短行程簡易升降機設(shè)計【5張CAD圖紙及說明書全套】【YC系列】

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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 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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1 第二章 原理方案擬定 8 2.1 升降機總體方案設(shè)計 8 第三章 設(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(shè)計 19 4.1 齒數(shù)的確定 19 4.2 行星齒輪傳動a-c副的設(shè)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(shù) 28 4.7 均載機構(gòu)的選型 28 4.8 齒輪聯(lián)軸器的設(shè)計計算 28 第五章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 30 5.1 機架設(shè)計 30 5.2 防斷繩機構(gòu)設(shè)計 32 5.3 導(dǎo)輪設(shè)計 33 結(jié)論 35 參考文獻 36 致謝 37 38 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(shè)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(yīng)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?，F(xiàn)代電梯主要由曳引機（絞車）、導(dǎo)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(qū)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(shù)主要有額定載重量、可乘人數(shù)、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(shù)的廣泛應(yīng)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(xiàn)代化的機器，對升降機的要求也變得更高。設(shè)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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國外發(fā)展現(xiàn)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(chǎn)品的迅速發(fā)展，打破了原有產(chǎn)品與市場格局，在經(jīng)濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導(dǎo)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(chǎn)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(chǎn)國，又是最大的世界市場之一。但由于日本、德國升降機工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產(chǎn)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(dǎo)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(jīng)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(chǎn)大國，產(chǎn)品質(zhì)量和數(shù)量提高很快，已出口到歐美市場，年總產(chǎn)量居世界第一。自1992年以來，由于受日元升值、國內(nèi)基建投資下降和亞洲金融危機影響，年產(chǎn)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(chǎn)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(lián)合風(fēng)潮 升降機制造業(yè)中的聯(lián)合之風(fēng)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(lián)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(dǎo)地位。有4家公司已在兩大市場建立了根據(jù)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(chǎn)品出售到歐洲。但升降機升降平臺生產(chǎn)本地化要比依賴當?shù)卮砩虅?chuàng)造更多機會，多田野和加藤這兩家公司產(chǎn)品相似，汽車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(nèi)市場萎縮帶來的困境方面處于更有利的位置。 多數(shù)廠商在爭奪上述市場的同時，還努力擴大產(chǎn)品系列。格魯夫公司的汽車升降機和RT 產(chǎn)品具有競爭優(yōu)勢，購買克虜伯公司后，在AT產(chǎn)品方面也頗具實力，該公司還準備生產(chǎn)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(chǎn)品領(lǐng)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(mào)易協(xié)定。許可證貿(mào)易要比全面并購方式開展 早，風(fēng)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(chǎn)權(quán)爭議而告終。特雷克斯與日本IHI公司有歷史聯(lián)系，至今特雷克斯還提供涂裝AmericanCrane公司產(chǎn)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(mào)易行得通的例證。但此類協(xié)定難以持久，其結(jié)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(chǎn)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(chǎn)品、擴展雙方產(chǎn)品系列的合作協(xié)議，收效不大。