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西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：SC200施工電梯爬升架設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級： B070203
學(xué) 生： 韋 力
學(xué) 號： B06020822
指導(dǎo)教師： 田太明
2011年 05月
目 錄
1 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 施工電梯在國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1
1.3 課題的研究意義 2
1.4 課題的研究內(nèi)容 2
1.5 方案設(shè)計(jì)和比較 2
1.5.1 升降機(jī)驅(qū)動(dòng)部分裝置的要求 2
1.5.2 傳動(dòng)方案 2
2 SC200有限元分析 4
2.1 SC200主體組成 4
2.1.1 陽臺(tái)板上的附墻 6
2.1.2 在梁上的附墻 7
2.1.3 后澆帶上的附墻 7
2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間的附墻 8
2.2 SC型施工升降機(jī)基本參數(shù) 9
2.3 SC200祥細(xì)參數(shù) 9
2.4 SC200主體有限無分析 10
2.5 本章總結(jié) 19
3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的確定 20
3.1 SC200型施工升降機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的類型 20
3.2 SC200型施工升降機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)總則 20
3.3 SC200型施工升降機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的確定 20
3.3.1 計(jì)算原理及說明 20
4 結(jié)論 23
參考文獻(xiàn) 24
致 謝 26
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 27
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 28
SC200施工電梯爬升架設(shè)計(jì)
摘 要
現(xiàn)代高層建筑施工的速度快，對人、物料的運(yùn)送速度要求很高，一般除配塔機(jī)外同時(shí)配備施工電梯。施工電梯的工作效率及安全運(yùn)行對施工而言至關(guān)重要。施工電梯的爬升架的機(jī)械性能要求減低自重，保證安全，為施工提供設(shè)備保障。
本次設(shè)計(jì)的建筑施工電梯具備了使用方便,拆裝運(yùn)輸靈活,適應(yīng)各種建筑高度,占地面積小,無特殊用電要求,操縱機(jī)構(gòu)簡單,其附墻裝置安全耐用,適合施工工地的使用條件,為高層建筑施工提供很大的方便。
針對室外施工電梯的特點(diǎn)以及建筑工地的環(huán)境條件，建筑施工用室外電梯的設(shè)計(jì)制造多采用井字架做主承重結(jié)構(gòu)（相當(dāng)于室外電梯的梯井和導(dǎo)軌） ，電梯轎廂（梯籠） 和對重（平衡砣） 用鋼絲繩連接后繞過井字架上端的天輪（主繩輪） 跨于井字架兩側(cè)，轎廂和對重的骨架上都裝有滾輪，并卡于井字架的立管上（相當(dāng)于導(dǎo)靴） ，井字架上設(shè)有固定的齒條，轎廂上設(shè)有交流電動(dòng)機(jī)和減速器，并以一定的速比用齒輪伸出轎廂外與井字架上的齒條嚙合傳動(dòng)。這種電梯也設(shè)有限速器，極限開關(guān)和限位裝置等。
關(guān)鍵詞：施工電梯；齒輪齒條傳動(dòng)；防墜；操縱機(jī)構(gòu)；附墻裝置
SC200 Design of construction elevator climbing frame
Abstract
Faster construction of modern high-rise buildings, people, materials delivery speed is very high, General construction of addition to the distribution of tower crane at the same time equipped with elevators. Construction efficiency and safe operation of the elevator are crucial for construction. Mechanical property requirements of construction elevator climbing frame to reduce weight, security, device protection for construction.
The design of a construction elevator has the easy to use, disassembly transport flexible, adapt to all building height, cover an area of an area small, no special electricity requirement, operation simple, its enclosed wall device security for the construction site, durable, and using conditions for high-rise building construction, providing great convenience.
For outdoor construction elevator of features and construction site of environment conditions, building construction with outdoor elevator of design manufacturing more used well Word frame shots bearing structure (equivalent to outdoor elevator of ladder well and Guide), elevator car van (ladder cage) and on heavy (balance mound) with wire rope connection Hou bypass well Word frame top of days wheel (main rope wheel) across Yu well Word frame on both sides of, car van and on heavy of skeleton Shang are with wheel, and card Yu well Word frame of State tube Shang (equivalent to guide boots), well Word frame Shang has fixed of tooth section, car van Shang has Exchange motor and reducer, and to must of ratio with gear out car van outside and well Word frame Shang of tooth section meshing transmission. This elevator is also equipped with speed-limiting device, such as limit switches and limited device.
