【導(dǎo)讀】一個完整的扶梯系統(tǒng)包括電動機，主傳動機構(gòu)，鏈條機構(gòu)，以及滾。輪，梯級，扶手等。計成一整體，叫做驅(qū)動機。驅(qū)動機是自動扶梯最為重要的機構(gòu)，它的質(zhì)量直接決定。了自動扶梯的工作性能，工作狀態(tài)，工作壽命等。進行了自動扶梯的功率計算，蝸桿軸的設(shè)計計算，低速軸的。設(shè)計計算，剛度校核計算等，最后設(shè)計了自動扶梯的電氣控制系統(tǒng)。

　　

【正文】 7。 Ⅲ 2Ff 分度圓齒厚及其偏差 ?? 熱平衡計算 1）取環(huán)境溫度 t2 ：取 t=20℃ 2）散熱系數(shù) K： 可取 K（ ～ ） W/(m2.℃ ),當周圍空氣流通良好時取偏大 值，所以取K=16W/(m2.℃ )。 3）初步估算散熱面積 A： ??????? aA 所以， ????????A 4）計算油的工作溫度 1t ： ? ? 21 1p10 00t tKA ??? ?= ? ? ?? ?? =℃ 油溫工作溫度超過許用值（ 80℃～ 90℃），所以不能滿足要求，現(xiàn)采取在蝸桿軸上裝置風(fēng)扇通風(fēng)，提高散熱能力。裝風(fēng)扇后 K=55W/(m2.℃ ) 所以， ? ?21 1p10 00t tKA ??? ?= ? ? ?? ?? =℃ 所以油的工作溫度在許用值內(nèi)。第五章 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)的設(shè)計 28 第五章 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在驅(qū)動機的設(shè)計質(zhì)量中舉足輕重，自動扶梯與自動人行道對驅(qū)動機的技術(shù)要求，在很多方面要由結(jié)構(gòu)設(shè)計完成或體現(xiàn)。 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及到大量計算和復(fù)雜的公式推導(dǎo)，本設(shè)計僅針對驅(qū)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一般典型問題作扼要論述。 驅(qū)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)達到的技術(shù)要求 （ 1）所有零件都要滿足驅(qū)動機使用性能 使用性能主要包括，運動與速度，功能的可靠性，強度與壽 命，體積與重量，安裝尺寸，操作及維修方便，簡易，體形美觀，大方。 （ 2）充分考慮制造工藝和安裝工藝 主要包括：在達到使用要求的條件下，零件結(jié)構(gòu)盡可能簡單，實用，毛坯制造，機械加工，裝配，維修的工藝性好，無需增加專用設(shè)備和過多的專用工 具及輔助設(shè)備，盡量合理選用材料及熱處理方法；盡可能選用新材料，新工藝，新技術(shù)；盡可能選用標準件，通用件，設(shè)計應(yīng)達到系列化，通用化，標準化。 （ 3）滿足驅(qū)動機的特殊技術(shù)要求 主要指：制動機構(gòu)靈活、可靠；限速器，防逆轉(zhuǎn)器簡便，實用；小振動，低噪聲。 驅(qū)動機整體設(shè)計考慮的 問題 整體設(shè)計的總目的是，在滿足自動扶梯對驅(qū)動機技術(shù)要求的前提下，設(shè)計出布局合理，操作方便、美觀大方的結(jié)構(gòu)形式。 選擇機型確定基本結(jié)構(gòu)尺寸 驅(qū)動機放在機房內(nèi)，機房的體積是有嚴格規(guī)定的，驅(qū)動機的高度一般超過1m，甚至有的用戶要求不超過 。《自動扶梯和自動人行道的制造和安裝規(guī)范》中規(guī)定“在需要對運動維修和檢查的地方應(yīng)有一塊至少為 的自由空間”而事實上在面臨自動扶梯向結(jié)構(gòu)緊湊、小型化發(fā)展的今天，要留出 平方米的自由空間是比較困難的。驅(qū)動機設(shè)計必須實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小的目標。 然而驅(qū)動機體積要受各個方面約束，如主傳動機構(gòu)的中心距，電機外廓尺第五章 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)的設(shè)計 29 寸，箱體盛油量等。