电梯机械部分系统结构设计.doc

/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.14四、低速级齿轮传动设计.23五、高速轴的设计与校核.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）.72十四、低速轴键的选择与校核（齿轮 4）.73十五、低速轴键的选择与校核（联轴器）.74十六、箱体及其他零部件设计.75十七、润滑与密封.78十八、技术要求.79十九、课程设计总结.80参考文献.81/项目-内容设计计算依据和过程计算结果/正文一、一、设计任务书设计任务书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3. 设计任务表 1- 11)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。额定载 质量 /kg额定 速度 /(m/s)额定加 速度 /(m/s2)提升 高度 /m乘客 电梯12501.001.0030/项目-内容设计计算依据和过程计算结果二、二、总体方案设计总体方案设计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轿厢配 重曳引轮调 整 轮补偿链图 2- 1/项目-内容设计计算依据和过程计算结果接的轿厢大小，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- 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 = 125016（GB7588-2003） ，取轿厢自重为略大于额定载荷30%，则 = 1600可算得配重0二级减速箱电 动 机曳引轮图 2- 20= + 为平衡系数，取值0.40.50= + = 1600 +(0.40.5)× 1250 =(21002225)取0= 2150轿厢自重 = 1600配重0= 2150/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 = 30梯标准（EN81-1） ，采用三根即以上曳引绳时，静载安全系数，静= 12钢丝绳规格参数如表 2- 1表 2- 1公称抗拉强度单强度：1570N/mm2 1770 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mm天然纤维kg/100m人造纤维kg/100m单强度：1570N/mm2双强度：1370/1770N/mm2均按 1500N/mm2单强度计算单强度：1570N/mm2822.221.728.133.21034.733.944.051.91142.041.053.262.81358.657.374.387.61688.886.81131331912512215918722168164213251/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 = 13mm丝绳，其最小破断载荷，取轿破断= 74.3厢在最低位置进行计算，为单根绳的质量，0为单根绳所受最大静1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= 0.150= = 0.30 × 57.3 = 17.191=( + 2+ 0) 则有：1 静 2.77取，即采用三根钢丝绳。 = 3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=40= 0.19对于半圆形带切口槽：2=40(sin 2 sin 2) + sin sin取，则有 = ， = 22= 0.3078对于 V 型槽：钢丝绳数目： = 3当量摩擦系数：1= 0.192= 0.3078/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。3= 01sin 2取，则有： = 35°3= 0.4988即：。1 1故=1 =1 1.634= 0.782螺旋角系数为= cos = cos14.25° = 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：=200011=2000 × 87.47 65= 2690=1.5 × 2690 65= 62.07/ 1故=1 =1 1.615= 0.787螺旋角系数为= cos = cos15.94° = 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。其中：= 1.726=200023=2000 × 387.91 100= 7758=1.5 × 7758 100= 116/ > 100/= = 1.2由表 2-9 查得齿向载荷分布系数。其中，非对称支承，调质= 1.377齿轮精度等级 8 级，装配时检验调整或对研跑和。