在國內(nèi)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(chǎn)與銷售領(lǐng)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(chǎn)品可使收入多樣化。特雷克斯公司既經(jīng)營采礦設(shè)備又經(jīng)營起重搬運設(shè)備，起重搬運設(shè)備包括AT和RT產(chǎn)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(chǎn)挖掘機的經(jīng)驗，成為首先將液壓技術(shù)應(yīng)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(jù)是升降機和挖掘機屬于不同行業(yè)。利勃海爾既生產(chǎn)挖掘機，也生產(chǎn)流動式升降機和塔式升降機，還在愛爾蘭生產(chǎn)集裝箱搬運升降機，其旗下各企業(yè)均為單獨實體。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 　　改革開放三十年以來,我國城市建設(shè)發(fā)展突飛猛進，有利的帶動了我國升降機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,升降機做為人們出行的垂直交通工具已經(jīng)隨處可見。 ①引進外資，合作辦廠 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(chǎn)、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(shè)也有重大深遠的影響。從自1979年至今升降機的產(chǎn)量有了飛速的增長：不僅如此產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)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(diào)速梯逐漸被vvvf交流變頻變壓調(diào)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(shù)，最高梯速已達到4m/s；行業(yè)出現(xiàn)了翻天覆地的變化：升降機企業(yè)的生產(chǎn)條件、員工素質(zhì)、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(jīng)濟建設(shè)為中心的總方針。沒有大規(guī)模的經(jīng)濟建設(shè)，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(wù)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(jīng)濟開放區(qū)。根據(jù)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(shù)、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(xiàn)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(zhì)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(chǎn)業(yè)鏈形成的初級階段。 ②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(jīng)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(shù)的同時，相關(guān)的管理體制也在不斷的完善。 1990年1月16日由中國質(zhì)量管理協(xié)會用戶委員會等單位組織的全國首次國產(chǎn)升降機質(zhì)量用戶評價新聞發(fā)布會在北京召開。會議發(fā)布了產(chǎn)品質(zhì)量較好的企業(yè)和服務(wù)質(zhì)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(chǎn)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(diào)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(chǎn)品型號編制辦法》，《自動扶梯分類》，《自動扶梯技術(shù)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(dǎo)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(mào)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(jīng)建設(shè)部（1991）751號文批準，并經(jīng)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(shè)發(fā)展突飛猛進，更有利的帶動了我國升降機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，1997年取得了升降機總產(chǎn)量與上年持平、總產(chǎn)值繼續(xù)增長的好成績，由此證明我國升降機行業(yè)更加成熟，適應(yīng)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(lián)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(chǎn)量突破3.02萬臺。 ③迅猛發(fā)展，日新月異 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展、城市化建設(shè)的不斷完善，升降機已不只存在于高檔商務(wù)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(jīng)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，華南區(qū)域的升降機產(chǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭更猛，特別是蘇州，蘇州整梯年產(chǎn)量占國內(nèi)升降機市場的三分之一，而配件產(chǎn)品中，扶梯零配件年產(chǎn)量占全國市場的三分之一以上，升降機零配件的年產(chǎn)量也已經(jīng)超過四分之一。