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短行程簡易升降機設計 I 摘要 本文設計了一種短行程簡易升降機 短行程簡易升降機是工廠用于一 二 層車間之間 提升人員或重物的機械設備 主要由電機 減速器 卷揚機 制 動器 吊箱等組成 本文首先擬定了兩套升降方案 一種方案是用電動葫蘆提升 一種是用液 壓缸提升 由于電動葫蘆提升結構簡單 生產制造方便 制造成本低 使用維 護成本低 易于實現 所以本文采用了此方案 確定方案后 對卷筒及鋼絲繩進行了參數計算 對齒輪傳動進行了設計計 算 然后對機架及吊籃等各部分進行了結構設計 本文設計的升降機簡單易行 安全可靠 制造方便 成本低 關鍵詞 升降機 電動葫蘆 齒輪傳動 導輪 型鋼 短行程簡易升降機設計 II ABSTRACT This 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 短行程簡易升降機設計 III 目錄 摘要 I ABSTRACT II 目錄 III 第一章 緒論 1 1 1 課題意義 1 1 2 升降機國內外發(fā)展現狀 1 第二章 原理方案擬定 8 2 1 升降機總體方案設計 8 第三章 設計計算 12 3 1 鋼絲繩及卷筒的選型 12 3 1 1 鋼絲繩的選型 12 3 1 2 卷筒的選型 12 3 2 鋼絲繩直徑的計算與選擇 12 3 3 卷筒的設計計算 13 3 3 1 卷筒繩槽尺寸 13 2 3 2 卷筒直徑 13 3 3 3 卷筒長度 13 3 3 4 卷筒厚度 14 3 3 5 卷筒的強度計算 14 3 3 6 卷筒轉速 15 3 4 電動機的選擇 15 3 4 1 電動機類型 15 3 4 2 電動機容量的確定 16 3 2 4 制動力矩的驗算 17 第四章 齒輪傳動設計 19 4 1 齒數的確定 19 4 2 行星齒輪傳動 a c 副的設計計算 19 4 3 行星齒輪傳動 d e 副的校核計算 21 4 4 行星齒輪傳動 c b 副的校核計算 24 4 5 傳動效率的計算 27 4 6 行星齒輪傳動的主要參數 28 4 7 均載機構的選型 28 4 8 齒輪聯軸器的設計計算 28 第五章 結構設計 30 5 1 機架設計 30 5 2 防斷繩機構設計 32 5 3 導輪設計 33 結論 35 參考文獻 36 致謝 37 短行程簡易升降機設計 1 第一章 緒論 1 1 課題意義 短行程簡易升降機是工廠用于一 二層車間之間 提升人員或重物的機械 設備 主要由電機 減速器 卷揚機 制動器 吊箱等組成 簡易升降機用以 輸送人員或物料 主要應用于建筑施工與維修 它還可以作為倉庫 碼頭 船 塢 高塔 高煙囪的長期使用的垂直運輸機械 現代電梯主要由曳引機 絞車 導軌 對重裝置 安全裝置 如限速器 安全鉗和緩沖器等 信號操縱系統(tǒng) 轎廂與廳門等組成 這些部分分別安裝在建筑物的井道和機房中 通常采用鋼 絲繩摩擦傳動 鋼絲繩繞過曳引輪 電動機驅動曳引輪使轎廂升降 電梯要求 安全可靠 輸送效率高 平層準確和乘坐舒適等 升降機 電梯 的基本參數 主要有額定載重量 可乘人數 額定速度 轎廂外廓尺寸和井道型式等 其的 發(fā)展趨勢為 梯群控系統(tǒng)將更加智能化 超高速升降機 電梯 速度越來越高 藍牙技術的廣泛應用 綠色升降機 電梯 將普及 可視系統(tǒng)或人機對話等 如今 短行程簡易升降機已深入了人們的生活 高科技的發(fā)展 人們越來 越依賴于現代化的機器 對升降機的要求也變得更高 設計更新升降機已變得 更加重要 簡單易操作的升降機有利于節(jié)省工作時間 提高工作效益 更能為 操作者提供必要的安全保障 1 2 升降機國內外發(fā)展現狀 國外發(fā)展現狀 近 20 年世界工程升降機行業(yè)發(fā)生了很大變化 RT 越野輪胎升降機 和 AT 全地面升降機 產品的迅速發(fā)展 打破了原有產品與市場格局 在經濟發(fā)展 及市場激烈競爭沖擊下 導致世界工程升降機市場進一步趨向一體化 目前世 界工程升降機年銷售額已達 75 億美元左右 主要生產國為美國 日本 德國 法國 意大利等 世界頂級公司有 10 多家 主要集中在北美 日本 亞洲 和 歐洲 美國既是工程升降機的主要生產國 又是最大的世界市場之一 但由于日 短行程簡易升降機設計 2 本 德國升降機工業(yè)的迅速發(fā)展及 RT 和 AT 產品的興起 美國廠商曾在 20 世紀 60 70 年代世界市場中占有的主導地位正逐步受到削弱 從而形成美國 日本 和德國三足鼎立之勢 近幾年美國經濟回升 市場活躍 外國廠商紛紛參與競 爭 美國制造商的實力也有所增強 特雷克斯升降機公司的崛起即是例證 特 雷克斯升降機公司前身是美國科林升降機廠 1995 年以來 其通過一系列的兼 并活動 已發(fā)展成為世界頂級公司之一 日本從 20 世紀 70 年代起成為工程升降機生產大國 產品質量和數量提高 很快 已出口到歐美市場 年總產量居世界第一 自 1992 年以來 由于受日元 升值 國內基建投資下降和亞洲金融危機影響 年產量呈下降趨勢 目前日本 市場年需求量為 3000 臺左右 歐洲是潛力很大的市場 歐洲各工業(yè)國既是工程 升降機的出口國 也是重要的進口國 德國是最大的歐洲市場 其次為英國 法國 意大利等國 在德國 AT 產品市場份額中 利勃海爾占 53 格魯夫占 16 德馬泰克占 14 多田野和特雷克斯各占 10 和 5 左右 國外工程升降機行業(yè)的聯合風潮 升降機制造業(yè)中的聯合之風與汽 車業(yè)很相似 