电梯机械部分相关系统课程设计.doc

机械设计课程设计
计算说明书

设计题目：电梯机械部分相关系统
的原理及结构设计

前 言
一种以电动机为动力的垂直升降机，装有箱状吊舱，用于多层建筑乘人或载运货物。也有台阶式，踏步板装在履带上连续运行，俗称自动电梯。 服务于规定楼层的固定式升降设备。它具有一个轿厢，运行在至少两列垂直的或倾斜角小于15°的刚性导轨之间。轿厢尺寸与结构形式便于乘客出入或装卸货物。

曳引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在曳引轮和导向轮上，曳引电动机通过减速器变速后带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿曳引绳运动中的张力和重量变化，使曳引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。

按速度可分低速电梯（1米/秒以下）、快速电梯(1～2米/秒)和高速电梯(2米/秒以上)。19世纪中期开始采用液压电梯，至今仍在低层建筑物上应用。1852年，美国的伊莱莎.格雷夫斯.奥的斯研制出带有安全制动装置的升降机。80年代，驱动装置有进一步改进，如电动机通过蜗杆传动带动缠绕卷筒、采用平衡重等。19世纪末，采用了摩擦轮传动，大大增加电梯的提升高度。

本次设计的电梯主要是为家庭使用的货梯，具有载重量大，速度慢的特点。

目录
一、总体设计方案………………………………………………………………………4
1、工作原理…………………………………………………………………………………4
2、原始技术数据……………………………………………………………………………4
3、执行机构设计……………………………………………………………………………4
4、减速器简图………………………………………………………………………………5
二、电机的选取……………………………………………………………………………6
1、选择电动机类型…………………………………………………………………………6
2、选择电动机容量…………………………………………………………………………6
3、确定电动机转速…………………………………………………………………………6
三、传动比分配……………………………………………………………………………7
四、运动和动力参数计算………………………………………………………………7
五、减速器详细设计……………………………………………………………………9
1、带传动装置的设计计算 ………………………………………………………………9
2、高速级齿轮传动设计 …………………………………………………………………11
3、低速级齿轮传动设计 …………………………………………………………………16
4、高速轴设计计算 ………………………………………………………………………22
5、中间轴设计计算 ………………………………………………………………………24
6、低速轴设计计算 ………………………………………………………………………26
7、高速轴轴承寿命校核 …………………………………………………………………28
8、中间轴轴承寿命校核 …………………………………………………………………29
9、低速轴轴承寿命校核 …………………………………………………………………30
10、高速轴上键的选用和校核 ……………………………………………………………31
11、中间轴上键的选用和校核(1) …………………………………………………………31
12、中间轴上键的选用和校核(2) …………………………………………………………32
13、低速轴上齿轮键的选用和校核 ……………………………………………………32
14、低速轴上联轴器键的选用和校核 ……………………………………………………32
15、箱体及附件、润滑及密封 …………………………………………………………33
六、润滑和密封形式的选择，润滑油或润滑脂的牌号的选择 ………35
七、其他技术说明………………………………………………………………………36
八、参考资料………………………………………………………………………………38

项目-内容
设计计算依据和过程

计算结果
一、总体方案设计

1、工作原理
电梯的组成如下图：

上图是电梯的原理图，其中原动机通电之后带动传动装置转动，传动装置再带动曳引卷筒转动，从而通过绕在曳引卷筒上的钢丝绳使电梯实现上下运动。而传动装置是一个减速装置，也是原理上最重要的部分。本次设计主要设计都集中在传动装置的设计。
设计图如下：

2、原始数据

此种电梯的原始数据是额定载质量M=1600kg，v=0.4m/s。
3、传动装置设计
方案一：

方案二：

方案一和方案二的区别就是有没有带传动。第二个方案的优点就是少了一级带传动，有利于提高效率，减少能量的耗散而且传动零件少，可以减少成本。而方案一的优点是能实现很大的减速比。通过计算，由于我的初始条件的限制，根据工程需要，我只能选择第一种方案。

4、减速器简图

项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
二、原动机的选择
1、选择电动机类型

2、选择电动机容量

3.确定电动机转速

三、分配传动比
（1）总传动比

（2）分配传动装置各级传动比

四、运动和动力参数计算
采用最大行程的功率进行计算
0轴（电动机轴）

1轴（高速轴）

2轴（中间轴）

3轴（低速轴）

4轴（滚筒轴）
按工作要求，选用Y系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电机，电压380V。