蘇州已經(jīng)成為中國最集中的升降機生產(chǎn)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(shù)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(guān)注。2007年中國政府出臺了一系列經(jīng)濟政策，加強宏觀調(diào)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(chǎn)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(chǎn)量持續(xù)走高的基礎(chǔ)上又一次創(chuàng)造了歷史新高，超過了全世界升降機產(chǎn)量的一半。據(jù)統(tǒng)計， 2007年我國安裝驗收升降機146999臺，同比增長24%。截止2007年底，全國在用升降機達917313臺。中國已經(jīng)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(chǎn)基地和消費市場，也是擁有升降機最多的國家之一。 現(xiàn)在我國升降機生產(chǎn)力不斷提高，質(zhì)量也被國際市場所認可，不但能夠滿足國內(nèi)市場需求，國際市場的供應(yīng)能力也在加強。? 第二章 原理方案擬定 2.1 升降機總體方案設(shè)計 本課題的主要任務(wù)是遵循機械設(shè)計的功能與可靠性、經(jīng)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(shè)計。 1）設(shè)計控制系統(tǒng) 2）設(shè)計設(shè)防斷繩機構(gòu) 3）本升降機相關(guān)參數(shù) （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(chǎn)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(jù)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(gòu)、機架組成： 由電動葫蘆實現(xiàn)吊籃的提升，電動葫蘆減速器、運行機構(gòu)、卷筒裝置、吊鉤裝置、聯(lián)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(yīng)產(chǎn)品斷續(xù)工作中頻繁的直接起動，最大轉(zhuǎn)矩為額定力矩的2.4~3倍。 錐形轉(zhuǎn)子電動機：轉(zhuǎn)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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩外，同時產(chǎn)生軸向磁拉力，使轉(zhuǎn)子軸向移動壓縮制動彈簧，松開制動輪，轉(zhuǎn)子隨即開始運轉(zhuǎn)。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(chǎn)生制動力矩，電動機迅速停止運轉(zhuǎn)。 吊籃上面設(shè)有防斷繩機構(gòu)，吊籃上設(shè)有四個導(dǎo)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： 圖2-2 方案二 由液壓缸實現(xiàn)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(shè)有： 1）溢流閥：可防止上行運動時系統(tǒng)壓力過高 2）應(yīng)急手動閥：電源發(fā)生故障時, 可使轎廂應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)制造成本低，使用維護成本低，易于實現(xiàn)，也符合題中所給的簡易短行程升降機設(shè)計。 方案二結(jié)構(gòu)復(fù)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(xiàn)4~5米的升降，液壓缸就要求蠻長，這在工藝上也難以實現(xiàn)，同時，也會造成機架空余部分很長，造成材料，成本浪費。 因此，本設(shè)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(cè)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(gòu) 第三章 設(shè)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(shè)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(lián)卷筒和雙聯(lián)卷筒。鑄造卷筒工藝復(fù)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(chǎn)時采用焊接卷筒是特別有利的。 故而，在本設(shè)計中將采用鑄造單聯(lián)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(nèi)部應(yīng)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： 式中——額定起升載荷； ——系數(shù)，單聯(lián)卷筒，； ——滑輪組倍率，； ——滑輪組及導(dǎo)向滑輪的效率，對于滾動軸承，。 即 鋼絲繩的最小直徑可按下式計算： 式中——鋼絲繩最小直徑； ——鋼絲繩最大工作靜拉力，； ——選擇系數(shù)，。 即 ，取。 標記：。 3.3 卷筒的設(shè)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(chǎn)品，在本設(shè)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： 式中——鋼絲繩直徑，； ——與機構(gòu)級別有關(guān)的系數(shù)，。 即 ，取。 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: 3.3.3 卷筒長度 單聯(lián)卷筒的長度可按下式計算： 其中 式中——起升高度，； ——滑輪組倍率，； ——卷筒繞直徑，； ——附加安全圈數(shù)，取為； ——螺旋槽螺距，； ——固定繩尾所需長度，?。? ——卷筒兩端空余部分的長度，取。 即 ，取。 3.3.4 卷筒厚度 對于鋼制卷筒，卷筒的厚度。 3.3.5 卷筒的強度計算 卷筒壁主要承受壓應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，而扭轉(zhuǎn)應(yīng)力通常很小，可以忽略不計。當時，彎曲應(yīng)力可以不考慮，其合成應(yīng)力僅為壓應(yīng)力，即。 