機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-自動扶梯驅(qū)動機及其PC可編程控制系統(tǒng)設(shè)計【全套圖紙】

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1、自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計1 畢業(yè)設(shè)計（論文）書畢業(yè)設(shè)計（論文）書 設(shè)計題目：自動扶梯驅(qū)動機及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計 （英文）： design of the control system by PC for the escalator and the system of drive 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 2000 級機制（6）班 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 職稱： 教授 職稱： 講師 職稱： 講師 20*年 6 月 9 日 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計2 題目：自動扶梯驅(qū)動機及其題目：自動扶梯驅(qū)動機及其 PCPC 可編程控制

2、系統(tǒng)設(shè)計可編程控制系統(tǒng)設(shè)計 中文摘要 自動扶梯應(yīng)用日益廣泛，大型商場，賓館都已離不開它，且在火車站，機場 等也愈大顯身手。一個完整的扶梯系統(tǒng)包括電動機，主傳動機構(gòu)，鏈條機構(gòu)，以 及滾輪，梯級，扶手等。通常把電動機，主傳動機構(gòu)，鏈條機構(gòu)以及制動，限速 機構(gòu)設(shè)計成一整體，叫做驅(qū)動機。驅(qū)動機是自動扶梯最為重要的機構(gòu)，它的質(zhì)量 直接決定了自動扶梯的工作性能，工作狀態(tài)，工作壽命等。 關(guān)鍵詞：自動扶梯；電動機；機構(gòu)；制動；驅(qū)動機 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706153893706 英語摘要 The range of Escalators includes products for commer

3、cial use - in department stores, hotels or offices, as well as those for use in public areas such as railway stations, airports or the underground.A comprehensive system of escalator includes the electric moror,the main Transmission mechanism ,the chain transimission mechanism and steps,handrails. U

4、sually,get the elector motor,the main transmission mechanism and additional brakes into one ,called the drive.The drive is the most important part of the escalator ,which effects directly the quality of the escalator.for example ,the drive is the origin of the noise and the vibration produced when t

5、he escaltor works. 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計3 Keywords : Escalator; moror; mechanism; brake; drive 目目 錄錄 第一篇 自動扶梯驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 概述5 第一章 自動扶梯扶梯的基本結(jié)構(gòu) 1.1 支承部分5 1.2 驅(qū)動系統(tǒng)6 1.3 運載系統(tǒng)8 1.4 扶手系統(tǒng)11 1.5 電氣控制系統(tǒng)12 1.6 安全保護系統(tǒng)12 第二章 驅(qū)動機的類型13 2.1 驅(qū)動機應(yīng)具備的技術(shù)條件13 2.2 驅(qū)動機主傳動機構(gòu)的選用15 2.3 驅(qū)動機的機構(gòu)形式17 第三章 自動扶梯功率計算18 3.1 自動扶梯的主要參

6、數(shù)18 3.2 自動扶梯的阻力計算18 3.3 自動扶梯的功率計算20 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計4 第四章 驅(qū)動機主傳動機構(gòu)的設(shè)計21 4.1 ZC 蝸桿副的定義和傳動特點21 1 4.2 ZC 蝸桿副的設(shè)計與計算22 1 4.3 蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算22 4.4 ZC 蝸桿副的幾何尺寸計算24 1 第五章 驅(qū)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計27 5.1 驅(qū)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)達到的技術(shù)要求27 5.2 驅(qū)動機整體設(shè)計考慮的問題27 5.3 整軸式蝸桿副驅(qū)動機蝸桿軸的結(jié)構(gòu)28 5.4 蝸桿軸的設(shè)計29 5.5 低速軸的設(shè)計31 5.6 鍵的聯(lián)接強度計算36 5.7 制動器系統(tǒng)的設(shè)計36 5

7、.8 合理設(shè)計通氣孔37 5.9 排油孔的設(shè)計38 第六章 驅(qū)動機的安裝工藝38 6.1 驅(qū)動機安裝應(yīng)實現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)38 6.2 驅(qū)動機安裝工藝流程39 第二篇 自動扶梯 PC 控制系統(tǒng)設(shè)計42 第一章 PC 簡述43 第二章 自動扶梯的 PC 控制44 2.1 自動扶梯的主電路44 2.2 自動扶梯控制線路45 2.3 自動扶梯梯形圖46 總結(jié)53 參考資料54 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計5 第第 一一 篇篇 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 概述概述 電梯是機電一體化的典型產(chǎn)品。近年來自動扶梯的高速度發(fā)展，不僅滿足 了各部門得到需要，而且促進了各行業(yè)的興隆發(fā)達，效益

8、倍增。 “自動扶梯熱” 的 形成和持續(xù)，將進一步促使新產(chǎn)品的開發(fā)和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。在這種形式下， 普及電梯技術(shù)，研究電梯技術(shù)已成為當(dāng)務(wù)之急。 自動扶梯多用于人流密集的公共場所如：商場、大廈、地鐵、車站、機場、 碼頭等，其特點是在較短時間內(nèi)輸送大量的客流。 第一章第一章 自動扶梯的基本結(jié)構(gòu)自動扶梯的基本結(jié)構(gòu) 1.1 支承部分支承部分 自動扶梯的支承部分即扶梯的桁架，桁架架設(shè)在建筑物結(jié)構(gòu)上，能支承 全部部件和乘客的重量，用型鋼焊接而成。 桁架上所有的弦，柱及對角支承均可采用角鋼、方形鋼管焊接而成。要求剛度 好、重量輕。根據(jù)設(shè)計需要和便于運輸，桁架一般分成三段，即上水平段框架、 傾斜段框架。下水平段

9、框架。提升高度較大時，再對傾斜段分段。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計6 1.2 驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng) 驅(qū)動系統(tǒng)由主機、主驅(qū)動軸、主驅(qū)動鏈、扶手帶驅(qū)動鏈、扶手帶驅(qū)動軸、 梯級鏈張緊裝置等組成。其功能是驅(qū)動梯級和扶手帶的運動。 （1）主機 。扶梯的動力，通過主驅(qū)動鏈?zhǔn)怪鬏S轉(zhuǎn)動。 （2）主驅(qū)動軸。軸使的梯級鏈輪帶動梯級鏈，使安裝在梯級條上的梯級運功； 軸上的扶手帶驅(qū)動鏈以相同的方式驅(qū)動扶手帶驅(qū)動輪，使扶手帶運功。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計7 （3）梯級鏈輪張緊裝置。該裝置安裝在扶梯下部，作用使拉緊梯級鏈。 （4）自動潤滑裝置。其功能是定時、定量對梯級、主驅(qū)