在汽車行業(yè)中 通用汽車 福特 雷諾 寶馬 梅賽德斯 大眾等大公司都走上了聯合之路 這兩個行業(yè) 的世界市場已日趨一體化 欲在成熟的世界市場獲取市場份額并保持增長 捷 徑是購買競爭對手 其長期目標是爭奪世界市場的支配地位 在升降機行業(yè) 某種意義上 打入世界市場即意味著進入北美 日本 亞洲 和歐洲三大市場 世界頂級公司都對世界市場具有強大影響力 但迄今還沒有一家公司在上述三 大市場取得主導地位 有 4 家公司已在兩大市場建立了根據地 格魯夫和特雷 克斯在北美與歐洲 多田野在亞洲和歐洲 住友建 機在亞洲及北美 格魯夫 特雷克斯和多田野公司是通過收購競爭對手進入歐洲市場的 格 魯夫先是在 1984 年吞并了英國柯爾斯 而后在 1995 年購入德國克虜伯 特雷 克斯公司于 1995 年兼并了法國 PPM 和意大利 Bendini 公司之后 近幾年又收購 了其他一些歐美公司 多田野在 1990 年吞并了德國法恩公司 住友公司在 1986 年收購了美國林克 貝爾特公司 利勃海爾和德馬泰克公司都向美洲和亞 洲出口升降機 加藤公司也將產品出售到歐洲 但升降機升降平臺生產本地化 要比依賴當地代理商創(chuàng)造更多機會 多田野和加藤這兩家公司產品相似 汽車 短行程簡易升降機設計 3 升降臺機底盤也相同 但多田野海外投資多于加藤公司 因而在增加出口 改 善國內市場萎縮帶來的困境方面處于更有利的位置 多數廠商在爭奪上述市場的同時 還努力擴大產品系列 格魯夫公司的汽 車升降機和 RT 產品具有競爭優(yōu)勢 購買克虜伯公司后 在 AT 產品方面也頗具 實力 該公司還準備生產履帶式升降機 馬尼突沃克公司已在履帶式升降機行 業(yè) 居支配地位 但也希望在其他升降機 產品領域取得相同影響力 以往升降機廠商的某些合作 大多集中于營銷協(xié)定或許可證貿易協(xié)定 許 可證貿易要比全面并購方式開展 早 風險也小 在行業(yè)中已有先例 但按許可 證協(xié)定進行制造 往往在期滿后因產權爭議而告終 特雷克斯與日本 IHI 公司有 歷史聯系 至今特雷克斯還提供涂裝 AmericanCrane 公司產品標志的 IHI 履帶 式升降機升降平臺 有人會將特雷克斯與 IHI 的合作看作許可證貿易行得通的 例證 但此類協(xié)定難以持久 其結果無非是特雷克斯要求加強對 IHI 公司的控 制 或者謀求獨立生產履帶式升降機 IHI 目前尚未建立北美市場份額 僅起 分承包商作用 英國格魯夫公司從 1999 年開始銷售神鋼履帶式升降機和城市型 升降機 多田野和日立建機公司在 1978 年簽訂的相互提供產品 擴展雙方產 品系列的合作協(xié)議 收效不大 在國內市場萎縮情況下 日立建機于 1999 年 2 月宣布 將再次考慮擴大流動式升降機生產與銷售領域與多田野的合作 而多 田野公司則希望能擁有一家美國制造基地 但目前時機尚未成熟 擁有多種類 型產品可使收入多樣化 特雷克斯公司既經營采礦設備又經營起重搬運設備 起重搬運設備包括 AT 和 RT 產品 汽車升降機 履帶式升降機 塔機等 林克 貝爾特公司基于其生產挖掘機的經驗 成為首先將液壓技術應用于桁架臂式升 降機的廠商之一 但目前住友公司已將其在日本和美國的升降機與挖掘機企業(yè) 包括林克 貝爾特 分開 其依據是升降機和挖掘機屬于不同行業(yè) 利勃海爾既 生產挖掘機 也生產流動式升降機和塔式升降機 還在愛爾蘭生產集裝箱搬運 升降機 其旗下各企業(yè)均為單獨實體 國內發(fā)展現狀 改革開放三十年以來 我國城市建設發(fā)展突飛猛進 有利的帶動了我國升降 機產業(yè)的發(fā)展 升降機做為人們出行的垂直交通工具已經隨處可見 引進外資 合作辦廠 短行程簡易升降機設計 4 1978 年 黨的十一屆三中全會作出了實行改革開放的重大決策 我們從獨 立研發(fā) 生產 安裝升降機階段發(fā)展到引進外資開辦升降機廠 大批合資升降 機企業(yè)拔地而起 如 1980 年 7 月 4 日創(chuàng)建的中國迅達升降機有限公司 是由 中國建筑機械總公司 瑞士迅達股份有限公司 香港怡和迅達 遠東 股份有 限公司 3 方合資組建 這是我國改革開放以來機械行業(yè)第一家合資企業(yè) 該公 司的建立在中國升降機行業(yè)相繼掀起了引進外資的熱潮 1984 年 12 月 1 日 天津市升降機公司 中國國際信托投資公司與美國奧的斯升降機公司合資組建 的天津奧的斯升降機有限公司正式開業(yè) 引進外資 合作辦廠不僅有利于我國本地升降機行業(yè)的進一步發(fā)展 對于 推動我國城市發(fā)展建設也有重大深遠的影響 從自 1979 年至今升降機的產量有 了飛速的增長 不僅如此產品的結構也發(fā)生了明顯的變化 老的直流升降機已 被淘汰 交流雙速梯 acvv 交流調速梯逐漸被 vvvf 交流變頻變壓調速升降機 所取代 控制系統(tǒng)已在大量采用 plc 和微電腦控制技術 最高梯速已達到 4m s 行業(yè)出現了翻天覆地的變化 升降機企業(yè)的生產條件 員工素質 管理 水平有了極大的改善與提高 為什么我們的科技能夠提高的那么快 這不能不 歸功于黨的十一屆三中全會確定的以經濟建設為中心的總方針 沒有大規(guī)模的 經濟建設 就沒有今天的升降機市場 自然就沒有今天的升降機行業(yè) 其次 不能不歸功于改革開放的政策 改革開放后 黨中央和國務院開放了上海 寧 波 溫州 福州 廣州 等多個城市特區(qū) 從 1985 年起 又相繼在長江三角洲 珠江三角洲 