/4.2算许用接触应力= + 1 + 0.6( 3)2( 3)2+ × 10 3 = 1.09 + 0.16 ×1 + 0.6 × 1.02× 1.02+ 0.31 × 10 3× 100 = 1.377齿面接触应力为= 2.41 × 189.8 × 0.787 × 0.98 × 1.5 × 1.09 × 1.2 × 1.377 ×7758 100 × 100×3.299 + 1 3.299 = 583.0由式（2-16）=计算许用接触应力。由图 2-27 查得，3= 1.06。4= 1.15齿面工作硬化系数为13= 4= 1.2 4 1301700= 1.2 260 130 170= 1.123由表 2-18 查得接触强度尺寸系数3= 4= 1齿面接触应力= 583.0/项目-内容设计计算依据和过程计算结果4.3验算5.确定传动主要尺寸润滑油膜影响系数为3= 3= 3= 4= 4= 4= 1由表 2-17 查得接触最小安全系数（较高可靠度）= 1.27许用接触应力为3=760 × 1.06 × 1 × 1 × 1 × 1.123 × 1 1.27= 712.354=710 × 1.15 × 1 × 1 × 1 × 1.123 × 1 1.27= 721.99= 645.11 = 0.56, = 1.90= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 2166 + 1.9 × 644)= 3168轴承 B：=644 713= 0.903 > = 0.56, = 1.90= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 713 + 1.9 × 644)= 2109轴承 A：=644 2107= 0.306 > = 0.56, = 1.90正转= 3168= 2109/4.计算寿命= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 2107 + 1.9 × 644)= 3125轴承 B：=644 774= 0.832 > = 0.56, = 1.90= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 774 + 1.9 × 644)= 2154，校核轴承 A。> 10=106 60( )=16670 970(29500 3168)3= 13876工作时间：= 3 × 365 × 12 = 13140，合格。10> 逆转= 3125= 215410= 13876/项目-内容设计计算依据和过程计算结果九、九、中速轴的轴承中速轴的轴承选择与校核选择与校核1.轴承参数2.轴承受力分析2.1轴正转时2.2轴逆转时型号：6309内径 d：45mm外径 D：100mm宽度 B：25mm基本额定动载荷：52.8基本额定动载荷：031.8极限转速（油润滑）：8000/轴向力：= 3 2= 2317 621 = 1696径向力：= 2+ 2=46122+ 11692= 4758= 2+ 2=57412+ 8072= 5797轴向力：= 3 2= 2317 621 = 1696径向力：= 2+ 2=46122+ 5442= 4644= 2+ 2=57412+ 25202= 6270 = 45D = 100B = 25= 52.80= 31.8= 8000/正转= 1696= 4758= 5797逆转= 1696= 4644= 6270/3.计算当量动载荷3.1轴正转时3.2轴逆转时计算公式： = (+ )取= 1.30=1696 31800= 0.0533查表 8-7， = 0.26轴承 A：=1696 4758= 0.356 > = 0.56, = 1.71= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 4758 + 1.71 × 1696)= 7234轴承 B：=1696 5797= 0.293 > = 0.56, = 1.71= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 5797 + 1.71 × 1696)= 7990轴承 A：=1696 4644= 0.365 > = 0.56, = 1.71正转= 7234= 7990/4.计算寿命= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 4644 + 1.71 × 1696)= 7151轴承 B：=1696 6270= 0.270 > = 0.56, = 1.71= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 6270 + 1.71 × 1696)= 8335，校核轴承 B。 逆转= 7151= 833510= 20179/项目-内容设计计算依据和过程计算结果十、十、低速轴的轴承低速轴的轴承选择与校核选择与校核1.轴承参数2.