Key Words: Tower crane; Rotating mechanism; Planetary gear reducer;control mechanisms; Wall device attached Control mechanisms; Wall device attac
II
主要符號表
z 齒輪齒數(shù)
m 模數(shù)
i 傳動(dòng)比
b 齒寬
η 傳動(dòng)效率
電動(dòng)機(jī)的超載倍數(shù)
Z 驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)
工作速度
M 力矩
T 回轉(zhuǎn)阻力矩
V 垂直力
H 水平力
d 分度圓直徑
i
1 緒論
1 緒論
19
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
1.1前言
現(xiàn)代高層建筑施工的速度快，對人、物料的運(yùn)送速度要求很高，一般除配塔機(jī)外同時(shí)配備施工電梯。施工電梯的工作效率及安全運(yùn)行對施工而言至關(guān)重要。施工電梯的爬升架的機(jī)械性能要求減低自重，保證安全，為施工提供設(shè)備保障。
1.2施工電梯在國內(nèi)外相關(guān)研究情況
升降機(jī)自古代就有，一個(gè)絞盤、一根繩子加上滑輪，就能夠組成升降機(jī)了。但是，如果要用升降機(jī)載人，就必須解決防墜落問題，這是相當(dāng)復(fù)雜的事，業(yè)內(nèi)人士稱防墜落問題是升降機(jī)發(fā)展道路上的世界難題。
150年前，美國人奧的斯發(fā)明了安全鉗，從此開創(chuàng)了升降機(jī)載客時(shí)代，他的名字也就是當(dāng)今全球最大的電梯廠商的廠名。高樓里的電梯，運(yùn)行自如由電腦控制，運(yùn)行的平穩(wěn)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過施工電梯，主要是使用鋼絲繩傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。但是100多年來，用鋼絲繩傳動(dòng)的升降機(jī)在室外露天作業(yè)防墜落問題未能解決。室內(nèi)電梯上的“安全鉗”不能在環(huán)境惡劣的室外露天可靠工作，原因是這種限速器安全鉗式防墜落裝置用在露天作業(yè)容易失靈，不能可靠地防止墜落。曾有許多人制造過鋼絲繩傳動(dòng)式的施工電梯，但都沒有成功，失敗的主要原因，在于不能十分可靠地解決防墜落問題。
半個(gè)世紀(jì)前，美國人又發(fā)明了齒輪齒條傳動(dòng)式施工電梯，解決了高樓施工的急需，是成功的創(chuàng)舉。不過是屬于在防墜落面前，繞道而行的發(fā)明，在當(dāng)時(shí)受到推崇，是因?yàn)樵阡摻z繩傳動(dòng)式施工電梯墜落問題不能解決，而不敢使用，只是形成的“真空狀態(tài)”需要填補(bǔ)。
SC200施工升降機(jī)是中國建筑科學(xué)研究院建筑機(jī)械化研究分院最新設(shè)計(jì)推出的新一代施工升降機(jī)產(chǎn)品。它具有技術(shù)性能先進(jìn)、使用安全可靠、維護(hù)保養(yǎng)方便等顯著特點(diǎn)。是現(xiàn)代建筑施工最理想的垂直運(yùn)輸設(shè)備。
我國建筑施工用室外電梯是從20 實(shí)世紀(jì)70 年代開始生產(chǎn)的。這種電梯與室內(nèi)電梯有較大的區(qū)別，室內(nèi)電梯必須有梯井，機(jī)房，并且以拽引方式驅(qū)動(dòng)。室外施工電梯則不可能設(shè)梯井，機(jī)房等設(shè)施，驅(qū)動(dòng)方式也不用拽引機(jī)。由于室外電梯的設(shè)計(jì)，制造和使用形式要滿足建筑施工的要求，所以室外電梯具備以下幾個(gè)基本特點(diǎn)：一是能適應(yīng)建筑物的施工高度，運(yùn)送一定數(shù)量的工人和建筑材料；二是電梯拆裝方便，轉(zhuǎn)移工地時(shí)運(yùn)輸靈活；三是操作方便，安全，耐用。
1.3課題的研究意義
現(xiàn)代高層建筑施工的速度快，對人、物料的運(yùn)送速度要求很高，一般除配塔機(jī)外同時(shí)配備施工電梯。施工電梯的工作效率及安全運(yùn)行對施工而言至關(guān)重要。施工電梯的爬升架的機(jī)械性能要求減低自重，保證安全，為施工提供設(shè)備保障
1.4課題的研究內(nèi)容
SC200施工電梯的額定載荷：20000N, 吊籠和爬升架自重估計(jì)22000N,升降速度36m/min，要求擬訂傳動(dòng)方案，設(shè)計(jì)其傳動(dòng)，選用防墜設(shè)施。
1.5方案設(shè)計(jì)和比較
1.5.1 升降機(jī)驅(qū)動(dòng)部分裝置的要求,按其重要程度順序歸納為下列幾條:
a. 每個(gè)吊籠至少應(yīng)有一套驅(qū)動(dòng)裝置。
b. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)通過不會(huì)脫離嚙合的直接傳動(dòng)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)齒輪相連接。
c. 吊籠在工作中應(yīng)始終由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)上升或下降。
d. 傳動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)中所有易疲勞的承載零件、連接件應(yīng)作疲勞應(yīng)力分析，如軸和齒輪。分析時(shí)需考慮應(yīng)力幅和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：
(1) 50%額定載重量時(shí)，吊籠運(yùn)行80000次；
