1、自动扶梯驱动机及其控制系统设计摘要：自动扶梯应用日益广泛，大型商 场， 宾馆都已离不开它，且在火车站，机场等更是大显身手。一个完整的扶梯系统包括 电动机、主 传动机构、链传动机构、以及滚轮、梯级、扶手等。通常把电动机、主传动机构、链传动机构以及制动、限速机构设计成一整体，叫做驱动机。驱动机是自动扶梯最为重要的机构，它的 质量直接决定了自 动扶梯的工作性能、工作状 态、工作寿命等。本设计通过对自动扶梯的基本结构的认识，考 虑了各方面的因素，对自动扶梯的传动机构做了选择。进行了自动扶梯的功率 计算、 蜗杆轴的设计计 算，低速轴的设计计算，刚度校核计算等，最后设计了自动扶梯的 电气控制系统。关键词：
2、自动扶梯；电动机；驱动机装置；蜗杆轴；低速轴，电气控制 ABSTRACT：The range of Escalators includes products for commercial use in department stores, hotels or offices, as well as those for use in public areas such as railway stations, airports or the underground.A comprehensive system of escalator includes the electric motor,th
3、e main Transmission mechanism ,the chain transmission mechanism and steps,handrails. Usually,get the elector motor,the main transmission mechanism and additional brakes into one ,called the drive.The drive is the most important part of the escalator ,which effects directly the quality of the escalat
4、or.for example ,the drive is the origin of the noise and the vibration produced when the escalator works.Based on the escalator understanding of the basic structure ，and considering the various factors, we decide the transmission of escalator. We have maked the power calculation of escalator,the des
5、igning of worm shaft,the designing of Low-speed shaft ,calculation of stiffness checking and so on . At last,designed the electricity control system.Key words: Escalator ；motor；Drivers device； worm shaft； low-speed shaft；electricity control2一、 引言自动扶梯是机电一体化的典型产品。近年来自动扶梯的高速度发展，不仅满足了各部门得到需要，而且促进了各行业的兴隆
6、发达，效益倍增。 “自动扶梯热” 的形成和持续，将进一步促使新产品的开发和产品质量的提高。在这种形式下，普及电梯技术，研究电梯技术已成为当务之急。自动扶梯是由一台特种结构型式的链式输送机和两台特殊结构型式的胶带输送机所组合而成的，用以在建筑物的不同层高间运载人员上下的一种连续输送机械。一系列的梯级与两根牵引链条连接在一起，在按一定线路布置的导轨上运行即形成自动扶梯的梯路。牵引链条绕过上牵引链轮、下张紧装置并通过上、下分支的若干直线、曲线区段构成闭合环路。这一环路的上分支中的各个梯级（也就是梯路）应严格保持水平，以供乘客站立。上牵引链轮（也就是主轴）通过减速器等与电动机相连以获得动力。扶梯两旁装
7、有与梯路同步运行的扶手装置，以供乘客扶手之用。扶手装置同样由上述电动机驱动。为了保证自动扶梯乘客绝对安全，要求装设多种安全装置。自动扶梯由动力源、传动机构、执行机构三部分组成。其工作原理是：电动机驱动主传动机构、链传动机构及多个滚轮，带动梯级循环运行，执行输送任务，往往把电动机、主传动机构及附加的制动与限速装置设计成一个整体，这个整体就称为驱动机。驱动机是自动扶梯的驱动和减速机构，是其主要组成部分。主要功能是驱动扶梯减速运行，完成停车制动，限制超速和逆转运行。驱动机的产品质量直接影响整个扶梯的工作性能、工作状态、运载能力、工作寿命，所以扶梯对驱动机提出了极高的技术要求，研究驱动机，采用高技术设