轴承受力分析2.1轴正转时2.2轴逆转时型号：6014内径 d：70mm外径 D：110mm宽度 B：20mm基本额定动载荷：38.5基本额定静载荷：030.5极限转速（油润滑）：6700/轴向力：= 2224径向力：= 2+ 2=25702+ 25122= 3594= 2+ 2=48762+ 3172= 4886轴向力：= 2224径向力：= 2+ 2=25702+ 5592= 2630= 2+ 2=48762+ 33882= 5937 = 70D = 110B = 20= 38.50= 30.5= 6700/正转= 2224= 3594= 4886逆转= 2224= 2630= 5937/3.计算当量动载荷3.1轴正转时3.2轴逆转时计算公式： = (+ )取= 1.30=2224 30500= 0.0729查表 8-7， = 0.27轴承 A：=2224 3594= 0.619 > = 0.56, = 1.6= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 3594 + 1.6 × 2224)= 7242轴承 B：=2224 4886= 0.455 > = 0.56, = 1.6= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 4886 + 1.6 × 2224)= 8183轴承 A：=2224 2630= 0.845 > = 0.56, = 1.6正转= 7242= 8183/4.计算寿命= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 2630 + 1.6 × 2224)= 6541轴承 B：=2224 5937= 0.375 > = 0.56, = 1.6= (+ )= 1.3 ×(0.56 × 5937 + 1.6 × 2224)= 8948，校核轴承 B。 逆转= 6541= 894810= 20858/项目-内容设计计算依据和过程计算结果十一、十一、 高速轴键的选高速轴键的选择与校核（联轴器）择与校核（联轴器）3 p2231.确定键的类型2.校核强度根据使用条件，初选 A 型普通平键（圆头）连接轴径，初选 = 30。 = 10, = 70, = 8键标记为：键，GB/T109610 × 70材料：钢转矩： = 87.47 键接触强度：'= = 60轴径： = 30键接触高度：'= 2= 4根据式 7-1=2''挤压应力：=2''=2 × 87.47 × 103 60 × 4 × 30= 24.3查表 7-1，许用挤压应力（轻微冲击载荷）：= 110，合格。= 24.3/项目-内容设计计算依据和过程计算结果十二、十二、 中速轴键的选中速轴键的选择与校核（齿轮择与校核（齿轮 2）1.确定键的类型2.校核强度根据使用条件，初选 A 型普通平键（圆头）连接轴径，初选 = 50。 = 16, = 50, = 10键标记为：键，GB/T109616 × 50材料：钢转矩： = 387.91 键接触强度：'= = 34轴径： = 50键接触高度：'= 2= 5根据式 7-1=2''挤压应力：=2''=2 × 387.91 × 103 34 × 5 × 50= 91.27查表 7-1，许用挤压应力（轻微冲击载荷）：= 110，合格。= 24.3/项目-内容设计计算依据和过程计算结果十三、十三、 中速轴键的选中速轴键的选择与校核（齿轮择与校核（齿轮 3）1.确定键的类型2.校核强度根据使用条件，初选 A 型普通平键（圆头）连接轴径，初选 = 50。 = 16, = 90, = 10键标记为：键，GB/T109616 × 90材料：钢转矩： = 387.91 键接触强度：'= = 74轴径： = 50键接触高度：'= 2= 5根据式 7-1=2''挤压应力：=2''=2 × 387.91 × 103 74 × 5 × 50= 41.94查表 7-1，许用挤压应力（轻微冲击载荷）：= 110，合格。= 41.94/项目-内容设计计算依据和过程计算结果十四、十四、 低速轴键的选低速轴键的选择与校核（齿轮择与校核（齿轮 4）1.确定键的类型2.校核强度根据使用条件，初选 A 型普通平键（圆头）连接轴径，初选 = 80。 = 22, = 80, = 14键标记为：键，GB/T109622 × 80材料：钢转矩： = 1227.4 键接触强度：'= = 58轴径： = 80键接触高度：'= 2= 7根据式 7-1=2''挤压应力：=2''=2 × 1227.4 × 103 58 × 7 × 80= 75.58查表 7-1，许用挤压应力（轻微冲击载荷）：= 110，合格。= 75.58/项目-内容设计计算依据和过程计算结果十五、十五、 低速轴键的选低速轴键的选择与校核（联轴器）择与校核（联轴器）1.确定键的类型2.校核强度根据使用条件，初选 A 型普通平键（圆头）连接轴径，初选 = 60 = 18, = 125, = 11键标记为：键，GB/T109618 × 125材料：钢转矩： = 1227.4 键接触强度：'= = 107轴径： = 60键接触高度：'= 2= 5.5根据式 7-1=2''挤压应力：=2''=2 × 1227.4 × 103 107 × 5.5 × 60= 69.52查表 7-1，许用挤压应力（轻微冲击载荷）：= 110，合格。