式中——作用在筒壁上的壓應(yīng)力； ——應(yīng)力減小系數(shù)，?。? ——鋼絲繩最大拉力，； ——卷筒厚度，； ——卷筒螺旋繩槽螺距，。 即 其中——鋼的屈服極限，取。 即 所以，強度條件能滿足。 3.3.6 卷筒轉(zhuǎn)速 卷筒的轉(zhuǎn)速可按下式計算： 式中——卷筒轉(zhuǎn)速； ——起升速度，； ——卷筒繞直徑，； ——滑輪組倍率，。 即 。 3.4電動機的選擇 3.4.1 電動機類型 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(nèi)對于電動葫蘆起升機構(gòu)所選用的電動機類型，在本設(shè)計中將采用ZD型錐形轉(zhuǎn)子異步電動機。這種電動機由錐形定子，錐形轉(zhuǎn)子，制動彈簧和裝在風(fēng)扇及端蓋上的制動環(huán)組成。當電動機通電后，除產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電磁力外，氣隙磁場還在轉(zhuǎn)子錐形面產(chǎn)生軸向力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)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(zhuǎn)。斷電后，軸向磁力消失，轉(zhuǎn)子在制動彈簧壓力下軸向復(fù)位，使錐形制動環(huán)與后蓋制動體接觸，產(chǎn)生摩擦制動力矩，使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩和過載能力。 （1）初選電動機型號 首先應(yīng)該計算穩(wěn)態(tài)平均功率，對于不同的工作機構(gòu)，可根據(jù)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(gòu)： 式中——起升機構(gòu)電動機的穩(wěn)態(tài)平均功率； ——穩(wěn)態(tài)負載平均系數(shù)，； ——額定起升載荷，； ——起升速度，； ——機械總效率，取。 即 所以，初選ZD31-4型號的電動機，額定功率。 （2）電動機的過載校核 起升機構(gòu)電動機的過載校核公式為： 式中——基準接電持續(xù)率時的電動機額定功率； ——額定起升載荷，； ——起升速度，； ——機械總效率，?。? ——基準接電持續(xù)率時，電動機轉(zhuǎn)矩允許的過載倍數(shù)，??； ——考慮電壓降、最大轉(zhuǎn)矩存在誤差等因素的系數(shù)，取。 即 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。 （3）電動機發(fā)熱校核 設(shè)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(yù)期壽命。 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： 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，； ——基準接電持續(xù)率時的電動機額定功率，； ——一個工作循環(huán)的時間，； ——一個工作循環(huán)中電動機實際工作的時間，。 即 ，故滿足要求。 3.2.4 制動力矩的驗算 起升時作用在電動機軸上的轉(zhuǎn)矩為： 下降時，作用在電動機軸上的轉(zhuǎn)矩為： 式中——額定起升載荷，； ——卷筒繞直徑，； ——滑輪組倍率，； ——傳動比，電動機額定轉(zhuǎn)速和卷筒轉(zhuǎn)速之比，； ——上升時機械總效率，??； ——下降時機械總效率，取。 即 ； 。 制動力矩需滿足下式： 式中——制動器的制動力矩，； ——制動安全系數(shù)，取。 即 ，故滿足要求。 第四章 齒輪傳動設(shè)計 4.1 齒數(shù)的確定 行星齒輪傳動的齒數(shù)確定是相當費時的工作，往往需要反復(fù)估算多次，才能得到較為滿意的結(jié)果。齒輪的齒數(shù)除必須滿足一般齒輪傳動中對齒輪齒數(shù)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(shè)計手冊中，行星齒輪傳動中齒輪的齒數(shù)以列出標準值，可通過查表的方式確定齒數(shù)。確定的齒數(shù)見表4-1所示。 表4-1 齒輪齒數(shù) 傳動比 齒輪編號 52.67 a b e c d 21 114 105 47 38 4.2 行星齒輪傳動a-c副的設(shè)計計算 1，按齒面接觸強度初算小齒輪分度圓直徑： 式中——算式系數(shù)，； ——使用系數(shù)，； ——計算接觸強度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，； ——計算齒輪副小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩，其值可按下式計算： 其中——分別為各個齒輪的齒數(shù)，其值可在表4-1中查得； ——齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩， ——效率，； 所以； ——齒數(shù)比，； ——小齒輪齒寬系數(shù)，，取0.6； ——行星輪個數(shù)，； ——綜合系數(shù)，； ——電動葫蘆動力系數(shù)，； ——試驗齒輪的接觸疲勞極限，； 即 。 2，按齒輪彎曲強度初算齒輪模數(shù)： 式中——算式系數(shù)，； ——計算齒輪副小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩，； ——使用系數(shù)，； ——計算齒輪彎曲強度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，； ——綜合系數(shù)，； ——小齒輪齒數(shù)，； ——載荷作用于齒頂時小齒輪的齒形系數(shù)，； ——試驗齒輪的彎曲疲勞極限，； 即 ，取。 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(yīng)力： 式中——齒根應(yīng)力； ——端面內(nèi)分度圓名義切向力，其值可按下式計算： ； ——使用系數(shù)，； ——動載系數(shù)，； ——彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù)，； ——彎曲強度計算的齒間載荷分配系數(shù)，； ——計算齒輪彎曲強度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，； ——小齒輪齒寬，，?。? ——齒輪模數(shù)，； ——載荷作用于齒頂時的應(yīng)力修正系數(shù)，； ——載荷作用于齒頂時的齒形系數(shù)，； ——彎曲強度計算的重合度系數(shù)，其值由下式確定： ，式中，所以； ——螺旋角系數(shù)，； 即 。 