閩東南地區(qū)和環(huán)渤海地區(qū)開辟經濟開放區(qū) 根據升降機行業(yè)的特 殊性 這些地區(qū)也必將成為我國升降機行業(yè)發(fā)展集中地 隨著大批升降機企業(yè)的創(chuàng)建 我國升降機行業(yè)在技術 管理也不斷規(guī)范 1984 年 6 月 中國建筑機械化協(xié)會建筑機械制造協(xié)會升降機分會成立大會在西 安市召開 升降機分會為三級協(xié)會 也就是現在中國升降機協(xié)會的前身 1986 年 1 月 1 日 中國建筑機械化協(xié)會建筑機械制造協(xié)會升降機分會 更名為 中國建筑機械化協(xié)會升降機協(xié)會 升降機協(xié)會升級為二級協(xié)會 這是升降 機行業(yè)發(fā)展史上的一個里程碑 從此升降機行業(yè)第一次有了自己的行業(yè)組織 1987 年 國家標準 GB 7588 87 升降機制造與安裝安全規(guī)范 發(fā)布 該標準等 短行程簡易升降機設計 5 同采用歐洲標準 EN81 1 升降機制造與安裝安全規(guī)范 1985 年 12 月修訂版 該標準對保障升降機的制造與安裝質量有十分重要的意義 改革開放的第一個十年是我國升降機行業(yè)的萌芽期 升降機產業(yè)鏈形成的 初級階段 穩(wěn)步發(fā)展 不斷創(chuàng)新 改革開放后的第二個十年可以說是中國升降機行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展 不斷創(chuàng)新的十 年 經過改革開放第一個十年 我國升降機行業(yè)在吸收國際升降機新技術的同 時 相關的管理體制也在不斷的完善 1990 年 1 月 16 日由中國質量管理協(xié)會用戶委員會等單位組織的全國首次 國產升降機質量用戶評價新聞發(fā)布會在北京召開 會議發(fā)布了產品質量較好的 企業(yè)和服務質量較好的企業(yè)的名單 評價范圍是全國 28 個省 市 自治區(qū) 1986 年以來安裝使用的國產升降機 1150 家用戶參與了評價 1991 年 3 月升降機標準制訂修訂協(xié)調會在廊坊市中國建研院機械化所召開 會議確定 1991 年將制訂國家標準 升降機產品型號編制辦法 自動扶梯分 類 自動扶梯技術條件 自動扶梯試驗方法 自動扶梯安裝驗收 規(guī)程 修訂國家標準 GB7588 87 升降機制造與安裝安全規(guī)范 GB10060 88 升降機安裝與驗收規(guī)范 另外還將制訂 3 項行業(yè)標準 船用升降機 液壓升降機 升降機導軌檢驗規(guī)則 1992 年 3 月 23 24 日升降機協(xié)會第 2 屆理事會工作會議在杭州市舉行 會議承辦單位是上鋼三廠工貿總公司 20 名理事和 2 名名譽理事出席了會議 杜宗翰理事長作了 升降機行業(yè)目前形勢 的報告 任天笑副理事長兼秘書長 作了 中國升降機協(xié)會報批情況及有待研究的幾個問題 的報告 會議指出 升降 機協(xié)會在社團清理整頓后經建設部 1991 751 號文批準 并經民政部審查予 以登記 于 1991 年 12 月 22 日獲得了中華人民共和國社會團體登記證 社證字 第 0866 號 從而成為中國升降機協(xié)會 一級協(xié)會 這是升降機界的一大喜 事 改革開放政策實施以來 我國城市建設發(fā)展突飛猛進 更有利的帶動了我國升 降機產業(yè)的發(fā)展 1997 年取得了升降機總產量與上年持平 總產值繼續(xù)增長的 短行程簡易升降機設計 6 好成績 由此證明我國升降機行業(yè)更加成熟 適應市場變化和把握機遇的能力 已大大提高 1998 年 蘇州江南升降機有限公司民族品牌的升降機 自動扶梯 和自動人行道已銷售到馬來西亞 泰國 菲律賓 印度尼西亞 新加坡 孟加 拉國 阿聯酋 埃及 敘利亞 土耳其 阿根廷 澳大利亞 德國 英國 荷 蘭 意大利 葡萄牙 希臘等近 20 個國家及臺灣 澳門地區(qū) 我國升降機產量 突破 3 02 萬臺 迅猛發(fā)展 日新月異 隨著我國經濟的快速發(fā)展 城市化建設的不斷完善 升降機已不只存在于 高檔商務寫字樓 大酒店 商城普及到高層住宅樓 同時也走進人們生活的多 個角落 成為城市建筑中不可缺少的垂直交通工具 中國升降機行業(yè)之所以迅猛發(fā)展 日新月異 其根本的原因就是黨的十一屆三 中全會推出的改革開放的大政方針 改革開放加快了中國發(fā)展的步伐 但由于經濟發(fā)展不平衡 造成我國升降機行業(yè)發(fā)展的區(qū)域性 升降機生產 中心主要在華東和華南地區(qū) 華東地區(qū)以上海為中心 輻射蘇州 杭州 無錫 寧波一帶長江三角洲 華南地區(qū)以廣州為中心輻射東莞 中山 佛山一帶珠江 三角洲 華東是中國升降機產業(yè)的發(fā)源地 華南區(qū)域的升降機產業(yè)起步較晚 很多企業(yè)是隨著廣州改革開放的發(fā)展興起 各主要中心省市相比 江浙一帶市 場容量更大 升降機產業(yè)發(fā)展勢頭更猛 特別是蘇州 蘇州整梯年產量占國內 升降機市場的三分之一 而配件產品中 扶梯零配件年產量占全國市場的三分 之一以上 升降機零配件的年產量也已經超過四分之一 蘇州已經成為中國最 集中的升降機生產制造基地之一 在中國升降機行業(yè)發(fā)展過程中具有舉足輕重 的地位 我國有 13 億人口 在用升降機的人均擁有量是世界平均數的 1 3 是發(fā)達 國家的 1 10 巨大的升降機市場吸引了全世界幾乎所有升降機企業(yè)的關注 