TKJ系列電梯轎廂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

TKJ系列電梯轎廂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),tkj,系列,電梯,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 2 正文 1 引言 隨著社會發(fā)展和物質(zhì)生活水平的提高，電梯成為人們?nèi)粘９ぷ?、生活中必不可少的樓宇交通工具，而電梯轎廂正是乘客了解電梯性能、感受電梯品質(zhì)、品評電梯檔次的最直接環(huán)節(jié)。而電梯轎廂的設(shè)計(jì)也必須走向一個嶄新的時代，必須著眼于未來，致力于讓我們的日常生活不斷發(fā)生驚喜的變化，致力于創(chuàng)造更理想的生活方式、創(chuàng)造更完善的生活空間，彰顯豐富多彩的電梯文化，倡導(dǎo)電梯轎廂設(shè)計(jì)的最新理念，探討電梯轎廂設(shè)計(jì)的未來發(fā)展方向。這就是本次課題所研究的作用和意義所在。 本次課題的研究就主要是針對電梯轎廂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，力求能在設(shè)計(jì)過程中突出設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性、科學(xué)性和實(shí)用性。 有以下幾個結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行設(shè)計(jì)：電梯的工況和受力分析以及主要技術(shù)參數(shù)，曳引能力、鋼絲繩、轎架、廂體、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算以及一些輔助部分設(shè)計(jì)。 如上就是本課題主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容,除了基本的計(jì)算設(shè)計(jì)和圖紙外，也將會用到如AutoCAD、SOLIDWORKS平面三維設(shè)計(jì)軟件，以求達(dá)到更好的設(shè)計(jì)效果和更直觀的作品感受。 由于本人能力及學(xué)識有限，在設(shè)計(jì)中尚存在一些缺陷，望老師們能給予批評以及指導(dǎo)。  2 設(shè)計(jì)計(jì)算說明 2.1 電梯的工況和受力分析 電梯在正常運(yùn)行時，以不大于額定載荷的載重量在額定運(yùn)行速度的條件下工作，曳引電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為一衡等值，此時曳引鋼絲繩兩端受的力相等。設(shè)曳引機(jī)左轉(zhuǎn)電梯上行，則曳引機(jī)右轉(zhuǎn)電梯下行。由于曳引機(jī)在電梯平層時起、制動的需要，曳引電動機(jī)出現(xiàn)了加、減速運(yùn)轉(zhuǎn)，此時曳引鋼絲繩兩端出現(xiàn)了不平衡的力。 電梯加、減速運(yùn)行時的工況如下：（見圖2-1)： 1) 當(dāng)轎廂載有額定載荷起動上行或以額定速度下行制動時： ① 重邊力在轎廂側(cè)： ②輕邊力在對重側(cè)： 2) 當(dāng)轎廂載有額定載荷起動下行或以額定速度上行制動時： ① 重邊力在對重側(cè)： ②輕邊力在轎廂側(cè)： 3) 當(dāng)轎廂空載起動上行或以額定速度下行制動時， ①重邊力在轎廂側(cè)： ②輕邊力在對重側(cè)： 4) 當(dāng)轎廂空載起動下行或以額定速度上行制動時， ①重邊力在對重側(cè)： ②輕邊力在轎廂側(cè)： 式中：G——轎廂自重N Q——額定載重量N Wd——對重裝置重量N Wd=G+kQ 其中：k——對重平衡系數(shù) k=0.45～0.5 ,客梯取k= 0.45 A——電梯起、制動加速度m/s2 根據(jù)GB7588-1995《電梯制造與安裝安全規(guī)范》第9章注釋之公式中：變形為: C1a+a= C1g+g 當(dāng)0≤V≤0.63時 C1=1.10 a=0.467 當(dāng)0.63≤V≤1.0時 C1=1.15 a=0.684 當(dāng)1.0≤V≤1.6時 C1=1.20 a=0.892 當(dāng)1.6≤V≤2.5時 C1=1.25 a=1.09 當(dāng)2.5＜V時 C1≥1.25 式中：V——額定運(yùn)行速度m/s 本梯V＝1.0m/s 取a=0.684 G——重力加速度m/s2 上海g=9.81 SX——轎廂側(cè)邊力N Sz——對重側(cè)邊力N S1——鋼絲繩重邊力N Sz——鋼絲繩輕邊力N 電梯屬于起重機(jī)電設(shè)備，同時又是軌道運(yùn)行器，具有超載、超速運(yùn)行的可能，GB7588-2003第D2篇規(guī)定了超載試驗(yàn)時載重量為125％額定載重量；第9.9章規(guī)定了限速器允許運(yùn)行速度不小115%額定速度。在以下的強(qiáng)度計(jì)算中以此為依據(jù)。