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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
電梯曳引機(jī)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
Design For Elevator Tractor And Control Systerm
學(xué)生姓名
黃九
學(xué)院名稱
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
李志
2008年
6月
2日
徐州工程學(xué)院08屆本科畢業(yè)論文
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
摘 要
本次設(shè)計(jì)是以三菱FX2n為核心的電梯控制系統(tǒng)的硬件組成及軟件設(shè)計(jì)，采用PLC來控制轎箱提升電機(jī)的起、停和正、反轉(zhuǎn)。這里主要是對(duì)電梯曳引機(jī)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、（包括電動(dòng)機(jī)、減速器、軸、軸承、聯(lián)軸器、制動(dòng)器）以及工藝的編排和相關(guān)圖形的繪制，另外對(duì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要是PLC控制電路圖、程序流程圖以及PLC編程。
其中對(duì)曳引機(jī)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是減速器的選擇和箱體零件的設(shè)計(jì)和加工。減速器選擇的是蝸桿減速器，軸承是調(diào)心滾子軸承，聯(lián)軸器選擇的是彈性柱銷聯(lián)軸器。PLC控制程序設(shè)計(jì)是考慮到電梯的上升和下降邏輯，以及樓層顯示，運(yùn)作時(shí)的加速和減速。
現(xiàn)在電梯都采用傳統(tǒng)的繼電器群的控制方法，由于所用的繼電器較多，控制柜體積龐大，控制系統(tǒng)成本高，而且眾多繼電器的動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，污染環(huán)境。采用PLC配合接口進(jìn)行控制，可將傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯變?yōu)橛?jì)算機(jī)程序控制邏輯，去掉所有用于邏輯控制的中間繼電器，使電梯系統(tǒng)的成本和噪音大大降低，控制柜的體積也可大大縮小。
關(guān)鍵詞：PLC ;曳引機(jī) ;電動(dòng)機(jī) ;減速器 ;聯(lián)軸器 ;制動(dòng)器
Abstract
This design is take FX2n as the core elevator control system hardware composition and the software design, uses the PLC integrated circuit to control the sedan box to promote the electrical machinery, to stop with, the reverse. Here mainly is carries on the design, the computation to the elevator tractor parameter, (including electric motor, reduction gear, axis, bearing, shaft coupling, brake) as well as the craft arrangement and the correlation graph plan, moreover to the PLC integrated circuit control system design, mainly is the PLC integrated circuit control circuit diagram, the program flow diagram as well as the PLC integrated circuit programming.
The most important of this design is changed huge parts of contents. The new version increases plenty of new technical contents and new calculation method.PLC integrated circuit control system design. Besides a few parts are changed according to the Chinse lift situations, this revised version is basically compliant
Now the elevator all uses the method of traditional the relay group control, because of many relay have been used, control the cabinet volume huge, the cost of control system is high, most of the multitudinous relay movement have the big noise, the pollution environment. Uses the PLC integrated circuit coordination connection to carry on the control, may become the traditional black-white control logic the computer program control logic, removes all uses in the logical control intermediate relay, causes the cost of the elevator system and the noise reduces greatly, controls the cabinet the volume also to be possible to reduce greatly.