2007 年中國政府出臺了一系列經濟政策 加強宏觀調控力度 使升降機市場逐 步走向穩(wěn)健和規(guī)范軌道 中國大陸升降機市場在健康發(fā)展的同時穩(wěn)步攀升 升 降機產銷量達到了 21 6 萬臺 比上年凈增 4 8 萬臺 增幅為 28 這是在我國 升降機產量持續(xù)走高的基礎上又一次創(chuàng)造了歷史新高 超過了全世界升降機產 量的一半 據統(tǒng)計 2007 年我國安裝驗收升降機 146999 臺 同比增長 24 短行程簡易升降機設計 7 截止 2007 年底 全國在用升降機達 917313 臺 中國已經成為全球最大的升降 機市場 到 2008 年底 我國在用升降機量已超過 100 萬臺 中國目前不但是 全球最大的升降機生產基地和消費市場 也是擁有升降機最多的國家之一 現在我國升降機生產力不斷提高 質量也被國際市場所認可 不但能夠滿 足國內市場需求 國際市場的供應能力也在加強 短行程簡易升降機設計 8 第二章 原理方案擬定 2 1 升降機總體方案設計 本課題的主要任務是遵循機械設計的功能與可靠性 經濟性與工藝性 操 作與安全性等要求 完成短行程簡易升降機的曳引系統(tǒng)的設計 1 設計控制系統(tǒng) 2 設計設防斷繩機構 3 本升降機相關參數 1 提升重量 2T 2 升降機行程 4 5m 3 電動葫蘆 電機 減速 制動 控制一體 標準產品 供選用 功率 3kw 提升速度 8m min 4 鋼絲繩直徑 11mm 5 吊箱 根據以上要求 擬定如下兩種升降方案 方案一 方案一如下圖所示 簡易短行程升降機主要由電動葫蘆 吊籃 防斷繩機 構 機架組成 由電動葫蘆實現吊籃的提升 電動葫蘆減速器 運行機構 卷筒裝置 吊鉤 裝置 聯軸器 電動機 等主要部件組成 起升電動機采用較大起動力矩的錐形制動電機 以適應產品斷續(xù)工作中頻 繁的直接起動 最大轉矩為額定力矩的 2 4 3 倍 錐形轉子電動機 轉子為園錐形 制動器和電動機合為一體 電機不工作 時 錐形制動器抱緊電機后端蓋 始終處于制動狀態(tài) 當電動機定子通電時 除產生旋轉力矩外 同時產生軸向磁拉力 使轉子軸向移動壓縮制動彈簧 松 短行程簡易升降機設計 9 開制動輪 轉子隨即開始運轉 當電動機斷電時 軸向磁拉力消失 制動輪在 制動彈簧力的作用下產生制動力矩 電動機迅速停止運轉 吊籃上面設有防斷繩機構 吊籃上設有四個導輪 使吊籃沿四個立柱上下移 動 圖 2 1 方案一 方案二 方案二如下圖所示 簡易短行程升降機主要由液壓缸 吊籃 機架組成 短行程簡易升降機設計 10 圖 2 2 方案二 由液壓缸實現吊籃的提升 同時配備有液壓工作系統(tǒng) 液壓升降在具備安全裝 置的同時還設有 1 溢流閥 可防止上行運動時系統(tǒng)壓力過高 2 應急手動閥 電源發(fā)生故障時 可使轎廂應急下降到最近的層樓位置開門 3 手動泵 當系統(tǒng)發(fā)生故障時 可操縱手動泵打出高壓油使轎廂上升到最近的 層樓位置 4 管路破裂閥 當液壓系統(tǒng)管路破裂轎廂失速下降時 可自動切斷油路停止 下降 5 油箱油溫保護 當油箱中油溫超過標準設定值時 油溫保護裝置發(fā)生信號 暫停升降機使用 當油溫下降后方可啟動升降機 綜合以上兩種方案 方案一結構簡單 生產制造成本低 使用維護成本低 易于實現 也符合 題中所給的簡易短行程升降機設計 方案二結構復雜 須要配備多種配套施 如液壓缸 液壓泵 液壓油箱及 管路 閥等 同時 要實現 4 5 米的升降 液壓缸就要求蠻長 這在工藝上也 難以實現 同時 也會造成機架空余部分很長 造成材料 成本浪費 短行程簡易升降機設計 11 因此 本設計選用方案一 2 2 防斷繩方案 斷繩保護系統(tǒng)由連桿 安全掛鉤 節(jié)距和拉力彈簧組成 當繩斷時 吊籠 拉力 F 消失 連桿在拉力彈簧的作用下 使掛鉤沿向外外側伸出 掛在主架標 準節(jié)的水平節(jié)距桿上 圖 2 3 防斷繩機構 短行程簡易升降機設計 12 第三章 設計計算 3 1 鋼絲繩及卷筒的選型 3 1 1 鋼絲繩的選型 鋼絲繩按編繞方式可分為順繞繩 交繞繩和混繞繩 按絲與絲間的接觸狀 態(tài)分為點接觸繩 線接觸繩和面接觸繩 鋼絲繩的繩芯有石棉芯 金屬芯和有 機物芯 起重機用的承載繩大多是采用交繞式線接觸繩 繩芯為有機物芯 故 在本設計中同樣采用交繞式線接觸繩 繩芯為有機物芯的鋼絲繩 3 1 2 卷筒的選型 電動葫蘆用的卷筒 外形通常是帶有螺旋形繩槽的圓柱形 卷筒按制作方 式 可分為鑄造卷筒和焊接卷筒兩種 按繞線方式 可分為單聯卷筒和雙聯卷 筒 鑄造卷筒工藝復雜 成本較高 焊接卷筒和鑄造卷筒相比 重量大大減輕 當卷筒尺寸較大或單件生產時采用焊接卷筒是特別有利的 故而 在本設計中將采用鑄造單聯卷筒 材料采用 HT200 3 2 鋼絲繩直徑的計算與選擇 鋼絲繩受力后 內部應力難以準確計算 通?？