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圖書分類號(hào)：
密 級(jí)：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
升降電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制電路設(shè)計(jì)
ASCENDING AND DESCEND THE ELEVATOR DRIVES THE SYSTEM THE DESIGN AND CONTROLS THE ELECTRIC CIRCUIT THE DESIGN
學(xué)生姓名
陳亮亮
學(xué)院名稱
機(jī)電學(xué)院
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
楊根喜
2008年
6 月
2 日
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 陳亮亮 日期： 08 年 6 月 2 日
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 陳亮亮 導(dǎo)師簽名： 楊根喜
日期： 08 年6 月2 日 日期： 08 年 6 月 2 日
摘要
點(diǎn)題曳引機(jī)是電梯的主要組成部分，它的設(shè)計(jì)水平、產(chǎn)品質(zhì)量，直接影響電梯的產(chǎn)品質(zhì)量，其強(qiáng)度和壽命直接影響電梯壽命和工作可靠性，它的振動(dòng)和噪聲直接影響人員乘坐電梯的舒適感。因此本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為曳引機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。
關(guān)鍵詞：電梯；電梯曳引機(jī)；曳引機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
Abstract
Elevator tractor is product quantity that the design level, product quantity that the elevator constitutes the part primarily, it, direct influence elevator, its strength affect the elevator life span with work with life span directly dependable, it of the vibration feels with a comfort for directly affecting personnel embarking elevator.A main contents for designing spreads the design that move the organization for the lord and calculation.
Keywords Elevator tractor Elevator The tractor lord spreads to move the organization
1
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
目 錄
1 緒論 …………………………………………………………………………………………..3
1.1引言 3
1.2電梯（垂直梯）簡(jiǎn)介 3
1.2.1電梯的組成?： 3
1.2.2電梯的（垂直梯）分類 5
1.3曳引機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo) 6
2 電梯的驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算 ……………………………………………………………………….8
2.1曳引比與曳引力 8
2.1.1曳引傳動(dòng)與曳引傳動(dòng)形式 8
2. 2作用在曳引輪上的靜力 8
2. 3曳引輪兩側(cè)靜拉力計(jì)算 10
2.4曳引輪上的靜轉(zhuǎn)矩 11
2.5靜轉(zhuǎn)矩的討論 12
2.5.1曳引輪承受的靜轉(zhuǎn)矩變化 12
2.5.2設(shè)計(jì)載荷 12
2.5.3曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 12
2.5.4動(dòng)量定理及曳引力 13
2.6輸入功率的簡(jiǎn)易計(jì)算方法 14
3 曳引機(jī)的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………………….15
3.1 曳引機(jī)的額定載重量 15
3.1.1額定速度 15
3.1.2 曳引機(jī)減速器的中心距 15
3.1.3 交流電動(dòng)機(jī) 15
3.1.4電動(dòng)機(jī)的選用 15
4 曳引機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ………………………………………………………….15
4.1 普通圓柱蝸桿副幾何參數(shù)搭配方案 15
4.2幾何計(jì)算中注明的幾個(gè)問題 18
4.2.1普通圓柱蝸桿副的正確嚙合條件 18
4.2.2 圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算 18
4.2.3輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 19
4.2..4圓柱蝸桿、蝸輪、蝸輪軸的材料 19
4.2.5.軸系零件的配合精度 20
4.3制動(dòng)機(jī)構(gòu)位置的討論 21
4.3.1傳動(dòng)比i12 21
4.3.2曳引輪 21
4.3.3曳引比的應(yīng)用 21
4.4整體方案討論 21
4.5箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的討論 22
4.6箱體尺寸的確定 22
4.7肋的設(shè)置 22
4.8箱體設(shè)計(jì)應(yīng)合理處理的幾個(gè)問題 23
4.9軸承位置 24
4.10箱體設(shè)計(jì)的對(duì)稱性 24
4.11曳引機(jī)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
4.12軸承的選用 27
4.12.1曳引機(jī)用軸承 27
4.12.2 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 27
4.13聯(lián)軸器的選用 28
4.14制動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 30
4.14.1 制動(dòng)機(jī)構(gòu)的類型與特點(diǎn) 30
4.14.2 制動(dòng)器的選擇與設(shè)計(jì) 31
5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………………….33
5.1門電機(jī)主電路的設(shè)計(jì) 33
5.2 可編程控制器的設(shè)計(jì) 33
5.2.1 I/O點(diǎn)的分配 34
5.2.2梯形圖 34
5.2.4梯形圖原理分析 41
5.3將PC機(jī)應(yīng)用在電梯控制中 42
總結(jié) …………………………………………………………………………………………….44
致謝 ………………………………………………………………………………………. 45
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………. 45
附錄
附錄1……………………………………………………………………………………….47
附錄2……………………………………………………………………………………….48
1 緒論
1.1引言
電梯作為垂直方向的交通工具，在隨著計(jì)算機(jī)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電梯已成為典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。高層辦公樓、住宅建筑中的垂直電梯，商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、火車站、地鐵站內(nèi)的扶梯、自動(dòng)人行道；賓館、酒店中的觀光電梯越來越給人們帶來方便。
隨著我國(guó)房地產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，中國(guó)電梯新技術(shù)在變頻變壓、無機(jī)房電梯、永磁同步拖動(dòng)技術(shù)、無齒輪曳引機(jī)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等將迅速推廣。我國(guó)在電梯制造技術(shù)方面，內(nèi)資電梯企業(yè)實(shí)力不斷增強(qiáng)，如江蘇江南、山東百斯特、浙江巨人、上海房屋設(shè)備總公司、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍、東南液壓電梯等電梯制造企業(yè)發(fā)展很快。隨著我國(guó)加入WTO以及國(guó)家實(shí)施西部大開發(fā)的推進(jìn)，全球著名電梯品牌如奧的斯、迅達(dá)、通力、三菱、日立、東芝、富士達(dá)、sigma等已陸續(xù)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。
電梯可分為兩大類：一類是垂直升降電梯（簡(jiǎn)稱垂直或通常所謂的電梯），一類是自動(dòng)扶梯（含自動(dòng)人行道，簡(jiǎn)稱扶梯或電扶梯）
自動(dòng)扶梯是通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)梯級(jí)執(zhí)行輸送任務(wù)的，把電動(dòng)機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，制動(dòng)系統(tǒng)則是通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器，靠減速器從動(dòng)軸上的曳引輪與鋼絲繩之間的摩擦力矩牽動(dòng)轎廂與配重（或稱對(duì)重）上，下運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸?shù)哪康模驗(yàn)樗强磕Σ亮縿?dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作，故把電動(dòng)機(jī)減速器，曳引輪和輔助機(jī)構(gòu)-------制動(dòng)器作為整體，稱電梯曳引機(jī)。
曳引機(jī)分有齒曳引機(jī)和無齒曳引機(jī)兩大類，本人采用的是有齒曳引機(jī)。電梯曳引系統(tǒng)中的曳引機(jī)減速器，曳引機(jī)（簡(jiǎn)稱繩輪）和動(dòng)輪（由曳引比體現(xiàn)）組成了電梯的減速器多為齒輪副（含蝸桿副，行星系）減速器，該減速器中的齒輪副即為電梯的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩T1，驅(qū)動(dòng)曳引機(jī)減速器中的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過減速帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)利用轎廂和配重的重量在曳引輪與鋼絲繩之間產(chǎn)生的摩擦力矩，拖動(dòng)轎禁止與配重上、下運(yùn)動(dòng)，從而完成電梯的任務(wù),因?yàn)橐芬龣C(jī)是決定轎廂運(yùn)行速度、控制運(yùn)行狀態(tài)的減速裝置，曳引機(jī)的技術(shù)含量、設(shè)計(jì)質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量等都會(huì)影響電梯的工作壽命及乘客的舒服感，所以電梯對(duì)曳引機(jī)有很高的技術(shù)要求。
1.2電梯（垂直梯）簡(jiǎn)介
1.2.1電梯的組成?：
按照其功能的不同，電梯可分為曳引系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、門系統(tǒng)、轎廂和對(duì)重、安全裝置電氣拖動(dòng)和控制系統(tǒng)等部分.