Key words：PLC integrated circuit；Tractor;Electricmotor;Reduction gear;Shaft coupling;Brake
目錄
1緒論……………………………………………………………………………………………1
1.1電梯的起源…………………………………………………………………………………1
1.2電梯的種類…………………………………………………………………………………1
1.2.1按用途分類………………………………………………………………………………1
1.2.2按速度分類………………………………………………………………………………2
1.2.3按拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)類型分類…………………………………………………………………2
1.2.4按驅(qū)動(dòng)方式分類…………………………………………………………………………2
1.2.5按控制方式分類…………………………………………………………………………3
1.3電梯主要組成及結(jié)構(gòu)……………………………………………………………………3
1.3.1曳引機(jī)構(gòu)的組成…………………………………………………………………………4
1.3.2曳引機(jī)構(gòu)的減速器………………………………………………………………………5
2有關(guān)參數(shù)的計(jì)算………………………………………………………………………………7
2.1曳引機(jī)的確定……………………………………………………………………………7
2.1.1選擇曳引機(jī)………………………………………………………………………………8
2.1.2曳引機(jī)容量的計(jì)算………………………………………………………………………8
2.1.3曳引力計(jì)算………………………………………………………………………………8
2.2減速器設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………9
2.2.1常用減速器的型式及其應(yīng)用……………………………………………………………9
2.2.2減速器的基本構(gòu)造……………………………………………………………………10
2.2.3蝸桿減速器設(shè)計(jì)………………………………………………………………………12
2.3軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………………………………16
2.3.1軸的分類………………………………………………………………………………16
2.3.2軸的常用材料…………………………………………………………………………16
2.3.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………16
2.3.4軸的強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………………………16
2.4軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………………………20
2.5聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………………………………22
2.5.1聯(lián)軸器選擇應(yīng)考慮的問題 ………………… ………………………………………22
2.5.2聯(lián)軸器的理論轉(zhuǎn)矩……………………………………………………………………22
2.5.3主要尺寸計(jì)算…………………………………………………………………………23
2.6制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………………………………23
2.7工藝………………………………………………………………………………………24
2.7.1零件的分析……………………………………………………………………………24
2.7.2工藝規(guī)程設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………26
3 PLC 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………29
3.1 PLC 系統(tǒng)概述…………………………………………………………………………29
3.1.1 PLC 的定義………………………………………………………………………29
3.1.2 PLC 的特點(diǎn)…………………………………………………………………………30
3.1.3PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較………………………………………………………32
3.1.4 PLC 的基本結(jié)構(gòu)………………………………………………………………………33
3.1.5 PLC 的工作原理………………………………………………………………………35
3.2 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析………………………………………………………………37
3.2.1 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則………………………………………………………37
3.2.2PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容……………………………………………………38
3.2.3.PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的步驟……………………………………………………39
3.3 電梯PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………………40
3.3.1電梯的運(yùn)行過程…………………………………………………………………40
3.3.2選擇 PLC…………………………………………………………………………41
3.3.3PLC 規(guī)模的估算……………………………………………………………………42
3.3.4PLC 輸入輸出模塊的選擇……………………………………………………………43