电机所需工作功率

有效拉力 F=4kN
带速 v=0.63m/s

所以
Pd=3.0552kW
可选择额定功率为4kW。

取D=200mm。
则滚筒轴工作转速：
V带传动比=2～4
二级圆柱齿轮减速器传动比=8～40,则：

故电动机转速的可选范围为:

符合这一范围的同步转速有1500和3000r/min，但因为3000r/min的电机传动比大，传动装置外廓尺寸大，制造成本高，结构不紧凑，故不可取，所以采用1500r/min。查①P209.表6-163，综合考虑传动装置的结构尺寸、电机重量、价格等因素，初选择原动机型号Y112M-4。

由设计可知，整个装置的传动比为35.90
首先取V带传动的传动比为3

取两级圆柱齿轮减速器的传动比

则低速级的传动比

P=4kW

原动机选取Y112M-4

i12=4.093

i23=2.92

项目-内容
设计计算依据和过程
计算结果
五、减速器详细设计

1、带传动装置的设计计算
1）．确定计算功率Pc

2）．选择带型

3）．确定带轮直径和带速

4）．计算中心距和带基准长度

由表31-7，得，

由图31-15，选A型带

由表31-3选取小带轮直径

小带轮带速

满足

由式31-24，得

得
取
由式31-25

由式31-26，得

由表31-6取标准值

选取

取实际中心距

5）．计算小带轮包角

6）．确定带根数

7）．确定初拉力

8）．计算压轴力

2、高速级齿轮传动设计
1）．选择材料及精度
(1)选择材料
(2)热处理
(3)精度选择

2）．初估小齿轮直径
(1)初步计算许用接触应力

(2)初步计算小齿轮直径

3）．确定基本参数
(1)校核圆周速度和精度等级

(2)初步确定齿轮参数

4）．校核齿面接触疲劳强度
(1)计算齿面接触应力

(2)计算许用接触应力

由式31-27

由表31-3、31-4得

每根带的额定功率

由表31-9，；由表31-2，
由式31-29，=3.99

由表31-1，kg/m
由式31-30

由式31-31

大轮椭圆轮辐式，小轮采用实心式结构。

小齿轮：40Cr，调质，270HB
大齿轮：45钢，调质，230HB
8级精度

由表27-24，710MPa，580MPa

由附录B，初取，756，1.4
由表27-14，1.0，转矩，=4.093
=54.42mm
初取55mm

m/s 查表27-1，8级精度合理

初取齿数，,取
模数，查表27-4，取

螺旋角与估计值相近
小齿轮
大齿轮
初步尺宽

由图27-1，2.43。由表27-15，
啮合角
齿顶压力角

由于无变位，端面啮合角°
端面重合度：

= 1.67
纵向重合度：2.98 > 1，0.77
螺旋角系数0.977
由表27-7得，由表27-6得

< 100N/mm

由表27-9得
齿面接触应力：

工作时间：
由图27-27
应力循环次数

齿面工作硬化系数

接触强度尺寸系数，由表27-18，
润滑油膜影响系数：

最小安全系数由表27-17(一般可靠度)，取
许用接触应力：

取z=4根

mm

(3)验算

5）．确定主要尺寸

中心距：
螺旋角：18.292°
端面模数：1.843mm
小齿轮直径：
大齿轮直径：
齿宽：
小齿轮当量齿数：
大齿轮当量齿数：

接触疲劳强度满足要求

圆整

1.843mm
mm
mm

6）．齿根弯曲疲劳强度验算
(1)计算齿根弯曲应力

(2)计算许用弯曲应力

同前，，，
齿形系数由图27-20，2.48，
应力修正系数由图27-21，1.67，
重合度系数：
0.67
螺旋角系数由图27-22，0.87
齿根弯曲应力：
250.68MPa
243.69MPa

齿根弯曲疲劳极限由图27-30：
300MPa，
弯曲强度最小安全系数由表27-17，(一般)
弯曲强度尺寸系数由图27-33，
弯曲强度寿命系数由图27-32，，0.90
应力修正系数：
相对齿根圆角敏感及表面状况系数

