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圖書分類號：
密 級：
畢業(yè)設計(論文)
三層貨運電梯曳引機及傳動系統(tǒng)設計
TO DESIGN TRACTOR AND TRANSMISSION SYSTEM OF THREE FREIGHT ELEVATOR
學生姓名
學院名稱
專業(yè)名稱
指導教師
20**年
5月
27日
摘要
電梯的曳引機主要是由曳引繩、電動機、減速器、曳引輪、制動器和聯(lián)軸器組成。根據(jù)電梯運行的速度和載荷來選用電動機和制動器。曳引繩的設計，首先選用一種曳引繩的繞法，再由它的受力情況來選擇曳引繩的數(shù)量和截面積。減速器是設計的主體部分，要根據(jù)電動機的轉速、電梯的運行速度、曳引輪的直徑等參數(shù)設計減速器。電梯是利用曳引鋼絲繩與曳引輪緣上繩槽的摩擦力傳遞動力，所以必須設計表面摩擦系數(shù)大且耐磨的曳引輪。選用剛性聯(lián)軸器，保證傳遞的動力，但要求兩軸的對中度較高。
關鍵詞 貨運電梯；曳引機；組成；設計
Abstract
Elevator traction machine mainly by the traction rope, motor, reducer, traction wheels, brakes and coupling components. The operating speed of the elevator and load the selection of motor and brake. The design of the traction rope, first choose a traction rope around the law, then the forces it to choose the number of the traction rope and cross-sectional area. Reducer is the main part of the design, according to motor speed, lift speed, traction wheel gear design parameters such as diameter. Lift is the use of traction on the rim of the traction rope friction groove transmit power, it must design and wear-resistant surface friction coefficient of the traction wheel. Rigid coupling used to ensure the transfer of power, but requires moderately high on both axes.
朗讀
顯示對應的拉丁字符的拼音
Keywords Freight elevator Traction machine composition design
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 課題研究的背景意義 1
1.2 曳引機的介紹 2
1.2.1曳引機的分類 2
1.2.2 曳引機的結構 2
2 曳引機及其傳動系統(tǒng)的工作原理及主要參數(shù) 6
2.1 曳引機及其傳動系統(tǒng)的工作原理 6
2.2 主要參數(shù) 7
3曳引機及其運動系統(tǒng)設計 9