砂翠摻z繩在工作狀態(tài)下的 最大靜拉力計算鋼絲繩的最小直徑 作用在鋼絲繩上的最大靜拉力可按下式計 算 dZQKmFS ax 式中 額定起升載荷 QF Ngm19608 20 系數 單聯卷筒 K K 滑輪組倍率 2 短行程簡易升降機設計 13 滑輪組及導向滑輪的效率 對于滾動軸承 dZ 97 0 dQ 即 NS09 137 02196max 鋼絲繩的最小直徑可按下式計算 axcd 式中 鋼絲繩最小直徑 m 鋼絲繩最大工作靜拉力 maxS NS09 13max 選擇系數 c104 c 即 取 d5 93104 d2 標記 ZSFiNATc7 62 3 3 卷筒的設計計算 3 3 1 卷筒繩槽尺寸 卷筒繩槽分標準槽和深槽兩種 通常采用標準槽 在使用時鋼絲繩有可能 脫槽時 需采用深槽 考慮到電動葫蘆的工作情況和參考其他產品 在本設計 中卷筒采用標準槽 2 3 2 卷筒直徑 卷筒直徑有卷筒名義直徑和卷筒繞直徑之分 卷筒名義直徑是指繩槽底的直徑 用下式計算 dhD 1 式中 鋼絲繩直徑 1m 與機構級別有關的系數 19h 即 取 19 209 D20 卷筒的繞直徑是指卷筒上鋼絲繩中心的直徑 其值用下式計算 短行程簡易升降機設計 14 0210Ddm 3 3 3 卷筒長度 單聯卷筒的長度可按下式計算 210LL 其中 tnDHm 00 式中 起升高度 60 滑輪組倍率 2 卷筒繞直徑 001m 附加安全圈數 取為 n 螺旋槽螺距 tt4 固定繩尾所需長度 取 1L mtL42131 卷筒兩端空余部分的長度 取 2 62 即 取 60214343 14 L35 3 3 4 卷筒厚度 對于鋼制卷筒 卷筒的厚度 md12 3 3 5 卷筒的強度計算 卷筒壁主要承受壓應力 扭轉應力和彎曲應力 而扭轉應力通常很小 可 以忽略不計 當 時 彎曲應力可以不考慮 其合成應力僅為壓應力 即Dl3 y yytSA max 短行程簡易升降機設計 15 式中 作用在筒壁上的壓應力 y aMP 應力減小系數 取 A75 0 A 鋼絲繩最大拉力 maxS NS9 13max 卷筒厚度 12 卷筒螺旋繩槽螺距 t t4 即 03 9 75 14y aMP sy 其中 鋼的屈服極限 取 s asP35 即 ayMP67 235 1 所以 強度條件 能滿足 y 3 3 6 卷筒轉速 卷筒的轉速可按下式計算 06Dmvnnt 式中 卷筒轉速 t i r 起升速度 nv8 in0 13nvms 卷筒繞直徑 0D02D 滑輪組倍率 m 即 62 13in 4tnr 3 4電動機的選擇 3 4 1 電動機類型 短行程簡易升降機設計 16 電動葫蘆屬于小型起重機械 通常選用交流異步電動機 常用的電機型號 為 YZR YZ YEJ ZD 等 參考業(yè)內對于電動葫蘆起升機構所選用的電動機 類型 在本設計中將采用 ZD 型錐形轉子異步電動機 這種電動機由錐形定子 錐形轉子 制動彈簧和裝在風扇及端蓋上的制動環(huán)組成 當電動機通電后 除 產生使轉子旋轉的電磁力外 氣隙磁場還在轉子錐形面產生軸向力 使轉子產 生軸向位移 壓縮彈簧并使錐形制動環(huán)與后蓋分離 電機正常運轉 斷電后 軸向磁力消失 轉子在制動彈簧壓力下軸向復位 使錐形制動環(huán)與后蓋制動體 接觸 產生摩擦制動力矩 使轉子停止 3 4 2 電動機容量的確定 電動機容量的確定原則是在規(guī)定的工作方式下 電動機溫升不超過容許值 保證有足夠的啟動轉矩和過載能力 1 初選電動機型號 首先應該計算穩(wěn)態(tài)平均功率 對于不同的工作機構 可根據載荷和速度 按下式求出穩(wěn)態(tài)的平均功率 對于起升機構 10nQsvFGP 式中 起升機構電動機的穩(wěn)態(tài)平均功率 s kW 穩(wěn)態(tài)負載平均系數 8 0 G 額定起升載荷 QFNFQ196 起升速度 nvsmvn5 機械總效率 取 80 即 kWPs 7 25 10968 所以 初選 ZD31 4 型號的電動機 額定功率 kWPn0 3 2 電動機的過載校核 起升機構電動機的過載校核公式為 短行程簡易升降機設計 17 10mnQnvHFP 式中 基準接電持續(xù)率時的電動機額定功率 n kW 額定起升載荷 QFNFQ1960 起升速度 nvsmvn5 機械總效率 取 8 基準接電持續(xù)率時 電動機轉矩允許的過載倍數 取 m 1 2 m 考慮電壓降 最大轉矩存在誤差等因素的系數 取 H H 即 kWPn 62 385 01 296 初選的電動機不能滿足要求 所以電動機選用 ZD32 4 型 額定功率 kWn5 4 3 電動機發(fā)熱校核 設電動葫蘆的使用年限為 8 年 每年工作 300 天 每天八小時工作制 兩 班倒 則電動葫蘆的預期壽命 hLh384016 對電動機進行發(fā)熱校核時 首先按下式計算電動機所需的接電持續(xù)率 102 tPnws 式中 電動機所需的接電持續(xù)率 計算得到的穩(wěn)態(tài)平均功率 s kWPs7 2 基準接電持續(xù)率時的電動機額定功率 nP n5 4 一個工作循環(huán)的時間 t st60 一個工作循環(huán)中電動機實際工作的時間 w stw4 98306 即 故滿足要求 254 1065 4 9872 短行程簡易升降機設計 18 3 2 4 制動力矩的驗算 起升時作用在電動機軸上的轉矩為 miDFTQj20 下降時 作用在電動機軸上的轉矩為 0 2iTQj 式中 額定起升載荷 FNFQ1960 卷筒繞直徑 0DmD20 滑輪組倍率 m 傳動比 電動機額定轉速和卷筒轉速之比 i 45 382 10 tni 上升時機械總效率 取 85 0 下降時機械總效率 取 即 94 2385 0432196 jT 17 j 制動力矩需滿足下式 jZdTKM 式中 制動器的制動力矩 mNMZd 8 62 制動安全系數 取 Zd 751K 即 故滿足要求 28 30 175 862 短行程簡易升降機設計 19 第四章 齒輪傳動設計 4 1 齒數的確定 行星齒輪傳動的齒數確定是相當費時的工作 往往需要反復估算多次 才 能得到較為滿意的結果 齒輪的齒數除必須滿足一般齒輪傳動中對齒輪齒數的 要求 還必須滿足傳動比條件 同心條件 鄰接條件和裝配條件 