為此驅(qū)動機的體積不可能設(shè)計的太小。滿足上述設(shè)計條件、并保證安裝和維修人員所占空間的前提下，通過設(shè)計對比證實，將正交軸主傳動機構(gòu)的驅(qū)動機設(shè)計成立式要優(yōu)于臥式，而將平行軸主傳動機構(gòu)的驅(qū)動機設(shè)計成臥式則優(yōu)于立式，我國目前用的蝸桿副驅(qū)動機多采用立式。 外觀布置 外觀布置首先要保證各個零部件有效地完成其功能，并達到“最佳”的受力狀態(tài)，另外外觀協(xié)調(diào)、美觀大方也十分重要。 動系統(tǒng)的布置 整軸式驅(qū)動機，采用塊式摩擦制動系統(tǒng)，放置在箱 體和電機聯(lián)接處的高速軸上。這種布置的特點是制動力矩非?？拷仐U副的嚙合部位，受力十分合理。制動系統(tǒng)的磁力器安裝位置有三種情況，放在驅(qū)動機的前面，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，外觀對稱，美觀大方，但應(yīng)注意制動系統(tǒng)不得與運動著的梯級干涉，目前幾乎都采用這種布置，本設(shè)計也是采用這種布置。該機型不專門設(shè)置飛輪，而把飛輪和制動輪合為一個構(gòu)件。這種設(shè)計不但減少了零件，降低了成本，而且減少了驅(qū)動機的高度。 （ 2）蝸輪 軸 軸伸方向 蝸桿副立式驅(qū)動機，蝸 輪 軸是輸出軸，直接與自動扶梯的其他傳動系統(tǒng)相聯(lián)接，不同的自動扶梯機型要求不同的驅(qū)動 機輸出軸伸方向（左或者右）。為了安裝，維修方便，具有良好的通用性，蝸輪軸系零件的設(shè)計，相對箱體應(yīng)具有對稱性結(jié)構(gòu)。 （ 3）驅(qū)動機散熱肋合箱體加強肋的布置 蝸桿副驅(qū)動機摩擦損耗功率較大，油溫升較高，為此除增大箱體盛油量外，增加散熱面積，增加散熱肋式必要的。為增加箱體剛度，設(shè)加強肋同樣是必要的，把散熱肋和加強肋合為一體是重要的設(shè)計原則，故在箱體外表面設(shè)置肋板時，要考慮散熱面積，增強剛度和美觀大方。一般設(shè)置成豎直肋。 （ 4）限速器和防逆運轉(zhuǎn)器的布置 在自動扶梯上，設(shè)置這兩個附加機構(gòu)是有標準要求的，一般把限速器設(shè) 置在高速軸上，把防逆運轉(zhuǎn)器設(shè)置在低速軸上。 整軸式蝸桿副驅(qū)動機蝸桿軸的結(jié)構(gòu) 第五章 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)的設(shè)計 30 軸承及軸承在軸蝸桿上的位置 整軸式蝸桿副驅(qū)動機的最大特點是電動機的轉(zhuǎn)子軸及蝸桿 軸 是整體，長度幾乎等于驅(qū)動機的總高度。蝸桿 軸 上裝有軸承，抱閘輪，轉(zhuǎn)子，風(fēng)扇等零件，很多功能構(gòu)件都在這根軸上，形成了驅(qū)動機最重要的心臟組件。該軸的精度體現(xiàn)了驅(qū)動機的精度，所以設(shè)計軸蝸桿的結(jié)構(gòu)十分重要。而首先要 設(shè)計 軸承的選擇和安裝。 選軸承要考慮到承受載荷的性質(zhì)和大小，運行速度的高低，調(diào)心性能，軸承游動和位移，安裝拆卸的方便等。驅(qū) 動機一般用滾動軸承，驅(qū)動機輸入軸（ 1000~1500r/min）屬于較低轉(zhuǎn)速，輸出軸屬于低轉(zhuǎn)速（ 73r/min 左右）；承受的軸向力較大，并大于徑向力，蝸桿 軸 的尺寸細而長，工作溫度較高（在 70 度～90 度間）調(diào)心和拆卸沒有特殊要求。故根據(jù)這些情況，確定下列幾個問題：其一，軸向力和徑向力同時存在，必須選用向心推力軸承（角接觸球軸承或圓錐滾子軸承）。其二，在較高溫度下工作的細長桿，應(yīng)采用固游式安裝形式，不能采用全固式，也不能采用全游式。 由于軸蝸桿細長，電動機及減速器又是兩個功能機構(gòu)，故應(yīng)采用三支點結(jié)構(gòu)，亦既 要上中下三處安置軸承。通過分析，在上部安裝兩個 圓錐滾子 軸承，并將它們固結(jié)在箱體上，中間和下部各安裝一個能游動的 深溝球 軸承。 上部 軸承采用正（面對面）安裝或者反（背對背）安裝，應(yīng)由結(jié)構(gòu)型式而定。正安裝或反安裝對整軸上支承點位置影響不大，為了安裝及控制軸竄動量，采用正安裝優(yōu)于反安裝。 