（一）曳引系統(tǒng)
1、作用：曳引系統(tǒng)的作用是輸出動(dòng)力、曳引轎廂運(yùn)行。
2、組成：主要由曳引機(jī)、曳引鋼絲繩、導(dǎo)向輪、反繩輪等構(gòu)成。
曳引機(jī)由電動(dòng)機(jī)、連軸器、制動(dòng)器、減速箱、機(jī)座和曳引輪組成。
曳引鋼絲繩連接轎廂和對(duì)重，依靠曳引輪繩槽和鋼絲繩之間的摩擦來驅(qū)動(dòng)電梯上下運(yùn)行。
導(dǎo)向輪一般安裝在曳引機(jī)座或承重梁上，用來承托曳引鋼絲繩，調(diào)節(jié)轎廂和對(duì)重之間的距離。
反繩輪是安裝在轎頂或?qū)χ仨敳康膭?dòng)滑輪，主要作用是降低電梯速度，提高電梯運(yùn)載能力。
?。ǘ?dǎo)向系統(tǒng)：
1、作用：限制轎廂和對(duì)重的自由度，使其只能沿著導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)。
2、組成：主要由導(dǎo)軌、導(dǎo)靴、導(dǎo)軌架組成。
導(dǎo)軌是對(duì)轎廂和對(duì)重的運(yùn)動(dòng)起導(dǎo)向作用，主要由T型、L型兩種。
導(dǎo)靴安裝在轎廂和對(duì)重架上，強(qiáng)制轎廂沿著導(dǎo)軌上下垂直運(yùn)動(dòng)。
導(dǎo)軌架安裝在井道壁上，用來支撐和固定導(dǎo)軌。
（三）門系統(tǒng)
1、作用:用以封閉轎廂和井道出口。
2、組成:由轎門、廳門、開門機(jī)構(gòu)組成。
轎門安裝在轎廂上，有交刪式和封閉式等。
廳門安裝在每層電梯出口處。每個(gè)廳門設(shè)有機(jī)械和電氣聯(lián)鎖裝置，保證廳門打開時(shí)電梯不能運(yùn)行。
開門機(jī)構(gòu)是開關(guān)電梯門的機(jī)構(gòu)，有自動(dòng)式、手動(dòng)式兩種區(qū)別。
?。ㄋ模┺I廂和對(duì)重
1、轎廂用來運(yùn)送乘客或貨物，是電梯的運(yùn)載承載部分。它主要有機(jī)械架、轎廂底、轎廂壁、轎頂組成。
2、對(duì)重相對(duì)于轎廂懸掛于曳引繩底另一端，使曳引機(jī)只需克服轎廂和對(duì)重之間底重量差便能驅(qū)動(dòng)電梯，進(jìn)而起到減少動(dòng)力消耗、改善曳引機(jī)能力底作用。對(duì)重由對(duì)重架、對(duì)重塊、和補(bǔ)償裝置組成。
（五）電氣拖動(dòng)和控制部分
電梯的電力拖動(dòng)系統(tǒng)有兩大類，即交流拖動(dòng)系統(tǒng)和直流拖動(dòng)系統(tǒng)。常見的直流拖動(dòng)系統(tǒng)可分為控硅勵(lì)磁和控硅供電兩類；交流拖動(dòng)系統(tǒng)分單速、雙速、調(diào)速三類。
電梯的控制系統(tǒng)取決于電梯的用途、額定載荷、速度、控制方式等設(shè)計(jì)要求和使用性能要求，但控制內(nèi)容大致相同。主要是指對(duì)電梯的啟動(dòng)、加速、運(yùn)行、減速、停止和運(yùn)行方向、樓層顯示、轎內(nèi)指令、層站廳外召喚、安全保護(hù)等信號(hào)進(jìn)行管理和控制。
?。┌踩b置
安全裝置的作用是保證電梯安全使用，防止危機(jī)人身、財(cái)物的事故發(fā)生。安全裝置分為兩類：機(jī)械安全裝置和電氣安全裝置。
1、機(jī)械安全裝置
機(jī)械安全裝置主要有安全觸板、廳門鎖、限速器、安全鉗、緩沖器等。
①安全觸板設(shè)計(jì)在轎門上，在電梯關(guān)門過程中，當(dāng)人或物品觸及安全觸板時(shí)，轎門自動(dòng)反開，防止夾傷人或物。
?、陂T鎖裝置（主要指廳門）位于廳門內(nèi)側(cè)，門關(guān)閉后將廳門關(guān)住，封閉井道，防止電梯不在本層站時(shí)人員進(jìn)入井道；同時(shí)，當(dāng)電梯離開本層站時(shí)，人們不能在電梯廳門用非正常手段打開廳門，防止人員進(jìn)入井道；只有所有電梯廳門關(guān)閉后，電梯才能投入正常啟動(dòng)運(yùn)行。
③限速器一般安裝在機(jī)房樓板上。當(dāng)電梯運(yùn)行速度超過速度限定時(shí)，限速器動(dòng)作，先切斷安全回路，如果電梯仍向下運(yùn)行將直接牽引安全鉗動(dòng)作，將電梯制停。
?、馨踩Q一般安裝在轎廂底部（特殊情況下對(duì)重也安裝有安全鉗），當(dāng)限速器動(dòng)作時(shí)，電梯轎廂（或?qū)χ兀┤韵蛳逻\(yùn)行，在限速器的帶動(dòng)下安全鉗動(dòng)作，將轎廂(對(duì)重)夾持在導(dǎo)軌上而使轎廂(對(duì)重)停止運(yùn)動(dòng)。
?、菥彌_器分為彈簧式和液壓式兩種，是電梯最后一道安全裝置。當(dāng)轎廂或?qū)χ匾蚰撤N原因超出極限位置沖頂或蹲底時(shí)，可減少設(shè)備對(duì)建筑物的沖擊力。
2、電氣安全裝置
電氣安全裝置主要有上下限位開關(guān)、極限開關(guān)、超載保護(hù)、門區(qū)光電裝置等。
?、傧尬婚_關(guān)作用是當(dāng)電梯超越正常行程范圍時(shí)，通過安裝在轎廂上的打板驅(qū)使限位開關(guān)動(dòng)作，切斷回路，強(qiáng)迫電梯停止。
②極限開關(guān)是當(dāng)電梯沖越端站時(shí)，限位開關(guān)又未制停電梯時(shí)，能在電梯或?qū)χ匚从|及緩沖器前切斷安全回路或強(qiáng)行切斷主電源的電氣安全裝置。
③超載保護(hù)是通過安裝在轎廂懸掛結(jié)構(gòu)或活動(dòng)轎廂上的稱量裝置來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)轎廂內(nèi)裝載的重量超出額定載荷時(shí)，發(fā)出警告信號(hào)，提醒電梯使用人員，并且保持開門狀態(tài)不關(guān)門，直至轎廂內(nèi)的人或物重量不超載。
另外，電梯中還有許多保證電梯安全運(yùn)行的電氣安全裝置如轎廂內(nèi)防搗亂功能等，這里不再加以說明。
1.2.2電梯的（垂直梯）分類
(一)按電梯的用途分類
根據(jù)電梯在樓宇使用用途（服務(wù)對(duì)象）的不同，電梯可分為：
1、乘客電梯：主要用于運(yùn)送乘客上下樓宇，一般設(shè)置有較好的轎內(nèi)裝飾和完善的安全設(shè)施。
2、載貨電梯：主要用于垂直方向運(yùn)輸貨物、設(shè)備等，一般有專人控制。