8、计驱动机，高质量地生产驱动机已成为开发和发展自动扶梯的重要课题。本设计主要设计自动扶梯驱动机的蜗轮蜗杆减速器。二、 自动扶梯的基本结构自动扶梯由梯级、牵引链条、梯路导轨系统、驱动装置、张紧装置、扶手装置和金属结构等若干部件组成。第 3 页 共 45 页（一） 梯级梯级的功能是用来运送乘客，是扶梯的工作部件。梯级上有四个轮子，二个直接装在梯级上，称为梯级滚轮；另二个装在梯级链上，使梯级与梯级相连，称为梯级链滚轮。由于梯级链滚轮受的力要大一些，又称为梯级主轮；梯级滚轮则被称为副轮。图 2-1 梯级结构示意图1-梯级竖板 2-梯级踏板 3-主动轴 4-梯级主轮 5-梯级构架 6-梯级副轮（二）牵引链
9、条牵引链条是自动扶梯主要的传递动力构件，其质量直接影响自动扶梯的运行平稳和噪声高低。图 2-2 套筒滚子链 1-销 2 链板 3-滚子 4-梯级主轮 5-梯级轴4图 2-3 滚轮链 图 2-4 梯级的滚轮1-滚轮(梯级副轮) 2-梯级 3-链板 1-轮毂 2-球轴承 3-轮缘（三）梯路导轨系统自动扶梯梯路导轨系统包括主轮和辅轮的全部导轨、反轨、导轨支架及转向壁等。导轨系统的作用在于支承由梯级主轮和辅轮传递来的梯路载荷，保证梯级按一定的规律运动以及防止梯级跑偏等。图 2-5 导轨形状1-主轮工作轨 2-副轮工作轨 3-返回轨 4-卸载轨图 2-6 转向导轨1-主轮导轨 2-转向内导轨 3-转向外
10、导轨 4-梯级链安全装置组件 5-连接导轨 6-返回主导轨第 5 页 共 45 页（四） 驱动装置驱动装置的作用是将动力传递给予梯路系统及扶手系统。一般由电动机、减速器、制动器、传动链条及驱动主轴等组成。按驱动装置所在自动扶梯的位置可分为端部驱动装置和中间驱动装置两种。端部驱动结构形式生产时间已久，工艺成熟，维修方便，我国绝大多数企业均生产这种形式结构。图 2-7 端部驱动装置1-扶手带 2-牵引链轮 3-控制柜 4-驱动机组 5-传动链条 6-传动链轮 7-主驱动轴 8-扶手驱动轮 9-扶手带压紧装置 10-梯级链条 11-梯级端部驱动装置是常用的一种驱动装置。由图 2-7 可知：驱动机组通
11、过传动链条带动驱动主轴（见图 2-8） ，主轴上装有两个牵引链轮、两个扶手驱动轮、传动链轮以及紧急制动器等。牵引链条上装有一系列梯级，由主轴上的牵引链轮带动。主轴上的扶手驱动轮通过扶手传动链条使扶手驱动轮驱动扶手胶带。另有扶手胶带压紧装置，以增加扶手胶带与扶手驱动轮间的摩擦力，防止打滑。1.主机：扶梯的动力，通过主驱动链使主轴转动。2.主驱动轴：轴使得梯级链轮带动梯级链，使安装在梯级链条上的梯级运功；轴上的扶手带驱动链以相同的方式驱动扶手带驱动轮，使扶手带运功。6图 2-8 主驱动轴的结构 图 2-9 装有吸音垫的梯级链轮1-驱动链轮 2-梯级链轮 3-轴 1-链轮 2-吸音垫4-附加制动器
12、5-扶手驱动链轮 3.梯级链轮张紧装置：使自动扶梯的牵引链条获得必要的初张力，以保证自动扶梯正常运转。图 2-10 梯级链张紧装置1-链轮 2-拉簧4.动润滑装置：其功能是定时、定量对梯级、主驱动链等运动部件进行润滑。（五） 扶手系统扶手系统由扶手带、扶手带驱动装置和扶手装置组成。1.扶手带：是与梯级以相同速度运动的，供人扶手的部件。图 2-11 平面型扶手带 图 2-12 三角带型扶手1,4-橡胶 2-滑动层 3-三角带 5-钢丝2.扶手带驱动装置：其功能是驱动扶手带。第 7 页 共 45 页3.扶手装置：扶手装置是乘客乘扶梯时扶手用的，同时起到护栏的作用。它由扶手带、扶手带导轨、扶手支架、
13、扶手栏板、内外盖板及裙部组成。（六）金属结构自动扶梯的金属结构即扶梯的桁架，桁架架设在建筑物结构上，能支承全部部件和乘客的重量，用型钢焊接而成。桁架上所有的弦、柱及对角支承均可采用角钢、方形钢管焊接而成。要求刚度好、重量轻。根据设计需要和便于运输，桁架一般分成三段，即上水平段框架、倾斜段框架。下水平段框架。提升高度较大时，再对倾斜段分段。图 2-13 金属结构1-上弦 2-对角支承 3-柱 4-下弦（七） 安全保护系统安全保护系统的功能是当自动扶梯处于不安全状态，安全装置使之停止。最常见的保护装置有：1.主驱动链破短保护：当驱动链松弛或破断时，使扶梯停止。2.扶手带入口保护：防止手伸入扶手带入