許用齒根應(yīng)力： 式中——許用齒根應(yīng)力； ——試驗齒輪的彎曲疲勞極限，； ——試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，； ——彎曲強度計算的壽命系數(shù)，； ——相對齒根圓角敏感系數(shù)，； ——相對齒根表面狀況系數(shù)，； ——彎曲強度計算的尺寸系數(shù)，； ——彎曲強度計算的最小安全系數(shù)，； 即 所以滿足條件，故安全。 2，按接觸強度計算。 計算接觸應(yīng)力： 式中——齒面的接觸應(yīng)力； ——節(jié)點區(qū)域系數(shù)，； ——彈性系數(shù)，； ——重合度系數(shù)，； ——螺旋角系數(shù)，； ——端面內(nèi)分度圓名義切向力，； ——使用系數(shù)，； ——動載系數(shù)，； ——接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù)，； ——接觸強度計算的齒間載荷分配系數(shù)，； ——計算接觸強度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，； ——齒數(shù)比，； ——齒寬，； ——小齒輪的分度圓直徑，； 即 。 計算許用接觸應(yīng)力： 式中——齒面許用接觸應(yīng)力； ——試驗齒輪的接觸疲勞極限，； ——接觸強度計算的壽命系數(shù)，； ——潤滑劑系數(shù)，； ——速度系數(shù)， ； ——粗糙度系數(shù)，； ——工作硬化系數(shù)，； ——接觸強度計算的尺寸系數(shù)，； ——接觸強度計算的最小安全系數(shù)，； 即 所以滿足強度條件，故安全。 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(yīng)力： 式中——齒面的接觸應(yīng)力； ——節(jié)點區(qū)域系數(shù)，； ——彈性系數(shù)，； ——重合度系數(shù)，； ——螺旋角系數(shù)，； ——端面內(nèi)分度圓名義切向力，其值可用下式計算： ，其中 ， 所以； ——使用系數(shù)，； ——動載系數(shù)，； ——接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù)，； ——接觸強度計算的齒間載荷分配系數(shù)，； ——計算接觸強度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，； ——齒數(shù)比，； ——齒寬，； ——小齒輪的分度圓直徑，； 即 。 計算許用接觸應(yīng)力： 式中——齒面許用接觸應(yīng)力； ——試驗齒輪的接觸疲勞極限，； ——接觸強度計算的壽命系數(shù)，； ——潤滑劑系數(shù)，； ——速度系數(shù)， ； ——粗糙度系數(shù)，； ——工作硬化系數(shù)，； ——接觸強度計算的尺寸系數(shù)，； ——接觸強度計算的最小安全系數(shù)，； 即 所以滿足強度條件，故安全。 2，按輪齒彎曲強度計算。 計算齒根應(yīng)力： 式中——齒根應(yīng)力； ——端面內(nèi)分度圓名義切向力，； ——使用系數(shù)，； ——動載系數(shù)，； ——彎曲強度計算的齒向載荷分布系數(shù)，； ——彎曲強度計算的齒間載荷分配系數(shù)，； ——計算齒輪彎曲強度的行星輪間載荷不均衡系數(shù)，； ——小齒輪齒寬，?。? ——齒輪模數(shù)，； ——載荷作用于齒頂時的應(yīng)力修正系數(shù)，； ——載荷作用于齒頂時的齒形系數(shù)，； ——彎曲強度計算的重合度系數(shù)，其值由下式確定： ，式中，所以； ——螺旋角系數(shù)，； 即 。 許用齒根應(yīng)力： 式中——許用齒根應(yīng)力； ——試驗齒輪的彎曲疲勞極限，； ——試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，； ——彎曲強度計算的壽命系數(shù)，； ——相對齒根圓角敏感系數(shù)，； ——相對齒根表面狀況系數(shù)，； ——彎曲強度計算的尺寸系數(shù)，； ——彎曲強度計算的最小安全系數(shù)，； 即 所以滿足條件，故安全。 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(gòu)或輸出機構(gòu)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： 式中——齒輪嚙合效率，； ——軸承效率，可忽略不計； ——考慮液力損失的效率，可不考慮； ——均載機構(gòu)或N型傳動輸出機構(gòu)的效率，； 即 。 4.6 行星齒輪傳動的主要參數(shù) 經(jīng)過對行星齒輪傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算和校核計算，可確定各個齒輪的主要參數(shù)，見表4-1所示。 表4-1 行星齒輪傳動的主要參數(shù) 齒輪代號 參數(shù)名稱 a b c d e 齒數(shù) 21 114 47 38 105 模數(shù) 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 齒寬系數(shù) 0.6 0.1 0.25 0.3 0.1 齒寬 40 35 30 30 35 分度圓直徑 52.5 287.5 117.5 95 262.5 齒根圓直徑 46.25 298.75 111.25 88.75 256.25 齒頂圓直徑 57.5 282.5 122.5 100 267.5 4.7 均載機構(gòu)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(gòu)的形式很多，查閱指導(dǎo)書，通過對比各種均載機構(gòu)的特點和應(yīng)用范圍，最終選用內(nèi)齒輪浮動形式的均載機構(gòu)。這種均載機構(gòu)的特點是：內(nèi)齒輪通過雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器與機體想連接。軸向尺寸較小，但由于浮動件尺寸大，質(zhì)量大，加工不方便，浮動靈敏性差。由于結(jié)構(gòu)關(guān)系，常用于NGWN型行星齒輪傳動中。 4.8 齒輪聯(lián)軸器的設(shè)計計算 齒輪聯(lián)軸器廣泛用于浮動機構(gòu)中，使浮動構(gòu)件在不平衡力作用下產(chǎn)生位移，以達到各個行星輪均載的目的。浮動構(gòu)件中常用的齒輪聯(lián)軸器有單聯(lián)齒輪聯(lián)軸器和雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器兩種類型。 