3.3.5PLC 的選擇……………………………………………………………………………44
4結(jié)論……………………………………………………………………………………………46
5參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………47
6翻譯……………………………………………………………………………………………48
6.1外文資料……………………………………………………………………………………48
6.2譯文………………………………………………………………………………………54
7致謝…………………………………………………………………………………………59
49
1緒論
1.1電梯起源
電梯是現(xiàn)代多層及高層建筑物中不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備。早在公元前1100年前后，我國古代的周朝時(shí)期就出現(xiàn)了提水用的轆轤，這是一種由木制的支架、卷筒、曲柄和繩索組成的簡單卷揚(yáng)機(jī)。公元前236年在古希臘，由著名的科學(xué)家阿基米德制成了第一臺(tái)人力驅(qū)動(dòng)的卷筒式卷揚(yáng)機(jī)。這些就是電梯的雛形。
1.2電梯的種類
電梯作為一種通用垂直運(yùn)輸機(jī)械，被廣泛用于不同的場合，其控制、拖動(dòng)、驅(qū)動(dòng)方式也多種多樣，因此電梯的分類方法也有下列幾種。
1.2.1按用途分類
這是一種常用的分類方法，但由于電梯有一定的通用性，所以按用途分類在使用中用得較多。但實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)不很明確。
a乘客電梯
用于運(yùn)送乘客為主，兼以運(yùn)送重量和體積合適的日用物件。適用于高層住宅、辦公大樓、賓館或飯店等人流較大的公共場合。其轎廂內(nèi)部裝飾要求較高，運(yùn)行舒適感要求嚴(yán)格，具有良好的照明與通風(fēng)設(shè)施，為限制乘客人數(shù)，其轎廂內(nèi)面積有限，轎廂寬深比例較大，以利于人員出入。為提高運(yùn)行效率，其運(yùn)行速度較快。派生品種有住宅電梯、觀光電梯等。
b載貨電梯
用于運(yùn)送貨物為主，并能運(yùn)送隨行裝卸人員。因運(yùn)送貨物的物理性質(zhì)不同，其轎廂內(nèi)部容積差異較大。但為了適應(yīng)裝卸貨物的要求，其結(jié)構(gòu)要求堅(jiān)固。由于運(yùn)送額定重量大，一般運(yùn)行速度較低，以節(jié)省設(shè)備投資和電能消耗。轎廂的寬深比例一般小于1。
c客貨兩用電梯
主要用于運(yùn)送乘客，也可運(yùn)送貨物。其結(jié)構(gòu)比乘客電梯堅(jiān)固，裝飾要求較低。一般用于企業(yè)和賓館飯店的服務(wù)部門。
d病床電梯
用于醫(yī)療單位運(yùn)送病人，醫(yī)療救護(hù)器械。其特點(diǎn)為轎廂寬深比小，深度尺寸>=2.4m，以能容納病床，要求運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小，平層精度高。
e雜物電梯
這是一種專用于運(yùn)送小件品的的電梯，最大載重量為500g，如果轎廂額定載重量大于250Kg應(yīng)設(shè)限速器和安全鉗設(shè)施。為防止發(fā)生人身事故，嚴(yán)禁乘人和裝卸貨物將頭伸入，為此限制轎廂分格空間高度不得超過1.4m，面積不得大于1.25m*m，深度不得大于1.4m。
其他特種用途的電梯還有汽車電梯，船舶電梯等。
1.2.2按速度分類
電梯的額定運(yùn)行速度正在逐步提高，因此按速度分類的國家標(biāo)準(zhǔn)正待頒布。目前的習(xí)慣劃分為：
a低速電梯
這種電梯的額定速度<=0.75m/s。
b中速電梯
這種電梯的額定速度>=1m/s~2.5m/s。
c高速電梯
這種電梯的額定速度>2.5m/s~4m/s。
d超高速電梯
這種電梯的額定速度>4m/s。
1.2.3按拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)類型分類
a交流電梯
將采用交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電梯。其中又可分為單、雙速拖動(dòng)，采用該變電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)的方法調(diào)速。調(diào)壓拖動(dòng)，通過改變電動(dòng)機(jī)電源的方法調(diào)速。調(diào)頻調(diào)壓拖動(dòng)，采用同時(shí)改變電動(dòng)機(jī)電源電壓和頻率的方法調(diào)速。
b直流電源
這是一種采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電梯。由于其調(diào)速方便，加減速性好，曾被廣泛采用隨著電子技術(shù)的發(fā)展，直流拖動(dòng)正被節(jié)省能源的交流調(diào)速拖動(dòng)代替。
1.2.4按驅(qū)動(dòng)方式分類
a鋼絲繩驅(qū)動(dòng)式電梯
它可分成兩種不同的型式，一種是被廣泛采用的摩擦曳引式。另一種是卷筒強(qiáng)制式。前一種安全性和可靠性都較好，后一種的缺點(diǎn)較多，已很少采用。
b液壓驅(qū)動(dòng)式電梯
這種驅(qū)動(dòng)式電梯歷史較長，它可分為柱塞直頂式和柱塞側(cè)置式。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)房設(shè)置部位較為靈活，運(yùn)行平穩(wěn)，采用直頂式時(shí)不用轎廂安全鉗及底坑地面的強(qiáng)度可大大減小，頂層高度限制較寬。但其工作高度受柱塞長度限制，運(yùn)行高度較低。在采用液壓油作為工作介質(zhì)時(shí)，還須充分考慮防火安全的要求。
c齒輪齒條驅(qū)動(dòng)式電梯
它通過兩對(duì)齒輪齒條的齒和來運(yùn)行；運(yùn)行振動(dòng)、噪聲較大。這種型式一般不需要設(shè)置機(jī)房，由轎廂自備動(dòng)力機(jī)構(gòu)，控制簡單，適用于流動(dòng)性大的建筑工地。目前已劃入建筑升降機(jī)類。
d鏈條鏈輪驅(qū)動(dòng)式電梯