除此以外，一般的機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算取安全系數(shù)≮1.1 另外，當(dāng)機(jī)械零部受力時，由于結(jié)構(gòu)的不均勻、力的不穩(wěn)定及受力點(diǎn)的偏差，結(jié)構(gòu)內(nèi)部會產(chǎn)生剪力、彎矩、甚至扭矩等一系列的復(fù)合內(nèi)應(yīng)力來平衡外力，計(jì)算必須考慮這些復(fù)合應(yīng)力。本電梯的受力構(gòu)件所用的材料不低于Q235-A，具有較大的強(qiáng)度屈服極限。按照莫氏強(qiáng)度理論和現(xiàn)代張力場梁理論及有限元強(qiáng)度理論計(jì)算可以得到輕便合理的結(jié)構(gòu)和充分發(fā)揮材料的綜合強(qiáng)度。除GB7588強(qiáng)制性規(guī)定的計(jì)算方法外，一般計(jì)算零部件的強(qiáng)度計(jì)算按第四強(qiáng)度理論計(jì)算綜合強(qiáng)度，其理論公式為： λ=σS/σd或 =σ0。2/σd＞1 式中: λ——強(qiáng)度儲備系數(shù) 取λ=1.1～1.5為合理 σd——當(dāng)量應(yīng)力MPa 式中：τ——剪應(yīng)力Mpa τ=[Q max]/A min σ——正應(yīng)力Mpa σ=[M max]/W min σn——扭應(yīng)力Mpa σn =[Mn max]/W min 其中：[Q]——剪切力N，[M]——彎矩N·m，[Mn]——扭矩N·m 2.2 主要技術(shù)參數(shù) 轎廂自重 GX=960+258（轎底梁）=1218kg 轎門重 GM=138kg (包括門、門機(jī) ) 附加重 GF=31kg(包括平層、極限、操縱箱、掛線架等) 轎廂重量 G=GX + GM + GF =1218+138+31=1387kg 額定載重量 Q=1000kg 曳引機(jī) 永磁同步無齒輪型 提升高度 以井道總高度80m（22層22站）為參照依據(jù) 鋼絲繩重量 Ws=0.347×148×5=257kg (5-φ10) 隨行電纜重量 WD=0.862×121=104kg (1-60×0.75mm2 ) 補(bǔ)償鏈重量 WL=2×1.25×75=187kg 曳引輪直徑 φ400mm 轎底輪直徑 φ400mm 曳引比 i=2:1 平衡系數(shù) k=0.45 對重重量 Wd=G+0.45Q=1387+45×1000=1837kg 電動機(jī)功率 P=5.479kw 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=95r/min 額定運(yùn)行速度 V＝1m/s=60m/min 電梯運(yùn)行機(jī)械效率 η=0.68 2.3 電動機(jī)功率計(jì)算 根據(jù)《電梯與自動扶梯》介紹的計(jì)算公式，電機(jī)靜功率： PV＝Q·V·k/6120η＝1000×60×0.475/6120×0.85＝5.479kW 式中: η——曳引機(jī)效率 蝸輪蝸桿傳動η＝0.5～0.6，無齒輪傳動η＝0.8～0.9。本梯為2:1無齒輪傳動,取η＝0.85。 2.4 曳引能力驗(yàn)算 曳引條件的驗(yàn)算按GB7588-2003第9.3章有以下三個要求：1. 當(dāng)載有125％額定載荷的轎廂平層時不打滑；2.轎廂不是管空載還是滿載，緊急制進(jìn)動時的減速度不應(yīng)超過緩沖器作用時的減速度值；3.對重壓在緩沖器時轎廂不能上行(即對重滯留時鋼絲繩應(yīng)打滑)，槽口參數(shù)見圖2-1。 1 1.1 1.2 1.3 1.4 2.4.1 轎廂平層時鋼絲繩不打滑的計(jì)算 載荷為Q′=1.25·Q＝1250kg 圖2-2 曳引槽型 鋼絲繩在曳引輪槽中不打滑條件按GB7588-1995計(jì)算,即轎廂載有125％ 額定載荷位于最低層站及轎廂空載位于最高層站兩種不利情況來計(jì)算。其計(jì)算公式為： 式中：S1——重邊力, S2——輕邊力 C1——轎廂的起、制動加減速度系數(shù) (GB7588-1995) C2——與繩輪槽摩擦系數(shù) sin96.5°的切口槽 C2＝0.993 e——自然對數(shù)的底數(shù) f——鋼絲繩在繩槽中的當(dāng)量摩擦系數(shù) μ——鋼絲繩在鑄鐵繩輪中的摩擦系數(shù)μ＝0.1 β——曳引輪槽切口角度β＝96.5π/180＝1.684弧度(見圖2-1) 1) 當(dāng)載有125％額定載荷的轎廂位于最高層站平層時，重邊力S1 在轎廂側(cè)，輕邊力S2在對重側(cè)： S1(1)=(G＋Q′＋WD＋WL)·ｇ/2=(1387＋1250＋38+187)×9.81/2=14038N(合力) S2(1)＝(Wd +Ws)·ｇ/2=(1837+257)×9.81/2＝10271N(合力) 2) 當(dāng)空載轎廂位于最低層站平層時，重邊力S1對重側(cè), 輕邊力S2在轎廂側(cè)： S1(2)＝(Wd＋WD＋WL)·ｇ/2＝(1837+38+187)×9.81/2＝10114N S2(2)＝(G＋Ws)·ｇ/2＝(1218+257)×9.81/2＝7235N 3) 曳引系數(shù)計(jì)算: efα＝e0.219π＝1.9897 α—曳引輪包角 α＝180°＝π 4) 曳引能力的計(jì)算: 當(dāng)載有125％額定載荷的轎廂位于最高最層站時 (S1(1)/ S2(1) ).C1.C2＝(14038/10271)×1.145×0.993＝1.554 當(dāng)空載轎廂在最低層站時 (S2(2) / S2(1) ).C1.C2＝(10114/7235)×1.145×0.993＝1.589 結(jié)論：重力比值小于曳引系數(shù)efα。