14、口的保护。3.梯级链的安全保护：当梯级链过分伸长或断裂时，使扶梯停止。4.梳齿板安全保护：当梯级在通过梳齿板受到阻碍时使扶梯停止。5.梯级运行安全保护：当梯级滚轮破损导致梯级塌陷时迫使梯级停止。6.防逆转保护：当扶梯在运行中发生逆向运动时，使扶梯停止。三、 驱动机的类型（一）驱动机应具备的技术条件1. 驱动机的组成驱动机主要由交流电动机、主减速器、制动器、限速器、防逆运转器及机8架组成。图 3-1 驱动机外观如图 3.1 所示的驱动机组是采用立式蜗轮减速器和双块式制动器的结构。电动机和主减速器通过同轴线止扣用螺栓固联在一起。电动机轴和主减速器的高速主动轴为一体；制动器放在高速轴上，以获得较小的
15、制动力矩；防逆运转器放置在低速从动轴上，接通电源，制动器打开，电动机运转将功率输入给主传动机构，通过主传动机构的从动轴将功率传人链传动机构，带动梯级和扶手带运行工作。切断电源时，制动器通过弹簧由包闸臂包紧包闸轮，产生摩擦力矩，使主轴减速停车。当电动机超速时，限速器切断电源，制动器工作，扶梯随之停车，同样逆运转时亦可停车。整个驱动机固联在机架上。2. 驱动机的技术要求（1）具有较高的强度即在设计驱动机时，应首先满足在设计寿命内，不产生任何失效形式的强度要求。（2）具有较高的传动效率第 9 页 共 45 页传动效率体现了输入功率在驱动机中有效利用的程度。在输入功率相同的情况下，克服生产阻力矩的大小
16、直接影响驱动机传动效率的高低，也反映了能量损耗的多少。（3）具有较高的体积载荷体积载荷是指驱动机传递的功率除以驱动机体积所得的商。即要求驱动机所占的空间较小，在扶梯运载量不变的条件下，驱动机必须具有小体积，大功率的特性。（4）要满足扶梯的要求即驱动机须较大的减速比，恒定的运动速度（慢速 v0。5m/s）,及满足连续，起动次数较少的正反运动。且正反运转具有相同的工作特性。（5）具有较低的噪声和振动为了达到人乘舒适，减少噪声对公共场所的污染，扶梯应具有噪声低，振动小，工作运行平稳的特性。（6）应具有合理的结构设计主要评定条件是：满足强度和刚度的要求；外观朴实大方；制造与安装工艺好；装拆方便；成本低
17、廉。（7）具有灵活，可靠的制动性能驱动机附设的制动器是为了缩短停车时间，加速停车。其制动力矩应大于轴的输入转矩。制动技术应先进，强度高，寿命长，灵活可靠，机构紧凑。（二） 驱动机主传动机构的选用1. 主传动机构的的选择原则和依据：（1）梯级驱动机的工况条件。驱动机属于起动次数较少，空载起动，连续运行，传动比恒定，速度较低，工作冲击小，所需功率小，要求体积载荷大，传动效率高，振动小，噪声低，能正反运行的传动装置。（2）环境良好，但通风条件差。（3）制造，安装，维修的工艺性，成本，利润。（4）主传动机构的技术含量及发展前景。 （5）考虑结构形式及结构布置上的要求。 2.传动机构的性能及对比分析：1
18、0传动装置是把动力机产生的机械能，传送到执行机构上的装置。驱动机中的传动机构和链传动机构，构成了扶梯和人行道的传动装置。驱动机的减速器部分是扶梯传动装置的主要部分。本设计将驱动机的传动装置称为主传动机构。传动形式有机械传动、液压传动、电传动三种类型。其中机械传动是驱动机的最佳选择。机械传动有多种形式，主要有摩擦轮传动、链传动、带传动、齿轮传动等。其中摩擦轮传动过程中速度不恒定，滑动率较大，要设有加压装置，故承受的径向力大，体积载荷小，传动比范围小，使用寿命短，所以不适合驱动机的主传动机构。带传动传动可实现大中心距，工作平稳、缓冲击、吸震、噪音低，有过载保护能力、结构简单、工艺性好、成本低，但传
19、动比不恒定，滑动率大，传动范围小、轴承受径向力较大、体积载荷小、寿命短等不足之外，不宜在驱动机上应用。特别指出，齿形带吸取了链传动及带传动的优点，克服了其不足，已成为有发展前途的传动机构。链传动由于具有多边形效应，传动中产生周期性加速度，引起振动和噪声，轴的径向力较大，磨损后易产生振动和脱链，只能用于低速传动，所以不能用于驱动机的主传动机构。齿轮传动是机械传动中用途最广的传动形式，它具有其他传动机械形式不可比拟的许多特点，如传动效率高，传动比和速度范围大，传动比恒定，寿命长，体积载荷大，工作安全可靠，而且种类很多。通过以上机械传动类型特性简单比较，认为齿轮传动是驱动机的主传动机构的在目前的技术
20、条件下，要优于其他传动形式。是“最佳”方案。齿轮传动种类很多，其啮合特点、应用范围、设计技术、结构特性等各不相同，所以用于主传动机构也必须认真研究，特别是结合工艺、设备条件加以选择。国内外驱动机所选用的主传动机构差异较大，国内以选用蜗杆副为主，国外正向齿轮副以及行星齿轮系方向发展。所以本设计选用蜗轮蜗杆传动。（三） 驱动机的结构形式第 11 页 共 45 页1.立式和卧式驱动机目前广泛应用的驱动机有：立式和卧式驱动机两大类。立式和卧式在使用上没有什么区别，而在机构上有较大差异。从整体机构分析，蜗杆副驱动机多用立式，立式一般情况下比卧式占有面积小，在扶梯上的安装较为方便。所以选用立式驱动机。2.