(2) 空載時(shí)，吊籠運(yùn)行80000次；
(3) 人貨兩用施工升降機(jī)的工作循環(huán)次數(shù)易取1.6×105；
(4) 考慮所有裂痕的影響，每根軸相對于疲勞極限的最小安全系數(shù)應(yīng)為2。
1.5.2 傳動(dòng)方案：
a. 第一種型式——是用絞盤鋼絲牽引。
高樓里的電梯，運(yùn)行自如由電腦控制，運(yùn)行的平穩(wěn)程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過施工電梯，主要是使用鋼絲繩傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。但是100多年來，用鋼絲繩傳動(dòng)的升降機(jī)在室外露天作業(yè)防墜落問題未能解決。室內(nèi)電梯上的“安全鉗”不能在環(huán)境惡劣的室外露天可靠工作，原因是這種限速器安全鉗式防墜落裝置用在露天作業(yè)容易失靈，不能可靠地防止墜落。曾有許多人制造過鋼絲繩傳動(dòng)式的施工電梯，但都沒有成功，失敗的主要原因，在于不能十分可靠地解決防墜落問題。
b. 第二種型式——是采用齒輪齒條傳動(dòng)，連接蝸桿減速器或齒輪減速器，減速器連接齒輪，齒輪與齒條嚙合傳動(dòng)。
SC200施工升降機(jī)也就是上面提到的是驅(qū)動(dòng)部分采用齒輪齒條傳動(dòng)的新一代施工升降機(jī)產(chǎn)品。它具有技術(shù)性能先進(jìn)、使用安全可靠、維護(hù)保養(yǎng)方便等顯著特點(diǎn)，是現(xiàn)代建筑施工最理想的垂直運(yùn)輸設(shè)備。所以我們選用第二種型式即采用齒輪齒條傳動(dòng)的爬升架。
2 SC200有限元分析
2 SC200有限元分析
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
2.1 SC200主體組成
圖2.1 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)
施工升降機(jī)的塔身是由若干標(biāo)準(zhǔn)節(jié)用螺栓連接而成的多支點(diǎn)的空間析架，其功能是用來傳遞和承受載荷。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的截面型式有正方形、矩形和三角形。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的長度一般為1.5m左右，塔身的主弦桿、腹桿多選用等邊角鋼制造而成。按照塔身的結(jié)構(gòu)施工升降機(jī)可分為單柱和雙柱兩種，本課題所研制的施工升降機(jī)采用單柱單吊籠，吊籠有自己的驅(qū)動(dòng)裝置，并可以上、下移動(dòng)，可以提高運(yùn)送客貨的能力，效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過雙柱式施工升降機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的截面型式為正方形，使其具有更高的承載能力。
圖2.2 升降機(jī)
施工升降機(jī)附墻架的作用有2種，一是保證導(dǎo)軌架的穩(wěn)定性，二是調(diào)整導(dǎo)軌架的垂直度。一般生產(chǎn)廠家均有3種型號的附墻架供用戶選擇(附墻架種類如圖2.3所示，附墻架與墻的連接如圖2.4所示)，但使用中常常滿足不了現(xiàn)場的要求。下面推薦幾種經(jīng)適當(dāng)改制組成的附墻架，較為實(shí)用。
圖2.3 附墻架的各類
圖2.4 附墻架與墻的連接
2.1.1 陽臺(tái)板上的附墻
陽臺(tái)邊有的有上反梁或下反梁。施工升降機(jī)附墻時(shí)，為不破壞梁的結(jié)構(gòu)且保持附墻架的水平，如圖2.6所示需增加附墻支撐架，支撐架如圖2.6所示。
圖2.5 陽臺(tái)板上的附墻
圖2.6 支撐架
2.1.2 在梁上的附墻
根據(jù)現(xiàn)場需要，有時(shí)需將附墻架固定在上反梁或下反梁，或固定在墻板上，如圖2.5所示。其優(yōu)點(diǎn)是附墻架的固定點(diǎn)距導(dǎo)軌架的水平距離小、穩(wěn)定性好、實(shí)用性好、安裝方便。其中主架5可自行設(shè)計(jì)，也可由Ⅱ型附墻架的主架改造而成，在主架上焊4個(gè)卡箍即可。需要指出梁板的厚度必須在150ml以上。
2.1.3 后澆帶上的附墻
主體結(jié)構(gòu)施工到一定程度就可進(jìn)行裝修，形成聯(lián)合作業(yè)。根據(jù)施工的需要，有時(shí)需將施工升降機(jī)安裝在后澆帶處，此時(shí)附墻座需進(jìn)行加固。即將附墻座放在加強(qiáng)座上面，二者同時(shí)用M24螺栓固定在陽臺(tái)板上，如圖2.8所示
圖2.7 陽臺(tái)反梁上的附墻
圖2.8 后澆帶上附著
2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間的附墻
附墻架的水平傾斜度不得大于7，為此有時(shí)需在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的之間固定附墻架臂桿。此時(shí)就需要用U形螺栓，如圖2.9所示。目前市場上已有U形螺栓的成品出售，也可自行制造。
圖2.9 附墻架與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的連接
2.2 SC型施工升降機(jī)基本參數(shù)
表2.1 升降機(jī)的基本參數(shù)
項(xiàng)目 單位 參數(shù)值
額定載重量 Kg 2000
額定載人數(shù) 人 24
額定起升速度 m/min 36
最大架設(shè)高度 m 450
吊籠內(nèi)尺寸 m 3×1.3×2.5