即（S1/S2）×C1×C2＜efa鋼絲繩在曳引輪槽中不打滑。 能滿足鋼絲繩在曳引輪槽中不打滑條件,符合GB7588-2003第9.3a)條的要求，保證電梯正常運(yùn)行。 2.4.2 轎廂滯留工況鋼絲繩打滑的驗(yàn)算 按GB7588-2003第M2提供的公式:（S1/S2）.C2≥efa，因?qū)χ貕涸诰彌_器上,而曳引輪還在轉(zhuǎn)動。 此時重邊力S1在轎廂側(cè): S1 =（G+Q’+ Ws）·g/2=（1387+1250＋257）×9.81/2=14195N 輕邊力S2在對重側(cè) S2 =(Wd + WL＋WD)·g/2=（0+38+187）×9.81/2=1014N （S2/S1）.C2=(14195/1014) ×1.145×0.993=15.917＞efa 結(jié)論：重力比值小于曳引系數(shù)efα。即（S1/S2）×C1×C2＜efa鋼絲繩在曳引輪槽中打滑。 能滿足鋼絲繩在曳引輪槽中打滑條件,符合GB7588-2003第9.3c)條要求，保證轎廂蹲底時電梯不能運(yùn)行。 2.4.3 電梯導(dǎo)向輪與鋼絲繩直徑比校核 要求D/d≥40 D/d=400/10=40 式中：D——導(dǎo)向輪直徑φ400mm i2——鋼絲繩直徑φ10mm 結(jié)論：符合GB7588-2003第9.2.1條的要求 2.4.4 電梯曳引力矩的計(jì)算： 式中：D——曳引輪直徑（m） iY——曳引比 iY=2 曳引機(jī)額定力矩： 式中：i1-齒輪比 無齒輪為1 η-電梯曳引效率 2:1無齒曳引η=0.9～1 曳引力矩儲備系數(shù)λ=587.885/539.550=1.089 結(jié)論：電梯曳引能力足夠 2.5 電梯運(yùn)行速度驗(yàn)算 結(jié)論：通過調(diào)頻電梯運(yùn)行速度在1.0m/s正負(fù)0.01m/s,完全與額定運(yùn)行速度一致。 2.6 曳引鋼絲繩強(qiáng)度計(jì)算 本電梯選用鋼絲繩5根，GB8903-88，驗(yàn)算鋼絲繩強(qiáng)度按GB7588-2003要求的安全公式：SS/S1≥[K] 式中： SS——鋼絲繩的最小破斷載荷 TS=44.0 kN S1——天然纖維芯單根鋼絲繩所受的最大拉力 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=44000/2505＝17.565 結(jié)論：符合GB7588-2003第9.2.2條的要求，鋼絲繩強(qiáng)度足夠。 2.7 繩頭裝置錐套強(qiáng)度計(jì)算 受力分析：當(dāng)鋼絲繩以拉力的型式將S1傳給鋼絲繩錐套時，錐套的螺紋段以拉應(yīng)力σ= S1/AL的方式來平衡，而錐套的錐端部分則以張力σZ= S1/AZ的方式來平衡，見圖2-3所示:(φ10錐套桿φ15×1.5)： q=P/Aq= S1max/Aq ， σZ · AZ= q·Aq 。 式中：q—張力MPa Aq—錐端部分截面積mm2 其中：AL＝πd2/4=π×13.3762/4=140.521 mm 2 螺紋為M15×1.5,小徑13.376mm 1) 螺紋段的拉應(yīng)力為： σ＝S1/A＝2505/140.521 ＝17.827 Mpa 其中錐套螺桿采用Q235－D，并經(jīng)鍛打，抗拉強(qiáng)度可達(dá)σb=460Mpa,在此只用屈服極限(σ0.2)280 Mpa來衡量。 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=280/17.827＝15.707 結(jié)論：鋼絲繩錐套螺紋段強(qiáng)度足夠 2) 錐套錐端部分的張力為： σZ＝S1 cos 5.15°/2δL ＝2505×cos5.15°/2×4×50 ＝6.237MPa 式中:5.15°——錐端斜角 2——錐端的兩個面 δ——錐端有效厚度 δ=4mm L——錐端部分有效高度 L=50mm 材料為ZG200-400，MPaσ0.2=200Mpa 圖2-3 錐套端部力平衡圖 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=200/6.237＝32.066 結(jié)論：鋼絲繩錐套錐端部分強(qiáng)度足夠 3) 螺紋段焊接部位的剪應(yīng)力為： τ＝S1/AL＝2050/154.510＝13.268Mpa 鍛鋼材料［τ］=0.8［σ］=0.85×280=238MPa 其中：Aτ＝πd2/4=π×14.0262/4=154.510 mm 2 螺紋為M15×1.5,中徑14.026mm 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=200/13.268＝15.074 結(jié)論：鋼絲繩錐套螺紋段焊接部位部分強(qiáng)度足夠,符合GB7588-2003第9.2.3條不小于錐套桿部80％強(qiáng)度的要求,所選用的鋼絲繩錐套符合要求。 