许用齿根应力

412MPa，MPa

(3)弯曲疲劳极限校核

7）．静强度校核

3、低速级齿轮传动设计
1）．选择材料及精度
(1)选择材料
(2)热处理
(3)精度选择

2）．初估小齿轮直径
(1)初步计算许用接触应力

(2)初步计算小齿轮直径

3）．确定基本参数
(1)校核圆周速度和精度等级

(2)初步确定齿轮参数

250.68MPa <
243.69MPa <
合格

传动无严重过载，故不作静强度校核

小齿轮：40Cr，调质，260HB

大齿轮：45钢，调质，230HB

8级精度

由表27-24，710MPa，580MPa

由附录B，初取，，K= 1.4
由表27-14，1.0，转矩，

初取

0.55m/s 查表27-1，8级精度合理

初取齿数，，取整
模数，查表27-4，取mn=3mm
螺旋角与估计值相近
小齿轮
大齿轮
初步尺宽

4）．校核齿面接触疲劳强度
(1)计算齿面接触应力

由图27-1， 由表27-15，
啮合角
齿顶压力角
由于无变位，端面啮合角20.76°
端面重合度：

纵向重合度：> 1，0.78

取
取

(2)计算许用接触应力

螺旋角系数0.984
由表27-7得，由表27-6得

N/mm < 100N/mm

由表27-9得

齿面接触应力：

工作时间：
由图27-27

(3)验算

5）．确定主要尺寸

应力循环次数

齿面工作硬化系数

接触强度尺寸系数，由表27-18，
润滑油膜影响系数：

最小安全系数由表27-17(一般可靠度)，取
许用接触应力：

MPa MPa

接触疲劳强度满足要求

中心距：mm
螺旋角：14.71°
端面模数：
小齿轮直径：
大齿轮直径：
齿宽：

圆整

6）．齿根弯曲疲劳强度验算
(1)计算齿根弯曲应力

(2)计算许用弯曲应力

小齿轮当量齿数：
大齿轮当量齿数：

同前，，，1.78
齿向载荷分配系数由图27-9，其中，1.6
齿形系数由图27-20，2.48，
应力修正系数由图27-21，1.67，1.80
重合度系数 0.66
螺旋角系数由图27-22，0.87
齿根弯曲应力：
MPa
MPa

齿根弯曲疲劳极限由图27-30：
300MPa，270MPa
弯曲强度最小安全系数由表27-17，(一般)
弯曲强度尺寸系数由图27-33，
弯曲强度寿命系数由图27-32，，
应力修正系数：

