机械设计课程设计-垂直升降货梯动力系统设计

1机械设计课程设计计算说明书垂直升降货梯动力系统设计学院：工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：10机械4姓名：学号：20102412342*指导老师：张建2目录一、前言…………………………..………………………..…3二、设计任务书…………………………..…………………4三、传动方案的分析和拟定…………………………..….5四、电动机的选择…………………………..………………6五、传动装置运动和动力参数计算……………………..8六、带传动设计计算…………………………..……………10七、传动零件设计计算…………………………..………...12八、轴的设计计算…………………………..………………19九、减速器箱体的设计…………………………..……...30十、减速器的润滑方式密封类型的选择………….30十一、设计总结………………………………………….313一、前言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。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。本次设计的电梯主要是为家庭使用的货梯，具有载重量小，速度慢的特点。4系统布置总图如下：5三、传动装置总体设计方案：1、组成：传动装置由电动机、减速器、工作机组成。2、特点：齿轮相对于轴承不对称分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。3、确定传动方案：考虑到电动机转速高，传动功率大，将V带设置在高速级，其传动方案如下：图1-1传动装置总体设计图（Ⅳ轴上的卷筒为电梯的曳引轮）选择V带传动和二级圆柱斜齿轮减速器。钢丝绳直径的选择钢丝绳的允许拉力，按下列公式计算：KaFggF式中gF——钢丝绳的允许拉力（kN）；Fg——钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）；a——换算系数K——钢丝绳的安全系选用6×19的钢丝绳，则式中的[Fg]=9.8kN，查表得a=0.85；K=5~6，取6，所以6gF9.86F69.18kN0.85gKa，查机械设计手册，选择直径为12mm的钢丝绳卷筒直径计算卷筒直径一般为钢丝绳直径的40倍以上，所以卷筒直径D=40d=40×12mm=480mm，选用500mm的卷筒。四、电动机的选择1、选择电动机类型按工作要求和条件，选用Y型三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V。2、选择电动机容量电动机所需工作功率按式adPwPkw（1）1000FPwkw（2）因此a1000FPdkw由电动机至卷筒的传动总效率为5423421a式中取1=0.97，2=0.99（滚动轴承）；3=0.98；4=0.99（齿轮联轴器）；5=0.96，则a=0.97×0.994×0.982×0.99×0.96=0.85a9800111.53kw100010000.85dFP3、确定电动机转速卷筒轴工作转速为min22.385001100060100060rDn7按推荐的传动比合理范围，取V带传动的传动比4~21，i,二级圆柱齿轮减速器传动比40~82，i，则总传动比合理范围为160~16,ai，故电动机转速的可选范围为min2.6115~52.61122.38160~16,arnind）（，符合这一范围的同步转速有750、1000和1500minr。查相关手册后，选定电动机型号为Y160L-4，15kw，1500minr电动机主要外形和安装尺寸列于下表：中心高H外形尺寸L×（AC/2+AD）×HD底脚安装尺寸A×B地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E装键部位尺寸F×G160650×432.5×385254×2541542×11012×374、确定传动装置的总传动比和分配传动比1、总传动比,a150039.2538.22mnin2、分配传动装置传动比由式式中i0、i分别为带传动和减速器的传动比。为使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取i0=2.9，则减速器传动比为：,a0iii85、分配减速器的各级传动比按展开式布置，考虑润滑条件，可由图查得1i=4.3，则i2=i/i1=13.54/4.3=3.15。