2.8 鋼絲繩在繩槽中的比壓計(jì)算 設(shè)定本曳引輪配備的是5-φ10帶切口的半圓槽，其計(jì)算公式： 式中：S1 --轎廂有125%額定負(fù)載?？吭谧罡邔诱酒綄訒r鋼繩中的靜拉力為： 已知：S1＝14038N n——鋼絲繩根數(shù) n=5 d——鋼繩直徑 d=10mm D——曳引輪直徑 D＝400mm β——繩槽切口角 β＝96.5° 則 容許比壓： Vc——與轎廂速度相對應(yīng)的曳引鋼繩速度 P＜[P] 結(jié)論：負(fù)載比壓是容許比壓6.899/7.091=0.973倍，符合GB7588-1995第9章“注2.”的要求 2.9 轎廂架的強(qiáng)度計(jì)算 轎廂架的受力分析: 轎廂架結(jié)構(gòu)見圖2-4所示。 轎廂架是轎廂的主要受力部件，它與轎底、轎壁、轎頂和轎廂連接件自轎廂內(nèi)的載荷及自身重量造成的力，其中轎底承受來自轎廂內(nèi)的可變載荷，轎頂承受安裝維修時的活動載荷，轎壁維持外形和承受轎頂、門機(jī)等固定設(shè)備的重量和傳遞來自轎頂?shù)妮d荷。 來自轎廂的力（G+Q）由轎底傳給下梁，其中一部分偏置載荷通過斜拉桿的拉力直接傳給立柱，再由斜拉桿傳給下梁。 下梁用剪力、彎矩的型式將力傳給下托梁。 再由下托梁用剪力、彎矩的型式傳給鋼絲繩，以束力S1的形式來平衡（G+Q）。 因此，轎廂架的強(qiáng)度計(jì)算可把它看作由桿件組成的靜定框架結(jié)構(gòu)。將來自鋼絲繩的拉力S1由下托梁、下梁用剪力、彎矩的形式來承受，立柱上 梁不參加受力。 1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.9.1 下托梁的強(qiáng)度、剛度計(jì)算 下托梁由兩根180×75×20×5的冷彎槽鋼組成(剖面見圖2-5，剪力彎矩圖見圖2-6)： 圖2-5 剖面圖 圖2-6 剪力彎矩圖 下托梁的外力： ＝（1387+1000）（9.81+0.684）= 25049N 給每根下托梁的力：F1=P·L1/L1+L2=25049×860/860+719=13642N F2=P·L2/L1+L2=25049×719/860+719=11407N 下托梁的截面積：A=ΣAi =2×(180×75-170×65-140×5)=3500mm2 下托梁的y方向形心坐標(biāo)：yC=∫dA dyC /A=H/2=90mm 下托梁的慣性矩：JX＝∫dA dy2 =2×(75×1803-65×1703-5×1403)/12=17389167 mm4 下托梁的抗彎模數(shù):WX＝JX/ymax = 17389167/90=193213mm3 下托梁的剪力：Qmax=F1=13462N 下托梁的彎矩：M=F2·L2=13462×860=11577320N·mm 剪應(yīng)力: 最大正應(yīng)力: 當(dāng)量應(yīng)力: 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=235/60.166＝3.905 結(jié)論: 下托梁強(qiáng)度足夠 下托梁撓度的計(jì)算： 《機(jī)械工程手冊》第12卷第8章2.3條要求梁撓度不大于1/960 結(jié)論：下托梁剛度足夠 2.9.2 下梁的強(qiáng)度、剛度計(jì)算 轎廂的自重和額定載荷呈均布載荷(q)作用于下梁上,其值為 =（1387+1000）（9.81+0.684）/1550= 16.161N 下梁由192(340)×160×80×30×6的冷彎型鋼加加強(qiáng)板組成 (剖面見圖2-7，剪力彎矩圖見圖2-8) 圖2-7 下梁剖面圖 圖2-8 下梁內(nèi)外力圖 下梁的截面積：A=ΣAi=192×6+2×(148×6+8×6+24×6)=4176mm2 下梁的y方向形心坐標(biāo)：yC=∫dA dyC /A =192×6×3+2×6×（148×80+80×157+24×142）=30.737mm 下梁的慣性矩：JX＝∫dA dy2 =192×6×77.7372+2×6×(74.737×37.3692+73.263×36.6322+80×76.2632+24×61.2632) =17134985mm4 下梁的抗彎模數(shù):Wmin＝JX/ymax= 17134985/80.737=212232mm3 下梁的剪力：Qmax＝qB/2=16.161×1550/2=12524N 下梁的彎矩：Mmax= QB2/8=16.161×15502/8=4853350N·mm 剪應(yīng)力: 最大正應(yīng)力: 當(dāng)量應(yīng)力: 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=235/23.258＝10.104 結(jié)論: 下梁強(qiáng)度足夠 下梁撓度的計(jì)算： 《機(jī)械工程手冊》第12卷第8章2.3條要求梁撓度不大于1/960 結(jié)論：下梁剛度足夠 2.9.3 斜拉桿的強(qiáng)度計(jì)算 當(dāng)轎廂在裝載乘員時，由于人員的流動，造成電梯的偏載, 偏載時 斜拉桿以受拉的形式平衡偏載力矩MP：F= (G/2+Q)(g+a)L/8 偏載力P如下： 偏載力矩MP如下： MP=P·Lq=10494×177.5=1862685N·m 轎廂架斜拉桿及其外力見圖2-9所示。 