3、消防電梯：在樓宇發(fā)生火災(zāi)時(shí)，其它電梯均不能使用，只有該電梯可供消防員專用，平時(shí)用于運(yùn)輸設(shè)備、員工、載貨等。它一般是從地下室到頂層的每一層均能停留的垂直升降梯。對(duì)高層樓宇，消防電梯非常重要，應(yīng)特別加以注意。
4、病床電梯：為醫(yī)院運(yùn)送病床、擔(dān)架、醫(yī)用車而設(shè)計(jì)，轎廂具有窄長(zhǎng)的特點(diǎn)。
5、雜物電梯：供圖書館、書店、辦公樓、飯店等運(yùn)送圖書、文件、食品等設(shè)計(jì)的電梯，雜物電梯一般體積較小，不允許載人。
6、觀光電梯：轎廂壁透明，供乘客觀光使用，一般安裝在商業(yè)比較繁花的高層樓宇內(nèi)。
7、自動(dòng)人行道：主要用于水平方向運(yùn)輸人員及物品的電梯。
8、自動(dòng)扶梯：主要用于斜面運(yùn)送乘客的電梯。
9、其它電梯：如車輛電梯、船舶電梯、建筑施工電梯和曳引電機(jī)等
?。ǘ┌措娞葸\(yùn)輸速度來分類
1、低速電梯：指運(yùn)行速度一般為1.0米/秒的電梯。
2、快速電梯：指運(yùn)行速度一般為1.0～2.0米/秒的電梯。
3、高速電梯運(yùn)行速度一般為2.0～3.5米/秒的電梯。
4、超高速電梯：指速度大于3.5米/秒的電梯。
（三）按驅(qū)動(dòng)方式和曳引電機(jī)分類
1、交流電梯：用交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯。根據(jù)拖動(dòng)方式可分為交流單速、交流雙速、交流調(diào)速電梯。
2、直流電梯：用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯。多用于速度大于2米/秒的高檔電梯。
3、液壓電梯：利用液壓泵，由柱塞或柱塞＋鋼絲繩驅(qū)動(dòng)轎廂升降的電梯。
4 齒輪齒條電梯：將導(dǎo)軌加工成齒條，轎廂上裝有與之齒合的齒輪，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)使轎廂升降的電梯。多用于碼頭岸吊、建筑工地等。
5、直線電機(jī)電梯：用直線電機(jī)帶動(dòng)的電梯，它是目前最新驅(qū)動(dòng)方式的電梯。
1.3曳引機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)
圖1-1 曳引機(jī)
為了提高曳引機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量，必須滿足下列技術(shù)指標(biāo)：
1.3.1要確保電梯承載能力及曳引機(jī)的強(qiáng)度
電梯承載能力從100kg到幾噸重，速度從0.25m/s到10m/s以上，亦即曳引機(jī)的功率范圍很大。在設(shè)計(jì)曳引機(jī)時(shí)，應(yīng)首先滿足在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，不產(chǎn)生任何失效形式的強(qiáng)度要求，其中包括電動(dòng)機(jī)功率的選擇、制動(dòng)力的確定，主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)或校核計(jì)算。要特別重視軸承強(qiáng)度的校核計(jì)算及地腳螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算。另外，繩輪可按易損件處理，其設(shè)計(jì)壽命可短一些。
1.3.2具有較高的傳動(dòng)效率
曳引機(jī)的傳動(dòng)效率是其綜合技術(shù)指標(biāo)。傳動(dòng)效率的高低不但標(biāo)志著輸入功率有效利用的程度，而且表明了克服阻力力矩的能力，功率耗損的多少。它不僅體現(xiàn)在節(jié)約能源上的意義，同時(shí)也是曳引機(jī)技術(shù)含量、設(shè)計(jì)質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量的具體體現(xiàn)。為提高傳動(dòng)效率，合理選擇主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸承和聯(lián)軸器是十分重要的，并且要提高制造和安裝精度。
1.3.3具有較高的體積載荷
所體積載荷是指曳引機(jī)的許用載荷（功率或轉(zhuǎn)矩）除以曳引機(jī)體積所得商。體積載荷越大表明曳引機(jī)體積越小，結(jié)構(gòu)越緊湊。不難理解，要想實(shí)現(xiàn)大的體積載荷，首先要選擇高科技型的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。合理地設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)，其中同樣功率的曳引機(jī)，體積可相差1/3，重量相差到2/5。因此設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕的曳引機(jī)是設(shè)計(jì)者的奮斗目標(biāo)。
1.3.4應(yīng)滿足電梯所需的運(yùn)動(dòng)特性
電梯的工作特性決定了曳引機(jī)的運(yùn)動(dòng)特征：運(yùn)動(dòng)速度中等、間斷工作、變速、起動(dòng)頻繁的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。為了滿足運(yùn)動(dòng)特性，在設(shè)計(jì)曳引機(jī)時(shí)要特別注意曳引傳動(dòng)系統(tǒng)中傳動(dòng)比的分配，電動(dòng)機(jī)類型的選用，以及主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪副齒側(cè)間隙的保證等。
1.3.5應(yīng)具有較低的振動(dòng)和噪聲
這項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)對(duì)乘人電梯特別重要。為了不造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，使乘客感到乘坐舒適，要求曳引機(jī)有較低的振動(dòng)（特別是扭振）和噪聲。