3.1引繩的設計 9
3.1.1常見曳引繩的繞法 9
3.1.2曳引傳動中的線速度與載荷力的關系 9
3.1.3曳引繩的受力分析 10
3.1.4鋼絲繩的選用 10
3.2曳引電動機的選擇 11
3.3減速器的設計 12
3.3.1減速器傳動類型的選擇 12
3.3.2常用蝸桿傳動的分類及特點 13
3.3.3蝸桿傳動的幾何尺寸計算 13
3.3.4圓柱蝸桿傳動的受力分析 17
3.3.5蝸桿傳動材料選擇 18
3.3.6圓柱蝸桿傳動強度計算和剛度驗算 19
3.3.7蝸桿傳動的布置與潤滑油方式 20
3.4曳引輪的設計 21
3.4.1曳引輪參數(shù)的計算 21
3.4.2曳引輪的材料及結構 21
3.4.3曳引輪繩槽形狀分析 22
3.5制動器的選擇 23
3.5.1制動器類型的選擇 23
3.5.2電磁制動器的工作原理及其構造 24
3.5.3制動器參數(shù)計算及選用 25
3.6聯(lián)軸器的選用 25
3.6.1聯(lián)軸器的種類及其特點 25
3.6.2聯(lián)軸器型號選擇 26
結論 28
致謝 29
參考文獻 30
1 緒論
隨著社會的發(fā)展，貨梯在社會發(fā)展中扮演了一個越來越重要的角色。曳引機及其傳動系統(tǒng)是貨梯中非常重要的部件，它的設計水平將影響貨梯的服務能力。為了讓貨梯更好地服務于人類，必須設計好貨梯的曳引機及其傳動系統(tǒng)。
1.1 課題研究的背景意義
伴隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，高層建筑不斷出現(xiàn)，電梯也隨之問世。電梯是服務于規(guī)定樓層的固定式升降設備。電梯業(yè)的發(fā)展使得電梯業(yè)界涌現(xiàn)了各種類型的電梯，不同類型的電梯有著不同的用途，但不管是什么類型的電梯，它們有著一個共同的作用——方便了人們的生產(chǎn)生活。貨梯作為電梯中的一種，在人們的日常生活中扮演了不可或缺的角色。曳引式貨梯在實際生活生產(chǎn)中運用非常的廣泛。曳引機是驅動電梯的轎廂和對重裝置作上、下運行的裝置。
曳引式提升機構是世界上電梯行業(yè)廣泛采用的提升形式，它與卷揚式（或稱強制式）提升機構相比具有以下幾點優(yōu)越性[1]：
（1）安全可靠 如果下降中的轎廂或對重因為某種原因沖擊底坑中的緩沖器時，曳引式提升機構能自動消失曳引能力，不致于使轎廂或對重繼續(xù)向上運行直到?jīng)_擊電梯機房樓板或拉斷曳引鋼絲繩，造成傷亡事故和財產(chǎn)損失。
（2）允許提升高度大 曳引式提升機機構不像卷揚式提升機構那樣，隨著電梯的上升，曳引鋼絲繩不繼地一圈一圈地繞在卷筒上，其曳引鋼絲繩的長度不受限制，因此可以實現(xiàn)將轎廂提升到任何實際需要的高度上。
（3）結構緊湊 對于垂直起吊設備，根據(jù)規(guī)范要求，曳引輪直徑與鋼絲繩直徑之比不得小于40。
曳引式提升機構可以比較容易地通過增加鋼絲繩的根數(shù)或減少曳引鋼絲繩的直徑，從而可達到曳引輪直徑的減小和使整個提升機構的重量減輕。
由于電梯上曳引鋼絲繩都在3根以上，因此電梯上采用曳引式提升機構比卷揚式提升機構的結構更緊湊，
（4）便于選用價格便宜、結構緊湊的高轉速電動機 在電梯額定速度一定的情況下，曳引輪直徑越小，則需要曳引輪轉速越高，與此同時也就要驅動電動機轉速越高。因此采用曳引式提升機構便于選用結構緊湊、價格便宜的高轉速電動機