10、動鏈等運動部件進行潤 滑。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計8 1.3 運載系統(tǒng)運載系統(tǒng) 運載系統(tǒng)由梯級、梯級鏈、導(dǎo)軌、地板和梳齒板等組成，其功能是運送乘客。 梯級鏈將主機的動力傳送給梯級，使梯級沿著導(dǎo)軌運動 (1) 梯級。梯級的功能是用來運送乘客，是扶梯的工作部件。梯級上有四個輪子， 二個直接裝在梯級上，稱為梯級滾輪；另二個裝在梯級鏈上，使梯級與梯級 相連，稱為梯級鏈滾輪。由于梯級鏈滾輪受的力要大一些，有稱為梯級主輪； 梯級滾輪則被稱為副輪。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計9 (2) 地板與梳齒板。地板為乘客在扶梯兩端提供站立平臺，同時又是機房的蓋板，

11、梳齒板位于梯級的出入口。梳齒板上的梳齒與梯級的齒槽相嚙合，保證梯級 在回轉(zhuǎn)時的安全性。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計10 (3) 導(dǎo)軌：導(dǎo)軌是梯級運動的導(dǎo)向，并起到支撐梯級及梯級鏈的作用。由支承梯 級工作的工作導(dǎo)軌和使梯級回轉(zhuǎn)的返回導(dǎo)軌、防止梯級在工作時脫軌的壓軌 及相應(yīng)的支撐件組成。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計11 1.4 扶手系統(tǒng)扶手系統(tǒng) 扶手系統(tǒng)由扶手帶，扶手帶驅(qū)動裝置。扶手裝置等組成。 （1） 扶手帶。是與梯級以相同速度運動的，供人扶手的部件。 （2） 扶手帶驅(qū)動裝置。其功能是驅(qū)動扶手帶。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計

12、12 （3） 扶手裝置。扶手裝置是乘客乘扶梯時扶手用的，同時起到護欄的作用。 它由扶手帶、扶手帶導(dǎo)軌、扶手支架、扶手欄板、內(nèi)外蓋板及裙部組成。 1.5 電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)對扶梯的運行控制，主要由控制柜，控制按鈕、開關(guān)等組成。 1.6 安全保護系統(tǒng)安全保護系統(tǒng) 安全保護系統(tǒng)的功能是當(dāng)自動扶梯處于不安全狀態(tài)，安全裝置使之停止。最常 見的保護裝置有： （1） 主驅(qū)動鏈破短保護。當(dāng)驅(qū)動鏈松弛或破斷時，使扶梯停止。 （2） 扶手帶入口保護。防止手伸入扶手帶入口的保護。 （3） 梯級鏈的安全保護。當(dāng)梯級鏈過分伸長或斷裂時，使扶梯停止。 （4） 梳齒板安全保護。當(dāng)梯級在通過梳齒板受到

13、阻礙時使扶梯停止。 （5） 梯級運行安全保護。當(dāng)梯級滾輪破損導(dǎo)致梯級塌陷時迫使梯級停止。 （6） 防逆轉(zhuǎn)保護。當(dāng)扶梯在運行中發(fā)生逆向運動時，使扶梯停止。 為了使乘客舒適，對公共場所不產(chǎn)生噪聲污染，對扶梯的主要要求使運行 平穩(wěn)，噪聲小。故降低噪聲和振動是扶梯技術(shù)的主要攻關(guān)項目。 扶梯由動力源，傳動機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)三部分組成。其工作原理是：電動機 驅(qū)動主傳動機構(gòu)，鏈傳動機構(gòu)及多個滾輪，帶動梯級循環(huán)運行，執(zhí)行輸送任務(wù)， 往往把電動機，主傳動機構(gòu)及附加的制動與限速裝置設(shè)計成一個整體，這個整 體就稱為驅(qū)動機。 驅(qū)動機是自動扶梯的驅(qū)動和減速機構(gòu)，是其主要組成部分。主要功能是驅(qū) 動扶梯減速運行，完成停車制動，

14、限制超速和逆轉(zhuǎn)運行。驅(qū)動機的產(chǎn)品質(zhì)量直 接影響整個扶梯的工作性能，工作狀態(tài)，運載能力，工作壽命，所以扶梯對驅(qū) 動機提出了極高的技術(shù)要求，研究驅(qū)動機，采用高技術(shù)設(shè)計驅(qū)動機，高質(zhì)量地 生產(chǎn)驅(qū)動機已成為開發(fā)和發(fā)展自動扶梯的重要課題。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計13 第二章第二章 驅(qū)動機的類型驅(qū)動機的類型 2.1 驅(qū)動機應(yīng)具備的技術(shù)條件驅(qū)動機應(yīng)具備的技術(shù)條件 2.1.1 驅(qū)動機的組成驅(qū)動機的組成 驅(qū)動機主要由交流電動機，主減速器，制動器，限速器，防逆運轉(zhuǎn)器及機 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計14 架組成。 電動機和主減速器通過同軸線止扣用螺栓固聯(lián)在一起。電動

15、機軸和主減速 器的高速主動軸為一體；制動器放在高速軸上，以獲得較小的制動力矩；防逆 運轉(zhuǎn)器放置在低速從動軸上，接通電源，制動器打開，電動機運轉(zhuǎn)將功率輸入 給主傳動機構(gòu)，通過主傳動機構(gòu)的從動軸將功率傳人鏈機構(gòu)，帶動梯級和扶手 帶運行工作。切斷電源時，制動器通過彈簧由包閘臂包緊包閘輪，產(chǎn)生摩擦力 矩，使主軸減速停車。當(dāng)電動機超速時，限速器切斷電源，制動器工作，扶梯 隨之停車，同樣逆運轉(zhuǎn)時亦可體車。整個驅(qū)動機固聯(lián)在機架上。 2.1.2 驅(qū)動機的技術(shù)要求驅(qū)動機的技術(shù)要求 (1）具有較高的強度 即在設(shè)計驅(qū)動機時，應(yīng)首先滿足在設(shè)計壽命內(nèi)，不產(chǎn)生任何失效形式 的強度要求。 （2）具有較高的傳動效率 傳動效率

16、體現(xiàn)了輸入功率在驅(qū)動機中有效利用的程度。在輸入功率相 同的情況下，克服生產(chǎn)阻力矩的大小直接影響驅(qū)動機傳動效率的高低，也反映 了能量損耗的多少。 （3）具有較高的體積載荷 體積載荷是指驅(qū)動機傳遞的功率除以驅(qū)動機體積所得的商。即要求驅(qū) 動機所占的空間較小，在扶梯運載量不變的條件下，驅(qū)動機必須具有小體積， 大功率的特性。 （4）要滿足扶梯的要求 即驅(qū)動機須較大的減速比，恒定的運動速度（慢速 v0。5m/s）,及 滿足連續(xù)，起動次數(shù)較少的正反運動。且正反運轉(zhuǎn)具有相同的工作特性。 （5）具有較低的噪聲和振動 為了達到人乘舒適，減少噪聲對公共場所的污染，扶梯應(yīng)具有噪聲低， 振動小，工作運行平穩(wěn)的特性。 （

