曳引机机座和端盖有限元结构分析毕业设计
(完整版)有限元分析法设计说明书含图纸毕业设计论文
建筑工程学院本科毕业设计（论文）学科专业机械设计制造及其自动化辅导教师目录第1章前言······················································11.1塔式起重机概述 (1)1.2塔式起重机的发展情况 (1)1.3塔式起重机的发展趋势 (3)第2章总体设计 (5)2.1 概述 (5)2.2 确定总体设计方案 (5)2.2.1 金属结构 (5)2.2.2 工作机构 (22)2.2.3 安全保护装置 (29)2.3 总体设计设计总则 (32)2.3.1 整机工作级别 (32)2.3.2 机构工作级别 (32)2.3.3主要技术性能参数 (33)2.4 平衡重的计算 (33)2.5 起重特性曲线 (35)2.6 塔机风力计算 (36)2.6.1 工作工况Ⅰ (37)2.6.2 工作工况Ⅱ (41)2.6.3 非工作工况Ⅲ (43)2.7整机的抗倾翻稳定性 (45)2.7.1工作工况Ⅰ (46)2.7.2工作工况Ⅱ (47)2.7.3非工作工况Ⅲ (49)2.7.4工作工况Ⅳ (50)2.8固定基础稳定性计算 (51)第3章塔身的有限元分析设计 (53)3.1 塔身模型简化 (53)3.2 有限元分析计算 (54)3.2.1 方案一 (54)3.2.2 方案二 (79)3.2.3 方案三 (98)第4章塔身的受力分析计算 (121)4.1 稳定性校核 (121)4.2 塔身的刚度检算 (122)4.3 塔身的强度校核 (124)4.4 链接套焊缝强度的计算 (125)4.5 塔身腹杆的计算 (126)4.6 高强度螺栓强度的计算 (127)第5章毕业设计小结 (129)致谢 (130)主要参考文献 (131)目计算与说明结果塔身的有限元分析设计塔身模型简化三种待优化方案有限元分析计算前处理塔身标准节节点建模定义单元类型和材料参数定义标准节的外框立柱杆件第3章塔身的有限元优化分析设计ANSYS解决问题的基本流程为：前处理（preprocessor）求解（solution）一般后处理（genneral postprocessor）和时间历程后处理（time domain postprocessor）结果处理。
电梯曳引装置受力分析及有限元模型建立研究
137中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.07 （上）1 电梯曳引装置的受力分析电梯曳引装置由曳引机、曳引钢丝绳、导向轮、反绳轮等组成的曳引提升装置发挥作用。
该曳引提升装置类似于机械设计中的带传动，曳引钢丝绳类似于带传动中的传动带，曳引轮和导向轮充当了带传动的两个带轮，曳引钢丝绳安装在曳引轮和导向轮上，一端与轿厢相连接，一端与对重连接。
曳引装置在工作时，电动机产生动力带动曳引轮转动，曳引轮为主动轮，利用曳引钢丝绳和曳引轮之间的摩擦力形成有效圆周力，从而带动导向轮运动，导向轮为从动轮，最终带动电梯轿厢运动，实现升降功能。
因电梯中的曳引提升装置类似于带传动装置，故在接下来的受力分析计算中，以带传动建立物理模型进行分析计算。
参考带传动在运动过程中所受到的力，电梯曳引钢丝绳在电梯曳引提升过程中受到4个应力的作用，曳引钢丝绳两端所受的拉应力，与曳引轮、导向轮圆弧处想接触产生的弯曲应力，曳引轮、导向轮在圆周运动过程中曳引钢丝绳所受到的离心应力，以及与两个带轮相接触挤压产生的接触应力。
根据赫兹接触应力公式，拉应力和弯曲应力与接触应力为正比关系，因此，本文只重点分析电梯曳引装置所受到的拉应力、弯曲应力和离心应力。
1.1 离心应力当电梯启动开始运行，电动机给予曳引轮一定的转速带动曳引轮做圆周运动，当曳引钢丝绳绕过曳引轮时，在微弧段产生离心力F C ，离心力与曳引钢丝绳的速度平方成正比。
曳引钢丝绳受到的离心力只发生在带作圆周运动的部分，但因此受产生的离心拉力却作用于曳引钢丝绳的全长，曳引钢丝绳所受到的离心拉应力为σC 。
电梯曳引装置受力分析及有限元模型建立研究王雪飞 （福州职业技术学院，福建 福州 350108）摘要：电梯的曳引装置是电梯的动力设备，通过传递动力驱使电梯运动。
本文介绍了电梯曳引装置结构、参数及所受力的类型，通过受力分析推导计算出电梯曳引装置曳引轮轴所受的轴向力，并对电梯曳引轮轴进行有限元分析，了解曳引轮轴的应力、应变情况，以确保电梯在工作过程中曳引轮轴的可行性和安全性，为电梯的设计工作奠定了基础，也为同类设备受力分析提供了参考。
有限元毕业设计(论文)
本科毕业设计（论文）轴承座有限元分析学院名称：专业：班级：学号：姓名：指导教师姓名：指导教师职称：二〇一三年六月目录序言 (2)第1章轴承座受力分析 (4)1.1课题分析 (4)1. 2结果分析 (5)第2章操作步骤 (6)2.1 操作流程 (6)参考文献 (13)致谢 (13)序言有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。
