电梯毕业设计(论文).doc

钱方杰 机械手夹持器设计

中文摘要
本次设计是以三菱FX2n为核心的电梯控制系统的硬件组成及软件设计，采用PLC来控制轿箱提升电机的起、停和正、反转。这里主要是对电梯牵引机的参数进行设计、计算、（包括电动机、减速器、轴、轴承、联轴器、制动器）以及工艺的编排和相关图形的绘制，另外对PLC控制系统的设计，主要是PLC控制电路图、程序流程图以及PLC编程。
其中对牵引机的设计重点是减速器的选择和箱体零件的设计和加工。减速器选择的是蜗杆减速器，轴承是调心滚子轴承，联轴器选择的是弹性柱销联轴器。PLC控制程序设计是考虑到电梯的上升和下降逻辑，以及楼层显示，运作时的加速和减速。
现在电梯都采用传统的继电器群的控制方法，由于所用的继电器较多，控制柜体积庞大，控制系统成本高，而且众多继电器的动作会产生较大的噪音，污染环境。采用PLC配合接口进行控制，可将传统的继电器控制逻辑变为计算机程序控制逻辑，去掉所有用于逻辑控制的中间继电器，使电梯系统的成本和噪音大大降低，控制柜的体积也可大大缩小。
关键词 PLC 牵引机 电动机 减速器 联轴器 制动器
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

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目 录
中文摘要
Abstract
1 绪 论 1
1.1引言 1
1.2电梯简介 2
1.2.1电梯的分类 2
1.2.2电梯(垂直梯)的工作原理 2
1.2.3 电梯的组成 3
1.3牵引机的技术要求 5
1.4牵引机的总体设计 6
1.4.1牵引机的组成 6
1.4.2牵引机构的减速器 6
2 电梯牵引力有关参数的计算 8
2.1牵引比与牵引力 8
2.1.1牵引传动与牵引传动形式 8
2.2作用在牵引轮上的静力 8
2.3牵引轮两侧静拉力计算 9
2.4牵引轮上的静转矩 10
2.4.1静摩擦转矩 10
2.5静转矩的计算 11
2.5.1牵引轮承受的静转矩变化 11
2.5.2设计载荷 11
2.5.3牵引机驱动转矩的计算 11
3.牵引机的设计 12
3.1 牵引机的额定载重量 13
3.1.1额定速度 13
3.1.2 牵引机减速器的中心距 13
3.1.3 交流电动机 13
3.1.4电动机的选用 13
4 牵引机主传动机构的设计与计算 14
4.1 普通圆柱蜗杆副几何参数搭配方案是 14
4.2 蜗杆传动的受力分析 16
4.2.1普通圆柱蜗杆副的正确啮合条件 16
4.2.2.蜗杆传动的承载能力计算 16
4.3牵引机轴的结构设计 19
4.4制动机构位置的讨论 23
4.4.1传动比i12 23
4.4.2牵引轮 23
4.4.3牵引比的应用 24
4.5轴承的设计与计算 24
4.6联轴器的设计与计算 26
4.6.1联轴器选择应考虑的问题 27
4.6.2联轴器的理论转矩： 27
4.6.3主要尺寸计算： 27
4.7制动器的设计与计算 28
4.8牵引轮的设计与计算 29
5 牵引机箱体的设计 30
5.1整体方案讨论 30
5.2箱体结构设计的讨论 30
5.3箱体尺寸的确定 30
5.4箱体设计的对称性 31
5.5箱体设计应合理处理的几个问题 31
6 控制系统设计 32
6.1电机电气接线图的设计 32
6.2 可编程控制器的设计 32
6.2.1 PLC 的基本工作如下: 32
6.2.2 输入/输出口的分配 34
6.2.3 程序设计思路 36
6.2.4 PLC 控制系统程序设计的步骤 36
6.2.5梯形图 38
6.2．6语句表： 40
6.2.7梯形图原理分析 45
6.2.8电梯的运行过程简述 45
7 结 论 47
致 谢 48
参考文献 49