17、6）應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計 主要評定條件是：滿足強度和剛度的要求；外觀樸實大方；制造與安裝工 藝好；裝拆方便；成本低廉。 （7）具有靈活，可靠的制動性能 驅(qū)動機附設(shè)的制動器是為了縮短停車時間，加速停車。其制動力矩應(yīng)大 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計15 于軸的輸入轉(zhuǎn)矩。制動技術(shù)應(yīng)先進，強度高，壽命長，靈活可靠，機構(gòu)緊湊。 （8）限速器和防逆運轉(zhuǎn)器要靈活可靠 2.2 驅(qū)動機主傳動機構(gòu)的選用驅(qū)動機主傳動機構(gòu)的選用 2.2.1 主傳動機構(gòu)的的選擇原則和依據(jù)主傳動機構(gòu)的的選擇原則和依據(jù) 驅(qū)動機主傳動機構(gòu)選擇的原則是： 1梯及驅(qū)動機的工況條件。驅(qū)動機屬于起動次數(shù)較少，空載起動，連續(xù)運

18、行，傳動比恒定，速度較低，工作沖擊小，所需功率小，要求體積載荷 大，傳動效率高，振動小，噪聲低，能正反運行的傳動裝置。 2環(huán)境良好，但通風(fēng)條件差。 3制造，安裝，維修的工藝性，成本，利潤。 4主傳動機構(gòu)的技術(shù)含量及發(fā)展前景。 5慮結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)布置上的要求。 2.2.2 傳動機構(gòu)的性能及對比分析傳動機構(gòu)的性能及對比分析 傳動裝置是把動力機產(chǎn)生的機械能，傳送到執(zhí)行機構(gòu)上的裝置。驅(qū)動機中 的傳動機構(gòu)和鏈傳動機構(gòu)，構(gòu)成了扶梯和人行道的傳動裝置。驅(qū)動機的件速器 不分是扶梯傳動裝置的主要部分。本設(shè)計將驅(qū)動機的傳動裝置稱為主傳動機構(gòu)。 傳動形式友機械傳動，液壓傳動，電傳動三種類型。其中機械傳動是驅(qū)動 機的

19、最佳選擇。 機械傳動有多種形式，主要有摩擦輪傳動，鏈傳動，帶傳動，齒輪傳動等。 其中摩擦輪傳動過程中速度不恒定，滑動率較大，要設(shè)有加壓裝置，故承 受的徑向力大，體積載荷小，傳動比范圍小，使用壽命短，所以不適合驅(qū)動機 的主傳動機構(gòu)。 帶傳動傳動可實現(xiàn)大中心距，工作平穩(wěn)、緩沖擊、吸震、噪音低，有過載 保護能力、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、成本低，但傳動比不恒定，滑動率大，傳動 不范圍小、軸承受徑向力較大、體積載荷小、壽命短等不足之外，不宜在驅(qū)動 機上應(yīng)用。特別指出，齒形帶吸取了鏈傳動及帶傳動的優(yōu)點，克服了其不足， 已成為有發(fā)展前途的傳動機構(gòu)。 鏈傳動由于具有多邊形效應(yīng)，傳動中產(chǎn)生周期性加速度，引起振動和噪

20、聲， 軸的徑向力較大，磨損后易產(chǎn)生振動和脫鏈，只能用于低速傳動，所以不能用 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計16 于驅(qū)動機的主傳動機構(gòu)。 齒輪傳動是機械傳動中用途最廣的傳動形式，它具有其他傳動機械形式不 可比擬的許多特點，如傳動效率高，傳動比和速度范圍大，傳動比恒定，壽命 長，體積載荷大，工作安全可靠，而且種類很多。通過以上機械傳動類型特性 簡單比較，認為齒輪傳動是驅(qū)動機的主傳動機構(gòu)的在目前的技術(shù)條件下，要優(yōu) 于其他傳動形式。是“最佳”方案。 齒輪傳動種類很多，其嚙合特點、應(yīng)用范圍、設(shè)計技術(shù)、結(jié)構(gòu)特性等各不 相同，所以用于主傳動機構(gòu)也必須認真研究，特別是結(jié)合工藝、設(shè)備條件加以

21、 選擇。國內(nèi)外驅(qū)動機所選用的主傳動機構(gòu)差異較大，國內(nèi)以選用蝸桿副為主， 國外正向齒輪副以及行星齒輪系方向發(fā)展。 現(xiàn)列舉主要的齒輪傳動類型 漸開線圓柱齒輪副。斜齒圓柱齒輪副具有重合度大、瞬時接觸線長、承載能 力大、工作平穩(wěn)、噪音較低等特點，很大程度上滿足了驅(qū)動機所要求的技術(shù)指 標(biāo)，得到廣泛的應(yīng)用。 目前國外多用同軸式二級斜齒圓柱齒輪傳動作為主傳動機構(gòu)，這樣驅(qū)動機結(jié) 構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、體積載荷大其設(shè)計技術(shù)用的較合理。采用展開式二 級斜齒圓柱傳動作為驅(qū)動機的主傳動機構(gòu)這種設(shè)計方法，未能更好的結(jié)合驅(qū)動 機的技術(shù)要求加以體現(xiàn)，僅是一般的設(shè)計方法，機構(gòu)不夠 緊湊，體積載荷較小。 圓柱蝸桿及圓柱斜齒輪

22、的混合應(yīng)用。圓柱蝸桿副在大傳動比時，傳動效率較 低。為提高傳動效率和使驅(qū)動機機構(gòu)緊湊，又便于交錯軸傳遞轉(zhuǎn)矩，將漸開線 斜齒圓柱齒輪副和圓柱蝸桿副聯(lián)合應(yīng)用作為主傳動機構(gòu)，也是較合理的設(shè)計方 案。 圓錐齒輪副。驅(qū)動機主傳動機構(gòu)可選用曲線齒圓錐齒輪副。因為它具有傳動 平穩(wěn)、振動小、噪音低、承載能力大、安全可靠、傳動效率高等優(yōu)點。由于驅(qū) 動機所用的傳動比在 2040 之間，用單級圓錐齒輪副四不能實現(xiàn)的，用二級傳 動機構(gòu)設(shè)計較困難，故用圓錐齒輪副和圓柱齒輪副聯(lián)合應(yīng)用比較合理。輸入軸 和輸出軸垂直，顯得機構(gòu)緊湊，使用也更加方便。 形星齒輪傳動。行星齒輪在驅(qū)動機上的應(yīng)用，也是驅(qū)動機設(shè)計的一大突破。 行星齒輪