21、 整轴式和分轴式驱动机整轴式就是电动机轴和主传动机构的高速轴为一体。不是一体而用联轴器联接成一体时，为分轴式驱动机。目前所用的驱动机中，卧式齿轮副驱动机都是分轴式的。立式蜗杆副驱动机分两种，一种是整轴式蜗杆副驱动机，一种是分轴式蜗杆副驱动机。目前西欧各国生产的自动扶梯普遍采用整轴式驱动机。国内整轴式蜗杆副驱动机也被广泛应用。整轴式蜗杆副驱动机与分轴式驱动机相比其主要特点是：降低了高度（一般低 100150mm） 、成本和售价低（一般低 20%） ，结构比较简单，就目前驱动机发展的方向，正向小型化发展，尽量要求驱动机的尺寸小，所以选用整轴式结构。综上所述：此设计中，我们选用立式蜗轮减速器块式制动
22、器的驱动机组。此减速器具有运转平稳、噪声小及体积小等优点。四、 自动扶梯的驱动功率计算（一）自动扶梯的主要参数自动扶梯的主要参数有：提升高度、理论输送能力、运行速度、梯级宽度及梯路的倾斜角等。 （自动扶梯功率计算都是根据参考文献【1】所设计）1. 提升高度 H：建筑物上，下楼层间的高度。我国目前生产的自动扶梯系列为：小提升高度 H=310m;中提升高度H1045m;大提升高度 H4565m。取 H5m，为小提升高度。2. 理论输送能力 Q：12设备每小时内理论上能输送的人数。当自动扶梯的各梯级均站满人时，就达到了其理论输送能力，由下式计算： Q=3600 nv 1t级（1）式中：Q理论输送能力
23、（人/h）t 级 两梯级间的节距（m）n每一梯级上站立人员数目v 梯级运行速度（m/s）取 v=0.5m/s一般情况，两梯级间的节距是定值，一般为 400405mm，取 t 级 =0.4m；速度 v 应按规范确定。按国家标准规定：B=0.6m（单人梯级）时，站立 1 人；B=0.8m 时，站立 1.5 人；B=1.0m（双人梯级）时，站立 2 人.此设计中，选取 B=1.0m，n=2.Q=3600 =9000(人/h)20.543. 运行速度 v ： 自动扶梯运行速度的快慢，直接影响到乘客在扶梯上的停留时间。如果速度太快，影响乘客顺利登梯，满载系数反而降低；反之，速度太慢时，不必要地增加了乘客
24、在梯路上的停留时间。研究表明：运行速度与满载系数 的关系为=0.6（2v） （2）将这一关系式代入公式（1） ，则得输送能力的计算式：Q=3600 nv0.6（2v） 1t级（3）第 13 页 共 45 页国家标准规定：自动扶梯的运行速度与倾角 的关系如下：倾角 时，30v 0.75m/s; 当 时，v 0.5m/s。305此设计中，选取 v=0.5m/s 1.20.6v=1.2-0.60.50.90Q 实 =Q =90000.90=8100(人/h)4. 梯级宽度 B：目前我国所采用的梯级宽度 B：小提升高度时，单人的为 0.6m;双人的为1.0m.中、大提升高度时：双人的为 1.0m.取
25、B=1.0m5. 倾角 :梯路的倾角一般采用 。o30 （自动扶梯参数设定都是根据参考文献【1】所设计）（二）自动扶梯阻力计算总阻力法：总阻力法求自动扶梯阻力的思路是：分别计算自动扶梯驱动装置所需要克服的各项阻力，包括扶手系统的阻力，相加后求出自动扶梯的总阻力值。下面分别计算各项阻力：图 4-1 总阻力法示意图1.梯路上分支倾斜区段乘客载荷形成的阻力：= q BLm （4）1Wsincos滚（ ）2.梯路上分支水平区段乘客载荷形成的阻力：14=q B2 （5）2Wl滚3.上分支与下分支倾斜区段梯级自重形成的阻力:=2 （6）3Qm滚级级 Lt4.上分支与下分支水平区段梯路自重形成的阻力：= （
26、7）4Wl滚级级 t5.梯路曲线区段的运动阻力：这个阻力可看作乘客与梯级自重共同形成，每个曲线区段内的载荷均可分解为垂直梯路方向的载荷和平行梯路方向的载荷两部分。垂直梯路方向的载荷应乘以 因子，而平行梯路方向的载荷则应乘以 因子。经过分析可以cos2sin2得出梯路曲线区段运动阻力应为：= （8）5W)sin2()sicoQllQVm 滚级 级 级 级L(qB+qBt t6.梯路转向区段运动阻力：= （9）6W滚级级t7.扶手系统的阻力：= 4 ( +2 ) 7 q扶 mLl扶（10）在上面各式中：阻力（N） ；71Wq每平方米上的乘客载荷（N/m 2） ，一般取 5000 N/m2梯路倾斜区