每側(cè)桿力為： =（609+1000）×（9.81+0.684）×177.5/706 =4245N 假設(shè)轎底重量和額定載重的1/4由四根斜拉桿承受，則每側(cè)桿力： =(1218+1000) ×（9.81+0.684）/8=2909N 選擇外力大的F1=4245N為計(jì)算依據(jù)，又以每根斜拉桿能承受其中3/4的力為設(shè)計(jì)原則（受力不平衡），則一根斜拉桿 承擔(dān)的力為： F=4252×3/4=3189N 圖2-9 轎廂架斜拉桿 斜拉桿直徑φ12mm，兩端螺紋小徑d=φ10.106mm。 截面積：A=πd2/4=π×10.1062/4=80.214mm2 斜拉桿螺紋部分拉伸應(yīng)力為： 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=235×39.756＝5.911 結(jié)論：拉桿的螺紋部分強(qiáng)度足夠 2.9.4 拉桿座的強(qiáng)度計(jì)算 拉桿座M24, 螺紋小徑d=φ22.752mm, 截面積：A=πd2/4=406.561mm 擠壓應(yīng)力: 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=235×14.911＝15.760 結(jié)論：拉桿座螺栓強(qiáng)度足夠 2.10 轎廂面積校核 根據(jù)GB/T 7025.1-1997規(guī)定的Ⅰ類電梯(非住宅樓電梯)的參數(shù)、尺寸,1000kg的乘客乘員13人，電梯轎廂尺寸為:1600×1400，面積2.240m2。 說明：本次設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)無機(jī)房1000kg乘客電梯轎廂尺寸為:1550×1420，面積2.201m2，符合GB7588-2003第8.2.1條的要求，比GB/T 7025.1-1997的2.240 m2,小0.039 m2(1.625％)，符合GB7588-2003第8.2.3b)之最小有效面積不小于2.15 m2的要求。 結(jié)論：轎廂面積符合GB7588-2003第8.2.3條的要求 2.11 電梯導(dǎo)軌的計(jì)算 電梯在運(yùn)行時，由于懸掛點(diǎn)及載荷偏離轎廂形心形成偏載力矩，因此造成側(cè)向力作用于導(dǎo)軌上；另，當(dāng)電梯失控限速器動作拉動安全鉗夾緊導(dǎo)軌使電梯停止運(yùn)行，因此造成壓力作用于導(dǎo)軌上。使導(dǎo)軌受剪、 受壓及受彎而變形。 設(shè)懸掛點(diǎn)在C，轎廂重心在G，載重重心在Q。 本電梯使用T89/B導(dǎo)軌 主要技術(shù)參數(shù)有: 截面積A＝15.70cm2 慣性矩Jx＝59.70cm4 Jy＝53.00cm4 抗彎模量 Wx＝14.50cm3 Wy＝11.90cm3 慣性半徑 ix＝1.98cm iy＝1.84cm 1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.11.1 轎廂偏載時導(dǎo)軌的計(jì)算 電梯轎廂使用極限狀況如圖2-10所示：轎廂內(nèi)凈尺寸為B×H=1550×1420，轎廂重心線（導(dǎo)軌軸線） 在深度方向處于600處(與轎廂形心軸線重合)為X—X軸；在寬度方向處于轎廂的對稱軸線處(與轎廂形心軸線重合)為Y—Y軸。 導(dǎo)靴受力點(diǎn)距離H=3270mm, 導(dǎo)軌長度L=5000，導(dǎo)軌支架間距 L＝2400mm。按GB7588-2003第10.1.2條來計(jì)算許用應(yīng)力和變形。 偏載按GB7588-2003第G7.2.1.1b項(xiàng)規(guī)定，偏載距等于轎廂尺寸的1/8，得X—X軸距177.50, Y—Y軸距193.75, (圖10中C—轎廂形心，G—轎廂重心,Q—載荷重心)。 1) 導(dǎo)軌正面偏載力矩 =1218×(9.81+0.684)×0+1000×(9.81+0.684)×9.81×193.75=2033213N-m 導(dǎo)軌正面壓力 2) 導(dǎo)軌側(cè)面偏載力矩 =1218×(9.81+0.684)×0+1000×(9.81+0.684)×9.81×177.50=1191042N-mm 導(dǎo)軌側(cè)面壓力 式中：b--載荷Q偏離轎廂Y-Y軸的偏載距 b=193.75mm c--載荷Q偏離轎廂X-X軸的偏載距 c=177.5mm H--轎廂架上下兩個導(dǎo)靴之間中心距離，H＝3270mm` 假設(shè)導(dǎo)軌中間受力，且按靜定梁模式計(jì)算，即L=2400，此時，導(dǎo)軌的剖面見圖2-11，剪力彎矩圖見圖2-12。 