第二章电梯机械基础

第二章电梯的相关知识电梯是机电合一的大型复杂产品,机械部分相当于人的躯体,电器部分相当于人的神经.机与电的高度合一,使电梯成了现代科学技术的综和产品.对于电梯的结构而言,传统的方法是分为机械部分和电气部分,但以功能系统来描述,则更能反映电梯的特点.下面简单介绍电梯机械部分的结构,而我们的主要目的是怎样来控制它.一.曳引系统曳引系统的主要功能是输出与传递动力,使电梯运行.曳引系统主要由曳引钢丝绳,导向轮,反绳轮组成.二.导向系统导向系统的主要功能是限制轿厢和对重的活动自由度,使轿厢和对重只能沿着导轨作升降运动.导向系统主要由导轨,导靴和导轨架组成.三.轿厢轿厢是运送乘客和货物的电梯组件,是电梯的工作部分.轿厢由轿厢架和轿厢体组成.四.门系统门系统的主要功能是封住层站入口和轿厢入口.门系统由轿厢门,层门,开门机,门锁装置组成.五.重量平衡系统系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内,保证电梯的曳引传动正常.系统主要由对重和重量补偿装置组成.六.电力拖动系统电力拖动系统的功能是提供动力,实行电梯速度控制.电力拖动系统由曳引电动机,供电系统,速度反馈装置,电动机调速装置等组成.七.电气控制系统电气控制系统的主要功能是对电梯的运行实行操纵和控制.电气控制系统主要由操纵装置,位置显示装置,控制屏(柜),平层装置,选层器等组成.八.安全保护系统保证电梯安全使用,防止一切危及人身安全的事故发生.但归根到底是由机械系统和电气系统组成，任何一个系统至少包含机械系统或电气系统。因此，从机械和电气两方面基础知识学习，以便更好的学习电梯专业知识。第一节电梯的机械基础知识一、机械传动原理带传动是通过带作为中间挠性件传递运动和动力的一种摩擦或啮合传动。适用于两轴中心距较大的场合。与齿轮传动相比，带传动具有结构简单、传动平稳、成本低廉以及缓冲吸振等优点，在近代机械中被广泛应用。§2-1概述§2-1概述组成：主动轮1、从动轮2、环形带3工作原理：当主动带轮1转动时，依靠带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带3传递给从动带轮2。1n2n12潘存云教授研制vv31221DDnni1221DDnni2啮合型带传动§2-1概述（一）带传动的类型1摩擦型带传动----同步带传动§2-1概述工作原理：安装时带被张紧在带轮上，产生的初拉力使得带与带轮之间产生压力。主动轮转动时，依靠摩擦力拖动从动轮一起同向回转。31n2n12F0F0F0F0潘存云教授研制摩擦型带传动节园节线组成：同步齿形带以钢丝为抗拉体，外包聚氨脂或橡胶。结构特点：传动带内表面上等距分布有横向齿，带轮轮面也制成相应的齿槽。传动特点：靠带齿与轮齿间的啮合实现传动，两者无相对滑动，而使圆周速度同步，故称为同步带传动。pb节距啮合型带传动----同步带传动优点：1.传动比恒定；2.结构紧凑；3.抗拉强度高，故带速高达40m/s，传动比可达10，传递功率可达200KW；4.效率高，高达0.98。缺点：成本高；对中心距及其尺寸稳定性要求较高。啮合型带传动----同步带传动§2-1概述V带传动平带传动按横截面形状可分为:平带V型带多楔带圆形带（一）带传动的类型§2-1概述由于Ｖ带与轮槽之间是V型槽面摩擦，故可产生比平带更大的摩擦力，因而能传递较大的功率。在工业上，应用最广泛。FQFQFNφ/2φ/2FN2FN2平带传动----平面摩擦Ｖ带传动----槽面摩擦摩擦力:Ff=FNf=fFQFN=FQFQ=2FN2sin/2FN=FQsin/2摩擦力:Ff=FNff=FQsin/2=FQf’ff’=sin/2---当量摩擦系数∵φ≈40°,sinφ/2≈0.3∴f’≈3f=3fFQ按横截面形状可分为:平带V型带多楔带圆形带（一）带传动的类型多楔带兼有平带弯曲应力小和Ｖ带摩擦力大等优点，常用于传递动力较大而又要求结构紧凑的场合。圆形带的牵引能力小，常用于仪器和家用器械中。