23、傳動為主傳動機構(gòu)的驅(qū)動機具有機構(gòu)緊湊，體積載荷大，噪音低、振 動小、傳動效率高的工作性能。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計17 帶傳動與齒輪傳動、蝸鎬傳動的混合機構(gòu)。利用齒形帶的工作特性，特別是 吸振、緩振的特點，可把齒形帶放置在第一級，從而帶動同軸式齒輪傳動機構(gòu) 或一級蝸桿傳動機構(gòu)的驅(qū)動機將是一種良好的設(shè)計方案。 齒輪傳動中的圓柱蝸桿副具有傳動比范圍大，速度恒定，體積載荷大，機構(gòu) 緊湊，工藝性好，機構(gòu)簡單，成本低，噪聲低，便于設(shè)計成立式驅(qū)動機等一系 列優(yōu)點。分析各種蝸桿傳動的嚙合特性及工藝等綜合因素，采用圓柱蝸桿副為 主傳動機構(gòu)較為合適。通過蝸桿類型及幾何參數(shù)、嚙合參數(shù)的

24、選擇，可以克服 傳動效率低的不利因素。 2.3 驅(qū)動機的機構(gòu)形式驅(qū)動機的機構(gòu)形式 2.3.1 立式和臥式驅(qū)動機立式和臥式驅(qū)動機 目前廣泛應(yīng)用的驅(qū)動機有；立式和臥式驅(qū)動機兩大類。立式和臥式在使用 上沒有什么區(qū)別，而在機構(gòu)上有較大差異。從整體機構(gòu)分析，蝸桿副驅(qū)動機多 用立式，立式一般情況下比臥式占有面積小，在扶梯上的安裝較為方便。 2.3.2 整軸式和分軸式驅(qū)動機整軸式和分軸式驅(qū)動機 整軸式就是電動機軸和主傳動機構(gòu)的高速軸為一體。不是一體而用聯(lián)軸器 聯(lián)接成一體時，為分軸式驅(qū)動機。目前所用的驅(qū)動機中，臥式齒輪副驅(qū)動機都 是分軸式的。立式蝸桿副驅(qū)動機分兩種，一種是整軸式蝸桿副驅(qū)動機，一種是 分軸式蝸桿

25、副驅(qū)動機。 目前西歐各國生產(chǎn)的自動扶梯普遍采用整軸式驅(qū)動機。國內(nèi)整軸式蝸桿副 驅(qū)動機也被廣泛應(yīng)用。九三太工大電梯實業(yè)公司也設(shè)計生產(chǎn)整軸式蝸桿副的驅(qū) 動機，由于機構(gòu)合理，安裝工藝嚴(yán)謹而達到了較高質(zhì)量。 整軸式蝸桿副驅(qū)動機與分軸式驅(qū)動機相比其主要特點是：降低了高度 （一般低 100150mm） 、成本和售價低（一般低 20%） ，結(jié)構(gòu)比較簡單，就目前 驅(qū)動機發(fā)展的方向，正向小型化發(fā)展，盡量要求驅(qū)動機的尺寸小，所以選用整 軸式結(jié)構(gòu)。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計18 第第 3 章章 自動扶梯的驅(qū)動功率計算自動扶梯的驅(qū)動功率計算 3.1 自動扶梯的主要參數(shù)自動扶梯的主要參數(shù) 1)

26、 提升高度 H：建筑物上，下樓層間的高度。取 H5m，為小提升高度。 2）理論輸送能力，設(shè)備每小時內(nèi)理論上能輸送的人數(shù)。當(dāng)自動扶梯的各梯 t C 級均站滿人時，就達到了其理論輸送能力，由下式計算： 1 3600 t KV C Y 理論輸送能力（人/h） t C K承載系數(shù)，與踏板名義寬度 Z1 有關(guān)。當(dāng) Z11.0m 時，k=2 V額定速度（m/s）取 v=0.65m/s 梯級深度（m）取 Y1=0.4m 1 Y 所以=3600=11700(人/h) t C 2 0.65 0.4 3) 額定速度 v 自動扶梯運行速度的快慢，直接影響到乘客在扶梯上的停留 時間。與滿載系數(shù)密切相關(guān)，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)

27、據(jù)并經(jīng)線性回歸，得 1.10.6V=1.1-0.60.650.71 4) 梯級名義寬度 取=1.0m 1 Z 1 Z 5) 傾角為 o 30 3.23.2 自動扶梯阻力計算自動扶梯阻力計算 為方便起見，扶梯自重的線載荷表示，經(jīng)過估算每個梯級的重量為 70kg t q 梯級的寬度大約是 400mm；每個滾子的重量約為 2.5kg,梯級的節(jié)距是 100mm。 那么可以算出梯級的線載荷為，取 g=10, 11 個滾輪才間隔 1.0m。 =2700N t q 70 10 2.5 10 11 2 0.4 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計19 乘客的線載荷用表示， r q 其計算公式如下

28、 = r q 0.4 KQ Q估計平均每個乘客的重量大約 60kg, 0.4表示梯級的寬度大約是 400mm； k每一梯級上可站立的人數(shù)； 滿載系數(shù)。 （取 0.71） 代值計算結(jié)果是=2200N r q 總阻力法總阻力法 總阻力法求自動扶梯阻力的思路是：分別計算自動扶梯驅(qū)動裝置所需要克服 的各項阻力，包括扶手系統(tǒng)的阻力，然后求出扶梯系統(tǒng)的總阻力。 (1) 路上分支傾斜區(qū)段乘客載荷形成的阻力。 = 1 W r q m Lsincos、 (2) 乘客載荷形成的阻力 梯路上水平分支區(qū)段共有 2 個，乘客載荷形成的相應(yīng)阻力為： =2 2 W r ql (3) 上分支與下分支傾斜區(qū)段梯級自重形成的阻力

29、，可認為上、下分支的阻力 相等。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計20 =2 3 W t q m L (4) 上分支與下分支 4 個水平區(qū)段梯級自重形成的阻力這個阻力可看作相等。 =4 4 W t ql (5) 梯路曲線區(qū)段的運動阻力 這個阻力可看作乘客與梯級自重共同形成，每個曲線區(qū)段內(nèi)的載荷均可分 解為垂直梯路方向的載荷和平行梯路方向的載荷兩部分。垂直梯路方向的載荷 應(yīng)乘以 因子，而平行梯路方向的載荷則應(yīng)乘以因子。經(jīng)過分析可以得出梯cos 2 sin 2 路曲線區(qū)段運動阻力應(yīng)為： =2()+4 5 W r qcossin 22 t qcos 2 l (6)梯路轉(zhuǎn)向區(qū)段運動阻