圖2-11 導(dǎo)軌剖面圖 圖2-12 導(dǎo)軌剪力彎矩圖 導(dǎo)軌支撐條件假定為簡支梁，當(dāng)外力作用于兩個導(dǎo)軌支架中間時， 導(dǎo)軌的支反力：Fza=Fzb=Pz/2=614/2=307N Fca=Fcb=Pc/2=364/2=182N 導(dǎo)軌的剪力：Qz=Fza=Fzb=307N Qc=Fca=Fcb=182N 導(dǎo)軌的彎矩：Mz=Fz·L/2=614×1200=736800N·mm Mc=Fc·L/2=364×1200=436800N·mm 剪應(yīng)力: 合力: 最大正應(yīng)力: 合力: 當(dāng)量應(yīng)力: JG/T5072.1-1996規(guī)定材料σb=370～520,按S20計(jì)：截面尺寸小于100mm時,σb=400～520,σ0.2=230 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=230/62.686＝3.669 結(jié)論：導(dǎo)軌強(qiáng)度符合要求 導(dǎo)軌撓度的計(jì)算： 復(fù)合變形: GB7588-2003第10.1.2.2條要求安全鉗不動作時導(dǎo)軌撓度不超10mm 結(jié)論：導(dǎo)軌剛度符合要求 2.11.2 安全鉗動作時導(dǎo)軌的計(jì)算 當(dāng)轎廂載有額定載荷以≥115℅額定速度向下運(yùn)動時，限速器動作，鋼絲繩提起安全鉗拉桿，安全鉗楔塊夾住導(dǎo)軌，此力壓到導(dǎo)軌上，其壓力為： 式中：n—導(dǎo)軌根數(shù) 本梯n=2 a Z—安全鉗制停減速度，按GB7588-2003第10.4.3.3項(xiàng)規(guī)定緩沖器平均減速度不應(yīng)大于1g，即限速器動作時平均減速度aZpj=9.81 m/s2。 1) 按GB7588-2003第G7.1.1.1項(xiàng)提供的方法計(jì)算彎曲應(yīng)力 a. 導(dǎo)軌的正面壓力為： 式中：k1—安全鉗動作時的沖擊系數(shù)，查GB7588-2003表G2 k1=2 xQ—載荷偏離轎廂Y-Y軸的偏載距 xQ = b=193.75mm xG —轎廂重心偏離轎廂Y-Y軸的偏載距 xG =0 導(dǎo)軌的正面壓力引起內(nèi)外力為： 式中：L—導(dǎo)軌支架距 L=2400mm b. 導(dǎo)軌的側(cè)面壓力為： 式中：yQ —載荷偏離轎廂X-X軸的偏載距 yQ = c=177.5mm yG —轎廂重心轎廂X-X軸的重心距yG = 0 c. 導(dǎo)軌的側(cè)面壓力引起內(nèi)外力為： 2) 按GB7588-2003第G7.1.1.2項(xiàng)提供的方法計(jì)算壓彎應(yīng)力 式中：k3—附加裝置在安全鉗動作時沖擊系數(shù)，導(dǎo)軌上無附加裝置Gy，故k3=0 ω—安全鉗動作時的導(dǎo)軌柔度系數(shù)，按GB7588-2003第G5.3章中提供的方法本梯導(dǎo)軌L/imin=2400/18.4=130.435,查表G3得ω=3.05 3) 按GB7588-2003第G7.1.1.4項(xiàng)提供的方法計(jì)算翼緣彎曲應(yīng)力： 式中：c—導(dǎo)軌凸緣腳厚 c=10 4) 當(dāng)量應(yīng)力: 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=230/62.191＝3.698 結(jié)論：導(dǎo)軌強(qiáng)度足夠 5) 按GB7588-2003第G7.1.1.5項(xiàng)提供的方法計(jì)算導(dǎo)軌的撓度 GB7588-2003第10.1.2.2項(xiàng)的要求，安全鉗動作時導(dǎo)軌的最大計(jì)算允許變形 ≤5mm,本梯每根導(dǎo)軌長5m,支架距2.4m,為三支點(diǎn)一度超靜定梁，計(jì)算中按雙支點(diǎn)靜定梁模式，變形不超過國標(biāo)規(guī)定。 結(jié)論：導(dǎo)軌剛度足夠 附注：對重導(dǎo)軌用的是TK5A空心導(dǎo)軌，對重裝置為全對稱結(jié)構(gòu)，平衡鏈懸掛點(diǎn)在重心處，且無安全鉗，因此不作計(jì)算。 2.12 導(dǎo)軌支架強(qiáng)度、剛度的計(jì)算 1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.12.1 轎廂導(dǎo)軌支架的強(qiáng)度、剛度計(jì)算 支架由三根50×5的角鋼焊接而成，計(jì)算時將焊接剛架拆為一組獨(dú)立 的梁。同時，支架立柱視為兩根平均受力的獨(dú)立固支梁。 50×5的角鋼的主要技術(shù)參數(shù)有： 截面積A＝4.803cm2 慣性矩Jx＝11.21cm4 抗彎模量 Wx＝3.18cm3 慣性半徑 ix＝1.53cm 1) 轎廂導(dǎo)軌支架橫梁的強(qiáng)度和剛度計(jì)算 根據(jù)導(dǎo)軌受力計(jì)算可知，轎廂偏載時支架橫梁受力為大，導(dǎo)軌支架在轎廂偏載時的剪力彎矩見圖2-13所示。 支架橫梁的最大外力為偏載時的PZ=614N，支反力Fa=Fb=307N 圖2-13 導(dǎo)軌支架剪力彎矩圖 因此，支架橫梁的最大內(nèi)力為： Q=Fa=Fb=307N Mmax=F·L/2=307×125=38375N·mm a. 