第一章 绪 论
1.1引言
电梯进入人们的生活已经150多年了。
1854年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥的斯第一次向世人展示了他的发明。他站在装满货物的升降梯平台上，命令助手将平台拉升到观众都能看得到的高度，然后发出信号，令助手用利斧砍断了升降梯的提拉缆绳。令人惊讶的是，升降梯并没有坠毁，而是牢牢地固定在半空中——奥的斯先生发明的升降梯安全装置发挥了作用。“一切安全，先生们”站在升降梯平台上的奥的斯先生向周围观看的人们挥手致意。谁也不会想到，这就是人类历史上第一部安全升降梯。
第二章 电梯牵引力有关参数的计算
2.1牵引比与牵引力
2.1.1牵引传动与牵引传动形式
2.1.1.1牵引比和机械效益
牵引比：牵引机上牵引轮的圆周速度与轿厢速度之比称为牵引比，用i’12表示。
机械效益：令牵引机中牵引轮上钢丝绳承受的拉力为F，轿厢总重力为Q，则机械效益
式（2-1）
定滑轮及动滑轮机构 Q为重物，F为拉力，动力臂与阻力臂都是滑轮的半径r，所以 式（2-2）
定滑轮机构速度不变、力不变。R不变，
2.1.1.2电梯的牵引传动形式
牵引传动形式可由定滑轮、动滑轮、组合滑轮、差动滑轮机构组合而成。多年经验表明
常用牵引传动形式见下
l 定滑轮机构的牵引传动 该传动形式的牵引比i’12=1，机械效益A=1。增加一个过轮其目的是为了拉开轿厢与对重之间的距离。过轮使牵引轮与钢丝绳的包角减小。一般设计尽量使包角α大于135°。过轮使绳的弯曲次数增多，疲劳寿命减少。
l 滑轮组机构牵引传动 在轿厢（或对重）上各有三股钢丝绳，有三个定轮。i’12=3，A=3，亦即轿厢（或对重）的上升（或下降）速度是牵引轮圆周速度的1/3，牵引轮两侧钢丝绳承受的拉力分别为轿厢总重量、对重总重量的1/3
还有大牵引比牵引传动、复绕牵引传动、长绕牵引传动、双对重对牵引传动、具有补偿的牵引传动。
综合分析之后，决定选择第一个方案，牵引比i’12 =1，机械效益A=1。
2.2作用在牵引轮上的静力

图2-1 牵引轮上的静力图
电梯是靠牵引轮槽与钢丝绳之间产生的摩擦力（或摩擦力矩）平衡外力，在牵引机的驱下，牵引轿厢与对重上下运行的。在牵引轮两侧的钢丝绳分别系有轿厢及对重，轿厢与对重分别在钢丝绳上产生拉力Q与F。Q与F是静止情况下的拉力，故称静力。静力实际上是两侧各构件重力和对钢丝绳的拉力。计算中用到的符号如下：
Q1--------轿厢的结构自重力（N）； 取值为2900kg
Q2--------电梯的额定载重力（N）； 取值为1000kg
F--------对重侧钢丝绳承受的总拉力（N）；
Q-------轿厢侧钢丝绳承受的总拉力（N）；
R1--------轿厢至牵引轮间钢丝绳所受的重力（N）；
R2--------对重物至牵引轮间钢丝绳所受的重力（N）；
G1--------牵引机两侧所受总拉力之差
G2--------牵引机两侧钢丝绳重力之差（N）；
P--------牵引机输出轴轴颈承受的静压力（N）；
i12-------牵引机中减速器之传动比；
i’12------牵引传动的牵引比；
A--------机械效益；
η1--------牵引机中减速器的传动效率；
η2--------电梯的总效率；
f--------接触面间相对运动时的摩擦因数；
v--------轿厢运行速度（m/s）；
η2--------牵引轮的转速（r/min）。

第三章 牵引机的设计
为满足牵引条件，在设计牵引系数时应按下式进行
式（3-1）

按GB7588-95的《电梯制造与安全规范》中规定，C1的最小允许值为1.15
0.63m/s<v<=1.00m/s
对于牵引轮绳槽为半圆行和半圆形下部开切口的C2=1，对于牵引绳槽为V形的C2=1.2
采用有齿轮牵引机的电梯

v—电梯运行速度(m/s)
D—牵引绳轮直径(m)
iy—牵引比
ij—减速比
N—牵引电动机转速(r/min)
根据设计参数知：

C1—与加速度、减速度有关的动力参数，C1=(g+a)/(g-a),g为自由落体标准加速度，g=9.8m/s2.a为轿厢制停加速度（或启动加速度）（m/s2）.按GB7588-95的《电梯制造与安装安全规范》中的规定，C1的最小允许值如下：
C1值 电梯额定速度
1.10 v<=0.63m/s
1.15 0.63m/s<v<=1.00m/s