= 69.52/项目-内容设计计算依据和过程计算结果十六、十六、 箱体及其他零箱体及其他零部件设计部件设计2 p291.箱体两级圆柱齿轮减速器中心距： = 215箱座壁厚： = 0.025 + 3 = 8.375箱盖壁厚：1= 0.02 + 3 = 7.3箱座凸缘厚度： = 1.5 = 1.5 × 8 = 12箱盖凸缘厚度：1= 1.51= 1.5 × 8 = 12箱座底凸缘厚度：2= 2.5 = 2.5 × 8 = 20地脚螺栓直径：= 0.036 + 12 = 0.036 × 215 + 12 = 19.74地脚螺栓数目： = 4轴承旁连接螺栓直径：1= 0.75= 0.75 × 20 = 15箱盖与箱座连接螺栓直径：2=(0.50.6)=(0.50.6)× 20 = 1012联接螺栓的间距：2 = 150200轴承端盖螺钉直径：3=(0.40.5)=(0.40.5)× 20 = 810窥视孔端盖螺钉直径： = 215圆整 = 81= 8 = 121= 122= 20= 20 = 41= 162= 12 = 1803= 8、10/项目-内容设计计算依据和过程计算结果2.窥视孔设计4=(0.30.4)=(0.30.4)× 20 = 68定位销直径： =(0.70.8)2=(0.70.8)× 12 = 8.49.6轴承旁凸台半径：1= 2 20凸台高度： 根据位置及轴承座1外径确定，以便于扳手操作为准外箱壁至轴承座端面距离：1= 1+ 2+(58)= 22 + 20 + 8 = 50大齿轮顶圆与内壁距离：1> 1.2 = 1.2 × 8 = 9.6齿轮端面与内壁距离：2> = 8箱盖，箱座肋厚：，1 0.851= 0.85 × 8 = 6.8 0.85 = 0.85 × 8 = 6.8轴承端盖外径：2= + (55.5)3轴承端盖凸缘厚度： =(11.2)3= (89.6)轴承旁连接螺栓距离： ，尽量靠近，以和互不干涉为准12窥视孔用于检查传动件的啮合情况，润滑状态，接触斑点及齿侧间隙，还可用来注入润滑油。视孔盖可用轧制钢板或铸铁制成，它和箱体之间应加低质密4= 8 = 101= 20 = 401= 501= 102= 101= 8 = 82=( + 40) = 9一般 2/封垫片，以防止漏油。项目-内容设计计算依据和过程计算结果/3.油塞选型4.通气器选型5.油标选型为了排出污油和清洁剂，应在箱体底部、油池的最低位置处于浸放油孔。放油螺塞和箱体接合间应加防漏油的垫圈。通气器用于通气，使箱内外气压一致，以避免由于减速器运转时箱内摩擦发热升温、内压增大，从而引起箱内润滑油的渗漏。通常在箱体顶部装设通气器。油面指示器用来检查减速器内油池油面的高低，以保证油池内有适当的油量，一般在箱体便于观察，油面较稳定的部位。选型27 × 2选型27 × 1.5选型：B 型12项目-内容设计计算依据和过程计算结果/十七、十七、 润滑与密封润滑与密封1.齿轮传动润滑方式2.轴承润滑方式3.密封形式的选择减速器中齿轮传动采用油润滑方式。浸油深度一般要求浸没齿轮轮齿高度，但不高于齿轮中心。本减速器中的轴承采用油润滑，在凸缘上设置输油沟，轴承盖上设置导油槽。飞溅起的油沿箱盖内壁斜面流入输油沟内，经轴承盖上的导油槽流入轴承。为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如端盖与机座间、及外伸的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。对于无相对运动的结合面，常用密封胶、耐油橡胶垫圈等；对于旋转零件如外伸轴的密封，则需根据其不同的运动速度和密封要求考虑不同的密封件和结构。本设计中由于密封界面的相对速度不是很大，采用接触式密封，输入轴与轴承盖间，采用半粗羊毛毡圈油封，输V < 3m/s出轴与轴承盖间也为，故采V < 3m/s用半粗羊毛毡圈油封。十八、十八、 技术要求技术要求/1.在装配前，所有零件用煤油清洗，滚动轴承用汽油清洗，箱体内不允许有任何杂质。2.调整、固定轴承时应留轴向间隙=0.25-0.4mm。3.箱体内装全损耗系统用油 L-AN68 至规定高度。4.减速器的剖分面、各接触面及密封处均不允许漏油，剖分面允许涂以密封胶或水玻璃，不允许使用垫片。5.接触斑点沿齿高不小于 45%，沿齿长不小于 60%。6.减速器外表涂灰色油漆。详细 DWG 图 纸 请 加：三 二 1 爸 爸 五 四 0 六/十九、十九、 课程设计总结课程设计总结参考文献参考文献1 李秧耕.电梯的使用与保养M.北京：中国劳动出版社,1990.2 王之栎，王大康.机械设计综合课程设计M. 北京：机械工业出版社，2007.3 王之栎，马纲，陈心颐等. 机械设计M. 北京：北京航空航天大学出版社，2014.4 沈平. 减速器课程设计指导书及图册M. 南京：东南大学出版社，2010.5 吴瑞祥，刘静华等. 机械设计基础M. 北京：北京航空航天大学出版社，2004.