1.3.6應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)歷來是機(jī)械設(shè)計(jì)中的重要課題，對(duì)曳引機(jī)而言則更為重要。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要特別重視結(jié)構(gòu)對(duì)受力、剛度的影響；對(duì)減振、降噪、附加載荷、自身振動(dòng)頻率的影響，對(duì)潤(rùn)滑條件、潤(rùn)滑質(zhì)量的影響等。在設(shè)計(jì)曳引機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，要逐條分析、結(jié)合實(shí)力合理，沒有（或少有）附加載荷、滿足強(qiáng)度和剛度要求；潤(rùn)滑條件良好；外形美觀；制造、安裝、維修工藝良好；成本較低。
1.3.7具有靈活可靠的制動(dòng)系統(tǒng)
制動(dòng)系統(tǒng)要具有受力合理、技術(shù)先進(jìn)、強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、靈活可靠、結(jié)構(gòu)緊湊的性能。
1.4曳引機(jī)的總體設(shè)計(jì)
曳引機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、曳引輪、機(jī)架、飛輪（手扳輪）、編碼器等部分組成。目前曳引機(jī)的組合形式主要有下列三種：
1） 電動(dòng)機(jī)→聯(lián)軸器→制動(dòng)機(jī)構(gòu)→減速器→曳引輪
2） 電動(dòng)機(jī)→聯(lián)軸器→減速器→制動(dòng)機(jī)構(gòu)→曳引輪
3） 制動(dòng)機(jī)構(gòu)→電動(dòng)機(jī)→聯(lián)軸器→減速器→曳引輪
綜合分析后,本人選擇第1）種方案來設(shè)計(jì)。
2 電梯的驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算
2.1曳引比與曳引力
2.1.1曳引傳動(dòng)與曳引傳動(dòng)形式
2.1.1.1曳引比和機(jī)械效益
曳引比：曳引機(jī)上曳引輪的圓周速度與轎廂速度之比稱為曳引比，用i’12表示。
機(jī)械效益：令曳引機(jī)中曳引輪上鋼絲繩承受的拉力為F，轎廂總重力為Q，則機(jī)械效益
A=Q/F 式（2-1）
定滑輪及動(dòng)滑輪機(jī)構(gòu) Q為重物，F(xiàn)為拉力，動(dòng)力臂與阻力臂都是滑輪的半徑r，所以 rQ=rF A=Q/F=1 i’12=1 式（2-2）
定滑輪機(jī)構(gòu)速度不變、力不變。R不變，A= i’12
2.1.1.2電梯的曳引傳動(dòng)形式
曳引傳動(dòng)形式可由定滑輪、動(dòng)滑輪、組合滑輪、差動(dòng)滑輪機(jī)構(gòu)組合而成。多年經(jīng)驗(yàn)表明
常用曳引傳動(dòng)形式見下
l 定滑輪機(jī)構(gòu)的曳引傳動(dòng) 該傳動(dòng)形式的曳引比i’12=1，機(jī)械效益A=1。增加一個(gè)過輪其目的是為了拉開轎廂與對(duì)重之間的距離。過輪使曳引輪與鋼絲繩的包角減小。一般設(shè)計(jì)盡量使包角α大于135°。過輪使繩的彎曲次數(shù)增多，疲勞壽命減少。
l 曳引比為2的曳引傳動(dòng) i’12=2，A=2亦即轎廂（或?qū)χ兀┑纳仙ɑ蛳陆担┧俣仁且芬唸A周速度的1/2。曳引輪兩側(cè)鋼絲繩承受的拉力分別為轎廂總重量、對(duì)重總重量的1/2
l 滑輪組機(jī)構(gòu)曳引傳動(dòng) 在轎廂（或?qū)χ兀┥细饔腥射摻z繩，有三個(gè)定輪。i’12=3，A=3，亦即轎廂（或?qū)χ兀┑纳仙ɑ蛳陆担┧俣仁且芬唸A周速度的1/3，曳引輪兩側(cè)鋼絲繩承受的拉力分別為轎廂總重量、對(duì)重總重量的1/3
還有大曳引比曳引傳動(dòng)、復(fù)繞曳引傳動(dòng)、長(zhǎng)繞曳引傳動(dòng)、雙對(duì)重對(duì)曳引傳動(dòng)、具有補(bǔ)償?shù)囊芬齻鲃?dòng)。
綜合分析之后，決定選擇第一個(gè)方案，曳引比i’12 =1，機(jī)械效益A=1。
2.2作用在曳引輪上的靜力
電梯是靠曳引輪槽與鋼絲繩之間產(chǎn)生的摩擦力（或摩擦力矩）平衡外力，在曳引機(jī)的驅(qū)下，牽引轎廂與對(duì)重上下運(yùn)行的。在曳引輪兩側(cè)的鋼絲繩分別系有轎廂及對(duì)重，轎廂與對(duì)重分別在鋼絲繩上產(chǎn)生拉力Q與F。Q與F是靜止情況下的拉力，故稱靜力。靜力實(shí)際上是兩側(cè)各構(gòu)件重力和對(duì)鋼絲繩的拉力。計(jì)算中用到的符號(hào)如下：
Q1--------轎廂的結(jié)構(gòu)自重力（N）； 取值為2900kg
Q2--------電梯的額定載重力（N）； 取值為1250kg
F--------對(duì)重側(cè)鋼絲繩承受的總拉力（N）；
Q-------轎廂側(cè)鋼絲繩承受的總拉力（N）；
R1--------轎廂至曳引輪間鋼絲繩所受的重力（N）；
R2--------對(duì)重物至曳引輪間鋼絲繩所受的重力（N）；
G1--------曳引機(jī)兩側(cè)所受總拉力之差 圖2-1 曳引輪上的靜力圖
G2--------曳引機(jī)兩側(cè)鋼絲繩重力之差（N）；
P--------曳引機(jī)輸出軸軸頸承受的靜壓力（N）；
i12-------曳引機(jī)中減速器之傳動(dòng)比；
i’12------曳引傳動(dòng)的曳引比；
A--------機(jī)械效益；
η1--------曳引機(jī)中減速器的傳動(dòng)效率；
η2--------電梯的總效率；
f--------接觸面間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦因數(shù)；
v--------轎廂運(yùn)行速度（m/s）；
η2--------曳引輪的轉(zhuǎn)速（r/min）。
2.3曳引輪兩側(cè)靜拉力計(jì)算
Q值 從轎廂到曳引輪之間是一個(gè)曳引系統(tǒng)。也就是說轎廂的速度、重量要通過曳引系統(tǒng)中的滑輪組才能傳遞到曳引輪。當(dāng)然也可以通過滑輪組直接連接起來，這時(shí)i’12≠1,A≠1。則可用下式求得Q值。
Q=（Q1+Q2）/A+R1=（Q1+Q2）/ i’12+R1 式（2-3）
R1的大小受轎廂到曳引輪之間距離的影響，亦即是轎廂位置的函數(shù)，即R1=f1(h1),于是：
Q=（Q1+Q2）/A+f1(h1)