這是一種強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)型式，因鏈條自重較大，所以提升高度不能過高，運(yùn)行速度也以因鏈條鏈輪傳動(dòng)性能局限而較低。但它在用于企業(yè)升降物料的作業(yè)中，有著傳動(dòng)可靠，維護(hù)方便，堅(jiān)固耐用的優(yōu)點(diǎn)。
其他驅(qū)動(dòng)方式還有氣壓式。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，螺旋驅(qū)動(dòng)等。
1.2.5按控制方式分類
目前電梯技術(shù)的發(fā)展使電梯控制日趨完善，操作趨于簡單，功能趨于多樣，控制方式正向廣泛應(yīng)用微電子新技術(shù)的方向發(fā)展。目前常見的控制方式有：微機(jī)集選控制（按鈕操作）；門微機(jī)并聯(lián)、梯群控制（按鈕操作）；繼電器信號(hào)控制和手柄控制（手柄或按鈕操作）。
除上述常見的分類外，目前還有按機(jī)房位置、鋼絲繩傳動(dòng)型式等分類方法。
1.3電梯的主要組成及結(jié)構(gòu)
機(jī)房內(nèi)的主要部件通常有主機(jī)、控制屏（柜）、限速器、選層器、極限開關(guān)等。井道內(nèi)的主要部件通常有轎廂（及其安裝在它上面的一些附件或設(shè)施如轎門、轎頂輪、導(dǎo)靴、安全鉗、懸掛裝置、隨行電纜等）、對(duì)重裝置（及其安裝在它上面的設(shè)施如導(dǎo)靴、懸掛裝置等）、層門（及其附屬設(shè)施如門鎖、地坎等）等。底坑內(nèi)的主要部件通常有緩沖器、對(duì)重側(cè)護(hù)欄、限速繩張緊裝置等。
圖1-1所示：
圖1-1
1.3.1電梯的曳引機(jī)構(gòu)
1.3.1.1曳引機(jī)構(gòu)的組成
電梯曳引機(jī)構(gòu)一般由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速箱、聯(lián)軸器及曳引輪所組成。以電動(dòng)機(jī)與曳引輪之間有無減速箱可分為有齒輪曳引機(jī)和無齒輪曳引機(jī)。
a無齒輪曳引機(jī)（無減速器曳引機(jī)）
無齒輪曳引機(jī)用在運(yùn)行速度v>2.0m/s的高速電梯上。這種曳引機(jī)的曳引輪緊固在曳引電動(dòng)機(jī)軸上，沒有機(jī)械減速機(jī)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡單。曳引電動(dòng)機(jī)是專為電梯設(shè)計(jì)和制造的，能適應(yīng)電梯運(yùn)行工作特點(diǎn)，具有良好調(diào)速性能的直流電動(dòng)機(jī)（或交流變頻電動(dòng)機(jī)）。
該曳引機(jī)制動(dòng)時(shí)所需要的制動(dòng)力矩要比有減速器曳引機(jī)大得多，因此無減速器曳引機(jī)的制動(dòng)器比較大。
由于無減速器曳引機(jī)多數(shù)情況是用于復(fù)繞傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中，所以曳引輪軸、復(fù)繞輪軸及其軸承的受力要比有減速器曳引機(jī)大得多，相應(yīng)的軸也顯得粗大。
由于無減速器曳引機(jī)沒有減速器等有利因素，所以使用壽命比較長。
b有齒輪曳引機(jī)
有齒輪曳引機(jī)廣泛用于運(yùn)行速度v<=2.0m/s的各種貨梯、客梯、雜物電梯上。為了減小曳引機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲和提高平穩(wěn)性，一般采用蝸輪副作減速傳動(dòng)裝置。這種曳引機(jī)主要由曳引電動(dòng)機(jī)、蝸桿、制動(dòng)器、曳引繩輪、機(jī)座等構(gòu)成，也有行星齒輪作減速器的行星曳引機(jī)（EPD）。
根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及要求，選擇有齒輪曳引機(jī)
1.3.1.2曳引機(jī)構(gòu)的減速器
電梯的工作特性要求曳引機(jī)減速器具有體積小、重量輕、傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力大、傳動(dòng)比大、噪聲低等特點(diǎn)。還要有工作可靠、壽命長、維護(hù)保養(yǎng)方便的要求。電梯常用的減速器有以下幾種：
a蝸輪蝸桿減速器
蝸輪蝸桿減速器具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低、抗沖擊承載能力大，傳動(dòng)比大和體積小的優(yōu)點(diǎn)。這是電梯曳引機(jī)最常用的減速器。
電梯用蝸輪蝸桿減速器通常有上置、下置和側(cè)置三種蝸桿布置型式。早期蝸桿減速器因潤滑要求常采用下置式布置蝸桿，這種配置方式由于潤滑液面加至蝸桿軸心線平面，因此蝸輪摩擦面潤滑條件較好，有利于減少起動(dòng)磨損，提高潤滑效率。但是蝸桿軸伸處容易漏油，增加了蝸桿軸油封的復(fù)雜性。隨著蝸桿傳動(dòng)潤滑技術(shù)的發(fā)展和曳引機(jī)輕量化的發(fā)展要求，采用法蘭盤套裝連接電動(dòng)機(jī)的上置和側(cè)置形式的減速器大量出現(xiàn)。這種布置可減小曳引機(jī)座面積，安裝方便，布置靈活，但潤滑設(shè)計(jì)要求較高。
b斜齒輪減速器
斜齒輪減速器斜齒輪減速器在20世紀(jì)70年代開始用于電梯曳引機(jī)構(gòu)。斜齒輪傳動(dòng)具有傳動(dòng)效率高，制造方便的優(yōu)點(diǎn)。也存在著傳動(dòng)平穩(wěn)性不如蝸輪傳動(dòng)，抗沖擊承載能力不高，噪聲較大的缺點(diǎn)。因此斜齒輪減速器在曳引機(jī)上應(yīng)用，要求有很高的疲勞強(qiáng)度，齒輪精度和配合精度；要保證總起動(dòng)次數(shù)2000萬次以上不能發(fā)生疲勞斷裂。在電梯緊急制動(dòng)，安全鉗和緩沖器動(dòng)作等沖擊載荷作用時(shí)，確保齒輪不會(huì)有損傷，保證電梯運(yùn)行安全。
c行星齒輪減速器
行星齒輪減速器具有結(jié)構(gòu)緊湊，減速比大，傳動(dòng)平穩(wěn)性和抗沖擊承載能力優(yōu)于斜齒輪傳動(dòng)，噪聲小等優(yōu)點(diǎn)。在交流拖動(dòng)占主導(dǎo)地位的中高速電梯上有廣闊的發(fā)展前景。它有利于采用小體積，高轉(zhuǎn)速的交流電機(jī)；且有維護(hù)要求簡單、潤滑方便、壽命長的特點(diǎn)，是一種新型的曳引幾減速器。