曳引機是曳引式貨梯的驅動部分，是其主要組成部分，它的設計水平、產(chǎn)品質量直接影響電梯的質量，其強度和壽命直接影響電梯的壽命，因而電梯曳引機的設計水平也影響了人們正常的生產(chǎn)生活、關系著人們的健康，也影響著社會的發(fā)展。為了確保曳引式貨梯正常工作、安全使用，使它更好地作用于社會，必須設計出切實可行的曳引機及其傳動系統(tǒng)。本課題設計緊密聯(lián)系實際，以曳引式三層貨梯為例，設計它的曳引機及其傳動機構。
1.2 曳引機的介紹
電梯的曳引機是電梯的動力設備，又稱為電梯的主機。其功能是輸送與傳遞動力使電梯運行。
1.2.1曳引機的分類
曳引機按有無減速箱可分為：有齒輪曳引機和無齒輪曳引機
（1）有齒輪曳引機：拖動裝置的動力，通過中間減速器傳遞到曳引輪上的曳引機，其中的減速箱通常采用蝸輪蝸桿傳動（也有用斜齒輪傳動），這種曳引機用的電動機有交流的，也有直流的，一般用于低速電梯和高速電梯上。曳引比通常為35:2。如果曳引機的電動機動力是通過減速箱傳到曳引輪上的，稱為有齒輪曳引機，一般用于2．5m／s以下的低中速電梯。
（2）無齒輪曳引機：拖動裝置的動力，不用中間的減速器而是直接傳遞到曳引輪上的曳引機。以前這種曳引機大多是直流電動機為動力，現(xiàn)在國內已經(jīng)研發(fā)出來有自主知識產(chǎn)權的交流永磁同步無齒輪曳引機，如許昌博瑪曳引機。曳引比有2：1和1：1。載重320kg～2000kg，梯速0.3m/s～4.00m/s。若電動機的動力不通過減速箱而直接傳動到曳引輪上則稱為無齒輪曳引機，一般用于2．5m／s以上的高速電梯和超高速電梯。
本設計的對象是三層貨梯，對電梯的速度要求不高，它屬于低中速電梯。故設計的對象是有齒輪曳引機。
1.2.2 曳引機的結構
曳引電動機
電梯的曳引電動機有交流電動機和直流電動機，曳引電動機是驅動電梯上下運行的動力源。電梯是典型的位能性負載。根據(jù)電梯的工作性質，電梯曳引電動機應具有以下特點[2]:
（1）能頻繁地起動和制動：電梯在運行中每小時起制動次數(shù)常超過100次，最高可達到每小時180～240次，因此，電梯專用電動機應能夠頻繁起、制動，其工作方式為斷續(xù)周期性工作制。
（2）起動電流較小：在電梯用交流電動機的鼠籠式轉子的設計與制造上，雖然仍采用低電阻系數(shù)材料制作導條，但是轉子的短路環(huán)卻用高電阻系數(shù)材料制作，使轉子繞組電阻有所提高。這樣，一方面降低了起動電流，使起動電流降為額定電流的2．5～3．5倍左右，從而增加了每小時允許的起動次數(shù)；另一方面，由于只是轉子短路端環(huán)電阻較大，利于熱量直接散發(fā)，綜合效果使電動機的溫升有所下降。而且保證了足夠的起動轉矩，一般為額定轉矩的2．5倍左右。不過，與普通交流電動機相比，其機械特性硬度和效率有所下降，轉差率也提高到0．1～0．2。機械特性變軟，使調速范圍增大，而且在堵轉力矩下工作時，也不致燒毀電機。
（3）電動機運行噪聲低：為了降低電動機運行噪聲，采用滑動軸承。此外，適當加大定子鐵芯的有效外徑，并在定子鐵芯沖片形狀等方面均作合理處理。
制動器
電梯采用的是機一電摩擦型常閉式制動器，所謂常閉式制動器，指機械不工作時制動器制動，機械運轉時 松閘。電梯制動時，依靠機械力的作用，使制動帶與制動輪摩擦而產(chǎn)生制動力矩；電梯運行時，依靠電磁力使制動器松閘，因此又稱電磁制動器。根據(jù)制動器產(chǎn)生電磁力的線圈工作電流，分為交流電磁制動器和直流電磁制動器。由于直流電磁制動器制動平穩(wěn)，體積小，工作可靠，電梯多采用直流電磁制動器。因此這種制動器的全稱是常閉式直流電磁制動器。