曳引機(jī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算中，為了安全可靠，一般規(guī)定額定載荷要乘以系數(shù)1.25,又轎廂的結(jié)構(gòu)自重一般為額定載荷的1。4倍，前文已述及機(jī)械效益與曳引比量值相等，最后Q值的計(jì)算式為：
Q=2.65 Q2/+ R1 式（2-4）
式中，i’12由曳引傳動(dòng)機(jī)構(gòu)確定。R1 在設(shè)計(jì)曳引機(jī)時(shí)按滿載，轎廂在井道部位計(jì)算。設(shè)曳引繩的根數(shù)為n，電梯提升高度為H，繩的直徑為d，繩的單位長(zhǎng)度重量為q，則R1為
R1=Hnq
F值 在對(duì)重側(cè)同樣是一個(gè)滑輪組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，也有機(jī)械效益。按規(guī)定，對(duì)重取Q+ψQ2。ψ稱對(duì)重系數(shù)，其值一般為0.4~0.5。所以對(duì)重側(cè)的拉力F可由下式計(jì)算：
F=（Q1+ψQ2）/A+R2=（Q1+ψQ2）/ i’12+ f2(h2) 式（2-5）
考慮到上文所述相應(yīng)問題最后得
F=2 Q2/ i’12+ f2(h2) 式（2-6）
Q值與G值差
由式可知
G1=Q-F=（Q1+Q2- Q1- ψQ2）/ i’12-(R1+R2) 式（2-7）
=(1-ψ) Q2/ i’12-(R1+R2)
實(shí)際計(jì)算時(shí)可采用簡(jiǎn)化式
G1=0.55 Q2/ i’12-(R1+R2) 式（2-8）
Q值與F值之和
由式可知
P=Q+F=（Q1+Q2+ Q1+ψQ2）/ i’12+(R1+R2) 式（2-9）
=2 Q1+（1+ψ）Q2/ i’12+(R1+R2)
實(shí)際計(jì)算時(shí)可采用簡(jiǎn)化式
P=4.55 Q2/ i’12+(R1+R2) 式（2-10）
R1+R2的計(jì)算有兩種情況
沒有補(bǔ)償繩時(shí)R1+R2=Hnq
有補(bǔ)償繩時(shí) R1+R2=2Hnq
2.4曳引輪上的靜轉(zhuǎn)矩
電梯沒有運(yùn)行前，曳引輪隨的拉力差G1產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱靜轉(zhuǎn)知T（N·m），它的方向與G相同。可由下式計(jì)算，設(shè)曳引輪節(jié)圓直徑為D（mm）；則
T’20=DG1/（2*1000） 式（2-11）
=1/2*D*[0.55Q2 / i’12-(R1+R2)]*1/1000
電動(dòng)機(jī)受的靜轉(zhuǎn)矩為T10= T20/ i12η
2.4.1靜摩擦轉(zhuǎn)矩
靜力P是比較大的力，作用在軸頸上要產(chǎn)生摩擦轉(zhuǎn)矩T’10（N·m），其值可由下式計(jì)算：
T’ 10=fpr/1000 式（2-12）
式中 r為軸半徑（mm）
T’20方向與v方向相反，電動(dòng)機(jī)受的摩擦轉(zhuǎn)矩為
T’10= T’20/ i12η 式（2-13）
電動(dòng)機(jī)軸上承受的總靜轉(zhuǎn)矩為：
T’10=T10-T’ 10式 （2-14）
或T0=T10+T’0
2.4.2 F和Q的討論
由F值的計(jì)算式可以看出，F(xiàn)值的大小僅隨R2大小變化，在電梯提升高度H<35m時(shí)一般可以不計(jì)入R2總等于Hnq,顯然F值是變化不大的物理量。若不計(jì)入R2，或計(jì)入R2=Hnq，則F是固定量。
由Q值的計(jì)算式可知，Q值在運(yùn)行過程中不但受R1的影響，而且受層站處乘客上下變化的影響，也就是不計(jì)入R1，Q在電梯運(yùn)行中亦是變量。Q值的變化會(huì)影響靜轉(zhuǎn)矩和靜摩擦轉(zhuǎn)矩大小，影響電梯的工作狀態(tài)。
在某下層站，乘客減少到Q2的40%~50%時(shí)，即恰好等于ψ時(shí)，F(xiàn)=Q，于是G1=0，T20=0，T10=0。當(dāng)Q2值再減小，乘客量小于ψQ2時(shí)，則要產(chǎn)生F>Q的工作狀態(tài)。這時(shí)產(chǎn)生的靜力矩與G方向一致。當(dāng)F方向的靜轉(zhuǎn)矩大到一定程度時(shí)，亦即若大于摩擦力矩時(shí)，電梯起動(dòng)的瞬時(shí)，主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的共軛嚙合面發(fā)生改變，由左齒面（或右齒面）改變成了右齒面（或左齒面），也就是這個(gè)瞬間齒面要產(chǎn)生一次沖擊，齒面改變的結(jié)果使齒輪副嚙合狀態(tài)發(fā)生了根本變化。正常（以蝸桿副為例）共軛嚙合是蝸桿為主動(dòng)件。改變后的嚙合狀態(tài)是蝸輪為主動(dòng)件。要特別注意，無論那個(gè)齒面工作，電梯的運(yùn)行方向不變，這是一個(gè)重要的共軛齒面嚙合現(xiàn)象。
2.5靜轉(zhuǎn)矩的討論
2.5.1曳引輪承受的靜轉(zhuǎn)矩變化
載荷很小時(shí)（極限情況是空載），F(xiàn)>Q，靜載荷產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與F方向一致；載荷較大時(shí)（極限情況是滿載）；Q>F，靜載荷產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向與Q的方向一致，又由P力產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩總和v的方向相反于是可得出如下規(guī)律性結(jié)論：
（1）滿載上行T20與T’20方向一致要相）加
（2）滿載下行T20與T’20方向相反要相減
（3）空載上行T20與T’20方向一致要相減
（4）空載下行T20與T’20方向一致要相加
所謂上行和下行是指轎廂運(yùn)行方向。
關(guān)于對(duì)重系數(shù)ψ=0.4~0.5，這就是說Q值和F值僅相差（0.6~0.5）Q2，曳引輪兩側(cè)的接力在不考慮鋼絲繩重量影響的情況下，僅隨載重量Q2的變化而變化。若載重量不是滿載而是ψQ2時(shí)，則Q=F，這時(shí)靜轉(zhuǎn)矩理論上可為零，也就是說電梯功率可達(dá)到最小。客梯的乘客不可能總是滿載，也不可能空載運(yùn)行，從概率上講可以判定，乘載40%~60%的機(jī)率最多。而ψ=0.4~0.5，可見ψ系數(shù)的給定值是很巧妙的，這就不難斷定客梯實(shí)際運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)功率多數(shù)情況是很小的。曳引機(jī)使用情況已說明主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪副失效破損的很少。由于P力的作用，設(shè)計(jì)軸承則是一個(gè)重要問題了。