第四章 牵引机主传动机构的设计与计算
4.1 普通圆柱蜗杆副几何参数搭配方案是
在中心距a、转速n1、传动比i12给定的条件下，采用多齿数（头数）z1、z2 ，小模数m，大直径d1(q)的设方案。该设计方案的优点是：采用多齿数（头数）z1的圆柱蜗杆传动，能明显提高传动效率，降低油温升，保持润滑油粘度，改善动压润滑条件；可以提高生产率，降低加工成本，增大重合度，提高承载能力；可明显增大蜗杆刚度，保证正确啮合特性的实现，增大了蜗轮的有效宽度，减小了蜗轮的尺寸；另外改善了蜗杆、滚刀的切削性能，
4.4制动机构位置的讨论
制动机构放置在联轴器处，不但可以利用制动联轴器缩小尺寸，降低成本，而且可获得良好的受力状态，最后达到提高寿命、紧凑结构、美观大方的效果。但放在联轴器处对维修来说稍有不便。在结构设计中尽量避免蜗杆双端出轴。牵引机需要机架，以便在机房内安装。另外过轮需安置在机架上，与牵引机组成一体。机架设计要注意：牵引机的重心必须位于机架之内，最好接近机架平面中央；机架要有足够的刚度；机架不得与牵引轮，钢丝绳干涉。至于牵引轮的布置，必须安装在输出（低速）轴上；放置应征得用户认可，

第五章 牵引机箱体的设计
5.1整体方案讨论
目前已有的结构分：整体式——蜗杆、蜗轮轴向装入箱体内：箱体在蜗轮轴线的水平面内分成上下两个箱体
整体式牵引机中心距一般小于（或等于）160mm，a小于125mm的牵引机应一律采用整体式。
分箱式牵引机 减速器被蜗轮轴的水平轴平面分开。把箱体剖分成箱盖、箱座。其优点是加工工艺好，装配和维修方便。不利条件是具有分箱面，需用多个螺栓联接。结构不够紧凑，外观不好设计。所以多在大中心距牵引机设计中采用。a>160mm时多用分箱式.应特别指出，立式牵引机都应是整体式，而齿轮副牵引机都应采用分箱式。
综合考虑后，决定选用分箱式。
5.2箱体结构设计的讨论
牵引机设计中一般应采用卧式；我选用的是分体式。采用加强肋和散热肋；箱体要有结构的对称性，要有较大的盛油量及良好的铸造工艺；结构尽量简化，紧凑、实用、美观、大方；箱体各部尺寸要尽量成比例。

第六章 控制系统设计
6.1电机电气接线图的设计
门电机的选择及原理：只要满足功率要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。如图中所示电动机的正反转来实现门的开关，采用星角降压启动，KS为速度继电器，用来对开关门到头时制动，防止轿，厅门的损坏
结 论
这次毕业设计，主要是用单片机作为控制系统来控制电梯的运动。机械部分主要是设计牵引机，包括对牵引机电动机的选择，牵引轴、轴承、减速器、联轴器、制动器的设计，其中轴的设计最为复杂，占的篇幅也最多。控制部分主要是微机控制系统图、主程序流程图以及程序的编制。
电梯设计中最重要的是牵引机构的设计，牵引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在牵引轮和导向轮上，牵引电动机通过减其速器变速后带动牵引轮转动，靠牵引绳与牵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。补偿装置用来补偿牵引绳运动中的张力和重量变化，使牵引电动机负载稳定，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。
致 谢
在这几个月的设计过程中，学院的老师给予我很大帮助，首先感谢指导老师沈孝君老师的关心和信任，其次感谢我的实习单位为我提供的帮助。设计过程中，我遇到了一些疑难问题以及忽略了一些设计点，通过四年所学，我最终解决了问题。懂得如何去解决问题，这是我最大的收获。
大学四年即将过去，四年当中，我从各位老师那里学习到了丰富的科学文化知识和技术，而且他们严谨的治学作风、兢兢业业的工作精神和求精、求实的科学研究理念，使我培养了正确的世界观、人生观和价值观，以后无论我走到哪里，他们对我的教育和影响，都将成为我一生中宝贵的财富，对以后独立从事科学研究产生深刻的影响。
感谢所有帮助过我的老师、同学、朋友，同时祝愿你们在以后的日子里，开心、快乐！
参考文献
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[2] 邱宣怀 主编.机械设计 第四版。 高等教育出版社，2006
[3] 机床设计手册编写组 主编.机床设计手册.上册. 机械工业出版社,1998
[4] 单辉祖 主编.材料力学 国防工业出版社，2005
[5] 李益明 主编.机械制造工艺设计简明手册 机械工业出版社，2006
[6] 杨黎明 主编.零件设计手册 国防工业出版社，2008
[7] 刘连昆,樊华,冯国庆 主编.电梯实用技术手册(第一版). 中国纺织出版社,1995
[8] 史国生 主编.电气控制与可编程控制技术. 化学工业出版社，2005
[9] 史信芳 陈影 毛宗源 主编.电梯原理与维修管理技术. 电子工业出版社,2009