吊籠重量 Kg 2400
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)尺寸 m 0.8×0.8×1.508
標(biāo)準(zhǔn)節(jié)重量 Kg 170
外籠尺寸 m 3x4
齒輪模數(shù) 8
齒輪齒數(shù) 個(gè) 15
分度圓直徑 mm 120
電機(jī)型號 Y180M-4
電機(jī)額定功率 Kw 3x18.5
電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 r/min 1500
減速器型號 PW125-16
減速器中心距 mm 125
減速器傳動(dòng)比 1:16
2.3 SC200詳細(xì)參數(shù)
齒輪齒條驅(qū)動(dòng)的一種結(jié)構(gòu)是有裝在吊籠內(nèi)的兩套完全相同的驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成，每套驅(qū)動(dòng)裝置是由帶有內(nèi)裝盤式制動(dòng)器的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)一級渦輪傳動(dòng)的渦輪減速箱及其輸出軸上的開式齒輪，傳給導(dǎo)軌架上的齒條。從而驅(qū)動(dòng)工作籠沿導(dǎo)軌架上下移動(dòng)。
齒輪齒條的技術(shù)參數(shù)如表2.2所示。
表2.2 齒條技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目 單位 設(shè)計(jì)值 備注
模數(shù) mm 8
齒數(shù) 60
齒型角 20
齒頂高系數(shù)千 1
精度等級 B-FG（JB179-83）
硬度 HB217～255
材料 LG60 輪箍鋼
長度 mm 1508
寬度 mm 40
高度 mm 60
齒頂高 mm 8
齒根高 mm 10
齒高 mm 18
節(jié)距 25.2
2.4 SC200主體有限元分析
本文對主體在有限元分析軟件ANSYS中進(jìn)行有限元分析，ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。能夠進(jìn)行包括結(jié)構(gòu)、熱、流體、聲場、電磁場等多學(xué)科的研究，廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、航空航天、石油化工、機(jī)械制造、能源、交通汽車、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、家用電器等工業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域，是世界上擁有用戶最多、最成功的有限元軟件之一。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer、 NASTRAN、Alogor、I－DEAS、 AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的高級CAD工具之一。
有限元技術(shù)能夠克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的諸多弊端，是一種更科學(xué)、有效的設(shè)計(jì)方法。為設(shè)計(jì)出重量輕、強(qiáng)度高、實(shí)際運(yùn)行安全可靠的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和附墻架，將有限元技術(shù)應(yīng)用于附墻架和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的計(jì)算、分析中，能夠?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的選擇等提供科學(xué)依據(jù)，鋼結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)中的盲目性，這對提高鋼結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)水平有重要意義。如果實(shí)現(xiàn)有限元參數(shù)化建模，可以大大減輕工作強(qiáng)度，縮短了設(shè)計(jì)周期，為鋼結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)提供了仿真平臺(tái)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
本文直接在ANSYS中進(jìn)行建模，采用自底向上的建模方法，即先建立關(guān)鍵點(diǎn)，有關(guān)鍵點(diǎn)生成線，再由線生成面，由面生成體的建模順序。在進(jìn)行建模前先定義結(jié)構(gòu)的材料屬性和所需的單元類型，根據(jù)模型的特點(diǎn)選用的單元類型為梁單元。在Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Element Type對話框，單擊【Add】按鈕，出現(xiàn)Library of Element Types對話框中選擇梁單元。在Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models命令，出現(xiàn)Define Material Model Behavior對話框。在Material Model Available一欄中一次雙擊Structural、Linear、Elastic、Isotropic選項(xiàng)，出現(xiàn)Linear Isotropic for Material Number1對話框，在EX輸入材料的彈性模量，在PRXY輸入材料的泊松比，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對話框。