2.5.2設(shè)計(jì)載荷
在設(shè)計(jì)曳引機(jī)時(shí)，總是按照最危險(xiǎn)的情況考慮，所以應(yīng)采用1.25Q的超載計(jì)算，Q總是大于F。曳引機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及電動(dòng)機(jī)選擇，都應(yīng)遵循這一原則。
2.5.3曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
運(yùn)行中的曳引傳動(dòng)情況是很復(fù)雜的：轎廂運(yùn)行有上有下；轎廂有加速度起動(dòng)、減加速度停車及勻速正常工作；有移動(dòng)構(gòu)件和轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件；有重量、有質(zhì)量等，所以曳引機(jī)承受的力和轉(zhuǎn)矩將受到動(dòng)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的影響。在分析計(jì)算曳引機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，要充分考慮這些因素，亦加以較全面的討論，從中尋找出最危險(xiǎn)情況，進(jìn)行曳引機(jī)強(qiáng)度計(jì)算以達(dá)到安全可靠的目的。
2.5.4動(dòng)量定理及曳引力
曳引力是非運(yùn)動(dòng)時(shí)的靜力。因?yàn)殡娞菰谶\(yùn)動(dòng)的全過程中，速度是變化 的，呈近似梯形，起動(dòng)時(shí)有加速度，正常運(yùn)行是勻速，停層時(shí)是減加速，所以在起動(dòng)和停層階段受動(dòng)量大小的影響。由此在計(jì)算曳引力時(shí)涉及支動(dòng)量及動(dòng)量定理。
動(dòng)量定義：物體質(zhì)量與速度的乘積稱為動(dòng)量。
K=mv 式（2-13）
動(dòng)量定理：在一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)中，各構(gòu)件動(dòng)量對(duì)時(shí)間求導(dǎo)之和等于所有外力之和，即
∑dmivi/dt=∑Fi[3]
對(duì)于一個(gè)構(gòu)件單獨(dú)分析同樣成立。
a)上行加速起動(dòng)階段，所承受的曳引力
對(duì)于轎廂，它承受的重力為Q1+Q2，亦是受的外力，曳引輪對(duì)轎廂的作用力為Q，于是由式可得
（Q1+Q2）dv/gdt=Q-(Q1+Q2) 式（2-14）
所以Q=（Q1+Q2）+（Q1+Q2）a/g
=（Q1+Q2）(1+a/g)
式中 a ——加速度（m/s2）
g——重力加速度（m/s2）
對(duì)重承受的重力為Q1+ψQ2也是承受的外力。應(yīng)注意v指向–x方向的負(fù)值于是
（ Q1+ψQ2）/g(–dv/dt)=F–(Q1+ψQ2) 式（2-15）
F=(Q1+ψQ2)–(Q1+ψQ2)a/g=(Q1+ψQ2)(1–a/g)
所以可方便地求得曳引輪兩側(cè)拉力之差
G1=Q-F=(Q1+Q2)（1+a/g）=(Q1+ψQ2)(1+a/g) 式（2-16）
整理后得]
G=Q-F=Q2（1-ψ）+[2Q+Q2（1+ψ）a/g 式（2-17）
b)中間勻速正常工作階段承受的曳引力
因?yàn)槭莿蛩龠\(yùn)動(dòng)，所以有：
Q=Q1+Q2 F=Q2+ΨQ2 G1=G2（1-ψ）[1] 式（2-18）
與上文計(jì)算的靜載荷一致。
c)上行減加速階段承受的曳引力
和上行加速階段相比，a為–a,代入上邊各式得
Q=(Q1+Q2)(1-a/g) [2]
F= (Q1+ψQ2)(1+a/g)
所以 G1=(Q1+Q2)(1-a/g)- (Q1+ψQ2)(1+a/g)
最后整理得
G=Q2（1-ψ）-[2Q1+Q2（1+ψ）]a/g
d)下行加速起動(dòng)階段承受的曳引力
這種情況，加速度是“+”值，速度是“–”，可求得Q；速度是正值，加速度是“+”值可求得F于是可得與式相同的結(jié)果。
e)穩(wěn)定下行階段承受的曳引力
屬于勻速運(yùn)動(dòng)承受的曳引力，是靜曳引力。
f)下行減加速階段承受的曳引力
這種情況，加速度是“–”值，速度是“+”，可求得Q；速度是負(fù)值，加速度是“–”值，可求得F于是可得與式相同的結(jié)果。
2.6輸入功率的簡(jiǎn)易計(jì)算方法
曳紀(jì)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)知和功率是比較復(fù)雜。為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常采用簡(jiǎn)易計(jì)算法，這種方法雖然考慮的影響因素較少，但從工程計(jì)算的角度考慮下式是可用的。有一條經(jīng)驗(yàn)公式；
η=Cη1/η’2=0.52*80.8/78.4=0.54 式（2-19）
P=(1-Ψ)Q2v/102η=(1-0.5)*1250*1.75/(102*0.54)=19.86[6]
式中 P——電動(dòng)機(jī)功率（kw）
Ψ——電梯平衡系數(shù)，0.45~0.5；
η——電梯機(jī)械傳動(dòng)總效率；
η’1——曳引機(jī)中減速器的傳動(dòng)效率，對(duì)于ZK1、ZI蝸桿傳動(dòng)
η1=100-3.2√i12=100-3.2√36=80.8
η’2——效率比常數(shù),η’2=100-3.6√i12=100-3.6*6=78.4
η——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)總效率
C——效率常數(shù)，C=0.5~0.55,一般取0.52 [4]
45
3.曳引機(jī)的設(shè)計(jì)
3.1 曳引機(jī)的額定載重量
額定載重量是指曳引比為1，平衡系數(shù)（對(duì)重系數(shù)）為0.5時(shí)，曳引輪曳引的轎廂所承受的重量，對(duì)于客梯重量為1250kg，人數(shù)為16位。
3.1.1額定速度
額定速度是批曳引比為1時(shí)曳引輪的圓周速度。（單位：m/s）即轎廂速度。