由于我設(shè)計(jì)的是四層乘客電梯，要求運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低等特點(diǎn)，而蝸輪蝸桿減速器正好符合這方面的要求，所以選擇蝸輪蝸桿減速器。
接下來開始進(jìn)行有關(guān)參數(shù)的計(jì)算。
2有關(guān)參數(shù)的計(jì)算
2.1曳引機(jī)的確定
圖2-1
為滿足上面曳引條件，在設(shè)計(jì)曳引系數(shù)時(shí)應(yīng)按下式進(jìn)行
T1C1C2/T1
C1=(g+a)/(g-a)
=(9.8+2)/(9.8-2)
=1.51
按GB7588-95的《電梯制造與安全規(guī)范》中規(guī)定，C1的最小允許值為1.15
0.63m/s
u0所以曳引條件符合要求。
???? 假定電梯用戶選定VJVF10型調(diào)速曳引機(jī)，其參數(shù)如下：載重量1?000kg，速度1.0m/s，電機(jī)功率11kW，電機(jī)電流28A，繩輪節(jié)徑φ530mm，繩輪槽數(shù)5個(gè)，曳引繩徑φ13mm，繞繩倍率1:1。
減速器的計(jì)算
2.2減速器設(shè)計(jì)
2.2.1常用減速器的型式及其應(yīng)用
按照傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可將減速器分為四大類。
a圓柱齒輪減速器
（1） 漸開線圓柱齒輪減速器
（2） 圓弧齒圓柱齒輪減速器
b圓錐齒輪減速器
（1） 漸開線圓錐齒輪減速器
（2） 雙曲面齒輪減速器
（3） 圓弧齒圓錐齒輪減速器
c蝸桿減速器
（1） 圓柱蝸桿減速器
（2） 環(huán)面蝸桿減速器
（3） 錐蝸桿減速器
d行星齒輪減速裝置
（1） 漸開線行星齒輪減速裝置
（2） 少齒差行星齒輪減速裝置
（3） 擺線針輪減速裝置
（4） 諧波齒輪減速裝置
2.2.2減速器的基本構(gòu)造
減速器主要由箱體、軸系部件（傳動(dòng)件、軸及軸承組合）及其附件組成。
2.2.2.1齒輪、軸及軸承組合
齒輪、軸及軸承組成典型的軸系部件，是減速器的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別注意它們之間的相互影響。
齒輪的設(shè)計(jì)對(duì)軸的強(qiáng)度、剛度及軸承的壽命影響很大。原則上齒輪相對(duì)支撐應(yīng)盡可能對(duì)稱布置，這對(duì)減小載荷集中是有利的；高速軸和低速軸上的齒輪布置應(yīng)遠(yuǎn)離輸入、輸出端，以便在彎曲和扭轉(zhuǎn)變形的綜合作用下，有利于緩和載荷集中；多級(jí)傳動(dòng)的中間軸，其上若采用斜齒輪傳動(dòng)，且一輪為主動(dòng)，另一輪為從動(dòng)，兩輪旋向應(yīng)相同，這樣軸向力可以抵消一部分，這對(duì)軸承的設(shè)計(jì)是有利的。當(dāng)齒輪的齒根圓直徑
減速器常采用滾動(dòng)軸承。應(yīng)根據(jù)載荷大小和方向及其他性能要求，選擇合適的軸承型號(hào)。同一軸上的軸承應(yīng)盡量成對(duì)使用，這對(duì)軸系部件的受力以及提高軸承孔的加工精度都是有利的。設(shè)計(jì)時(shí)還需注意軸承的潤滑和箱內(nèi)齒輪的潤滑的匹配以及軸承的壽命與減速器設(shè)計(jì)壽命的匹配問題。
減速器的軸為轉(zhuǎn)軸，起著支撐齒輪、承受彎矩、傳遞轉(zhuǎn)矩和對(duì)軸上零件進(jìn)行軸向定位的作用，因此軸必須有足夠的強(qiáng)度和剛度以及合理的結(jié)構(gòu)形狀。軸的形狀應(yīng)力求簡單，以減緩應(yīng)力集中。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)盡量減小支撐間的跨距，增加軸承和支座的剛度。軸的懸臂端應(yīng)盡可能短。
2.2.2.2箱體
箱體是減速器中結(jié)構(gòu)和受力最復(fù)雜的零件，目前尚無完整的理論設(shè)計(jì)方法。因此，一般是在滿足強(qiáng)度、剛度的前提下，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便、質(zhì)量輕及使用方便等方面要求，作經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
箱體通常用灰鑄鐵鑄造，對(duì)于重載荷或有沖擊載荷的減速器也可以采用鑄鋼箱體。箱體通常做成沿軸心線水平剖分的形式，以便于軸承部件的裝卸。上箱蓋和下箱蓋用螺栓聯(lián)接成一體，軸承座的聯(lián)接螺栓應(yīng)盡量靠近軸承底孔，而軸承座旁的凸臺(tái)，應(yīng)具有足夠的承托面，以便放置聯(lián)接螺栓，并保證旋緊螺栓時(shí)所需的扳手空間，為保證箱體具有足夠的剛度，在軸承孔附近應(yīng)加支撐肋。為保證減速器安置在基礎(chǔ)上的穩(wěn)定性并盡可能減少箱體底座平面的機(jī)械加工面積，箱體底座一般不采用完整的平面。
按照現(xiàn)代工業(yè)美學(xué)的要求，箱體造型設(shè)計(jì)出現(xiàn)了下列趨勢(shì)：外表幾何形狀簡單，限于直線平面，軸承孔露在外面而肋藏在箱體里面；裝地腳螺栓用地腳不伸出箱體的外表面；起吊減速器用的吊耳與箱體鑄成一體，箱體沒有伸出部分，使減速器在傳動(dòng)的總體布局中易于配置；箱蓋頂部的水平面是加工剖分面和安裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)減速器用的工藝基準(zhǔn)面；箱體內(nèi)的貯油空間增大。當(dāng)然這種外貌比較整齊美觀的箱體結(jié)構(gòu)也存在某些公認(rèn)的缺點(diǎn)：質(zhì)量稍有增加；鑄造造型工時(shí)多；內(nèi)部清理和涂漆困難。為了減少這些缺點(diǎn)，對(duì)中小型減速器，可只在低速級(jí)軸孔處下設(shè)肋板，一減少肋板數(shù)目。
2.2.2.3附件
為了保證減速器的正常工作，除了應(yīng)對(duì)齒輪、軸、軸承組合和箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)予以足夠的重視外，還應(yīng)考慮到為減速器注油、排油、檢查油面高度、加工及拆裝檢修時(shí)箱蓋與箱座的精確定位，吊裝等輔助零件和部件的合理選擇和設(shè)計(jì)。
2.2.2.4減速器的傳動(dòng)比分配