§8-1概述普通Ｖ带窄Ｖ带齿形Ｖ带宽Ｖ带联组Ｖ带大楔角Ｖ带（二）V带的类型与结构V带是一种标准件-----应用最广§2-1概述组成：抗拉体、顶胶、底胶、包布。帘布芯结构绳芯结构包布顶胶抗拉体底胶（二）V带的类型与结构§2-1概述制造较方便柔韧性好，抗弯强度高bbpφ型号YZABCDE顶宽b6101317223238节宽bd5.38.51114192732高度h46811141925楔角φ截面面积A（mm2）184781143237476722表8-1V带的截面尺寸40˚普通V带有：Y、Z、A、B、C、D、E等型号,已标准化YZABCDE§2-1概述（三）带传动的特点1.适用于中心距较大的传动；2.带具有良好的挠性，可缓和冲击、吸收振动；3.过载时带与带轮之间会出现打滑，避免了其它零件的损坏；4.结构简单、成本低廉。缺点：1.传动的外廓尺寸较大；2.需要张紧装置；3.由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；4.带的寿命较短；5.传动效率较低。优点：a调整螺钉调整螺钉滑道式张紧装置摆架式张紧装置a带传动的张紧方法①调整中心距§2-2V带传动的张紧、安装与防护（一）V带传动的张紧运转一段时间后，带会松弛，为了保证带传动的能力，必须重新张紧，才能正常工作。张紧轮①调整中心距②采用张紧轮③自动张紧自动张紧装置销轴带传动的张紧方法§2-2V带传动的张紧、安装与防护§2-2曳引传动•传动特点：将原动机的旋转运动转变为直线运动。•优点：可以把旋转运动转换为长距离的直线运动，且运动平稳、噪音小。•大部分中低速电梯采用曳引传动。§2-2曳引传动•原动机的动力输出轮称为曳引轮，曳引轮轮缘上开有绳槽，利用钢丝绳与绳槽的摩擦传递动力。§2-2曳引传动•曳引轮与发动机一起成为曳引机。§2-2曳引传动•曳引式提升机构是电梯行业广泛采用的提升形式。在曳引式提升机构中，钢丝绳悬挂在曳引轮上，其一段与轿厢连接，另一端与对重连接。•曳引轮转动时，使曳引钢丝绳与曳引轮之间产生摩擦力（曳引力），从而带动电梯轿厢上下运动。§2-2曳引传动•悬挂轿厢和对重的曳引钢丝绳与曳引轮绳槽间有足够的曳引力来克服任何位置上的轿厢侧和对重侧钢丝绳上的拉力差，因此保证了轿厢和对重随着曳引轮的正转和反转，从不断地上升和下降。§2-2曳引传动•曳引式提升机构具有以下优越性：•（1）安全可靠如果下降中的轿厢或对重因为某种原因冲击底坑中的缓冲器时，曳引提升机构自动消失曳引能力，不至于使轿厢或对重继续向上运动直到冲击机房楼板或拉断钢丝绳，造成伤亡事故或财产损失。§2-2曳引传动•（2）允许提升高度大曳引提升机构曳引钢丝绳的长度不受限制，因此可以实现将轿厢提升到任何实际高度的需要。•（3）结构紧凑对于垂直升降设备，根据规范要求，曳引轮（或卷筒）直径与钢丝绳直径之比不得小于40.曳引提升机构可以比较容易地通过增加钢丝绳的根数或减少曳引钢丝绳的直径，从而达到曳引轮直径的减小和使整个提升机构的重量减轻。§2-2曳引传动•（4）方便选用高转速电动机电梯额定速度一定情况下，曳引轮直径越小，则需要曳引轮转速越高，与此同时也就要求驱动电动机转速越高。因此采用曳引轮提升机构便于选用结构紧凑、价格便宜的高转速电动机。§2-2曳引传动§2-2曳引传动•曳引比：指电梯在运行时钢丝绳的线速度与轿厢升降速度的比值。•若钢丝绳的线速度等于轿厢升降速度，则曳引比为1：1；•钢丝绳的线速度等于轿厢升降速度的2倍，则曳引比为2：1.§2-2曳引传动•曳引系数•根据欧拉公式，T1与T2之间有如下关系：•f—曳引钢丝绳与曳引轮绳槽间的摩擦系数•a—曳引钢丝绳与曳引轮相接触的一段圆弧所对应的圆心角（包角），单位rad•e—自然系数，e=2.71828faeTT21§2-2曳引传动•式中的称为曳引系数，曳引系数是一个客观量，它与f、a有关。限定了T1/T2的允许比值，大，则表明T1/T2的允许比值大和（T1-T2）的允许比值大，也就表示电梯的曳引能力大。曳引系数越大，则电梯的载重能力越大，反之，曳引系数越小，电梯的载货或载客能力就越小。