基于本模型的特點(diǎn)，采用直接法建立有限元模型。具體建模過程如下：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，定義模型的7個(gè)節(jié)點(diǎn)，編號以及坐標(biāo)如表2.3所示。輸入完結(jié)點(diǎn)后如圖2.10所示，將這些節(jié)點(diǎn)連接成線條：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→In Active Coord，將這些線連成面：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→By Lines，通過點(diǎn)-線-面-體的步驟，逐步實(shí)現(xiàn)模型的建立。圖2.11為建完后附墻架三維立體模型，圖2.12為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的三維模型，建模方法如上所示。圖2.13導(dǎo)軌架的有限元模型，圖2.14導(dǎo)軌架的局部放大示意圖。建立的關(guān)鍵點(diǎn)位置如表2.3所示。
表2.3 各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)
節(jié)點(diǎn)ID X Y Z
1 0 0 0
2 0 0 0.4
3 0.8 0 0
4 0.8 0 -0.4
5 0 0 -0.4
75 0 0 0.18
76 0.8 0 -0.18
在Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，出現(xiàn)Element Type對話框，單擊【Add】按鈕，出現(xiàn)Library of Element Types對話框中選擇梁單元。在Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models命令，出現(xiàn)Define Material Model Behavior對話框。在Material Model Available一欄中一次雙擊Structural、Linear、Elastic、Isotropic選項(xiàng)，出現(xiàn)Linear Isotropic for Material Number1對話框，在EX輸入材料的彈性模量，在PRXY輸入材料的泊松比，單擊【OK】按鈕關(guān)閉該對話框。
圖2.10 關(guān)鍵點(diǎn)
圖2.11 附墻架有限元模型
圖2.12 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的有限元模型
以上將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和附墻架的三維模型建好了，因?yàn)閷?dǎo)軌架是由很多節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和附墻架組成的，故可以裝配好一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和附墻架后，進(jìn)行復(fù)制，復(fù)制出整個(gè)的導(dǎo)軌模型。將模型進(jìn)行布爾操作，即選擇Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，將各節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接成一個(gè)整體。
對標(biāo)準(zhǔn)節(jié)與附墻架單獨(dú)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行網(wǎng)格化：選擇Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh Attributes→Default Attribs， Meshing Attributes對話框，[MAT] Material number選擇1（代表標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的材料屬性），其它默認(rèn)不變，單擊【OK】按鈕退出對話框。選擇Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh Tool出現(xiàn)Mesh Tool對話框中，單擊Global前的Set按鈕，出現(xiàn)Global Element Sizes對話框，在Size Element edge Length輸入30（即將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)劃分為30mm大小的網(wǎng)格），單擊【OK】出退出該話框。使用網(wǎng)格劃分類型選擇Free，單擊Mesh按鈕開始進(jìn)行網(wǎng)格劃分，出現(xiàn)Mesh Volumes對話框，通過鼠標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，選完后，單擊【OK】按鈕進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如此即完成了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的網(wǎng)格劃分。附墻架的網(wǎng)格劃分方法如上，在此不再贅述。網(wǎng)格劃分完畢后如圖2.13所示，圖2.14標(biāo)準(zhǔn)節(jié)網(wǎng)格劃分完畢后的有限元模型局部放大圖，通過圖形我們可以清晰看到，所劃分網(wǎng)格的疏密。