3.1.2 曳引機(jī)減速器的中心距 ：160mm
3.1.3 交流電動(dòng)機(jī)
a）功率（單位：kw）：22
b）中心高（單位：mm）：200
c）極數(shù)：?jiǎn)嗡贋?極
注：1)曳引機(jī)減速器其它幾何參數(shù)，應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)GB100085-88或JB2318-79或GB9147-88的規(guī)定。
2)電動(dòng)機(jī)其它技術(shù)要求，應(yīng)符合GB12974-91。
3) 門電動(dòng)機(jī) 型號(hào)：Y100L-2 ，額定功率：3KW ，額定電壓：380V ，額定電流：7A ，功率因數(shù)：0.87
3.1.4電動(dòng)機(jī)的選用
除小型雜物電梯外，其它電梯都要經(jīng)過起動(dòng)→穩(wěn)定→停運(yùn)三個(gè)工作階段，其速度要經(jīng)過低速（加速）→正常勻速→低速（減速）三個(gè)階段，其調(diào)速方法通常有直流調(diào)速、變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、調(diào)頻調(diào)速、直線調(diào)速等形式。
客梯多用調(diào)壓或調(diào)頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。隨著技術(shù)的發(fā)展，采用調(diào)頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)要優(yōu)于調(diào)壓調(diào)速電動(dòng)機(jī)，所以這里我選用調(diào)頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和它的極數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)速高，極數(shù)少，體積小，成本低，故應(yīng)選擇4極電動(dòng)機(jī)，n1=1500r/min
4 曳引機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 普通圓柱蝸桿副幾何參數(shù)搭配方案是：
在中心距a、轉(zhuǎn)速n1、傳動(dòng)比i12給定的條件下，采用多齒數(shù)（頭數(shù)）z1、z2 ，小模數(shù)m，大直徑d1(q)的設(shè)方案。該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)是：采用多齒數(shù)（頭數(shù)）z1的圓柱蝸桿傳動(dòng)，能明顯提高傳動(dòng)效率，降低油溫升，保持潤(rùn)滑油粘度，改善動(dòng)壓潤(rùn)滑條件；可以提高生產(chǎn)率，降低加工成本，增大重合度，提高承載能力；可明顯增大蝸桿剛度，保證正確嚙合特性的實(shí)現(xiàn)，增大了蝸輪的有效寬度，減小了蝸輪的尺寸；另外改善了蝸桿、滾刀的切削性能，提高了蝸輪精度，降低了齒面粗糙度。
曳引機(jī)是品種少、用量大的專用減速機(jī)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)“最隹”設(shè)計(jì)方案，故采用非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，這為新設(shè)計(jì)方案的推廣打下了良好的基礎(chǔ)。故選用：
z1=1、2、4
z2=25~90
i12=-20~63 q=10~20
普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計(jì)算
在蝸桿的基本尺寸和參數(shù)表（GB10085––88）[4]選得以下數(shù)值
（詳細(xì)見機(jī)械設(shè)計(jì)書附錄P279）
模數(shù)（m/mm）： 4
軸向齒距(px/mm)：px = πm =12.566
分度圓直徑（d1/mm）：d1 = q m =40
齒數(shù)z1：2
直徑系數(shù)q：10.000 圖4-1圓柱蝸桿副
齒頂圓直徑da1/mm：48
齒根圓直徑df1/mm：30.4
分度圓柱導(dǎo)程角γ1：21°48′05″
普通圓柱蝸桿傳動(dòng)幾何尺寸計(jì)算式
蝸桿齒數(shù)z1： z1==z2/i12 z1=1,2,3,4 ；根據(jù)大多數(shù)用法，選取z1=2
蝸輪齒數(shù) z2 z2=i12 z1=36*2=72
傳動(dòng)比 i12 i12=1/ i21=ω1/ω2=n1/n2= z2/ z1=r’2/r’1cotγ1=
=r’2/p=2r’2/mz1=d2/mz1=36>1
齒數(shù)比 u u= z2/ z1=36≥1(蝸桿主動(dòng)時(shí)i12=u)
蝸桿軸向模數(shù)mx/mm mx=2a/(p+ z2+2x)=px/π=d1/q=4.00
蝸桿法向模數(shù)mn/mm mn= mxcosγ1=3.71
蝸桿直徑系數(shù)q q=d1/mx=40/4=10
蝸桿分度圓直徑d1/mm d1=qmx=10*4=40
導(dǎo)程 pz/mm πmz1=pz=3.14*4*2=25.12
導(dǎo)程角γ1(°) γ1=arctan(z1/p)= arctan(mz1/d1)= arctan(4*2/40)
= arctan(0.2)=11.31°
γ’=arctan(z1/q+2x)= arctan(mz1/d’1)
軸向齒形角αx(°) tanαx=tanαn/cosγ1 =0.37
法向齒形角αn(°) tanαn= tanαx cosγ1= 0.36 αn=α0=20°
DIN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 γ=15°~20°
αn=22.5°γ1<15°時(shí)α0=20
中心距a/mm a=m(q+z2+2x)/2= (d’1+d’2)/2=164.8 取標(biāo)準(zhǔn)值
變位系數(shù)x x=(a’-a)/m=a’/m-(q+z2)/2 、x=+0.3~ –1；
選用x=0.2
蝸桿節(jié)圓直徑d1’ /mm d1’=d1+2x2m=m(q+2x2)=4*(10+2*0.2)=41.6
蝸輪節(jié)圓直徑d2’ /mm d2’=d2=288
齒頂高系數(shù)ha* ha*=cosγ1=0.98 取ha*=1
頂隙系數(shù)c* c*=0.2cosγ1=0.2