在設(shè)計(jì)兩級(jí)或多級(jí)減速器時(shí)，合理地分配各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比很重要，因?yàn)樗鼘⒂绊憸p速器的傳動(dòng)性能、尺寸、質(zhì)量及潤滑方式等。根據(jù)所選的是齒輪-蝸桿減速器，這類減速器，當(dāng)齒輪布置在高速級(jí)時(shí)，為使箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)緊湊和便于潤滑，通常取齒輪傳動(dòng)比i1<=2~2.5；。當(dāng)蝸桿布置在高速級(jí)時(shí)，可使傳動(dòng)有較高的效率，這時(shí)取齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i2=(0.03~0.06)i為宜。
2.2.2.5減速器的潤滑與密封
減速器中的傳動(dòng)件和軸承需要良好的潤滑。其主要目的是減少摩擦、磨損和提高傳動(dòng)效率，并同時(shí)起冷卻和散熱作用。另外，潤滑油還可以防止零件銹蝕、降低減速器噪聲和減小振動(dòng)。
減速器密封的主要目的是防止?jié)櫥瑒┞┏鰷p速器箱體，同時(shí)防止灰塵、水分及雜物進(jìn)入箱體。
a減速器的潤滑
1） 傳動(dòng)件的潤滑
圓周速度v<=12~15m/s的齒輪減速器、圓周速度v<=10m/s的蝸桿減速器以及圓周速度v<=10m/s的行星齒輪減速器廣泛采用浸油潤滑。
為避免浸油潤滑的攪油功耗太大及保證輪齒嚙合的充分潤滑，傳動(dòng)件浸油深度不宜太深或太淺。為避免傳動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)激起沉錠在箱底的沉積物，齒輪減速器和蝸桿減速器的齒頂圓離箱底內(nèi)表面的距離不小于30~50mm，行星齒輪減速器應(yīng)不小于5~8m。
對(duì)兩級(jí)或多級(jí)齒輪減速器，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合適的傳動(dòng)比，使各級(jí)大齒輪的 直徑大致相等，以使浸油深度相近。如果低速級(jí)大齒輪浸油太深，不能滿足上表的要求，則可采取帶油輪、帶油環(huán)、傾斜剖分箱體、分隔式油池等潤滑措施。
當(dāng)齒輪減速器齒輪的圓周速度v>12m/s、蝸桿減速器蝸桿的圓周速度v>10m/s、行星齒輪減速器齒輪的圓周速度v>10m/s，宜采用壓力循環(huán)噴油潤滑。
b滾動(dòng)軸承的潤滑
滾動(dòng)軸承主要采用飛濺潤滑、刮板潤滑和油浴潤滑，以及油脂潤滑，并盡可能利用傳動(dòng)件的潤滑方法來實(shí)現(xiàn)。
對(duì)齒輪減速器，當(dāng)浸油齒輪的圓周速度（減速器中只有一個(gè)浸油齒輪的圓周速度）v>=1.5~2m/s時(shí)，滾動(dòng)軸承多采用飛濺潤滑；當(dāng)v<1.5~2m/s時(shí)，則常采用油脂潤滑。
對(duì)下置式蝸桿減速器中的蝸桿軸承一般采用油浴潤滑，此時(shí)油面不應(yīng)高于軸承最下面滾動(dòng)體的中心，以免油的攪動(dòng)使功率損失太大。蝸輪軸軸承多采用刮板潤滑或油脂潤滑。
對(duì)上置式蝸桿軸承的潤滑比較困難，可根據(jù)具體情況分別采用刮板式、滴油式或特制油槽式等潤滑裝置，也可采用油脂潤滑。
當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速較高時(shí)，為保證正常的潤滑和冷卻，應(yīng)采用噴油潤滑。
采用潤油脂潤滑軸承，其充填量一般不超過軸承空間的1/3~1/2。
c減速器的密封
減速器的密封主要指箱蓋和箱座結(jié)合面的密封；軸承蓋和箱體之 間的密封、軸承透蓋通孔與軸之間的密封以及各接觸面的密封。
箱蓋和箱座剖分面的密封只允許涂密封油漆或水玻璃，不允許使用其他任何填料。軸承蓋與箱體之間的密封通常采用調(diào)整墊片，調(diào)整墊片材料多用08F，并成組使用。
2.2.3蝸桿減速器設(shè)計(jì)
我根據(jù)上面減速器的優(yōu)缺點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求與參數(shù)采用的是蝸桿減速器
2.2.3.1蝸桿傳動(dòng)的主要參數(shù)
a模數(shù)m 軸面模數(shù)mx，端面模數(shù)mt
b蝸桿分度圓直徑d1
d1=qm q—蝸桿直徑系數(shù)
c蝸桿頭數(shù)Z1和蝸輪齒數(shù)Z2 一般Z1=1~10，常為1，2，4，6。Z2一般取27~80。傳動(dòng)比大時(shí)及要求自鎖的蝸桿傳動(dòng)取Z1=1
1740
Z1
6
4
3~4
2~3
2~3
1~2
1
Z2
29~36
28~32
27~52
28~72
50~81
28~80
>40
d蝸桿導(dǎo)程角 tg= Z1m/d1=m/d1，對(duì)于要求具有自鎖性能的傳動(dòng)，則應(yīng)采用<的蝸桿傳動(dòng)。
e中心距a 普通的蝸桿傳動(dòng)的中心距尾數(shù)應(yīng)取0或5；減速器的中心距應(yīng)盡量取 標(biāo)準(zhǔn)系列值；大于500mm的中心距可按優(yōu)先數(shù)系R20選用。
f傳動(dòng)比i
g蝸輪的變位系數(shù)x2 普通的蝸桿傳動(dòng)變位的主要目的是配湊中心距，此外還可以提高傳動(dòng)的效率和承載能力，并可消除蝸輪的根切。一般取x2=-1~+1，常見x2=-0.7~+0.7。
根據(jù)表GB10085-88取a=250mm,i=31,m=12.5mm,d1=112mm,Z1=1,Z2=31, x2=+0.020, =
2.2.3.2蝸桿傳動(dòng)的承載能力計(jì)算
2.2.3.2.1蝸桿傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算
a設(shè)計(jì)公式：齒面接觸強(qiáng)度 m2d1, T2為作用于蝸軸上的名義轉(zhuǎn)矩 T2=
根據(jù)表2-3取Z1=1，取70%
蝸桿頭數(shù)Z1
蝸桿傳動(dòng)效率
蝸桿頭數(shù)Z1
蝸桿傳動(dòng)效率
1
70%~75%
3
82%~87%
2
75%~82%
4
87%~92%
K為載荷系數(shù)，一般取K=1~1.4。當(dāng)載荷平穩(wěn)，蝸輪的圓周速度v23m/s和7級(jí)精度以上時(shí)，取較小值，否則取較大值；取K=1。