还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。
有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。
有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。
有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。
经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
在解偏微分方程的过程中, 主要的难点是如何构造一个方程来逼近原本研究的方程, 并且该过程还需要保持数值稳定性.目前有许多处理的方法，他们各有利弊. 当区域改变时(就像一个边界可变的固体)，当需要的精确度在整个区域上变化, 或者当解缺少光滑性时, 有限元方法是在复杂区域(像汽车和输油管道)上解偏微分方程的一个很好的选择。
大学本科机械专业电梯曳引系统设计优秀毕业设计
毕业设计题目电梯曳引系统设计学院工学院专业机械设计制造及自动化班级机设学生学号指导教师二〇年月日摘要自改革开放以来，我国乃至世界的经济在迅速发展，大批的建筑物像雨后春笋一样不断地涌现。
因此，对于电梯的需求也不断地增加，电梯变得越来越重要。
电梯是现代高层建筑组成部分，大部分电梯生产商只是对电梯的容量和外观进行了调整，内部的电梯曳引机方面的问题并没有得到有效的解决。
因此，对于曳引机的研究有非常重要的意义。
论文主要介绍了电梯曳引机的工作原理，基于论文的基础上对电梯的行星齿轮减速器进行了初步的优化设计，使电梯的运行更具有安全性。
本论文主要介绍了曳引机，它是由电动机、联轴器、制动器、减速箱等组成。
电梯的载重、运行速度、承受的载荷等因素也会影响我们对电梯电动机和制动器的选择。
我们要根据曳引机的组成零件来整体的考虑和设计计算合适的减速箱。
我们可以通过对曳引轮的受力分析来选用合适的钢丝绳。
给电梯提供动力的主要是靠曳引轮，通过摩擦力实现电梯的整体运动，因此曳引轮的摩擦系数必须要大。
所以我们对曳引机的优化设计要从各个方面入手，将影响的因素降到最小。
关键词：曳引机，行星减速箱，曳引轮，钢丝绳ABSTRACTSince the reform and opening up, the economy of our country and even the world is developing rapidly, and a large number of buildings are springing up like mushrooms. Therefore, the demand for the elevator is also increasing, the elevator is becoming more and more important. Elevator is a part of modern high-rise buildings, most of the elevator manufacturer just to lift capacity and appearance were adjusted, inside the elevator traction machine problem has not been effectively solved. Therefore, there is very important significance for the study of traction machine.Paper mainly introduces the working principle of the elevator traction machine, based on the basis of the elevator planetary gear reducer were preliminarily optimized design, the elevator is more secure.This paper mainly introduces the traction machine, it is composed of motor, coupling, brake, gear box etc.. Load, running speed, load and other factors also affect the choice of elevator motor and brake. We should according to the components of the traction machine to overall consideration and design calculation of appropriate gear box. We can pass on the traction wheel force analysis to