27、段的水平投影长度(m)， = ，计算得 8.66m；mL mL3H自动扶梯的满载系数， =0.9；B梯级宽度（m） ，B=1.0m；梯级车轮的摩擦系数， =0.0250.03，取 =0.03；滚 滚 滚进出端梯路水平长度（m） ，小提升高度取 0.6m；l第 15 页 共 45 页一只梯级包括所属牵引链条的自重（N） ，一般 =1200N；Q级 Q级V牵引链条的初张力，取 5001000N，V=500N；梯路转向时，梯级所经路径的曲线长度（m） ； =R1，小提升高度自 动扶梯 R1=23m，取 2m； 乘客手握扶手胶带的附加阻力系数； =R2，小提示高度自动扶梯 R2=1.52.5m，取 =
28、1.5；扶手胶带的线载荷（N/m）,可以取 =25N/m；q扶 q扶扶手胶带阻力系数，可取 =0.3；扶 扶梯级的间距， =0.4m；级t 级t自动扶梯倾角 。30经过计算得： =20497N =162N =1559N =216N =980 1W23W45W=180N =444N67扶梯系统的总阻力就是上述各项阻力之和，既（11）7654321 =23966NW（三） 自动扶梯的功率计算自动扶梯的总功率计算可以用总阻力法求出，其具体公式如下：N= （12）10Wv式中：N自动扶梯的总功率（KW）W用总阻力法求出的自动扶梯总阻力v自动扶梯额定速度（m/s） v0.5m/s传动系统的效率,蜗轮减速
29、器 =0.750.85，取 0.8代值计算总功率 N=14.97875kw16五、 驱动机主传动的结构设计蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为 。90图 5-1 圆柱蜗杆传动（一） 阿基米德蜗杆（ZA 蜗杆）的定义和传动特点ZA 蜗杆的定义：这种蜗杆，在垂直于蜗杆轴线的平面（即端面）上，齿廓为阿基米德螺旋线，在包含轴线的平面上的齿廓（即轴向齿廓）为直线，其齿形角 = 。它可在车床上用直线刀刃的单刀（当导程角 ）或双刀（当20 3时）车削加工。安装刀具时，切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线。3nnn 阿基米德螺线第 17 页 共 45 页2图
30、 5-2 阿基米德蜗杆（ZA 蜗杆）传动特点： （1）传动比大 （2）连续啮合，传动平稳，冲击载荷小，噪音低（3）齿面滑动速度 VS 大、磨损、发热，容易使润滑失效， 较低，易磨损、胶合。（二） 阿基米德蜗杆传动的设计与计算1. 选择电动机型号：根据自动扶梯的功率 N=14.97875kw，选取 Y160L-4 型电动机，功率为 15kw,转速为 1460r/min。 （根据参考文献【5】选取）2. 选择蜗杆传动类型：根据 GB/T 10085-1988 的推荐，采用阿基米德蜗杆（ZA 型） 。3. 蜗杆传动参数：图 5-3 普通圆柱蜗杆传动的这样参数18蜗杆输入功率 P=15kw; 蜗杆转速
31、 n1=1460r/min根据输出轴转速的一般要求，一般取蜗轮转速 n2=73r/min理论蜗杆传动比：i 12= 1246073n推荐蜗杆头数 z1为：23确定传动齿数：z 1=2, z2=40实际传动比：i 12= 40自动扶梯使用寿命为 20 年，每日工作 10 小时Lh= 20365170h4. 选择蜗杆蜗轮材料：考虑到蜗杆传递功率不大，速度只是中等，故蜗杆用 45 钢，因希望传动效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为 4555HRC。考虑到铸锡磷青铜耐磨性最好，用于滑动速度3m/s 的重要传动，故蜗轮用铸锡磷青铜 ZcuSn10P1,金属模铸造，为了节约贵重的有色金属，