蝸桿軸的設(shè)計 蝸桿軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制 圓鋼 和鍛件，有的直接用圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度， 故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是 45鋼。 分析蝸桿軸的機械性能采用 45 鋼能達到其各項要求，且經(jīng)濟。 確定蝸桿軸的最小直徑 軸的強度校核計算是，應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計算第五章 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)的設(shè)計 31 方法，并恰當?shù)剡x取其許用應(yīng)力。對于蝸桿軸來說，其受徑向的力較小，軸向力較大，承受的扭矩很大，承受的彎矩較小（后述的蝸桿軸采用兩對滾動軸承來支承，在徑向是固定的，軸向可以有小幅度的游動。） 所以按扭轉(zhuǎn)強度校核 這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度，如果還受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考 慮。在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種方法初步估算軸徑。 電動機的轉(zhuǎn)速如下： n額 ＝ 1500r/min、 n滿 ＝ 1460r/min、 工作功率 1p =11kw 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為 39550000 []0 .2TTTpTnWd??? ? ? 由上式可得軸的直徑 3333 09 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 00 . 2 [ ] 0 . 2 [ ]TTp p PdAn n n??? ? ? 式中： d—— 軸的直徑 p—— 軸傳遞的功率為 11kw n—— 軸的轉(zhuǎn)速， 1460r/min 30 9 5 5 0 0 0 0 0 .2 [ ]TA ?? ??T? 一般取 25～ 45MPa，取 35MPa ∴ 30 9550000 =1 1 10 .2 3 5A ? ? ∴ 330 11= 1 1 1 =1460PdA n?? 第五章 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)的設(shè)計 32 對于直徑 d≤ 100mm 的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大 5%～ 7%。 ∴ mind =（ 1+7%） = 所以，取定軸的最小直徑為 35mm,因軸所受主要 為扭據(jù)，幾乎不承受彎曲載荷，故不需要進行彎曲校核。 尺寸定為下： 在蝸桿 軸 的上端，和兩個 圓錐滾子 軸承配合的軸直徑為 35mm, 和中間軸承配合的軸徑為 55mm,下端和軸承配合的軸徑為 35mm. 整個軸長 669mm。 軸承的選擇 上部圓錐滾子軸承 代號為 30207,中間深溝球軸承代號為 6011，下端深溝球軸承代號為 6007. （ GB/T2971994） 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角 ? 來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角 ? [單位 ()/m ]的計算公式為： 對階梯軸： 4115 .7 3 1 0 z iii piTlLG I???? ? G—— 軸的材料的剪切彈性摸量，單位為 Mpa,對于鋼材， G= 10 MPa? ； L—— 階梯軸所受扭矩作用的長度，單位為 mm。 Z—— 階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)。 i i ptT l I、 、 —— 分別代表階梯軸第 I 段上所受的扭矩、長度和極慣性矩。 pI —— 軸截面的極慣性矩，單位為 4mm ，對于圓軸， 447 0 .83 2 3 2p dI ?????= 6410mm? 