select the appropriate steel wire. Provides the power to the elevator is mainly by the traction wheel, realize the overall movement of the elevator by friction, so friction coefficient of the traction wheel must to. So we on the traction machine optimization design should start from various aspects, will influence factors to a minimum..Key words：traction machine, planetary reducer, traction wheel, wire rope.目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 前言 (1)1.1课题研究的背景及意义 (1)1.2 电梯曳引系统的研究概况 (1)1.3 课题研究的内容 (2)2 曳引系统的工作原理及主要参数 (3)2.1 曳引系统工作原理及曳引条件 (3)2.2 有关参数的确定 (5)3 曳引系统各部分的设计 (7)3.1 曳引电动机的选择 (7)3.1.1 曳引电动机的主要技术性能 (7)3.1.2 曳引电动机的分类 (7)3.1.3 曳引电动机功率的计算 (7)3.2 曳引钢丝绳、曳引轮、导向轮的设计 (8)3.2.1常用绕绳方式 (8)3.2.2钢丝绳的选用 (9)3.2.3 曳引轮的设计 (10)3.2.4 导向轮的设计 (12)3.2.5 曳引轮的包角 (12)3.2.6 曳引轮的强度验算 (12)3.2.7 曳引绳安全系数的验算 (14)3.3 减速器的设计与计算 (16)3.3.1 传动方案设计 (16)3.3.2 齿轮的设计与计算 (17)3.3.3 轴的设计与计算 (26)3.3.4 行星架的设计 (37)3.3.5 均载机构的设计 (39)3.3.6 箱体的设计 (40)3.4 制动器的选择 (40)结论 (42)参考文献 (43)致谢 (44)1 前言1.1课题研究的背景及意义由于我国经济的快速发展，带动了居民的生活水平的提高，使我国的城镇化得到快速加深，世界电梯行业都进入了一个全速发展的时期。
电梯曳引机机座结构的优化设计探讨
电梯曳引机机座结构的优化设计探讨摘要：电梯曳引机机座是保证曳引机平稳运行的重要部件，要确保机座结构设计的合理性与可行性，就需要设计工作者利用特殊的建模软件，构建机座的立体模型，并在此基础上，获得相关的曳引应力。
基于此，文章基于电梯曳引机的主要结构与工作原理，分析了曳引机机座的安装控制要点，探讨了曳引机机座结构的优化设计方案，希望能够提高机座设计的质量，满足曳引机运行的稳定性要求。
关键词：曳引机；机座结构；优化设计前言:曳引机是电梯的动力系统，为电梯的运行提供源源不断的动力，曳引机性能的高低直接决定着电梯的启动、制动、速度控制等方面的功能。
永磁同步无齿轮曳引机是近年来发展比较迅速的新型曳引机，其脱离齿轮减速箱，能够直接通过电动机带动电梯轿厢的运行，进一步提升了曳引机的运行效率。
而机座是该曳引机的重要部件，其结构的可靠性直接影响着曳引机的运行，所以要对机座结构的优化设计给予高度关注。
1电梯曳引机机座结构与工作原理以永磁同步无齿轮曳引机为例，曳引机又叫电梯主机，主要包含：电动机（转子、定子）、制动器、曳引轮、机座、编码器等部件（如图一所示）。
曳引机利用曳引绳与动力曳引轮之间产生的摩擦力带动电梯轿厢的运行，在实际运行中，利用精准性极高的数据采集系统与高性能的传感器有效控制信息检测、数据收集、系统反馈与电流变频等操作。
牵引系统在实际运行中具有一定的线性结构，同直流电流动力装置类似，可以有效调整电动机的转子速度[1]。
图一电梯曳引机结构2电梯曳引机机座的安装控制在电梯安装施工中，若电梯内部起到承重作用的横梁处在机房楼板下侧时，通常要修建超过电梯主机机座3厘米、厚度在25到30厘米的钢筋砼结构底座，该底座结构要提前填埋固定的电梯主机设备螺栓零件。
位于砼材料底座的下侧，应该将具有减震功能的橡胶垫安装在承重横梁区域，然后把电梯主机固定在砼结构的底座上。
因此，电梯在运行中，若起到承重作用的横梁位于机房楼板结构的上侧时，就能够把电梯主机底座的钢材料与承重混凝土梁有效连接，不仅如此，若该区域有必要进行减震，就要将减震装置安装其中。
曳引机机座和端盖有限元结构分析毕业设计