為許用接觸應(yīng)力。其值與輪緣的材料有關(guān)：對(duì)于無錫青銅、黃銅和鑄鐵輪緣，取決于膠合；對(duì)錫青銅輪緣，取決于點(diǎn)蝕，按下式計(jì)算
=ZvsZN
其中為NL=107時(shí)的輪緣材料的接觸應(yīng)力，其值見表2-4:
無錫青銅、黃銅及鑄鐵的許用接觸應(yīng)力
取=230
Zvs為滑動(dòng)速度影響系數(shù)。由相對(duì)滑動(dòng)速度vs確定；
ZN為接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，查圖2-2：
圖2-2
取ZN=1.36
=230
根據(jù)計(jì)算得17500 設(shè)計(jì)滿足要求
b驗(yàn)算公式：
ZE為彈性系數(shù)，見表2-5：
彈性系數(shù)ZE （）（表2-5）
蝸桿材料
蝸輪材料
鑄錫青銅
鑄鋁青銅
灰鑄鐵
球墨鑄鐵
鋼
155
156
162
181．4
選蝸輪材料為灰鑄鐵，ZE=162
KA為使用系數(shù)，見表2-6：
使用系數(shù)KA的取值（表2-6）
原動(dòng)機(jī)
工作特點(diǎn)
平穩(wěn)
中等沖擊
嚴(yán)重沖擊
電動(dòng)機(jī)
0.8~1.25
0.9~1.5
1~1.75
我們認(rèn)為曳引機(jī)工作特點(diǎn)是平穩(wěn)，取KA=1
Kv為動(dòng)載系數(shù)，當(dāng)v23m/s時(shí)，Kv=1~1.1；當(dāng)v2>3m/s時(shí)，Kv=1.1~1.2；
取Kv=1
為載荷分布系數(shù)，載荷平穩(wěn)時(shí)，=1；載荷變化時(shí)，=1.1~1.3；2
取=1
d2=mz2=387.5
所以滿足要求
2.2.3.2.2齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算
a設(shè)計(jì)公式：
YFS為蝸輪復(fù)合齒形系數(shù)，按及變位系數(shù)x2查圖2-3近似求得YFS =4.1
圖2-3
為蝸輪齒根許用應(yīng)力按下式計(jì)算：
=YN
其中為NL=106時(shí)的輪緣材料許用彎曲應(yīng)力，其值見表2-7：
蝸輪材料及NL=107時(shí)的許用接觸應(yīng)力 （表2-7）
蝸輪材料及NL=106時(shí)的許用彎曲應(yīng)力
蝸輪材料
鑄造方法
適用的滑動(dòng)速度vs(m/s)
機(jī)械性能
蝸桿齒面硬度
一側(cè)受載
兩側(cè)受載
350HBS
>45HRC
ZCuSn10P1
砂模
金屬模
130
170
220
310
180
200
200
220
51
70
32
40
ZCuSn5Pb5Zn5
砂模
金屬模
90
100
200
250
110
135
125
150
33
40
24
29
ZCuAl10Fe3
砂模
金屬模
180
200
490
540
82
90
64
80
ZCuAl10Fe3Mn2
砂模
金屬模
_
490
540
_
100
_
90
ZCuZn38Mn2Pb2
砂模
金屬模
_
245
345
62
_
56
_
HT150
砂模
_
150
40
25
HT200
砂模
_
200
48
30
HT250
砂模
_
250
56
35
取=35
YN為彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)，查圖2-2得YN=1
計(jì)算得：1750016794.4 所以滿足要求
b驗(yàn)算公式：
為導(dǎo)程角系數(shù)，用公式=1-計(jì)算得0.96
滿足設(shè)計(jì)要求
2
式中--蝸桿導(dǎo)程角；
--當(dāng)量摩擦角，取決于蝸桿蝸輪材料和兩者嚙合處的滑動(dòng)速度，見表2-8：
表2-8
取=， =0.52
=52%95%98%=48.41%
2.3軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
軸是機(jī)械設(shè)備中的重要零件之一。其主要功能是支承作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件，并傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
軸通過軸承與機(jī)架相聯(lián)，裝在軸上的零件都圍繞軸心線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成了一個(gè)以軸為基礎(chǔ)的軸系部件。因此，在軸的設(shè)計(jì)中，不能只考慮軸的本身，還必須計(jì)及軸系零（部）件對(duì)軸的影響。
軸的設(shè)計(jì)主要包括工作能力計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面的內(nèi)容。
2.3.1軸的分類
根據(jù)軸的受力情況不同，可把軸分成心軸、轉(zhuǎn)軸和傳動(dòng)軸三種。
a心軸 工作時(shí)僅承受彎矩作用的軸稱為心軸。根據(jù)工作情況，心軸還可分為固定心軸和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸。如行星減速器中支承行星齒輪的軸和某些卷筒軸。
固定心軸，軸的彎曲應(yīng)力性質(zhì)隨彎矩性質(zhì)而定；轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，軸的應(yīng)力為循環(huán)變化的彎曲應(yīng)力，多為對(duì)稱循環(huán)變化。
b轉(zhuǎn)軸 工作時(shí)，同時(shí)承受彎矩和轉(zhuǎn)矩作用的軸稱為轉(zhuǎn)軸，如齒輪減速器中的軸。軸中的彎曲應(yīng)力為循環(huán)變應(yīng)力，其應(yīng)力性質(zhì)，常為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力和非對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力性質(zhì)則隨轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定。
c傳動(dòng)軸 只傳遞轉(zhuǎn)矩，不承受彎矩或承受很小彎矩的軸，稱為傳動(dòng)軸。
2.3.2軸的常用材料