圖2.13 導(dǎo)軌架的有限元模型
圖2.14 導(dǎo)軌架的局部放大圖的有限元模型
網(wǎng)格劃分完畢后即可進(jìn)行加載求解，選擇Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis命令，出現(xiàn)New Analysis對話框，選擇分析類型為Static，即為靜態(tài)分析類型。選擇Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Areas，出現(xiàn)Apply UROT on Area選擇對話框。利用鼠標(biāo)拾取整個(gè)導(dǎo)軌架的需要加載的部位，此處將力轉(zhuǎn)化為面壓力來進(jìn)行加載，避免了加載在關(guān)鍵點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)上時(shí)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中。
施加重力，選擇Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Inertia→Gravity→Global，出現(xiàn)Apply(Gravitational) Acceleration對話框，在ACELY Global Cartesian Y-comp中輸入9800（重力加速度）,單擊【OK】退出該對話框。在ANSYS中，通過施加加速度的形式來施加體力（重力以及慣性力），且根據(jù)慣性力的特性，其方向總是與加速度方向相反。因此在本文中，重力是沿著Y的負(fù)方向，重力的正方向應(yīng)與重力加速度方向相反（ANSYS將重力也視為慣性力）。
施加約束，選擇Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Areas，出現(xiàn)Apply U,ROT on Area選擇對話框。利用鼠標(biāo)拾取伸導(dǎo)軌架的底部面積，單擊【OK】按鈕出現(xiàn)Lab2 DOFs to be constrained中選中ALL DOF（此處約束了導(dǎo)軌架底部的所有自由度），單擊【OK】退出該對話框。
進(jìn)行有限元求解，選擇Main Menu→Solution→Solve→Current LS命令，出現(xiàn)Solve Current Load Step對話框，同時(shí)出現(xiàn)STATUS Command窗口，單擊其上的File→Close命令，關(guān)閉該窗口。
選擇Main Menu→General Postproc→Plot Result→Contour Plot→Nodal Solu命令，出現(xiàn)Contour Nodal Solution Data對話框，在Item to be contoured選項(xiàng)框中選擇STRESS von Mises stress，其他不變，單擊【OK】按鈕退出該對話框，ANSYS顯示窗口將顯示等效應(yīng)力等值線圖，如圖2.15所示。
導(dǎo)軌架的等效應(yīng)力云圖，最大位移：DMX=0.028518，最小應(yīng)力：SMN=0.928E-08，最大應(yīng)力：SMX=0.133E+09，最大應(yīng)力出現(xiàn)在最上面為133Mpa，通過圖2.15即可清晰明了看到，真?zhèn)€導(dǎo)軌架的應(yīng)力分布，最大應(yīng)力和最小應(yīng)力出現(xiàn)的位置，得出危險(xiǎn)的截面位置，圖2.16導(dǎo)軌架局部放大等效應(yīng)力圖的局部放大示意圖，此圖為導(dǎo)軌架頂部，即導(dǎo)軌架受力最大位置處的的應(yīng)力云圖，從此圖中，我們可以看出最大應(yīng)力發(fā)生在標(biāo)準(zhǔn)節(jié)節(jié)點(diǎn)位置，如圖2.17所示，此圖為將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的有限元模型單獨(dú)取出進(jìn)行應(yīng)力的查看，可以通過Utility Menu→Select來實(shí)現(xiàn)，充分發(fā)揮ANSYS的作用，ANSYS幾乎可以查看任意部分的應(yīng)力值，這樣分析結(jié)果更明了，更直觀。從而為生產(chǎn)制造提供一定的理論依據(jù)，在實(shí)際生產(chǎn)制造過程中要加強(qiáng)這些位置的局部應(yīng)力，增加局部厚度和加肋板等。
圖2.15 導(dǎo)軌架的等效應(yīng)力云圖
圖2.16 導(dǎo)軌架的最大位移圖
圖2.17 導(dǎo)軌架每根桿的剪力圖
圖2.18 導(dǎo)軌架每根桿的彎矩圖
圖2.19 腹桿節(jié)點(diǎn)等效應(yīng)力圖
查看導(dǎo)軌架的彎矩圖和剪力圖，查看剪力和彎矩Main Menu→General Postproc→Element Table→Define Table來提取，如圖2.20所示為導(dǎo)軌架每根桿的圖，最大達(dá)到了71823N，從圖中可以很清晰的看到整個(gè)導(dǎo)軌架的剪力分布，最大剪力位置也是一目了然，在制造過程中必須加強(qiáng)這些位置，以免剪力過大造成結(jié)構(gòu)的破壞。圖2.21為每根桿的彎矩圖，從圖中也可以清晰的得到桿的彎矩分布，最大的彎矩位置，最大彎矩達(dá)到了829.029Nm,因此有必要校核一下該處的強(qiáng)度，看看是否達(dá)到了許用的彎矩值。
圖2.20 導(dǎo)軌架局部放大等效應(yīng)力圖
2.5本章總結(jié)
本章首先分析了整個(gè)導(dǎo)軌架的模型特點(diǎn)，包括其零件和整個(gè)模型，后在ANSYS 中進(jìn)行建模和有限元分析，得到了應(yīng)力應(yīng)變云圖，以及剪切力和彎矩圖，基本上將整個(gè)導(dǎo)軌架的力與變形分析的清楚明了，得到了預(yù)期的結(jié)果，為以后的生產(chǎn)制造提供了一定理論依據(jù)。