30、力 這個區(qū)段的阻力主要通過摩擦傳遞，即 = 6 W t q (7) 扶手系統(tǒng)阻力 =4 (+2 ) 7 W r q m Ll f 上面各個式中的參數(shù)為 阻力（N） ； 71W W 乘客線載荷（N/m）2200N r q 梯路線載荷（N/m）2700N t q 梯級車輪的摩擦因子，取=0.025003； 進出端水平端長度（m） ，小提升高度取 0.6m.l 傾斜區(qū)段梯路水平投影長度(m)計算的 4.33m m L 梯路曲線區(qū)段水平投影長度(m)取 0.6m l 梯路轉(zhuǎn)向時，梯級所經(jīng)路徑的曲線長度（m） ；取 2m 乘客手握扶手膠帶的附加阻力系數(shù)，取=1.5 扶手膠帶的線載荷（N/m）,可以取=2

31、5N/m; f q f q 扶手膠帶阻力系數(shù)，可取=0.3 f f 自動扶梯傾角 30 經(jīng)過計算得 =5239N =80N =702N =195N =266 1 W 2 W 3 W 4 W 5 W =195N =240 6 W 7 W 扶梯系統(tǒng)的總阻力就是上述各項阻力之和，既 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計21 7654321 WWWWWWWW =6915NW 3.3 自動扶梯的功率計算自動扶梯的功率計算 自動扶梯的總功率計算可以用總阻力法求出，其具體公式如下： N= 1000 WV N自動扶梯的總功率（KW） W用總阻力法求出的自動扶梯總阻力 V自動扶梯額定速度（m/s）

32、 ；0.65m/s 傳動系統(tǒng)的效率 的計算由四對滾動軸承副， （傳動效率 0.98） ；兩個鏈傳動副（傳動效率 0.92） ； 一對蝸輪副傳動（傳動效率 0.9） 。 則 =0.703 42 0.980.920.90 代值計算總功率 N=6.45 第四章第四章 驅(qū)動機主傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計驅(qū)動機主傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4.14.1 ZCZC 蝸桿副的定義和傳動特點蝸桿副的定義和傳動特點 1 ZCZC 蝸桿副其定義如下：一個圓柱蝸桿，其軸平面或法平面的齒廓是一段圓弧 或是圓環(huán)面包絡(luò)面的平面截線時，稱這種蝸桿為圓弧圓柱蝸桿，簡稱 ZC 蝸桿， 齒形 C。ZCZC蝸桿副屬于 ZC 蝸桿副的一種。 1 圓環(huán)面包絡(luò)

33、圓柱蝸桿副（ZCZC蝸桿） 1 該蝸桿屬于包絡(luò)型曲面紋面圓柱蝸桿，刀具是圓環(huán)面的砂輪，在刀具的軸平 面內(nèi)，產(chǎn)形線是圓環(huán)面母圓的一段凸圓弧，將刀具軸線置在過齒槽中與分度圓 螺旋線平行的假想螺旋線的法面內(nèi)，刀具軸線與蝸桿軸線的軸交角為。 01 當(dāng)?shù)毒咭贿吚@自身軸線轉(zhuǎn)動，一邊又相對蝸桿毛坯做螺旋運動是，刀具刃面的 包絡(luò)面，既蝸桿螺旋面。ZC1 蝸桿磨齒工藝良好，可獲得高精度硬齒面，是圓 弧圓柱蝸桿最有發(fā)展前途的蝸桿。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計22 圓弧圓柱蝸桿副的嚙合特性 （1） 具有較大的誘導(dǎo)曲率半徑 蝸桿副共軛齒面呈凸凹公軛嚙合，較大，赫爾茲應(yīng)力就小，同時動壓潤滑 條件

34、改善，齒面強度和傳動效率提高 （2） 有良好的接觸線形狀 ZC 蝸桿副的接觸線形狀有利于動壓油膜形成，為40 75 約占理論嚙合區(qū)的 60%以上。良好的潤滑，使傳動效率可達到（） ，0.97 0.98 油溫低，磨料磨損小，齒面強度高，承載能力大，工作平穩(wěn)，噪音低的主要原 因。 （3） 具有良好的工藝性 （4） 必須采用徑向正變位 （5） 具有靈活的設(shè)計方案可快活的選擇“最佳”幾何參數(shù)也嚙合參數(shù)。 （6） 對中心距偏差較敏感 中心距偏差增大時，回引起蝸桿齒頂也蝸輪齒面呈線接觸，造成宏觀接觸 面積減少， “最佳”嚙合部位無法實現(xiàn)。 4.24.2 ZCZC蝸桿副的設(shè)計與計算蝸桿副的設(shè)計與計算 1 電

35、動機轉(zhuǎn)速=1440r/min，按強度校核 a=180mm, ZC蝸桿副驅(qū)動機設(shè)計。 1 n 1 根據(jù)驅(qū)動機輸出軸轉(zhuǎn)速的一般要求40r/min,可得公稱傳動比=40 2 n 12 i 按一般設(shè)計方案取，、m=7mm、為好。但是為了提高設(shè)計質(zhì)量推薦 1 139z 2 、z 方案為：初選 q=20, =2, =80,于是 1 z 2 z m= =3.6mm 取 3.5mm 2 1 zq az a=m(q+) q+ = 1 z 2 z 2 z m a2 q+=102.85714, 取 q=22 =81 2 z 2 z 4.3 蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算 蝸輪輪齒因彎曲強度不足而失

36、效的情況，都發(fā)生在蝸輪齒數(shù)較多 （）時，或開式傳動中，因此，對閉式蝸桿傳動通常只作彎曲強度的校 2 90Z 核計算，這種計算是必須的。因為校核蝸輪輪齒的彎曲強度不僅只是為了判斷 彎曲斷裂的可能性，對那些承重載的動力蝸桿副，蝸輪輪齒的彎曲變形還要直 接影響到蝸桿副的運動平穩(wěn)性精度。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計23 考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度較低，故蝸桿選用 45 鋼，因希望效率高 些，耐磨性好些。故蝸桿螺旋齒面要求表面淬火，硬度為 4555HRC。蝸輪用 鑄錫磷青銅 ZCuSn10p1,金屬模制造。為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用青銅制 造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100

37、制造。 齒根彎曲疲勞強度驗算 FFaF YY mdd KT 2 21 2 53 . 1 蝸輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為 F a MP 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為。=，其中 F a MP F FFN K A 為計人齒根應(yīng)力校正系數(shù)后蝸輪的基本許用應(yīng)力，可查表得出， F 2sa Y 壽命系數(shù)，=，其中 N 為應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 FN K FN K 6 9 10 N （當(dāng)時，需將表中乘以；當(dāng)時，??； 6 10N FN K 7 25 10N 7 25 10N 時，取。 ） 5 10N 5 10N 根據(jù)此說明可以計算=0.541 FN K 6 9 7 10 25 10 為蝸桿公稱直徑 77mm 1 d 蝸輪的公稱