制動器是保證電梯安全運行的基本裝置，對電梯制動器的要求是：能產(chǎn)生足夠的制動力矩，而且制動力矩大小應與曳引機轉向無關；制動時對曳引電動機的軸和減速箱的蝸桿軸不應產(chǎn)生附加載荷；當制動器松閘或制動時，要求平穩(wěn)，而且能滿足頻繁起、制動的工作要求；制動器應有足夠的剛性和強度；制動帶有較高的耐磨性和耐熱性；結構簡單、緊湊、易于調整；應有人工松閘裝置；噪聲小。
制動器功能基本要求：
①當電梯動力電源失電或控制電路電源失電時，制動器能立即進行制動。
②當轎廂載有125％額定載荷并以額定速度運行時，制動器應能使曳引機停止運轉。
③電梯正常運行時，制動器應在持續(xù)通電情況下保持松開狀態(tài)；斷開制動器的釋放電路后，電梯應無附加延遲地被有效制動。
④切斷制動器的電流，至少應用兩個獨立的電氣裝置來實現(xiàn)。電梯停止時，如果其中一個接觸器的主觸點未打開，最遲到下一次運行方向改變時，應防止電梯再運行。
⑤裝有手動盤車手輪的電梯曳引機，應能用手松開制動器并需要一持續(xù)力去保持其松開狀態(tài)。
制動器的工作原理：當電梯處于靜止狀態(tài)時，曳引電動機、電磁制動器的線圈中均無電流通過，這時因電磁鐵芯間沒有吸引力、制動瓦塊在制動彈簧壓力作用下，將制動輪抱緊，保證電機不旋轉；當曳引電動機通電旋轉的瞬間，制動電磁鐵中的線圈同時通上電流，電磁鐵芯迅速磁化吸合，帶動制動臂使其制動彈簧受作用力，制動瓦塊張開，與制動輪完全脫離，電梯得以運行；當電梯轎廂到達所需停站時，曳引電動機失電、制動電磁鐵中的線圈也同時失電，電磁鐵芯中的磁力迅速消失，鐵芯在制動彈簧的作用下通過制動臂復位，使制動瓦塊再次將制動輪抱住，電梯停止工作。
減速器
減速器被用于有齒輪曳引機上。安裝在曳引電動機轉軸和曳引輪轉軸之間。
減速器(箱)的種類及其特點：蝸桿減速器是由帶主動軸的蝸桿與安裝在殼體軸承上帶從動軸的蝸輪組成，其速比可在18～120范圍內，蝸輪的齒數(shù)不少于30，其效率不如齒輪減速器，但其結構緊湊，外型尺寸不大。
蝸桿減速器特點：傳動比大，噪音小、傳動平穩(wěn)，而且當由蝸輪傳動蝸桿時，反效率低，有一定的自鎖能力；可以增加電梯制動力矩，增加電梯停車時的安全性。
聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是連接曳引電動機軸與減速器蝸桿軸的裝置，用以傳遞由一根軸延續(xù)到另一根軸上的扭矩，又是制動器裝置的制動輪。在曳引電動機軸端與減速器蝸桿軸端的會合處。 電動機軸與減速器蝸桿軸是在同一軸線上，當電動機旋轉時帶動蝸桿軸也旋轉，但是兩者是兩個不同的部件，需要用合適的方法把它們連接在同一軸線上，保持一定要求的同軸度。
聯(lián)軸器的種類：
（1）剛性聯(lián)軸器：對于蝸桿軸采用滑動軸承的結構，一般采用剛性聯(lián)軸器，因為此時軸與軸承的配合間隙較大，剛性聯(lián)軸器有助于蝸桿軸的穩(wěn)定轉動。剛性聯(lián)軸器要求兩軸之間有高度的同心度，連接后不同心度不應大于0.02mm。
（2）彈性聯(lián)軸器：由于聯(lián)軸器中的橡膠塊在傳遞力矩時會發(fā)生彈性變形，從而能在一定范圍內自動調節(jié)電動機軸與蝸桿軸之間的同軸度，因此允許安裝時有較大的同心度(允差0．1mm)，使安裝與維修方便，同時，彈性聯(lián)軸器對傳動中的振動具有減緩作用。
曳引輪
曳引輪是曳引機上的繩輪，也稱曳引繩輪或驅繩輪。是電梯傳遞曳引動力的裝置，利用曳引鋼絲繩與曳引輪緣上繩槽的摩擦力傳遞動力，裝在減速器中的蝸輪軸上。如是無齒輪曳引機，裝在制動器的旁側，與電動機軸、制動器軸在同一軸線上。
(1)曳引輪的材料及結構要求