32、仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 HT100 制造。5. 按蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计：确定作用在蜗轮上的转矩 T2：估取效率 =0.8，则:T2= 12P950n（13）T 2= 150.8973NmA确定载荷系数 K(参考文献【11】)：AK（14）式中： 使用系数，由参考文献【11】表 11-5 中选取，由于载荷性质均A匀、无冲击，故选取 1齿向载荷分布系数，因工作载荷较平稳，故取 1K第 19 页 共 45 页动载系数，由于转速不高，冲击不大，可取 1.05K A1.05确定许用接触应力 ：H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，因蜗轮
33、材料为强度极限 的铸锡磷青铜，蜗轮主要为接触疲30aBMP劳失效，故应先从参考文献【11】表 11-7 中查得蜗轮的基本许用接触应力=268Mpa.H(15)HNKA应力循环次数： 72h=60jnL17301.940当 时，取 。5725寿命系数：781HNK780.6482 0.6413aMPA要求蜗杆接触强度系数（参考文献【4】 ）：2215()HmdKTZ（16）式中：K载荷系数，K=1.05； 222 3150150()().15704894HmdKTmZ根据蜗杆接触强度系数 计算，选取相匹配的 和 ：21md1d取 m=6.3mm; =112mm1d 26.34025z理论中心距
34、1182am初选 a=180mm206. 蜗轮齿面接触疲劳强度计算：为了防止齿面产生点蚀，对于钢制蜗杆与青铜蜗轮配对时齿面接触疲劳强度校核公式为（参考文献【10】 ）： 21480HKTdH（17） 21.57480612HKTMPadH蜗轮齿面接触强度校核通过。7. 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算：齿根弯曲强度校核公式（参考文献【4】 ）：2167FFaFKTYdm（18）式中： 蜗轮齿形系数，可由蜗轮的当量齿数 及蜗轮的变2FaY 32cosVZ位系数 x2从图中查得。螺旋角影响系数， 140Y蜗杆分度圆柱导程角： 126.3arctnarct()419Zmd当量齿数： 23340.7cos6.
35、9VZ变位系数： 12281250.31daxm为了配凑中心距，常采用变位蜗杆传动。但在蜗杆传动中，由于蜗杆的齿廓形状和尺寸要与加工蜗轮的滚刀形状和尺寸相同，所以为了保持刀具尺寸不变，蜗杆尺寸是不能变动的，因而只能对蜗轮进行变位。蜗轮负变位，蜗轮的齿数不变，蜗杆传动的中心距改变（aa） ，增加重合度，提高承载能力。齿形系数： =2.732FaY螺旋角系数： 6.41910.50第 21 页 共 45 页许用弯曲应力： （19）FNK式中： 蜗轮的基本许用弯曲应力，由于蜗轮用 ZcuSn10P1 制造，所以F从表中查得 =56Mpa. 寿命系数， 。FNK6910FNK其中，应力循环次数 N=6
36、0jn2Lh，此处 n2为蜗轮转速，为 73r/min；L h为工作寿命，为 73000h；j 为蜗轮每转一转，每个轮齿啮合的次数，取 1。 72h=60jnL17301.940当 时，取 。75N725N669970.41FK 5.3.2FNMPa 2167FaTYdm.052.73095416.6. Fa齿根弯曲强度校核通过。8. 蜗轮蜗杆的几何尺寸计算：表 5-1 ZA 蜗杆传动基本几何尺寸计算结果序号 项目 计算公式 结果1 模数 m 2()amqZx6.3mm2 传动比 i 12ni 203 蜗杆头数 Z1 一般取 Z1=14 24 蜗轮齿数 Z2 Z2=iZ1 40225 蜗杆直径