西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)
3 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的確定
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西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
3.1 SC200型施工升降機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的類型
建筑施工升降機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置分為齒輪齒條式和卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩兩種。這里僅就齒輪齒條驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行介紹。
齒輪齒條驅(qū)動(dòng)的一種結(jié)構(gòu)是有裝在吊籠內(nèi)的兩套完全相同的驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成，每套驅(qū)動(dòng)裝置是由帶有內(nèi)裝盤式制動(dòng)器的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)一級渦輪傳動(dòng)的渦輪減速箱及其輸出軸上的開式齒輪，傳給導(dǎo)軌架上的齒條。從而驅(qū)動(dòng)工作籠沿導(dǎo)軌架上下移動(dòng)。
3.2 SC200型施工升降機(jī)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)總則
a. 每個(gè)吊籠至少應(yīng)有一套驅(qū)動(dòng)裝置。
b. 驅(qū)動(dòng)電機(jī)應(yīng)通過不會(huì)脫離嚙合的直接傳動(dòng)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)齒輪相連接。
c. 吊籠在工作中應(yīng)始終由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)上升或下降。
d. 傳動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)中所有易疲勞的承載零件、連接件應(yīng)作疲勞應(yīng)力分析，如軸和齒輪。分析時(shí)需考慮應(yīng)力幅和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為：
(1) 50%額定載重量時(shí)，吊籠運(yùn)行80000次；
(2) 空載時(shí)，吊籠運(yùn)行80000次；
(3) 人貨兩用施工升降機(jī)的工作循環(huán)次數(shù)易取1.6×105；
(4) 考慮所有裂痕的影響，每根軸相對于疲勞極限的最小安全系數(shù)應(yīng)為2。
3.3 SC200型施工升降機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的確定
3.3.1 計(jì)算原理及說明
a. 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)的確定
建筑施工升降機(jī)中的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的總功率，按其機(jī)型不同，可根據(jù)空載、滿載和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝等工況中最大載荷來確定。
根據(jù)《工程起重機(jī)》課本中，有關(guān)施工升降機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算如下：
(3.1)
式中 H——系數(shù)，異步電動(dòng)機(jī) H= 2.1;
——基準(zhǔn)持續(xù)率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的超載倍數(shù)；
Z——驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)；
——驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)提升的最大載荷（N）;
——工作速度（m/min）;
——傳動(dòng)總效率；
根據(jù)施工升降機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，其中此處過載系數(shù)取1.2，而 ，其中1為電機(jī)功率，2為減速器功率，試取總=90﹪，吊籠重量2400kg，額定在重量2000kg，所以，=4400kg，=36m/min；
代入上式中，得
(3.2)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取電機(jī)功率為18.5kw，選為4級電機(jī)，輸出轉(zhuǎn)速=1480r/min
又根據(jù)已知條件：減速器的輸出轉(zhuǎn)速為
=36m/min=0.6m/s
n= r/min =r/min (3.3)
= 95.54r/min
傳動(dòng)比 i=1480/95.54≈16
綜合以上計(jì)算，結(jié)合相關(guān)手冊及樣本，選取電機(jī)類型：Y180M-4
為4級電機(jī)，其功率N=18.5kw , 額定轉(zhuǎn)速=1470r/min