分析并進行計算可得出： ? =()/m 軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件是： []??? 式中 []? 為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關(guān)。對于精密傳動軸，可取 []? =~()/m 第五章 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)的設(shè)計 33 所以剛度校正合格。 低速軸的設(shè)計 確定低速軸的最小直徑 低速軸的材料： 45鋼，選擇理由同蝸桿軸的相同。 確定低速軸的最小直徑 低速軸上的功率： ?12 pp ? =11 ＝ 1p —— 蝸桿軸輸入功率 ； ? —— 蝸桿副的傳動效率 作用在低速軸上的轉(zhuǎn)矩： 62122 1 1 29 . 2 5 1 1 9 . 59 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 9 5 5 0 0 0 0 1 . 1 8 1 0/ 1 4 6 0ppT N m mn n i? ?? ? ? ? ? ?＝ 2T —— 作用在低速軸上的力矩 已知低速軸上蝸輪的分度圓直徑為 ，所以有作用在低速軸上的力： 222 2 1 1 8 0 0 0 0 85232 7 6 . 9t TFNd ??? ＝ ?F = ta n 2 3 ta n 2 38523c o s c o s 1 1 . 3 4 1tF ? ??＝ 3690N aF = ta n 85 23 ta n 11 .34 1tF ? ??＝ tF —— 圓周力， rF —— 徑向力， aF —— 軸向力， ? —— 蝸輪導(dǎo)程角 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算的最小直徑： 01 33m i n11 1 0 . 8 4 1 1 9 . 5111 1460pid A m mn? ??? ? ? ＝ 第五章 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)的設(shè)計 34 對于直徑 d≤ 100mm 的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大 5%～ 7%。 所以定軸的最小直徑為 70mm, 和軸承配合處的軸徑為 75mm。 按彎扭合成強度條件進行軸強度校核 通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，軸上的零件的位置，以及外載荷和支反力的位置均已經(jīng)確定，軸上的載荷（彎矩和扭矩）已可以求出。 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時，常常將軸上的分布載荷簡化為集中點，其作用力取為載荷分布段的中點。作用在軸上的扭矩，一般從傳動輪轂寬度的中點算起。在作計算簡圖時，應(yīng)先求出軸上受力零件的載荷，將其分解成水平分力和垂直分力 。現(xiàn)作出本設(shè)計低速軸的彎矩、扭矩圖。 根據(jù)受力分析，有以下關(guān)系； tHH FFF ?? 21 rVV FFF ?? 21 ??? tH FF ????? raV FDFF 2 DFM aa ?? 其中 tF 、 rF 、 aF 已知， D= （ 、 是按低速軸上的受力點確定的） 根據(jù)計算可得： 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 1HF = 2HF = 1VF =1068N、 2VF = 彎矩 HM =647750 mmN? maxVM =398470 mmN? 總彎矩 2264 77 50 39 84 70M ??=760500 mmN? 扭矩 2T ＝ ? mmN? 第五章 驅(qū)動機的結(jié)構(gòu)的設(shè)計 35 低速軸受力分析 校核軸的強度 已知軸的彎矩和扭矩后，對其危險 截面作出彎扭合成校核計算。按第三強度理論，計算應(yīng)力 2212()ca MTW ?? ?? ? 考慮彎、扭矩兩者循環(huán)特性不同的影響，而引入折合系數(shù)。根據(jù)分析取? =； W 表危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)， 330. 1 = 0. 1 86WD? ? ?。