單聯(lián)齒輪聯(lián)軸器的特點是：內(nèi)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(lián)齒輪聯(lián)軸器的特點是：內(nèi)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(jù)兩種齒輪聯(lián)軸器的特點，最終選用雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器。 查閱指導(dǎo)書2-60頁圖3-2，可確定齒輪聯(lián)軸器的基本參數(shù)如下表4-2。 表4-2 齒輪聯(lián)軸器的主要參數(shù) 模數(shù) 分度圓直徑 齒數(shù) 5.0 300 60 再計算齒輪聯(lián)軸器的幾何參數(shù)： 1，齒形角 。 2，齒頂高系數(shù) 外齒輪；內(nèi)齒輪。 3，齒頂圓直徑 外齒輪； 內(nèi)齒輪。 4，齒根圓直徑 外齒輪； 內(nèi)齒輪。 5，齒寬 。 第五章 結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1 機架設(shè)計 機架設(shè)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(shè)計首先必須保證機器的特定工作要求。例如，保證機架上安裝的零部件能順利運轉(zhuǎn)，機架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運動件通過的突起,設(shè)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(chǔ)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(chǎn)生變形，振動或爬行，而影響產(chǎn)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(chǎn)率和加工產(chǎn)品的精度。 (3)強度要求：對于一般設(shè)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(jié)構(gòu)及受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)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(shè)計準則的前提下，必須根據(jù)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(jié)構(gòu)合理，便于制造。 (3)結(jié)構(gòu)應(yīng)使機架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。 (4)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，還應(yīng)使機架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由溫度變化引起的變形應(yīng)力小。 (5)抗振性能好。 (6)耐腐蝕，使機架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。 (7)有導(dǎo)軌的機架要求機架導(dǎo)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。 圖5-1 機架設(shè)計 圖5-2 吊籃設(shè)計 5.2 防斷繩機構(gòu)設(shè)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(cè)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(gòu) 圖5-4 防斷繩彈簧結(jié)構(gòu) 圖5-5 防斷繩鉸鏈結(jié)構(gòu) 5.3 導(dǎo)輪設(shè)計 導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)如下圖所示，導(dǎo)輪沿立柱槽鋼可上下滾動，導(dǎo)輪的軸通過螺母安裝在吊籃的四個角部，導(dǎo)輪內(nèi)部設(shè)有兩個軸承。其結(jié)構(gòu)圖如下： 圖5-6 導(dǎo)輪 結(jié)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(shè)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(yīng)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(xiàn)代化的機器，對升降機的要求也變得更高。設(shè)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(shè)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(gòu)、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(yīng)產(chǎn)品斷續(xù)工作中頻繁的直接起動，最大轉(zhuǎn)矩為額定力矩的2.4~3倍。 吊籃上面設(shè)有防斷繩機構(gòu)，吊籃上設(shè)有四個導(dǎo)輪，使吊籃沿四個立柱上下移動。 本簡易短行程升降機結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)制造成本低，安全可靠，使用維護成本低，易于實現(xiàn)。 參考文獻 [1]濮良貴，紀名剛主編.機械設(shè)計（第八版）[M].北京：高等教育出版社，2006.5 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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. 致謝 在本次畢業(yè)設(shè)計過程中,我的指導(dǎo)老師 教授給了我很多重要的參考意見,并定期和我討論設(shè)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(shè)計設(shè)計在原有基礎(chǔ)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(shè)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(shè)計評閱與指導(dǎo).