(3)弯曲疲劳极限校核

7）．静强度校核

4、高速轴设计计算
1)．选择材料和热处理

2)．估算轴径

3)．初步设计轴的结构

相对齿根圆角敏感及表面状况系数

许用齿根应力

412MPa，MPa

<
<
合格

传动无严重过载，故不作静强度校核

45钢、正火、HB=170~217

2.933kW，480r/min
由表26-3，112
20.47mm

选用轴承6207
d=35mm,D=72mm,B=15mm
初步设计轴的结构如下

圆整

4)．轴的空间受力分析

5)．计算轴承支点支反力

6)．计算合成弯矩

7)．计算当量弯矩

8).绘制当量弯矩图
输入转矩，
小齿轮圆周力

小齿轮径向力

小齿轮轴向力

铅锤面（YZ平面）支反力及弯矩

水平面（XZ）平面支反力及弯矩

转矩按脉动循环，由表26-2，600MPa
由表26-4，55MPa，95MPa
则0.58
由，得危险截面处当量弯矩

9)．校核轴的强度

5、中间轴设计计算
1)．选择材料和热处理

2)．估算轴径

3)．初步设计轴的结构

4)．轴的空间受力分析

由表26-4，

危险截面C处的弯曲应力
< ，安全

45钢、正火、HB=170~217

,
由表26-3，

选用轴承6209，初步设计轴的结构如下

输入转矩，
大齿轮圆周力

大齿轮径向力

圆整

5)．计算轴承支点支反力

6)．计算合成弯矩

7)．计算当量转矩

大齿轮轴向力

小齿轮圆周力

小齿轮径向力

小齿轮轴向力

铅锤面（YZ平面）支反力及弯矩

水平面（XZ）平面支反力及弯矩

转矩按脉动循环，由表26-2，600MPa

9)．校核轴的强度

6、低速轴设计计算
1)．选择材料和热处理

2)．估算轴径

3)．初步设计轴的结构

由表26-4，55MPa，95MPa
则
由，得危险截面处当量弯矩

由表26-4，55MPa

危险截面C处的弯曲应力

31.53MPa < ，安全

45钢、正火、HB=170~217

，
由表26-3，

选用轴承6012，初步设计轴的结构如下

圆整
50mm
4)．轴的空间受力分析

5)．计算轴承支点支反力

6)．计算合成弯矩

7)．计算当量转矩

输入转矩，
小齿轮圆周力

小齿轮径向力

小齿轮轴向力

铅锤面（YZ平面）支反力及弯矩

水平面（XZ）平面支反力及弯矩

转矩按脉动循环，由表26-2，600MPa
由表26-4，55MPa，95MPa
则0.58
由，得危险截面处当量弯矩

9)．校核轴的强度

7、高速轴轴承寿命校核

1)．轴承型号及参数选择

2)．计算轴承内部轴向力

3)．计算当量动载荷

由表26-4，55MPa

危险截面B、C处的弯曲应力
35MPa < ，安全

选用轴承6207，
，
，
设计寿命

，
，
>e
X=0.56，Y=1.80

满足要求

8、中间轴轴承寿命校核

1)．轴承型号及参数选择

2)．计算轴承内部轴向力

用轴承6209，
，
，
设计寿命

，
，0

3)．计算当量动载荷

4)．校核基本额定动载荷

9、低速轴轴承寿命校核
1)．轴承型号及参数选择

<e

，满足要求

选用轴承6213，
，

设计寿命

2)．计算轴承内部轴向力

3)．计算当量动载荷

4)．校核基本额定动载荷

，
0N，

, ,
>e

符合要求

10、高速轴上键的选用和校核
1)．确定平键的类型和尺寸

2)．强度校核

11、中间轴上键的选用和校核（1）
1)．确定平键的类型和尺寸

2)．强度校核

12、中间轴上键的选用和校核（2）
1)．确定平键的类型和尺寸

2)．强度校核

13、低速轴上齿轮键的选用和校核（1）
1)．确定平键的类型和尺寸

选择平键剖面尺寸，
选择标准键长，，

转矩
键的连接长度由公式，有
，
由表33-1，得许用挤压应力（钢）
由式，得
< ，满足要求

选用普通平键，选择平键剖面尺寸，，
选择标准键长，，

转矩
键的连接长度由公式，有
由表33-1，得许用挤压应力（钢）
由式，得
< ，满足要求

选用普通平键，选择平键剖面尺寸，，
选择标准键长，，

转矩
键的连接长度由公式，有
由表33-1，得许用挤压应力（钢）
由式，得
< ，满足要求

选用普通平键，
选择平键剖面尺寸，
选择标准键长，

2)．强度校核

14、低速轴上联轴器键的选用和校核（2）

1)．确定平键的类型和尺寸

2)．强度校核

15、箱体及附件、润滑及密封
1)、箱体的设计

转矩
键的连接长度由公式，有
由表33-1，得许用挤压应力
由式，得
< ，满足要求

选用普通平键，
选择平键剖面尺寸，
选择标准键长，

转矩
键的连接长度由公式，有
由表33-1，得许用挤压应力
由式，得
< ，满足要求

采用二级圆柱齿轮减速器，207mm
箱座壁厚
箱盖壁厚
箱座凸缘厚度16mm
箱盖凸缘厚度1615
191011mm
箱座底凸缘厚度26mm
地脚螺栓直径
地脚螺栓数目
轴承旁连接螺栓直径15mm
箱盖与箱座连接螺栓直径10mm
窥视孔盖螺钉直径
箱座肋厚

注：以上引用的公式、图表均来自参考书目3

六、润滑和密封形式的选择，润滑油或润滑脂的牌号的选择：
1) 对透盖，在轴承盖孔与轴之间应设置密封件，以防止润滑剂外漏及外界的灰尘.水分渗入，保证轴承的正常工作。设计时综合考虑各因素，选用毡圈油封，材料是半粗羊毛毡。使用滑油比油脂的好处在于滑油的粘度低，比热小，热交换快，故设计时采用了滑油，牌号的选择主要是从滑油的粘度和比热及耐温范围来选择。故查[2]表6—75，选用全损耗系统用油（GB443--89），代号L—AN10。