37、系数 q 1dqm186 中心距 a 2xa180mm7 蜗杆导程 PZ Z1P39.58mm8 蜗杆分度圆柱导程角 1arctnd6.4199 蜗杆节圆柱导程角 2rtZqx6.57010 蜗杆轴向齿形角 02011 蜗杆法向齿形角 narctn(os)ng19.88412 顶隙 c， 一般顶隙系数 =0.2*m*c1.2613 法向模数 nmsn 6.261mm14 蜗杆蜗轮齿顶高 ha1,ha2 ;1ha22()hax一般齿顶高系数 =1*1mm; 4.3mm15 蜗杆蜗轮齿根高 hf1,hf2 ;1()fcm22-xfha7.56mm;9.56mm16 蜗杆分度圆直径 d1 d1=qm
38、 112mm17 蜗轮分度圆直径 d2 d2=mZ2 252mm18 蜗杆节圆直径 d1 d1=d1+2x2m 108mm19 蜗轮节圆直径 d2 d2=d2 252mm20 蜗杆齿顶圆直径 da1 1*ah125mm21 蜗轮喉圆直径 da2 22261mm22 蜗杆齿根圆直径 df1 11ffd97mm23 蜗轮齿根圆直径 df2 22ffh233mm24 蜗杆齿高 h1 h1=ha1+hf1 9mm25 蜗轮齿高 h2 h2=ha2+hf2 14mm第 23 页 共 45 页26 蜗杆轴向齿距 Px Pxm19.79mm27 蜗杆轴向齿厚 Sx 0.5S9.896mm28 蜗杆法向齿厚
39、Sn cosn 9.834mm29 蜗轮齿厚 St 按蜗杆节圆处轴向齿槽宽 ea确定 8.44mm30 蜗杆分度圆法向弦齿高 1hn1hm6.3mm31 蜗杆螺纹部分长度 L 2(80.6)LZ65.52mm32 蜗轮最大外圆直径 2maxd2max5d270mm33 蜗轮轮缘宽度 b b=(0.670.75)da 1 88mm34 蜗轮咽喉母圆半径 rg2 22gr50mm35 蜗轮齿根圆弧半径 rf2 rf2=0.5da1+0.2m 64mm36 滑动速度 vs 60cossdnv8.616m/s9. 精度等级公差和表面粗糙度的确定：考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从
40、 GB/T 10089-1988 圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择 8 级精度，侧隙种类为 c，标注为 8c GB/T 10089-1988。表 5-2 蜗杆主要参数蜗杆类型 ZA模数 m 6.3头数 Z1 2轴向齿形角 20齿形高系数 1*ha1螺旋方向 右旋导程 Px 39.58导程角 625824配对蜗轮 齿数 Z2 40精度等级 8c GB/T 10089-1988公差组 检验项目 公差或极限偏差pxf 0.25 L0.045 1f 0.040法向齿厚及偏差 0.213984表 5-3 蜗轮主要参数模数 m 6.3齿数 Z2 40蜗杆齿向齿形角 20齿顶高系数 2*ha1轮齿倾斜方向 右旋精度
41、等级 8c GB/T 10089-1988分度圆齿厚及其偏差 0.1684分度圆直径 d2 252配对蜗杆 Z1 2公差组 检验项目 公差或极限偏差 Fp 0.125 fpt 0.32 Ff2 0.02810. 热平衡计算（根据参考文献【11】设计）：取环境温度 t2:取 t2=20散热系数 K：可取 K=（8.1517.45） ,当周围空气流通良好时取偏大值，所2()WmC第 25 页 共 45 页以取 K=16 。2()WmC初步估算散热面积 A：A 1.750.3()a（20） 1.75280.3()9Am计算油的工作温度 t1:(21)20(1)PtKA 105(.8)23.869t油
42、的工作温度超过许用值（8090） ，所以不满足要求，现采取在蜗杆轴上装置风扇通风，提高散热能力。装风扇后，取 K=55 2()WmC 120()105(.8)2079.39PttKA油的工作温度在许用值内。六、驱动机的结构设计驱动机的结构设计，在驱动机的设计质量中举足轻重，自动扶梯对驱动机的技术要求，在很多方面要由结构设计完成或体现。驱动机的结构设计涉及到大量计算和复杂的公式推导，本设计仅针对驱动机结构设计中的一般典型问题作扼要论述。(一) 驱动机结构设计应达到的技术要求：1. 所有零件都要满足驱动机使用性能使用性能主要包括：运动与速度，功能的可靠性，强度与寿命，体积与重量，安装尺寸，操作及维