在機械設計手冊中 行星齒輪傳動中齒輪的齒數以列出標準值 可通過查 表的方式確定齒數 確定的齒數見表 4 1 所示 表 4 1 齒輪齒數 傳動比 齒輪編號 a b e c d52 67 21 114 105 47 38 短行程簡易升降機設計 20 4 2 行星齒輪傳動 a c副的設計計算 1 按齒面接觸強度初算小齒輪分度圓直徑 132lim1unKTdHdpcPAt 式中 算式系數 tdK768 t 使用系數 A1A 計算接觸強度的行星輪間載荷不均衡系數 HP 10 HPK 計算齒輪副小齒輪的名義轉矩 其值可按下式計算 1TbaecdbaTzz 11 其中 分別為各個齒輪的齒數 其值可在表 4 1 中查得 edc 齒輪 所傳遞的轉矩 eTmNnPe 6 1482 504954 效率 bae 853 061 29 04715382 beaXbaei 所以 mNT 0615473821 齒數比 u2 aczu 小齒輪齒寬系數 取d 54 031283 0 dcacdbz 0 6 行星輪個數 pn3 pn 綜合系數 HK0 2 HK 電動葫蘆動力系數 c 5 1 c 短行程簡易升降機設計 21 試驗齒輪的接觸疲勞極限 limH MPaH480lim 即 d 9 52 14806 335 125 17681 2 按齒輪彎曲強度初算齒輪模數 3lim211znYKTmFdpacAtn 式中 算式系數 t t 計算齒輪副小齒輪的名義轉矩 1T mNT 52 31 使用系數 AK1AK 計算齒輪彎曲強度的行星輪間載荷不均衡系數 FP 15 FPK 綜合系數 0 2 F 小齒輪齒數 1z1z 載荷作用于齒頂時小齒輪的齒形系數 FaY 76 21 FaY 試驗齒輪的彎曲疲勞極限 lim MPF40lim 即 取 19 40215 0376 3 1 2 n 5 2 n 4 3 行星齒輪傳動 d e副的校核計算 1 按輪齒彎曲強度計算 計算齒根應力 YbmKFSaFnPFvAt 式中 齒根應力 F M 端面內分度圓名義切向力 其值可按下式計算 t 短行程簡易升降機設計 22 NdnTFeptet 6 359210 23420 使用系數 AKAK 動載系數 v 5 v 彎曲強度計算的齒向載荷分布系數 F 08 1 FK 彎曲強度計算的齒間載荷分配系數 K 計算齒輪彎曲強度的行星輪間載荷不均衡系數 FP 15 FP 小齒輪齒寬 取 b mdb5 283 0 b30 齒輪模數 nm5 2nm 載荷作用于齒頂時的應力修正系數 SaY 67 1SaY 載荷作用于齒頂時的齒形系數 F 402 F 彎曲強度計算的重合度系數 其值由下式確定 式中 所以nY 75 02 715 86 5 cos2 n 69 1 螺旋角系數 Y1 Y 即 MPaF 6 2519 0674 25 2308 5 許用齒根應力 XRrelTlFNTSFPYY minl 式中 許用齒根應力 MPa 試驗齒輪的彎曲疲勞極限 limF MPaF40lim 試驗齒輪的應力修正系數 STY 2STY 彎曲強度計算的壽命系數 N 5N 短行程簡易升降機設計 23 相對齒根圓角敏感系數 relTY 0 1 relTY 相對齒根表面狀況系數 Rrl Rrl 彎曲強度計算的尺寸系數 X X 彎曲強度計算的最小安全系數 minFS 6 1min FS 即 MPaP12506 15240 所以滿足條件 故安全 FP 2 按接觸強度計算 計算接觸應力 11MPaubdKZHPvAtEH 式中 齒面的接觸應力 節(jié)點區(qū)域系數 H5 2 H 彈性系數 EZ819EZ 重合度系數 7 0 螺旋角系數 端面內分度圓名義切向力 tF NFt6 3592 使用系數 AK1AK 動載系數 v 25 v 接觸強度計算的齒向載荷分布系數 H 15 HK 接觸強度計算的齒間載荷分配系數 K 計算接觸強度的行星輪間載荷不均衡系數 HP 0 HP 齒數比 u76 238105 u 齒寬 bmb 短行程簡易升降機設計 24 小齒輪的分度圓直徑 1dmd951 即 MPaH 5 8076 219530 2 6875 095 2 計算許用接觸應力 minl MPaZSZXWRvLHNP 式中 齒面許用接觸應力 試驗齒輪的接觸疲勞極限 limH PaH480lim 接觸強度計算的壽命系數 NZ 6 1NZ 潤滑劑系數 L 0 1 LZ 速度系數 v v 粗糙度系數 RZ R 工作硬化系數 W12 WZ 接觸強度計算的尺寸系數 X 0 X 接觸強度計算的最小安全系數 minHS 26 1min HS 即 MPaP 7 6822 1480 所以滿足 強度條件 故安全 HP 4 4 行星齒輪傳動 c b副的校核計算 1 按接觸強度計算 計算接觸應力 11MPaubdKFZHPvAtEH 式中 齒面的接觸應力 短行程簡易升降機設計 25 節(jié)點區(qū)域系數 HZ5 2 HZ 彈性系數 E 819E 重合度系數 6 0 螺旋角系數 Z Z 端面內分度圓名義切向力 其值可用下式計算 tF 其中bptbtdnT20 mNzzTecdabab 7 1386 410573824211 所以 tFN 362857 0 使用系數 AK1 AK 動載系數 v v 接觸強度計算的齒向載荷分布系數 H 15 HK 接觸強度計算的齒間載荷分配系數 K 計算接觸強度的行星輪間載荷不均衡系數 HP 0 HP 齒數比 u43 271 u 齒寬 bmb30 小齒輪的分度圓直徑 1d md5 1 即 MPaH 2 3964 12 7302 468 095 2 計算許用接觸應力 minl