38、直徑 283.5mm 2 d m蝸桿模數(shù)為 3.5 蝸輪齒形系數(shù)，可由蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)及蝸輪的變位系 2Fa Y 2 3 2 cos v z z 數(shù)查出。 2 x 根據(jù)此公式可計算蝸輪當(dāng)量齒數(shù)=82 2 3 2 cos v z z 螺旋角影響系數(shù)， Y1 140 Y 5.2 蝸輪的是的公稱轉(zhuǎn)矩，其計算公式如下： 2 T = 2 T 66 21 2112 9.55 109.55 10 / pp nni 蝸桿軸的輸入功率 6.45kw 1 p 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計24 蝸桿的轉(zhuǎn)速 1440r/min 1 n 蝸輪功率輸入功率 2 p 蝸輪的轉(zhuǎn)速 2 n 蝸桿副的轉(zhuǎn)動效率

39、 0.90 代值可計算出=1.56 2 T 6 10 K載荷系數(shù)，K=，其中為使用系數(shù)，為齒向載荷分布 AV K K K A KK 系數(shù)，當(dāng)蝸桿傳動平穩(wěn)載荷下工作時，載荷分布不均勻現(xiàn)象將由于工作表面良 好的磨合而得到改善，此時可取。為動載荷系數(shù)，由于蝸桿傳動一般1K V K 較平穩(wěn)，動載荷要比齒輪傳動的小得多，故值可取定如下，當(dāng)蝸輪的圓周速 V K 度時，取=1.01.1；時，=1.11.2。取=1.05 2 3/vm s v K 2 3/vm s v K v K 其計算公式如下： K=111.05=1.05 A K K V K 當(dāng)量齒數(shù) 82 2v z 根據(jù) = 0.07143, 82，可差

40、得齒形系數(shù)2.26 2 x 2v z 2Fa Y 螺旋角系數(shù) 0.963，0.541 Y FN K 560.54130.32MPa F =24.66 F 1.53 1.05 1560000 0.963 2.26 77 283.5 3.5 、 F 所以合格 F 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計25 4.4 ZCZC 蝸桿副的幾何尺寸計算蝸桿副的幾何尺寸計算 1 序號名稱 ZC 蝸桿副（計算公式） 1 結(jié)果備注 1變位系數(shù)最佳 0.71.20.9 2齒形角 230.5 23 3齒形圓弧半徑 m(5.5 6、 20.3 4齒頂高系數(shù) =1 a h 1 5頂隙系數(shù) =0.16c 0.

41、16 6齒厚 =0.4 1x sm 4.40 7齒距 x pm 10.99 8齒廓圓弧中心 cos n c 18.69 9齒廓圓弧中心 1 cos n br 10砂輪直徑 1 sin n dar 11齒頂厚 12齒根厚 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計26 13全齒高 (20.16) a hhm 7.56 14最小齒廓圓弧 半徑 min min sin sin a h m mx 8.96兩者之中取 大值 15中心距 2 1 (2 ) 2 am qzx 180由強度確定 16蝸桿齒數(shù) 1 2z 2 17蝸輪齒數(shù) 2 81z 81 18蝸桿直徑系數(shù) 1 22 d q m 22 1

42、9變位系數(shù) 2 1 () 2 a xqz m -0.0175 20模數(shù) 2 2 (2 ) x a m qzx 3.5 21法向模數(shù) 1 cos nx mm 3.486 22蝸桿導(dǎo)程 1zx pm z 21.98 23蝸桿導(dǎo)程角 1 1 arctan() z q 5.2 24蝸桿節(jié)圓柱導(dǎo) 程角 1 1 arctan() 2 z qx 5.227 25蝸桿分圓柱半 徑 1 1 2 x rm q 35.5 26蝸輪分圓柱半 徑 22 1 2 x rm z 141.75 27蝸桿節(jié)圓柱半 徑 1 1 (2 ) 2 x rm qx 38.26 28蝸輪節(jié)圓柱半 徑 22 1 2 rmz 145.75 2

43、9蝸輪喉圓半徑 22 2 aa rrh 143.23 30蝸桿頂圓柱半 徑 1 1 (2) 2 axa rm qh 77 31蝸輪根圓半徑 1 1 2() 2 fa rm qhc 34.44 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計27 32蝸輪根圓半徑 22 1 ()2 2 fa rm zhcx 139.46 33蝸輪頂圓直徑 2 (11.5) Hax ddm 288.05 34蝸輪咽喉母圓 半徑 22ga rar 35 35蝸輪齒寬 21 (0.65 0.7) a bd 53 36蝸桿齒寬 12 (12.50.1 ) x bz m 72 37法向齒形角 1 tantancos n

44、x aa 0.4227 38蝸桿螺旋參數(shù) 1 1 2 pmz 3.5 39傳動比 =40 11 12 22 n i n 40.5 40蝸桿圓周速度 1 1 1 60 1000 d n v 5.88 41蝸輪圓周速度 22 2 60 1000 d n v 0.535 42相對速度 (12)22 1 1 (2 ) 19100 mn vqxz 5.71 第第 5 章章驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在驅(qū)動機的設(shè)計質(zhì)量中舉足輕重，自動扶梯與自動人行 道對驅(qū)動機的技術(shù)要求，在很多方面要由結(jié)構(gòu)設(shè)計完成或體現(xiàn)。 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到大量計算和復(fù)雜的公式推導(dǎo)，本設(shè)計僅針對驅(qū)動機 結(jié)構(gòu)設(shè)計

45、中的一般典型問題作扼要論述。 5.1 驅(qū)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)達到的技術(shù)要求驅(qū)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)達到的技術(shù)要求 （1）所有零件都要滿足驅(qū)動機使用性能 使用性能主要包括，運動與速度，功能的可靠性，強度與壽命，體積與重 量，安裝尺寸，操作及維修方便，簡易，體形美觀，大方。 （2）充分考慮制造工藝和安裝工藝 主要包括：在達到使用要求的條件下，零件結(jié)構(gòu)盡可能簡單，實用，毛坯制 造，機械加工，裝配，維修的工藝性好，無需增加專用設(shè)備和過多的專用工裝 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計28 及輔助設(shè)備，盡量合理選用材料及熱處理方法；盡可能選用新材料，新工藝， 新技術(shù)；盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)件，通用件，設(shè)計應(yīng)達到