faefaefae§2-2曳引传动•电梯正常工作的曳引条件：•根据计算和分析，按我国国家标准GB7588—2003《电梯制造与安装安全规范》中的规定：电梯在下面两种工作状态下应保证曳引钢丝绳在曳引轮绳槽上不出现打滑现象:•1)空载电梯在最高停站处上升制动状态（或下降启动状态）；•2）装有125%额定载荷的电梯，在最低停站处下降制动状态（或上升启动状态）。§2-2曳引传动•为了满足上面的曳引条件，在设计曳引系数时应按下式进行:•T1/T2—在载有125%额定载荷的轿厢位于最低层站及空载轿厢位于最高层站的情况下，曳引轮两边曳引钢丝绳中的较大静拉力与较小静拉力之比；•c1—与加速度、减速度有关的动力系数，c1=（g+a）/(g-a),g=9.8m/s*s,a为制停减速度。faeccTT2121faeccTT2121faeccTT2121§2-2曳引传动•c2—与因磨损而发生的绳槽形状改变有关的系数，对于曳引轮绳槽为半圆形或半圆形下部切口形c2=1，对于曳引轮绳槽为V形的c2=1.2.（一）齿轮传动的特点：▲传动效率高η可达99％；▲结构紧凑;▲工作可靠，寿命长；▲传动比稳定;▲制造及安装精度要求高，价格较贵。§2-3齿轮传动齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一（二）分类开式传动§2-3齿轮传动半开式传动闭式传动齿轮传动两轴线相互平行的圆柱齿轮传动两轴线相交的圆锥齿轮传动两轴线交错在空间既不平行也不相交的螺旋齿轮传动按两轴线相对位置分直齿轮开式传动直齿斜齿按工作条件分闭式传动§2-3齿轮传动人字齿§2-3齿轮传动•传动比：•v1—主动轮转速，r/min;•v2—从动轮转速，r/min；•Z1—主动轮齿数；•Z2—从动轮齿数。1221ZZvvi1221ZZvvi1221ZZvvi1221ZZvvi1221ZZvvi1221ZZvvi§2-3齿轮传动轮齿折断疲劳折断一、轮齿的失效形式失效形式过载折断局部折断1221ZZvvi齿面点蚀齿面胶合高速重载传动中，常因啮合区温度升高而引起润滑失效，致使齿面金属直接接触而相互粘连。当齿面向对滑动时，较软的齿面沿滑动方向被撕下而形成沟纹。措施：1.提高齿面硬度2.减小齿面粗糙度3.增加润滑油粘度低速4.加抗胶合添加剂高速§2-3齿轮传动轮齿折断失效形式一、轮齿的失效形式齿面胶合齿面磨损措施：1.减小齿面粗糙度2.改善润滑条件，清洁环境(磨粒磨损)齿面点蚀§2-3齿轮传动轮齿折断失效形式一、轮齿的失效形式3.提高齿面硬度从动齿主动齿从动齿主动齿从动齿主动齿从动齿主动齿齿面胶合齿面磨损齿面点蚀§2-3齿轮传动轮齿折断失效形式塑性变形一、轮齿的失效形式表面凸出表面凹陷圆锥齿轮轴圆柱齿轮轴2.实心齿轮作用：用于传递交错轴之间的回转运动和动力。蜗杆主动、蜗轮从动。∑＝90°§2-3涡轮蜗杆传动1ω1所得齿轮称为:蜗杆。而啮合件称为:蜗轮。蜗杆2ω2蜗轮优点：传动比大、结构紧凑、传动平稳、噪声小。分度机构：i=1000,通常i=8~80缺点：摩擦损失较大，效率低、蜗轮齿圈用青铜制造，成本高。一般：η=0.7~0.8，自锁：η≈0.4类型环面蜗杆传动圆柱蜗杆传动圆柱蜗杆锥蜗杆传动普通圆柱蜗杆传动圆弧圆柱蜗杆传动环面蜗杆锥蜗杆§2-3涡轮蜗杆传动3.蜗杆传动的传动比i传动比:≠----d1d2n2n1i=---z1z2=---§2-3涡轮蜗杆传动§2-4轴承•轴承用来支撑旋转的轴。•滑动轴承•轴承•滚动轴承§2-4轴承•滑动轴承主轴与轴瓦发生滑动摩擦，为了减小摩擦，在工作时必须加充分的润滑油。•由于滑动轴承摩擦系数大，效率低，耗油多，在机器开动时阻力比转动以后的阻力更大，一次一般用于转速不太高的场合。§2-4轴承滚动轴承是现代机器中应用广泛的一种部件，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承旋转的轴。缺点：抗冲击能力差、高速时出现噪音。优点：摩擦阻力小、功率损耗少、启动灵敏和易于互换等。