蝸桿齒厚sx1/mm sx1=p/2=πm/2=6.28加厚蝸輪齒厚時(shí)
sx1=πm/2–0.2cosγ1=6.28-0.196=6.084
蝸桿齒頂高h(yuǎn)a/mm ha1=ha*m=1*4=4
蝸桿齒根高h(yuǎn)f/mm hf1=ha*m+c*m=(ha*+c*)m=(1+0.2)*4=4.8
蝸桿齒全高h(yuǎn)/mm h1=ha1+hf1=4+4.8=8.8
齒距p/mm px=πm=3.14*4=12.56
pn=pxcosγ1=12.56*0.98=12.31
蝸桿齒頂圓直徑da1/mm da1=d1+2ha*m=48
蝸桿齒根圓直徑df1/mm df1=d1-2hf1=40-2*4.8=30.4
蝸桿螺旋參數(shù)p p=mz1/2=d1tanγ1/2=40*0.2/2=4
蝸桿法向齒厚sn1/mm sn1=sx1cosγ1=6.084*0.98=5.72
法向弦齒厚 s’n1/mm s’n1=sn1(1-sn12sin2γ1/6d12)=5.72
法向弦齒厚測(cè)齒高h(yuǎn)’n/mm h’n=ha*m+sn12sin2γ1/4d1=4.01
蝸桿齒寬b1/mm b1=(12.5+0.1z2)m=(12.5+0.1*72)*4=78.8
b1≈(5~6) πm
蝸桿端面齒形角αt(°) tanαt= tanαn/sinγ1=0.36/sin11.31°=0.07
蝸桿基圓柱上導(dǎo)程角γb1(°) cosγb1==cosαn cosγ1=cos20°*cos11.31=0.98
sinγb1 cosαt= cosαn sinγ1
=cos20°*sin11.31°=0.18
tanγb1=p2/db1π=0.20
蝸桿基圓直徑db1/mm db1=d1cosαt=40*0.998=39.90
db1sinγb1=z1mncosαn=3.71*2*cos20°=6.97
db1π=pzcotγb1=39.90*3.14=125.29
當(dāng)αn=20°，若db1>df1
必須減小db1,使db1=df1
蝸桿平均直徑 dm/mm dm=(da1+df1)/2=(48+30.4)/2=39.2
平均圓柱上導(dǎo)程角γm1(°) tanγm1=mz1/dm=4*2/39.2=0.20
平均圓柱上法向齒形角αnm(°) cosαnmcosγm1= cosγ1cosαn
=cos11.31°*cos20°=0.92
蝸桿固定弦齒厚s’n1/mm s’n1= πmcos2αndnmcosγm/2
=3.14*4*cos220°*39.2*cos11.31°/2=213.16
蝸桿固定弦齒高h(yuǎn)’n1/mm h’n1=(h1-s’n1tanαnm)/2
蝸輪分度圓直徑 d2/mm d2=d’2=mz2=288
蝸輪喉圓直徑 da2/mm da2=d2+2ha2=288+2*48=297
蝸輪根圓直徑 df2/mm df2=d2=2hf2=2*30.4=60.8
蝸輪頂圓直徑 de2/mm de2=da2+(1~2)m=297.6+4=302 取整數(shù)
蝸輪螺旋角 β2(°) β2=γ1=11.31°
蝸輪齒寬 b2 /mm b2=(0.67~0.7)da1=0.68*48=32.64
蝸輪有效齒寬b’2 /mm b’2=2m√q+1= 26.53
b’2=d1tan(θ/2)=12.70
齒寬角θ(°) θ=(b’2180°/d1π)或θ=arcsin(b’2/(da1-0.5m)=35.22°[1]
4.2幾何計(jì)算中注明的幾個(gè)問題
4.2.1普通圓柱蝸桿副的正確嚙合條件
mx1=mx2=m=4
αn1=αn2(等效αt2=αx1=20°
γ1=γ2(旋向相同)
i12=d2/d1tanγ1=36
4.2.2蝸輪傳動(dòng)的受力分析
在蝸桿傳動(dòng)中作用在齒面上的法向壓力Fn仍可分為圓周力Ft 徑向力Fr 和軸向力Fa 顯然，作用于蝸桿上的軸向力等于渦輪上的圓周力；蝸桿上的圓周力等于渦輪上的軸向力；蝸桿上的徑向力等于渦輪上的徑向力，這些力對(duì)應(yīng)的數(shù)值相等 方向相反
Ft2 = 2T2/d2 = Fa1
Fa2 = Ft2 tan(γ1+ρ’) = Ft1
Ft2 = Fn sin at = Fr1
法向力 Fn = 2T/ （d2 cosan cosγ1）
4.2.2 圓柱蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算
效率是表示輸入功率有效利用的程度。亦是輸出生產(chǎn)阻力功與輸入驅(qū)動(dòng)功之比所得的商。
η=P2/P1=1-P2*/P1=1-Ψ 式（4-1）
式中 P2、P1——分別為輸入和輸出功率：
P2*——傳動(dòng)中的損耗系數(shù)，Ψ<1；
Ψ——耗損系數(shù)，Ψ<1；
η——傳動(dòng)效率η<1。
蝸桿傳動(dòng)效率包括三部分：
η1——軸承損耗效率，η1=1~0.01=0.99
η2——攪油損耗效率，η2≈0.99；
η3——蝸桿副嚙合效率。
蝸桿主動(dòng)時(shí)η3=tanγ1/tan(γ1+ρ’)=tan11.31°/tan(11.31°+4°00)=0.73° 式（4-2）
蝸桿減速器的總效率為
η=η1η2η3=0.98tanγ1/tan(γ1+ρ’)= 0.98*0.73=0.72[9] 式（4-3）
式中 ρ’——蝸桿副的當(dāng)量摩擦角，ρ’=arctanf’v
f’v——當(dāng)量摩擦因數(shù)。
v(12)=v1/cosγ=πd1n1/(60*1000cosγ)=3.14*40*1500/(60*1000*cos11.31°)=0.76≈1
查普通圓柱蝸桿副的f’v及ρ’的參數(shù)表得
由于選用的是灰鑄鐵，所以v(12)=1.0, f’v=0.070, ρ’=4°00′
3.2.5.3功率與轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
輸入功率/kw：P1=T1n1/9.55*106=19.86 式（4-4）
輸出功率/kw：P2=P1η=19.86*0.54=10.72
效率 η=0.98tanγ1/tan(γ+ρ’)=0.98tan11.31°/tan(11.31°+4°00)=0.72
轉(zhuǎn)矩 T1=9.55*106P1/n1=9.55*106*19.86/1500=126442
T2=T1i12η=126442*36*0.72= 3277376.64[6]
4.2.3輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
最大接觸應(yīng)力 σH =Ze Zp√KaT2/a3 = 147*2.8