46、系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化。 （3）滿足驅(qū)動機的特殊技術(shù)要求 主要指：制動機構(gòu)靈活、可靠；限速器，防逆轉(zhuǎn)器簡便，實用；小振動， 低噪聲。 5.2 驅(qū)動機整體設(shè)計考慮的問題驅(qū)動機整體設(shè)計考慮的問題 整體設(shè)計的總目的是，在滿足自動扶梯對驅(qū)動機技術(shù)要求的前提下，設(shè)計出 布局合理，操作方便、美觀大方的結(jié)構(gòu)形式。 5.2.1 選擇機型確定基本結(jié)構(gòu)尺寸選擇機型確定基本結(jié)構(gòu)尺寸 驅(qū)動機放在機房內(nèi)，機房的體積是有嚴(yán)格規(guī)定的，驅(qū)動機的高度一般超過 1m，甚至有的用戶要求不超過 0.85m。 自動扶梯和自動人行道的制造和安裝規(guī) 范中規(guī)定“在需要對運動維修和檢查的地方應(yīng)有一塊至少為 0.5X0.6m 的自由 空間”而事

47、實上在面臨自動扶梯向結(jié)構(gòu)緊湊、小型化發(fā)展的今天，要留出 0.3 平方米的自由空間是比較困難的。驅(qū)動機設(shè)計必須實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小的目 標(biāo)。然而驅(qū)動機體積要受各個方面約束，如主傳動機構(gòu)的中心距，電機外廓尺 寸，箱體盛油量等。為此驅(qū)動機的體積不可能設(shè)計的太小。滿足上述設(shè)計條件、 并保證安裝和維修人員所占空間的前提下，通過設(shè)計對比證實，將正交軸主傳 動機構(gòu)的驅(qū)動機設(shè)計成立式要優(yōu)于臥式，而將平行軸主傳動機構(gòu)的驅(qū)動機設(shè)計 成臥式則優(yōu)于立式，我國目前用的蝸桿副驅(qū)動機多采用立式。 5.2.2 外觀布置外觀布置 外觀布置首先要保證各個零部件有效地完成其功能，并達到“最佳”的受 力狀態(tài)，另外外觀協(xié)調(diào)、美觀大方也

48、十分重要。 （1） 動系統(tǒng)的布置 整軸式驅(qū)動機，采用塊式摩擦制動系統(tǒng)，放置在箱體和電機聯(lián)接處的高速 軸上。這種布置的特點是制動力矩非常靠近蝸桿副的嚙合部位，受力十分合理。 制動系統(tǒng)的磁力器安裝位置有三種情況，放在驅(qū)動機的前面，結(jié)構(gòu)緊湊，體積 小，外觀對稱，美觀大方，但應(yīng)注意制動系統(tǒng)不得與運動著的梯級干涉，目前 幾乎都采用這種布置，本設(shè)計也是采用這種布置。該機型不專門設(shè)置飛輪，而 把飛輪和制動輪合為一個構(gòu)件。這種設(shè)計不但減少了零件，降低了成本，而且 減少了驅(qū)動機的高度。 （2）蝸輪軸伸方向 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計29 蝸桿副立式驅(qū)動機，蝸桿軸是輸出軸，直接與自動扶梯的

49、其他傳動系統(tǒng)相 聯(lián)接，不同的自動扶梯機型要求不同的驅(qū)動機輸出軸伸方向（左或者右） 。為了 安裝，維修方便，具有良好的通用性，蝸輪軸系零件的設(shè)計，相對箱體應(yīng)具有 對稱性結(jié)構(gòu)。 （3）驅(qū)動機散熱肋合箱體加強肋的布置 蝸桿副驅(qū)動機摩擦損耗功率較大，油溫升較高，為此除增大箱體盛油量外， 增加散熱面積，增加散熱肋式必要的。為增加箱體剛度，設(shè)加強肋同樣是必要 的，把散熱肋和加強肋合為一體是重要的設(shè)計原則，故在箱體外表面設(shè)置肋板 時，要考慮散熱面積，增強剛度和美觀大方。一般設(shè)置成豎直肋。 （4）限速器和防逆運轉(zhuǎn)器的布置 在自動扶梯和人行道上，設(shè)置這兩個附加機構(gòu)是有標(biāo)準(zhǔn)要求的，一般把限 速器設(shè)置在高速軸上，把

50、防逆運轉(zhuǎn)器設(shè)置在低速軸上。 5.3 整軸式蝸桿副驅(qū)動機蝸桿軸的結(jié)構(gòu)整軸式蝸桿副驅(qū)動機蝸桿軸的結(jié)構(gòu) 5.3.1 軸承及軸承在軸蝸桿上的位置軸承及軸承在軸蝸桿上的位置 整軸式蝸桿副驅(qū)動機的最大特點是電動機的轉(zhuǎn)子軸及軸蝸桿是整體，長度 幾乎等于驅(qū)動機的總高度。軸蝸桿上裝有軸承，抱閘輪，轉(zhuǎn)子，風(fēng)扇等零件， 很多功能構(gòu)件都在這根軸上，形成了驅(qū)動機最重要的心臟組件。該軸的精度體 現(xiàn)了驅(qū)動機的精度，所以設(shè)計軸蝸桿的結(jié)構(gòu)十分重要。而首先要涉及軸承的選 擇和安裝。 選軸承要考慮到承受載荷的性質(zhì)和大小，運行速度的高低，調(diào)心性能，軸 承游動和位移，安裝拆卸的方便等。驅(qū)動機一般用滾動軸承，驅(qū)動機輸入軸 （100015

51、00r/min）屬于較低轉(zhuǎn)速，輸出軸屬于低轉(zhuǎn)速（40r/min 左右） ；承受 的軸向力較大，并大于徑向力，軸蝸桿的尺寸細而長，工作溫度較高（在 70 度90 度間）調(diào)心和拆卸沒有特殊要求。故根據(jù)這些情況，確定下列幾個問題： 其一，軸向力和徑向力同時存在，必須選用向心推力軸承（角接觸球軸承或圓 錐滾子軸承） 。其二，在較高溫度下工作的細長桿，應(yīng)采用固游式安裝形式，不 能采用全固式，也不能采用全游式。 由于軸蝸桿細長，電動機及減速器又是兩個功能機構(gòu)，故應(yīng)采用三支點結(jié) 構(gòu)，亦既要上中下三處安置軸承。通過分析，在上部安裝兩個向心推力軸承， 并將它們固結(jié)在箱體上，中間和下部各安裝一個能游動的向心推力軸

52、承。軸承 采用正（面對面）安裝或者反（背對背）安裝，應(yīng)由結(jié)構(gòu)型式而定。正安裝或 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計30 反安裝對整軸上支承點位置影響不大，為了安裝及控制軸竄動量，采用正安裝 優(yōu)于反安裝。 5.4 蝸桿軸的設(shè)計蝸桿軸的設(shè)計 5.4.1 蝸桿軸的材料蝸桿軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制和鍛件，有的直接用 圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或 化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛， 其中最常用的是 45 鋼。 分析蝸桿軸的機械性能采用 45 鋼能達到其各項要求，且經(jīng)濟。 5.