橫梁的強(qiáng)度計(jì)算: 最大剪應(yīng)力: 最大正應(yīng)力: 當(dāng)量應(yīng)力: 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=235/12.101＝19.419 結(jié)論：橫梁的強(qiáng)度足夠 b. 橫梁撓度的計(jì)算: 結(jié)論：橫梁撓度小于導(dǎo)靴與導(dǎo)軌間隙1mm,符合電梯技術(shù)要求 2) 轎廂導(dǎo)軌支架立柱的強(qiáng)度計(jì)算： 支架立柱的最大外力為安全鉗動作時的PC計(jì), PC=1065N；安全鉗動作時導(dǎo)軌支架的內(nèi)外力見圖13所示。 支反力按剛度分配法由兩根立柱分擔(dān)：FC=PC/2=1065/2=803N 支架立柱的最大內(nèi)力：Q=FC=803N Mmax=803×242=194326N·mm a. 立柱的強(qiáng)度計(jì)算： 最大剪應(yīng)力: 最大正應(yīng)力: 當(dāng)量應(yīng)力: 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=235/61.155＝3.843 結(jié)論：立柱的強(qiáng)度足夠 b. 立柱撓度的計(jì)算： 結(jié)論：立柱撓度小于導(dǎo)靴與導(dǎo)軌間隙1mm,符合電梯技術(shù)要求 2.12.2 組合導(dǎo)軌支架的強(qiáng)度、剛度計(jì)算 組合導(dǎo)軌支架由轎廂導(dǎo)軌支架和對重導(dǎo)軌支架組合而成，高度724，中心跨度940，導(dǎo)軌支架跨度175。 根據(jù)導(dǎo)軌受力計(jì)算可知，轎廂偏載時組合導(dǎo)軌支架橫梁受力為大。 組合導(dǎo)軌支架轎廂偏載時導(dǎo)軌支架的結(jié)構(gòu)和剪力彎矩見圖2-14所示。 圖2-14 導(dǎo)軌支架結(jié)構(gòu)和剪力彎矩圖 支架由兩根63×5的角鋼焊接的轎廂導(dǎo)軌支架（單跨剛架）和一根63×5 角鋼對重導(dǎo)軌支架組成。由圖可見，當(dāng)組合導(dǎo)軌支架受到來自導(dǎo)軌的側(cè)向力時，重導(dǎo)軌支架立柱是不參加受力的。 組合導(dǎo)軌支架立柱的最大外力為安全鉗動作時的PC=1065N 63×5的角鋼的主要技術(shù)參數(shù)有： 截面積A＝6.143cm2 慣性矩Jx＝23.17cm4 抗彎模量 Wx＝5.08cm3 形心距 Z0＝1.74cm 其中轎廂導(dǎo)軌支架（單跨剛架）的慣性矩為: Jx=2×6.143×72.4×8.752+2×17.5×2×6.143×4.3752=76333cm4 這樣，轎廂支架立柱的最大內(nèi)力為 Q=FC=1065/2=532.5N Mmax=536.5×724=385530N·mm 剪應(yīng)力: 最大正應(yīng)力: 當(dāng)量應(yīng)力: 強(qiáng)度儲備系數(shù)λ=235/75.908＝3.096 結(jié)論：立柱的強(qiáng)度足夠 立柱撓度的計(jì)算： 結(jié)論：對重立柱撓度小于導(dǎo)靴與導(dǎo)軌間隙1mm,符合電梯技術(shù)要求 3 設(shè)計(jì)小結(jié) 2010年11月，我開始了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，到目前為止設(shè)計(jì)已進(jìn)入尾聲。從剛上手時的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個設(shè)計(jì)過程艱難卻也富有樂趣。在整個過程中，我再一次領(lǐng)略到了作為一個機(jī)械設(shè)計(jì)工作者所需要面臨的挑戰(zhàn)。 　　11月伊始，經(jīng)過一番選題，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是電梯轎廂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。從那一刻開始我便立刻著手資料的收集工作，在經(jīng)過一番書籍的查閱和網(wǎng)絡(luò)的搜索，我將所有收集到的資料完整精確的整理成一套設(shè)計(jì)的大綱，我終于制定下了一套完整的設(shè)計(jì)方案，并在與導(dǎo)師的溝通下開始了正式的設(shè)計(jì)工作。 　　1月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開始著手論文的寫作。在寫作過程中遇到困難我就及時和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個一個解決掉，論文也慢慢成型。 1月底，整套轎廂設(shè)計(jì)的技術(shù)說明文件終于基本完成，在對整個轎廂內(nèi)外部件的校核過程中，我也把整個大學(xué)4年所學(xué)習(xí)到的知識又再一次融會貫通了起來，接下來的2月就開始進(jìn)行電梯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制定了。