2) 在减速箱工作时，齿面接触（摩擦）产生一定的热量，从而使接触点的强度降低，滑油与油脂的主要作用就是带走摩擦产生的热量。因根据设计结果可知，浸油零件齿轮线速度v＜2m／s，油液不易保证充分润滑轴承，可考虑使用油脂润滑轴承。同时为避免油稀释油脂，需用挡油板将轴承与齿轮箱内部隔开。故查[2]表6—75，选用通用锂基润滑脂（SY7324--87），适用于宽温度范围内各种机械设备的轴承。

七、其他技术说明：
1) 减速器装配前，必须按图样检验各零部件，确认合格后，用煤油或其他方法清洗，必要时零件的非配合表面可做防腐处理，箱体内不允许有任何杂物，箱体内表面涂防浸蚀涂料。根据零件的设计要求和工作情况，可对零件的装配工艺做出具体规定。
2) 装配中对安装和调整的要求
a) 滚动轴承的安装和调整
为保证滚动轴承的正常工作，在安装时应留有一定的轴向游隙。对于可调间隙轴承（如角接触轴承和圆周滚子轴承）的轴向游隙可按相关标准选取；对于不可调间隙的轴承（如深沟球轴承），可在轴承盖与轴承外圈端面间留出间隙△=0.25—0.4mm。
轴向游隙的调整，可用增减调整垫片和使用调隙螺柱等方法实现。调整时可先压紧轴承，使轴向游隙为零，然后调整轴承盖的轴向位置（或调节螺柱），同时加垫合适的垫片（或拧紧调节螺栓上的螺母），使轴承处于设计游隙范围。
b) 传动间隙和接触状况检验
为保证传动精度，各级齿轮安装后，传动侧隙和齿面接触斑点要满足相应的国家标准。传动侧隙可用塞尺或将铅丝放入相互啮合的两齿面间，然后测量塞尺或铅丝变形后厚度的方法检查。接触斑点是在轮齿工作表面着色，将其转动若干周后，观察分析着色接触区的位置，接触面大小来检验接触状况。
当传动侧隙或接触斑点不符合要求时，应对齿面进行刮研，跑合或调整传动件的啮合位置。
c) 润滑要求
润滑对减速器整机性能影响较大，良好的润滑有减少摩擦，降低磨损，冷却散热，清洁运动副表面，以及减振防蚀等功用。在技术要求中应规定润滑剂的牌号，用量，更换期等。一般高速重载，频繁启动等温升较大或不易形成油膜的工况下，应适当选用粘性高，油性及压性好的油品；对轻载工况，润滑油粘度可适当降低，具体品种可查阅相关手册。
机体内油量的精计算，主要是根据传动件要求，散热要求和油池基本高度等因素确定。轴承部位如用油脂润滑，其填入量一般小于其所在轴承腔空间的2／3。否则会导致该处润滑脂搅动过大，阻力增加，温升过大。
减速器的润滑剂除在跑合后应立即更换外，还应定期检查，更换，更换期一般可在半年左右，用润滑脂润滑轴承时应定期添加润滑剂；润滑油量应按时检查，发现润滑油不足时及时添加。
d) 密封要求。
为防止润滑剂流失和外部杂质进入机体，在相关部位要设计适当的密封结构，在不允许加密封垫的密封界面，如机盖机体间，在装配时涂密封胶或水玻璃。密封件应选用耐油材料。
3) 试验要求
机器在交付用户前，应根据产品设计要求和规范进行空载和负载试验。试验时，应规定最大温升或温升曲线，运动平稳性以及其他检查项目。例如规定机器安装完毕后，正反空载转动各一小时，要求运转期间无异常噪声，或噪声低于XXdB；各密封处不得有油液渗出，温升不得超过XX°C；各部件试验前后无明显变化；各联接处无松动；负载运转的负荷和时间等。
4) 外观，包装，运输和贮藏要求
机器出厂前，应按照用户要求或相关标准做外部处理。如箱体外表面涂防护漆等，外伸轴端做防腐处理后涂脂包装，运输外包装应注明放置要求，如勿倒置、防水、防潮等，需做现场长期或短期贮藏时，应对放置环境提出要求等。

八、参考资料
1. 吴瑞祥，王之栎，郭卫东，刘静华主编。机械设计基础 。北京航空航天大学出版社
2. 王之栎，王大康主编.。 机械设计综合课程设计。机械工业出版社