大类：即机座类、机架类、基板类和箱壳类，对机架零件一般可提出下列要求:(1)工况要求：即任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起,设置执行某一工况所必需的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。(2)刚度要求：在必须保证特定的外形条件下，对机架的主要要求是刚度。如果基础部件的刚性不足，则在工作的重力、夹紧力、摩擦力、惯性力和工作载荷等的作用下，就会产生变形，振动或爬行，而影响产品定位精度、加工精度及其它性能。例如机床的零部件中，床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度。(3)强度要求：对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求(4)稳定性要求：对于细长的或薄壁的受压结构及受弯-压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏，设计时必须校核。(5)美观：目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。(6)其它：如散热的要求，防腐蚀及特定环境的要求。在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。(1)机架的重量轻，材料选择合适，成本低。(2)结构合理，便于制造。(3)结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。(4)结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。(5)抗振性能好。(6)耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。(7)有导轨的机架要求机架导轨面受力合理，耐磨性良好。本次机架采用槽钢作为主材料，焊接而成。图5-1 机架设计图5-2 吊篮设计5.2 防断绳机构设计断绳保护系统由连杆、安全挂钩、节距和拉力弹簧组成
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