=1.2
Z=3
=4400kg
=36m/min
傳動(dòng)比 i=16
b. 減速器參數(shù)的確定
反過去將電機(jī)各參數(shù)代入公式：
(3.4)
其中，已知：
N=18.5kw，H=2.1,
=1.2 ,Z=3 ,=4400kg ,=36m/min
=83.24﹪ (3.5)
1=1470/1500=98﹪
2=85﹪
根據(jù)傳動(dòng)比i，效率2，和功率N ,查機(jī)械手冊，選取減速器型號：PW125-16 型即采用平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器，其中心距為125mm
1=98﹪,2=85﹪
選取減速器型號：PW125-16型
4 結(jié)論
通過查閱資料，選定最初幾種傳動(dòng)方案，經(jīng)過各種方案的比較和選擇，確定了比較好的傳動(dòng)方案。確定了傳動(dòng)類型和各個(gè)傳動(dòng)部件。通過對傳動(dòng)裝置的受力分析和計(jì)算，并對驅(qū)動(dòng)力的計(jì)算確定了傳動(dòng)的類型和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率，并選定了傳動(dòng)方案和電機(jī)減速器的類型，選定傳動(dòng)大齒輪的結(jié)構(gòu)和類型。設(shè)計(jì)并校核蝸桿減速器。通過一系列的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定減速器的減速比，設(shè)計(jì)齒輪的參數(shù)并驗(yàn)算和校核，還計(jì)算了傳動(dòng)效率，并驗(yàn)證了裝配條件，驗(yàn)證了齒輪的強(qiáng)度。
通過校核計(jì)算確定了傳動(dòng)方案和設(shè)計(jì)的正確性。由于時(shí)間緊促和自己的能力有限，沒能把回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的各個(gè)部分詳細(xì)的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，使得結(jié)果不是很完美。 安全保護(hù)裝置齊全、可靠。設(shè)有防墜安全器 ，使本機(jī)工作可靠性居同類產(chǎn)品之首。組合式設(shè)計(jì)，經(jīng)過不同搭配 ，可組合出不同速度、不同起重量的升降機(jī)規(guī)格。產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)性、實(shí)用性及其通用化程度大大提高。運(yùn)行平穩(wěn)、乘坐舒適。由于本機(jī)將驅(qū)動(dòng)單元置于籠頂上方，使籠內(nèi)凈空增大；同時(shí)也使傳動(dòng)更加平穩(wěn)、機(jī)械振動(dòng)更小，給施工操作人員帶來一個(gè)舒適寬敞的環(huán)境。超重保護(hù)，更有效的保證了設(shè)備使用安全。
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致 謝
本文是在導(dǎo)師田老師的悉心指導(dǎo)下完成的。田老師不僅在百忙之中堅(jiān)持給我們每個(gè)星期按時(shí)輔導(dǎo)，特別是給我指明了課題的方向，而且針對課題的內(nèi)容做了很多的指導(dǎo)工作，給了我相應(yīng)的參考書籍，對課題中所出現(xiàn)的問題和困難給予了耐心的指導(dǎo)， 給論文提出了不少的修改意見，在此，作者衷心感謝田老師給予的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。
在作者攻讀學(xué)士學(xué)位期間，機(jī)電工程學(xué)院的各位老師給予的關(guān)心和指導(dǎo)。在此，謹(jǐn)對他們表示衷心的感謝。同時(shí)在學(xué)校良好的硬件和軟件環(huán)境下，作者能夠充分地發(fā)揮自身的能力，順利地完成了課題的研究設(shè)計(jì)工作。最后，田老師在工作中優(yōu)秀的學(xué)術(shù)風(fēng)范和極高的敬業(yè)精神時(shí)刻督促作者在今后的學(xué)習(xí)工作中努力拼搏、精益求精。在此謹(jǐn)向恩師致以最誠摯的感謝。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明
本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院有關(guān)保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：本科學(xué)生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院。本人保證畢業(yè)離校后，使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作成果或用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作成果發(fā)表論文時(shí)署名單位仍然為西安工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院。學(xué)校有權(quán)保留送交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的原文或復(fù)印件，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨籍厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。
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