53、4.2 確定蝸桿軸的最小直徑：確定蝸桿軸的最小直徑： 軸的強度校核計算是，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計算方 法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對于蝸桿軸來說，其受徑向的力較小，軸向力 較大，承受的扭矩很大，承受的彎矩較小（后述的蝸桿軸采用兩對滾動軸承來 支承，在徑向是固定的，軸向可以有小幅度的游動。 ） 所以按扭轉(zhuǎn)強度校核 這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，如果還受有不大的彎矩時， 則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種方 法初步估算軸徑。 電動機的轉(zhuǎn)速如下：n 額1500r/min、 n 滿1440r/min、 額定功率 p=7.5kw, 工作功率

54、=6.45kw 1 p 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計31 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 3 9550000 0.2 TT T p T n Wd 由上式可得軸的直徑 33 33 0 9500009550000 0.20.2 TT ppP dA nnn A A d軸的直徑 p軸傳遞的功率為 6.45kw n軸的轉(zhuǎn)速，1440r/min 式中 3 0 9550000 0.2 T A 取 0 120A 25 45 T 代值計算得 =19.78mm min d 所以，取定軸的最小直徑為 25mm,因軸所受主要為扭據(jù)，幾乎不承受彎曲載 荷，故不需要進行彎曲校核。 當(dāng)軸截面有鍵槽或軸上裝配軸承時

55、，軸徑要適當(dāng)增加，以增強軸的強度。故 經(jīng)慎重考慮，尺寸定為下： 在軸蝸桿的上端，和兩個角接觸球軸承配合的軸直徑為 35mm, 和中間軸承 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計32 配合的軸徑為 55mm,下端和軸承配合的軸徑為 50mm. 整個軸長 650mm 5.4.3 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角單位的計( )/m 算公式為： 對階梯軸： 4 1 1 5.73 10 z i i i pi Tl LGI G軸的材料的剪切彈性摸量，單位為 Mpa,對于鋼材， G=； 4 8.1 10 MPa L階梯軸所受扭矩作用的長度，

56、單位為 mm; Z階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。 分別代表階梯軸第 I 段上所受的扭矩、長度和極慣性矩。 iipt TlI、 軸截面的極慣性矩，單位為，對于圓軸， p I 4 mm =3.449 44 77 3232 p d I 64 10 mm 分析并進行計算可得出：=0.011 軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件是： 式中為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關(guān)。對于精密傳動軸， 可取=0.250.5 ( )/m 所以剛度校正合格。 5.5 低速軸的設(shè)計低速軸的設(shè)計 5.5.1 確定低速軸的最小直徑：確定低速軸的最小直徑： 低速軸的材料：45 鋼，選擇理由同蝸桿軸的相同。 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編

57、程控制系統(tǒng)設(shè)計33 確定低速軸的最小直徑 低速軸上的功率：=6.450.905.81kw 12 pp 蝸桿軸輸入功率 ；蝸桿副的傳動效率 1 p 作用在低速軸上的轉(zhuǎn)矩： 6 21 2 2112 5.81 40.5 9550000955000095500001.56 10 /1440 pp TN mm nni A、 作用在低速軸上的力矩 2 T 已知低速軸上蝸輪的分度圓直徑為 238.5mm，所以有作用在低速軸上的力： 2 2 22 1560530 11009.0 283.5 t T FN d 、 =4692.4N v F tan23tan23 11009.0 coscos5.2 t F =10

58、01.9N a Ftan11009.0 tan5.2 t F 圓周力，徑向力，軸向力，蝸輪導(dǎo)程角 t F r F a F5.2 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算的最小直徑： 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計34 0 1 3 3 min 1 6.45 0.9 40.5 120 1440 p i dAmm n 、65.59 所以定軸的最小直徑為 70mm, 和軸承配合處的軸徑為 75mm。 5.5.2 按彎扭合成強度條件進行軸強度校核按彎扭合成強度條件進行軸強度校核 通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上的零件的位置，以及外載荷和 支反力的位置均已經(jīng)確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求出。

59、 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時，常常將軸上的分布載荷簡化為 集中點，其作用力取為載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩，一般從傳動輪 轂寬度的中點算起。在作計算簡圖時，應(yīng)先求出軸上受力零件的載荷，將其分 解成水平分力和垂直分力。現(xiàn)作出本設(shè)計低速軸的彎矩、扭矩圖。 106 根據(jù)受力分析，有以下關(guān)系； tHH FFF 21rVV FFF 21 152 . 0 304 . 0 1 tH FF152 . 0 2 304 . 0 1 raV F D FF 2 DF M a a 其中、已知，D=238.5mm （0.304m、0.152m 是按低速軸上 t F r F a F 的受力點確定的） 根據(jù)

60、計算可得： 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可編程控制系統(tǒng)設(shè)計35 載荷水平面 H垂直面 V 支反力=5504.5N 1H F 2H F=1950.47、=2742N 1V F 2V F 彎矩=836.68 H MmmN =416.78 maxV MmmN 總彎矩=934.74 22 836.68416.78M mmN 扭矩 2 T 6 1056 . 1 mmN 校核軸的強度 已知軸的彎矩和扭矩后，對其危險截面作出彎扭合成校核計算。按第三強度 理論，計算應(yīng)力 W TM ca 2 21 )( 考慮彎、扭矩兩者循環(huán)特性不同的影響，而引入折合系數(shù)。根據(jù)分析取 =0.6；表危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)

61、，。W 3 1 . 0DW 代值計算得：=14.7， ca MPa 前已選定軸的材料為 45 鋼，可查=60。因此故安全。 1 MPa ca 1 5.5.3 軸的剛度校核計算軸的剛度校核計算 軸在載荷的作用下，將產(chǎn)生彎矩或者扭矩變形。若變形量超過允許的限制， 就會影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C器應(yīng)有的功能。安裝蝸輪的軸， 若彎曲剛度（或者扭轉(zhuǎn)剛度）不足而導(dǎo)致?lián)隙龋ɑ蚺まD(zhuǎn)角）過大時，會影響蝸 輪的正確嚙合使蝸輪齒寬和齒高方向接觸不良。造成載荷在齒面上的嚴(yán)重不均 勻分布。 1. 軸的彎曲剛度校核計算軸的彎曲剛度校核計算 低速軸是階梯軸校核其彎曲剛度時，應(yīng)先求出其當(dāng)量直徑，再用當(dāng)量直徑作 近似計算。有計算公式如下： 4 1 4 Z i i i V d l L d 階梯軸第 段的長度，單位為 mm； i li 階梯軸第 段的直徑，單位為 mm； i di 自動扶梯的驅(qū)動機裝置及其 PC 可