MPaZSZXWRvLHNP 式中 齒面許用接觸應力 短行程簡易升降機設計 26 試驗齒輪的接觸疲勞極限 limH MPaH480lim 接觸強度計算的壽命系數 NZ 6 1NZ 潤滑劑系數 L 0 1 LZ 速度系數 v v 粗糙度系數 RZ R 工作硬化系數 W12 WZ 接觸強度計算的尺寸系數 X 0 X 接觸強度計算的最小安全系數 minHS 26 1min HS 即 MPaP 7 6822 1480 所以滿足 強度條件 故安全 HP 2 按輪齒彎曲強度計算 計算齒根應力 YbmKFSaFnPFvAt 式中 齒根應力 F M 端面內分度圓名義切向力 t Nt1 3246 使用系數 AK1 AK 動載系數 v 25 v 彎曲強度計算的齒向載荷分布系數 F 08 1 FK 彎曲強度計算的齒間載荷分配系數 K 計算齒輪彎曲強度的行星輪間載荷不均衡系數 FP 15 FP 小齒輪齒寬 取 bmb30 齒輪模數 nm5 2n 短行程簡易升降機設計 27 載荷作用于齒頂時的應力修正系數 SaY 68 1 SaY 載荷作用于齒頂時的齒形系數 F 352F 彎曲強度計算的重合度系數 其值由下式確定 式中 所以nY 75 02 75 1 cos2 n 6 1 螺旋角系數 Y1 Y 即 MPaF 5 1967 08135 25 2308 24 許用齒根應力 XRrelTlFNTSFPYY minl 式中 許用齒根應力 MPa 試驗齒輪的彎曲疲勞極限 limF MPaF40lim 試驗齒輪的應力修正系數 STY 2STY 彎曲強度計算的壽命系數 N 5N 相對齒根圓角敏感系數 relT 0 1 relT 相對齒根表面狀況系數 RrlYRrlY 彎曲強度計算的尺寸系數 X X 彎曲強度計算的最小安全系數 minFS 6 1min FS 即 MPaP12506 15240 所以滿足條件 故安全 FP 4 5 傳動效率的計算 醒醒齒輪傳動的效率是傳動裝置的重要性能指標 行星齒輪傳動的功率損 短行程簡易升降機設計 28 失主要有 齒輪嚙合副的摩擦損失 軸承中的摩擦損失 潤滑油飛濺和攪動的 液力損失 均載機構或輸出機構的摩擦損失 因此考慮上述四項功率損失的行 星齒輪傳動總功率為 QYzc 式中 齒輪嚙合效率 853 0 baec 軸承效率 可忽略不計 z 考慮液力損失的效率 可不考慮 Y 均載機構或 N 型傳動輸出機構的效率 Q 95 0 Q 即 85 09 853 0 4 6 行星齒輪傳動的主要參數 經過對行星齒輪傳動系統(tǒng)的設計計算和校核計算 可確定各個齒輪的主要 參數 見表 4 1 所示 表 4 1 行星齒輪傳動的主要參數 齒輪代號 參數名稱 a b c d e 齒數 z21 114 47 38 105 模數 mn2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 齒寬系數 d 0 6 0 1 0 25 0 3 0 1 齒寬 40 35 30 30 35 分度圓直徑 m52 5 287 5 117 5 95 262 5 齒根圓直徑 df 46 25 298 75 111 25 88 75 256 25 齒頂圓直徑 a57 5 282 5 122 5 100 267 5 短行程簡易升降機設計 29 4 7 均載機構的選型 行星齒輪傳動中 由于多個行星輪分擔載荷 使每個行星輪傳遞的載荷減 小 因而行星齒輪傳動裝置具有體積小 重量輕 噪聲低 承載能力高等優(yōu)點 但由于制造安裝誤差 零件變形及溫度等因素的影響 使各個行星輪分擔載荷 不均勻 從而降低了傳動的承載能力和性能 均載機構的形式很多 查閱指導 書 通過對比各種均載機構的特點和應用范圍 最終選用內齒輪浮動形式的均 載機構 這種均載機構的特點是 內齒輪通過雙聯齒輪聯軸器與機體想連接 軸向尺寸較小 但由于浮動件尺寸大 質量大 加工不方便 浮動靈敏性差 由于結構關系 常用于 NGWN 型行星齒輪傳動中 4 8 齒輪聯軸器的設計計算 齒輪聯軸器廣泛用于浮動機構中 使浮動構件在不平衡力作用下產生位移 以達到各個行星輪均載的目的 浮動構件中常用的齒輪聯軸器有單聯齒輪聯軸 器和雙聯齒輪聯軸器兩種類型 單聯齒輪聯軸器的特點是 內齒套固定不動 浮動齒輪只能做角度位移 會引起載荷沿齒寬方向分布不均勻 雙聯齒輪聯軸器的特點是 內齒套浮動 浮動齒可作軸線平行位移 使各行星輪均載 且齒向載荷分布均勻 根據兩種齒輪聯軸器的特點 最終選用雙聯齒輪聯軸器 查閱指導書 2 60 頁圖 3 2 可確定齒輪聯軸器的基本參數如下表 4 2 表 4 2 齒輪聯軸器的主要參數 模數 分度圓直徑 齒數 5 0 300 60 再計算齒輪聯軸器的幾何參數 1 齒形角 o20 2 齒頂高系數 外齒輪 內齒輪 1 ah8 0 ah 短行程簡易升降機設計 30 3 齒頂圓直徑 外齒輪 mmzda 31052601 內齒輪 92 2 4 齒根圓直徑 外齒輪 zdf 5 87 605 1 內齒輪 mmf 31222 5 齒寬 b30 第五章 結構設計 5 1 機架設計 機架設計準則 底座 機架 箱體 基板等零件都屬于機架零件 機架零件可劃分為四大類 即機座類 機架類 基板類和箱殼類 對機架 零件一般可提出下列要求 1 工況要求 即任何機架的設計首先必須保證機器的特定工作要求 例如 保 短行程簡易升降機設計 31 證機架上安裝的零部件能順利運轉 機架的外形或內部結構不致有阻礙運動件 通過的突起 設置執(zhí)行某一工況所必需的平臺 保證上下料的要求 人工操作的 方便及安全等 2 剛度要求 在必須保證特定的外形條件下 對機架的主要要求是剛度 