①材料及工藝要求：由于曳引輪要承受轎廂、載重量、對重等裝置的全部動靜載荷，因此要求曳引輪強度大、韌性好、耐磨損、耐沖擊，所以在材料上多用QT60—2球墨鑄鐵。為了減少曳引鋼絲繩在曳引輪繩槽內的磨損，除了選擇合適的繩槽槽型外，對繩槽的工作表面的粗糙度、硬度應有合理的要求。
②曳引輪的直徑：曳引輪的直徑要大于鋼絲繩直徑的40倍。在實際中，一般都取45～55倍，有時還大于60倍。因為為了減小曳引機體積增大，減速器的減速比增大，因此其直徑大小應適宜。
③曳引輪的構造型式：整體曳引輪分成兩部分構成，中間為輪筒(鼓)，外面制成輪圈式繩槽切削在輪圈上，外輪圈與內輪筒套裝，并用鉸制螺栓連結在一起成為一個曳引輪整體。其曳引輪的軸就是減速器內的蝸輪軸。
(2)曳引輪繩槽形狀:曳引驅動電梯運行的曳引力是依靠曳引繩與曳引輪繩槽之間的摩擦力產(chǎn)生的。
曳引鋼絲繩
曳引鋼絲繩也稱曳引繩，電梯專用鋼絲繩聯(lián)接轎廂和對重，并靠曳引機驅動使轎廂升降。它承載著轎廂、對重裝置、額定載重量等重量的總和。曳引機在機房穿繞曳引輪、導向輪，一端聯(lián)接轎廂，另一端聯(lián)接對重裝置。
曳引鋼絲繩一般為圓形股狀結構，主要由鋼絲、繩股和繩芯組成。鋼絲繩股由若干根鋼絲捻成，鋼絲是鋼絲繩的基本強度單元；繩股由鋼絲捻成的每股繩直徑相同的鋼絲繩，股數(shù)多，疲勞強度就高。電梯用一般是6股和8股。繩芯是被繩股的纏繞的撓性芯棒，通常由纖維劍麻或聚烯烴類(聚丙烯或聚乙烯)的合成纖維制成，能起到支承和固定繩的作用，且能貯存潤滑劑。鋼絲繩中的鋼絲的材料由含碳量為0．4％～1％的優(yōu)質鋼制成，為了防止脆性，材料中的硫、磷等雜質的含量不應大于0．035％。
2 曳引機及其傳動系統(tǒng)的工作原理及主要參數(shù)
2.1 曳引機及其傳動系統(tǒng)的工作原理
曳引式電梯曳引驅動關系如圖2－1所示。安裝在機房的電動機與減速器、制動器等組成曳引機，是曳引驅動的動力。曳引鋼絲繩通過曳引輪一端連接轎廂，一端連接對重裝置。轎廂與對重裝置的重力使曳引鋼絲繩壓緊在曳引輪繩槽內。電動機轉動時由于曳引輪繩槽與曳引鋼絲繩之間的摩擦力，帶動鋼絲繩使轎廂和對重作相對運動，轎廂在井道中沿導軌上下運行[3]。
圖2－1 電梯曳引傳動系統(tǒng)
1－電動機；2－制動器；3－減速器；4－曳引繩；5－導向輪；6－繩頭組合；
7－轎廂；8－對重裝置
轎廂與對重裝置能做相對運動是靠電動機轉動時通過曳引繩和曳引輪間的摩擦力來實現(xiàn)的。這種摩擦力又叫曳引力或驅動力。
運行中電梯轎廂的載荷和轎廂的位置以及運行方向都在變化。為使電梯在各種情況下都有足夠的曳引力，國家標準GB 7588—1995《電梯制造與安裝安全規(guī)范》規(guī)定：
曳引條件必須滿足：
??； 式(2.1)
式中：T1／T2——為載有125％額定載荷的轎廂位于最低層站及空轎廂位于最高層站的兩種情況下，曳引輪兩邊的曳引繩較大靜拉力與較小靜拉力之比。
——與加速度、減速度及電梯特殊安裝情況有關的系數(shù)，一般稱為動力系數(shù)。
其中:=（g+a）/(g-a)
g——重力加速度
a——轎廂制動減速度
——由于磨損導致曳引輪槽斷面變化的影響系數(shù)(對半圓或切口槽：＝1，對V型槽：＝1．2)。
中，f為曳引繩在曳引槽中的當量摩擦系數(shù)，α為曳引繩在曳引導輪上的包角。稱為曳引系數(shù)。它限定了T1／T2的比值，越大，則表明了T1／T2允許值和T1—T2允許值越大，
也就表明電梯曳引能力越大。因此，一臺電梯的曳引系數(shù)代表了該臺電梯的曳引能力。
圖2－2 曳引機的工作原理
2.2 主要參數(shù)