根據(jù)電梯啟、制動(dòng)頻繁，沖擊載荷大的工作特點(diǎn)，減速器中軸的材料，應(yīng)具有足夠的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，并具有一定的韌性、耐磨性和抗腐蝕性。選擇軸的材料時(shí)除首先要滿足使用要求外，還要考慮材料的工藝性及經(jīng)濟(jì)性等。軸的材料主要采用碳素鋼和鍛件。軸的常用材料為優(yōu)質(zhì)中碳鋼，如35、45、50鋼，其中以45鋼最為常用。對(duì)工作要求較高或較重要的軸，可考慮選用合金鋼，如40Cr；不重要的軸可用碳素結(jié)構(gòu),如Q235、Q255、Q275等。
2.3.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是要確定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身必須同時(shí)考慮強(qiáng)度問題，結(jié)構(gòu)不合理往往給強(qiáng)度帶來不利的影響。在許多情況下，是軸的結(jié)構(gòu)要求決定了它的外形及尺寸，而且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使軸具有合理的外形，同時(shí)應(yīng)滿足使用和工藝要求，這比強(qiáng)度計(jì)算考慮的因素更多。
軸的合理外形應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于
2.3.4軸的強(qiáng)度計(jì)算
a按轉(zhuǎn)矩估算軸徑
實(shí)心軸：
式中：d--計(jì)算剖面處軸的直徑
P--軸傳遞的功率
N--軸的轉(zhuǎn)速
A--與軸的材料及相應(yīng)的許用扭剪應(yīng)力有關(guān)的設(shè)計(jì)系數(shù)見表2-9：
--空心軸的內(nèi)徑d0與外徑d之比，通常取=0.5~0.6
幾種常用軸材料的與A值（表2-9）
軸的材料
Q235A,20
35
45
40Cr,35SiMn,38SiMnMo
2Cr13,42SiMn,20CrMnTi
1Cr18Ni9Ti
(MPa)
12~20
20~30
30~40
40~52
15~25
A
160~135
135~118
118~107
107~98
148~125
A的取值范圍為118~107
蝸桿傳動(dòng)=0.48，滾動(dòng)軸承=0.98，聯(lián)軸器=0.98
p=P=11.20.480.990.985.22 (kw)
n=1460/3147.1(r/min)
mm
考慮到軸的最小直徑處要安裝曳引輪會(huì)有鍵槽存在，故將估算直徑加大3%~5%取52.9~60.172，由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)直徑d2=60mm.
d1 (mm)
考慮到軸的最小直徑處要安裝聯(lián)軸器會(huì)有鍵槽存在，故將估算直徑加大3%~5%取 22.08~24.15，由設(shè)計(jì)手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)直徑d1=24mm.
圖2-4
b按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算：
齒輪受力：
圓周力：
徑向力：
=18009.8=
作水平面內(nèi)的彎矩圖，支點(diǎn)反力為：
I-I截面處的彎矩為:
II-II截面處的彎矩為：
作垂直平面內(nèi)的彎矩圖，支點(diǎn)反力為：
I-I截面左側(cè)彎矩為:
I-I截面右側(cè)彎矩為:
II-II截面處的彎矩為：
合成彎矩：
I-I截面：
II-II截面：
求當(dāng)量彎矩：
因減速器雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，故可認(rèn)為轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)變化，修正系數(shù)為0.3
I-I截面：
II-II截面：
確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度
由圖可以看出截面I-I、II-II截面處所受轉(zhuǎn)矩不同，但彎矩 ，且軸上還有鍵槽，故截面I-I可能為危險(xiǎn)截面，但由于軸徑故也應(yīng)對(duì)截面II-II處進(jìn)行校核。
I-I截面：
II-II截面：
查表13.2得：滿足的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的余量，因此此軸不必再作修改。
III-III截面處彎矩為：
IV-IV截面處彎矩為：
校核III-III截面：
查表13.2得：滿足的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的余量，因此此軸不必再作修改。
2.4軸承的設(shè)計(jì)與計(jì)算
曳引機(jī)用軸承一般分為兩大類：滑動(dòng)軸承及滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承，適于一般使用條件，起動(dòng)及工作時(shí)摩擦力矩小，起動(dòng)靈活，效率高；徑向游隙小，且可用預(yù)緊力的方法，提高支撐剛度及旋轉(zhuǎn)精度；同尺寸軸頸寬度小，軸向尺寸緊湊；屬于標(biāo)準(zhǔn)件，型號(hào)齊全，更換、維修方便，成本低；潤滑簡便；承受沖擊載荷小，高速時(shí)噪聲大；徑向尺寸大，屬整體式，在個(gè)別情況下不好安裝?？傊?，它可以在廣泛的載荷、轉(zhuǎn)速、精度、尺寸范圍內(nèi)工作。在很多場合逐漸取代了滑動(dòng)軸承，曳引機(jī)設(shè)計(jì)中也不例外?；瑒?dòng)軸承具有滑動(dòng)摩擦特性屬副低副機(jī)構(gòu)，有減振、抗沖擊和降低噪聲的性能；結(jié)構(gòu)簡單；徑向尺寸小承載能力大、壽命長；可剖分安裝。但潤滑稍困難，維修比較復(fù)雜，軸向尺寸大。但從全面分析并結(jié)合具體條件和設(shè)計(jì)水平，采用滾動(dòng)軸承。采用滾動(dòng)軸承完全能滿足曳引機(jī)性能要求，并且能達(dá)到良好的產(chǎn)品質(zhì)量。
a曳引輪右端軸承的選擇：
=500
求當(dāng)量動(dòng)載荷P：
式中--徑向載荷，N；