這也是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)所在。 為了能夠完全把電梯轎廂的整體結(jié)構(gòu)完美的表現(xiàn)出來，我這次除了常規(guī)的平面圖紙的繪制意外，還采用了solidworks軟件對轎廂進(jìn)行了三維的建模以及后期的動態(tài)演示和渲染工作。雖然剛開始在面對上百張零件圖時有些許的束手無措不知道該從何下手，但本著一顆堅(jiān)持的心我還是把整個轎廂按部件分成了12個小裝配體，逐個擊破。終于漸漸的使整個轎廂開始初見雛形。 在整個方案中，如何把上百個零件裝配起來是一件相當(dāng)頭疼的事情，在歷時一個多月，并經(jīng)過反復(fù)的配合以及尺寸的修改之后，終于整個轎廂的外形被成功的展現(xiàn)了出來，詳細(xì)情況可查看附件。 　　當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務(wù)后整個人終于有機(jī)會放松一下了，同時看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件心中百般滋味涌上心頭。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。對機(jī)械設(shè)計(jì)這個行業(yè)也有了一個更全面的認(rèn)識。 我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時的激動和興奮；親手設(shè)計(jì)轎廂的時間里，記憶最深的是每一個小小的部件被裝配成實(shí)物時那幸福的心情；為了一個零件的繪制我曾經(jīng)通宵研究，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無疲憊。 這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)藏著無盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了轎廂設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，讓我對我所學(xué)過的知識有所鞏固和提高，對三維建模的理解更上一層樓，并且讓我對當(dāng)今電梯行業(yè)的最新發(fā)展技術(shù)和未來前景有了全面的了解。在整個過程中，我學(xué)到了新知識，增長了見識。在今后的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。 　　腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實(shí)際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。 4 參考文獻(xiàn) [1] GB/T7025.3—1997《電梯主參數(shù)及轎廂、井道、機(jī)房的型式與尺寸》 [2] GB7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》 [3] GB/T10058-1997《電梯技術(shù)條件》 [4]《機(jī)械工程手冊》第12卷第67篇 《起重機(jī)械》 [5]《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第1卷第1篇 《一般設(shè)計(jì)資料》 [6]《電梯歷史回眸與發(fā)展展望》[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì) [7]《電梯結(jié)構(gòu)與原理》 [8]《現(xiàn)代電梯控制技術(shù)》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 [9]《EDA技術(shù)及應(yīng)用》電子科技大學(xué)出版社 [10]《電梯使用技術(shù)教程》中國電力出版社 5 致謝 隨著畢業(yè)論文工作接近尾聲，在此我對在整個論文編寫期間給予我很大幫助的我的導(dǎo)師李儒瓊老師，天華學(xué)院的朱龍俊老師、陳志清老師、張宏興老師以及天華學(xué)院曾經(jīng)授予我學(xué)業(yè)的老師們和親愛的同學(xué)們并且還有我的父母致以最真誠的感謝。是你們的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。 三人行必有我?guī)?，大學(xué)四年間從你們身上我學(xué)習(xí)到了很多，也收獲了很多。你們是我在大學(xué)期間最珍貴知識。大學(xué)之路的重點(diǎn)是另一段漫長且具有挑戰(zhàn)的人生之路的開始。因?yàn)橛辛诉@么多給予我?guī)椭娜?，我才能將以后的每一步走的更踏?shí)。 歷時十二周的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)終于快結(jié)束了。在辛勤付出的同時我也得到了許多收獲和滿足。最后我再次感謝幫助過我的同學(xué)們老師們和我的父母，謝謝。 27