五、计算传动装置的运动和动力参数1、各轴转速01500517.24min2.9mnnri1517.24120.29min4.3nnri2120.2938.19min3.15nnriⅡⅢ38.19minnnrⅣⅢ2、各轴输入功率：01111.530.9711.18ddPPPⅠkW122311.180.990.9810.85PPPⅡⅠⅠkW232310.850.990.9810.53PPPⅢⅡⅡkW342410.530.990.9910.32PPPⅣⅢⅢkW各轴的输出功率：0.9810.96PP，ⅠⅠkW0.9810.63PP，ⅡⅡkW0.9810.32PP，ⅢⅢkW0.9810.11PP，ⅣⅣkW,a039.2513.532.9iii9各轴输入转矩：11.539550955073.40Nm1500ddmPTn11.1895509550206.42Nm517.24PTnⅠⅠⅠ10.8595509550861.40Nm120.29PTnⅡⅡⅡ10.53955095502633.19Nm38.19PTnⅢⅢⅢ10.32955095502580.68Nm38.19PTnⅣⅣⅣ各轴输出转矩：0.9871.93NmdTT，d0.98202.29NmTT，ⅠⅠ0.98843.88NmTT，ⅡⅡ0.982580.53NmTT，ⅢⅢ0.982529.07NmTT，ⅣⅣ运动和动力参数计算结果整理于下表：轴名效率P/kW转矩T/N·m转速n/r·min-1传动比i效率输入输出输入输出电动机轴11.5371.9315002.90.97Ⅰ轴11.1810.96206.42202.29517.244.30.98Ⅱ轴10.8510.63861.40843.88120.293.150.98Ⅲ轴10.5310.322633.192580.5338.191.000.96卷筒轴10.3210.112580.682529.0738.1910六、设计V带和带轮1、确定计算功率由表8-7查得工作情况系数A=1.2，故a1.215kW18kWcAPKP2、选择V带的带型根据acP、nm由图8-11选用B型。3、确定带轮的基准直径dd1并验算带速1）确定带轮的基准直径dd1.由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径dd1=160mm。2）验算带速。按公式（8-13）验算带的速度11160150012.57/601000601000ddnms满足5/25/msvms，故带速合适。3）计算大带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径1dd2012.9160464dddidmmmm根据表8-8，圆整为2dd=500mm。确定V带的中心距a和基准长度Ld1）根据式（8-20），初定中心距a0=500mm.2）由式（8-22）计算带所需的基准长度021221004)()(2addddaLddddd2(500160)[2500(160500)]2094.534500mmmm由表8-2选带的基准长度dL=2240mm。3）按式（8-23）计算实际中心距a。110022402094.53(500)572.7422ddLLaammmm中心距的变化范围为539.14~639.94mm。验算小带轮上的包角α12157.357.3180()180(500160)141.9990512.59dddda计算带的根数z由dd1=160mm和n1=1500r/min，查表8-4a得P0=3.62kW。根据n1=1500r/min，0i=2.9和B型带，查表8-4b得△P0=0.46kW。查表8-5得0.91k，表8-2得1.00Lk，于是LckkPPPz)(0a=184.8(3.620.46)0.911.00取5根。计算单根V带的初拉力的最小值（F0）min由表8-3得B型带的单位长度质量q=0.18kg/m，所以220min(2.5)(2.50.91)18500[5000.1812.57]278.64N0.91512.57caKPFqvNKzv（）应使带的实际初拉力F0＞（F0）min。计算压轴力Fp压轴力的最小值为min0min141.99()2()sin25278.64sin2634.512pFzFNN12七、齿轮的设计高速轴齿轮的设计1.选材，精度等级及齿数1）升降机为一般工作机器，速度不高，故精度等级选7级精度。2）由课本表10-1可得：选小齿轮：40Cr，调质处理，1280HBS；选大齿轮：45钢，调质处理，2240HBS,二者材料硬度差为40HBS。3）选择小齿轮的齿数125z，大齿轮齿数2254.3107.5z，取2108z4）选取螺旋角。螺旋角范围8~20,初选螺旋角=152、按齿面接触强度设计213121tHEtdHKTZZudu（1）确定公式内的各计算数值1）试选载荷系数1.6tK2）转矩1206.42Nm=52.06410Nmm3）由图10-30，选取区域系数HZ=2.425由图10-26得，10.78，20.98，则121.764）查有文献1表10-7选取齿宽系数1d5）由文献1表10-6可得材料的弹性影响系数12189.8EZMPa6）由文献1图10-21d小齿轮的接触疲劳强度极限MPaH6001lim；大齿轮的接触疲劳强度极限MPaH5502lim。7）计算应力循环次数。8116060517.241(283005)7.4510hNnjL138827.45101.73104.3N8）由图10-19，根据N，取接触疲劳寿命系数。120.9250.98HNHNKK9）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得1lim11555KNHKMPaS2lim22539KNHKMPaS12+==5472HHHMPa（2）计算1）试计算小齿轮分度圆直径td1，由计算公式得22513312121.62.0