查國家標準GB/T7025.1~7025.3－97中的規(guī)定
1）轎廂及曳引繩的重量G（Kg）:500；
2）額定載重Q（Kg）：1000；
3）轎廂的額定速度v（m/s）：1；
4）停層站數(shù)：3；
5）提升的高度H（mm）：10200；
6）對重重量：
對重可以平衡（相對平衡）轎廂的重量和部分電梯的負載重量，減少電機的功率損耗。為了使對重裝置對轎廂起到最佳的平衡作用，必須精確計算對重裝置的重量。
對重重量（W/Kg）的計算公式：
W＝G+KQ； 式（2.2）
式中：G－轎廂及曳引繩的重量（Kg）；
K－電梯平衡系數(shù)，取0.5；
Q－電梯額定載重（Kg）；
W=500+0.5*1000＝1000Kg
7）電梯傳動系統(tǒng)和垂直移動系統(tǒng)的總效率η：
對帶有蝸輪減速器的電梯，它的電梯傳動系統(tǒng)和垂直移動系統(tǒng)的總效率一般為：0.5~0.65；而對無蝸輪減速器的直流（或交流）高速電梯其傳動系統(tǒng)總效率一般為：0.8~0.85。本設計的傳動系統(tǒng)帶有蝸輪減速器。故取η＝0.5
8) 鋼絲繩的選擇系數(shù)C（）：0.088
9)電梯的加速度:；
10）電梯的減速度：；
11)蝸桿軸向齒形角：；
12）表面散熱系數(shù)：；
13）曳引機工作的環(huán)境溫度：；
3曳引機及其運動系統(tǒng)設計
3.1引繩的設計
3.1.1常見曳引繩的繞法
曳引繩根數(shù)的選用見表3－1[1]:
表3－1曳引繩根數(shù)的選用
電梯類型
曳引繩根數(shù)
客梯、貨梯、醫(yī)梯
≥4
雜物電梯
≥2
為了電梯更安全地運行，本設計曳引繩根數(shù)選用5根
3.1.1常見的幾種繞法
（1）1：1繞法:曳引輪的線速度與橋廂升降速度之比為1：1（見圖3－1a）
（2）2：1繞法：曳引輪的線速度與橋廂升降速度之比為2：1 (見圖3－1b)
（3）3：1繞法：曳引輪的線速度與橋廂升降速度之比為3：1（見圖3－1c）
圖3－1曳引繩常見的幾各繞法
因此1：1繞法也可稱為曳引比1：1或傳動速比1：1（1:1傳動方式）
2：1繞法也可稱為曳引比2：1或傳動速比2：1（2:1傳動方式）
3：1繞法也可稱為曳引比3：1或傳動速比3：1（3:1傳動方式）
3.1.2曳引傳動中的線速度與載荷力的關系
（1）當曳引比為1：1時
= 即曳引繩速度＝轎廂運行速度
P= 即轎廂側曳引繩載荷力＝轎廂總重量
式中：—曳引繩（輪）線速度
—轎廂升降速度
P—轎廂側曳引繩載荷力
—轎廂總重量
（2）當曳引比為2：1時：
=2 即曳引線速度＝2倍轎廂運行速度
P=/2 即轎廂側曳引繩載荷力＝1/2轎廂總重量
（3）當曳引比為3：1時：
=3 即曳引線速度＝3倍轎廂運行速度
P=/3 即轎廂側曳引繩載荷力＝1/3轎廂總重量
本設計選用曳引比為2：1；
3.1.3曳引繩的受力分析
當橋廂靜止或均速運動時：
轎廂側曳引繩的載荷力P[4]：
； 式（3.1）
；
單根繩的作用載荷：
；
當電梯加速時：
??； 式(3.2）
500×(9.8+2)÷2=2.95kN≤p≤1500×（9.8+2）÷2＝8.85kN；
單根繩的作用載荷：
；
當電梯減速時：
??； 式(3.3）
500×(9.8-2)÷2=1.95kN≤p≤1500×（9.8-2）÷2＝5.85kN;
單根繩的作用載荷：
；
3.1.4鋼絲繩的選用
對重所受的重力:
＝Wg=9.8kN
所以P（對）＝4.9kN
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