43、修方便，简易，体形美观，大方。2. 充分考虑制造工艺和安装工艺主要包括：在达到使用要求的条件下，零件结构尽可能简单、实用，毛坯制造、机械加工、装配、维修的工艺性好，无需增加专用设备和过多的专用工具及辅助设备，尽量合理选用材料及热处理方法；尽可能选用新材料、新工艺、新技术；尽可能选用标准件、通用件，设计应达到系列化、通用化、标准化。263. 满足驱动机的特殊技术要求主要指：制动机构灵活、可靠；限速器，防逆转器简便、实用；小振动，低噪声。（二）驱动机整体设计考虑的问题整体设计的总目的是，在满足自动扶梯对驱动机技术要求的前提下，设计出布局合理，操作方便、美观大方的结构形式。1. 选择机型确定基本结构
44、尺寸驱动机放在机房内，机房的体积是有严格规定的，驱动机的高度一般不超过 1m，甚至有的用户要求不超过 0.85m。 自动扶梯和自动人行道的制造和安装规范中规定“在需要对运动维修和检查的地方应有一块至少为 0.5*0.6m 的自由空间” ，而事实上在面临自动扶梯向结构紧凑、小型化发展的今天，要留出 0.3平方米的自由空间是比较困难的。驱动机设计必须实现结构紧凑、体积小的目标。然而驱动机体积要受各个方面约束，如主传动机构的中心距，电机外廓尺寸，箱体盛油量等。为此驱动机的体积不可能设计的太小。满足上述设计条件、并保证安装和维修人员所占空间的前提下，通过设计对比证实，将正交轴主传动机构的驱动机设计成立
45、式要优于卧式，而将平行轴主传动机构的驱动机设计成卧式则优于立式，我国目前用的蜗杆副驱动机多采用立式。2. 外观布置外观布置首先要保证各个零部件有效地完成其功能，并达到“最佳”的受力状态，另外外观协调、美观大方也十分重要。（1）动系统的布置整轴式驱动机，采用块式摩擦制动系统，放置在箱体和电机联接处的高速轴上。这种布置的特点是制动力矩非常靠近蜗杆副的啮合部位，受力十分合理。制动系统的磁力器安装位置有三种情况，放在驱动机的前面，结构紧凑，体积小，外观对称，美观大方，但应注意制动系统不得与运动着的梯级干涉，目前几乎都采用这种布置，本设计也是采用这种布置。该机型不专门设置飞轮，而把飞轮和制动轮合为一个构
46、件。这种设计不但减少了零件，降低了成本，而且减少了驱动机的高度。（2）低速轴轴伸方向第 27 页 共 45 页蜗轮蜗杆立式驱动机，低速轴是输出轴，直接与自动扶梯的其他传动系统相联接，不同的自动扶梯机型要求不同的驱动机输出轴伸方向（左或者右） 。为了安装，维修方便，具有良好的通用性，蜗轮轴系零件的设计，相对箱体应具有对称性结构。（3）驱动机散热肋和箱体加强肋的布置蜗轮蜗杆驱动机摩擦损耗功率较大，油温升较高，为此除增大箱体盛油量外，增加散热面积，增加散热肋是必要的。为增加箱体刚度，设加强肋同样是必要的，把散热肋和加强肋合为一体是重要的设计原则，故在箱体外表面设置肋板时，要考虑散热面积，增强刚度和美
47、观大方。一般设置成竖直肋。（4）限速器和防逆运转器的布置在自动扶梯上，设置这两个附加机构是有标准要求的，一般把限速器设置在高速轴上，把防逆运转器设置在低速轴上。（三）整轴式蜗轮蜗杆驱动机蜗杆轴的结构轴承及轴承在轴蜗杆上的位置：整轴式蜗杆副驱动机的最大特点是电动机的转子轴及蜗杆轴是整体，长度几乎等于驱动机的总高度。蜗杆轴上装有轴承、抱闸轮、转子、风扇等零件，很多功能构件都在这根轴上，形成了驱动机最重要的心脏组件。该轴的精度体现了驱动机的精度，所以设计蜗杆轴的结构十分重要。而首先要设计轴承的选择和安装。选轴承要考虑到承受载荷的性质和大小，运行速度的高低，调心性能，轴承游动和位移，安装拆卸的方便等。驱动机一般用滚动轴承，驱动机输入轴（1460r/min）属于较低转速，输出轴属于低转速（73r/min 左右） ；承受的轴向力较大，并大于径向力，蜗杆轴的尺寸细而长，工作温度较高（在 70