如果 基礎部件的剛性不足 則在工作的重力 夾緊力 摩擦力 慣性力和工作載荷 等的作用下 就會產生變形 振動或爬行 而影響產品定位精度 加工精度及 其它性能 例如機床的零部件中 床身的剛度則決定了機床的生產率和加工產 品的精度 3 強度要求 對于一般設備的機架 剛度達到要求 同時也能滿足強度的要求 4 穩(wěn)定性要求 對于細長的或薄壁的受壓結構及受彎 壓結構存在失穩(wěn)問題 某些板殼結構也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題 失穩(wěn)對結構會產生很大的破壞 設計時必須校核 5 美觀 目前對機器的要求不僅要能完成特定的工作 還要使外形美觀 6 其它 如散熱的要求 防腐蝕及特定環(huán)境的要求 在滿足機架設計準則的前提下 必須根據機架的不同用途和所處環(huán)境 考 慮下列各項要求 并有所偏重 1 機架的重量輕 材料選擇合適 成本低 2 結構合理 便于制造 3 結構應使機架上的零部件安裝 調整 修理和更換都方便 4 結構設計合理 工藝性好 還應使機架本身的內應力小 由溫度變化引起的 變形應力小 5 抗振性能好 6 耐腐蝕 使機架結構在服務期限內盡量少修理 7 有導軌的機架要求機架導軌面受力合理 耐磨性良好 本次機架采用槽鋼作為主材料 焊接而成 短行程簡易升降機設計 32 圖 5 1 機架設計 短行程簡易升降機設計 33 圖 5 2 吊籃設計 5 2 防斷繩機構設計 斷繩保護系統(tǒng)由連桿 安全掛鉤 節(jié)距和拉力彈簧組成 當繩斷時 吊籠 拉力消失 連桿在拉力彈簧的作用下 使掛鉤沿向外外側伸出 掛在主架標準 節(jié)的水平節(jié)距桿上 連桿及銷軸采用 45 號鋼加工而成 彈簧材料采用 65Mn 圖 5 3 防斷繩機構 圖 5 4 防斷繩彈簧結構 短行程簡易升降機設計 34 圖 5 5 防斷繩鉸鏈結構 5 3 導輪設計 導輪結構如下圖所示 導輪沿立柱槽鋼可上下滾動 導輪的軸通過螺母安 裝在吊籃的四個角部 導輪內部設有兩個軸承 其結構圖如下 短行程簡易升降機設計 35 圖 5 6 導輪 短行程簡易升降機設計 36 結論 短行程簡易升降機是工廠用于一 二層車間之間 提升人員或重物的機械 設備 主要由電機 減速器 卷揚機 制動器 吊箱等組成 簡易升降機用以 輸送人員或物料 主要應用于建筑施工與維修 它還可以作為倉庫 碼頭 船 塢 高塔 高煙囪的長期使用的垂直運輸機械 如今 短行程簡易升降機已深入了人們的生活 高科技的發(fā)展 人們越來 越依賴于現代化的機器 對升降機的要求也變得更高 設計更新升降機已變得 更加重要 簡單易操作的升降機有利于節(jié)省工作時間 提高工作效益 更能為 操作者提供必要的安全保障 本文設計的簡易短行程升降機 采用了電動葫蘆式的提升方案 主要由電 動葫蘆 吊籃 防斷繩機構 機架組成 起升電動機采用較大起動力矩的錐形制動電機 以適應產品斷續(xù)工作中頻 繁的直接起動 最大轉矩為額定力矩的 2 4 3 倍 吊籃上面設有防斷繩機構 吊籃上設有四個導輪 使吊籃沿四個立柱上下 移動 本簡易短行程升降機結構簡單 生產制造成本低 安全可靠 使用維護成 本低 易于實現 短行程簡易升降機設計 37 參考文獻 1 濮良貴 紀名剛主編 機械設計 第八版 M 北京 高等教育出版社 2006 5 2 成大先主編 機械設計手冊 第五版 M 北京 化學工業(yè)出版社 2008 3 3 郭宏亮主編 機械原理 M 北京 北京大學出版社 2011 12 4 林怡青 謝宋良 王文濤編 機械設計基礎課程設計指導書 M 北京 清華 大學出版社 2010 1 5 顧曉勤 劉申全主編 工程力學 M 北京 機械工業(yè)出版社 2006 1 7 張殿印 王純主編 除塵器手冊 北京 化學工業(yè)出版社 2005 1 8 劉愛芳 粉塵分離與過濾 M 北京 冶金工業(yè)出版社 1998 9 王洪欣 機械設計工程學 徐州 中國礦業(yè)大學出版社 2004 10 唐大放 機械設計工程學 徐州 中國礦業(yè)大學出版社 2004 11 李昌熙 采煤機 北京 煤炭工業(yè)出版社 1988 12 許洪基 現代機械傳動手冊 北京 機械工業(yè)出版社 1995 13 謝錫純 礦山機械與設備 徐州 中國礦業(yè)大學出版社 2004 14 Proposed Technologies for Mining System Deep Seabed Polymetallic Nodules Procee dings of the International Seabed Authority s Workshop held in Kingston Jamaica August3 6 1999 15 Design Reports of Manganese Nodule Mining System for 6000m Institute fur Konstruktion University Siegen November 2000 短行程簡易升降機設計 38 致謝 在本次畢業(yè)設計過程中 我的指導老師 教授給了我很多重要的參考意見 并 定期和我討論設計過程中遇到的難題 給予了我極大的鼓勵和耐心的教誨 無論 是剛開始總體方案的確定 還是畢業(yè)論文的撰寫和圖紙的繪制 都凝聚了他們大 量的心血和汗水 使我的設計設計在原有基礎上更合理更完美 在此 我衷心的向 老師致以誠摯的謝意 感謝他們在設計過程給予我大力 幫助和極大的鼓勵 最后 感謝各位參閱教師在百忙之中給我的設計評閱與指導