曳引机机座和端盖有限元结构分析毕业设计目录摘要 (1)Abstract (2)第一章绪论 (3)1.1 项目背景及意义 (3)1.2 课题研究的现状与发展 (4)1.3 课题研究的方案和步骤 (5)第二章曳引机机座和端盖图 (6)2.1 机座和端盖2D零件图 (6)2.2 Solid Works建模工程流程 (7)2.3 曳引机整体受力和3D模型 (8)2.4 曳引机整体安装网格化 (8)第三章结构静力学分析 (9)3.1 线性静力学分析基础知识 (9)3.1.1静力学分析概述 (9)3.1.2静力学分析的一般流程 (10)3.2 机座及端盖的有限元仿真 (11)3.2.1材料类型 (11)3.2.2单元类型 (11)3.2.3网格划分 (12)3.3 载荷及边界条件 (14)3.3.1整体受力 (14)3.3.2机座和端盖的约束及受力 (16)3.3.3有限元模型的加载和约束 (16)3.4 应力应变及安全性能分析 (17)3.4.1机座及端盖采用QT400材料 (17)3.4.2机座及端盖采用HT300材料 (25)3.5 结构静力学结果分析 (28)3.5.1机座及端盖的强度、刚度分析以及不同工况对比 (28)3.5.2两种材料选配方案的比较 (29)第四章结构疲劳分析 (31)4.1 疲劳分析基础知识 (31)4.1.1疲劳分析知识概述 (31)4.1.2关于Solid Works Simulation疲劳分析参数阐述 (32)4.1.3疲劳分析操作流程 (39)4.2 机座及端盖有限元建模 (39)4.2.1材料疲劳载荷的设定 (39)4.2.2材料疲劳曲线 (39)4.3 结构疲劳分析及结果总结 (40)4.3.1材料为QT400疲劳分析结果 (41)4.3.2材料为HT300疲劳分析结果 (45)4.4 疲劳分析结果及论证 (49)第五章结构模态分析 (50)5.1 结构模态分析基础知识 (50)5.2 机座及端盖有限元建模 (50)5.3 结构模态分析及结果总结 (51)5.3.1 QT400机座及端盖模态分析结果 (51)5.3.2 HT300机座及端盖模态分析结果 (55)5.3.3 QT400和HT300端盖模态分析结果 (58)5.4 结构模态结果分析 (64)结论 (65)致谢 (66)参考文献 (67)曳引机机座及端盖的有限元结构分析摘要：曳引机机座和端盖是曳引机主要支撑部件，其性能直接影响电梯的可靠度和安全性，对其进行有限元分析从而改善其性能是急需的，有着重大意义。
曳引机机座和端盖图资料(1)
P = 19.2kN ,q = 24° , Me = 0.808kN × m , RF = 22.9kN , RC = 3.69kN 当电梯启动和停车过程中，轿厢有向下的加速度 a = 0.8m / s 2 ，考虑其产生 的附加惯性力，则 T1 = 14.04kN ,T2 = 8.28kN . 从而有:
3.2.3 网格划分
网格划分是 CAE 软件进行模拟计算的关键步骤之一，网格划分的质量精度 高低直接关系到分析结果的优劣，而网格自动划分的关键是合理给出自动划分信 息，可以根据要求选用不同的网格划分方法，也可以根据要求灵活地控制生产的 单元数量以及网格的密度，从而提高求解精度。根据曳引机机座和端盖的受力情 况和几何形状，对于机座和端盖两部分有限元模型均采用了三维十节点四面体线 性单元（单元代码 C3D10: A 10-node linear tetrahedron.）其运算精度高， 同样计算所需的时间也相对较长。其有限网格模型如图 3.3 和 3.4 所示。
3.1.2 静力学分析的一般流程
做结构静力学分析的软件很多，使用操作流程一般归纳为如图 3.1 所示， 不同的分析软件其操作过程和步骤大同小异。
开始
创建有限元模型 （1）材料属性 （2）单元属性 （3）网格划分
创建仿真模型
®
（1）设置边界约束
（2）施加载荷
图 3.1 静力学分析流程图
3.2 机座及端盖的有限元仿真
图 3.3 端盖的有限元网格模型图 图 3.4 机座的有限元网格模型图
为模拟机座和端盖之间实际的装配和相互约束关系，对于曳引机机座和端盖 两部件的有限元模型，在装配接触面上设定全部自由度约束（Tie）。装配后的有 限元模型如图 3.5 所示。
图 3.5 机座和端盖的装配模型
电梯曳引机机座结构的优化设计
㊀第３０卷㊀第５期２０１８年１０月浙江水利水电学院学报Ｊ.ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｏｆＷａｔ.Ｒｅｓ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗ.Ｖｏｌ.３０㊀Ｎｏ.５Ｏｃｔ.２０１８㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５￣７０９２.２０１８.０５.０１４电梯曳引机机座结构的优化设计曹鹏瑶ꎬ施高萍(浙江水利水电学院机械与汽车工程学院ꎬ浙江杭州㊀３１００１８)摘㊀要:曳引机机座是永磁同步无齿轮曳引机的关键部件.运用建模软件完成曳引机机座的三维模型ꎬ并对曳引力进行计算校核.将曳引力施加于机座ꎬ通过仿真计算发现曳引机机座的筋部位出现应力集中现象ꎬ其最大应力超出材料许用应力ꎬ不满足强度条件ꎬ因此需对曳引机机座进行结构优化.通过多种优化方案的分析㊁比选ꎬ确定出曳引机机座的最优方案.关键词:曳引机机座ꎻ有限元分析ꎻ结构优化ꎻ应力中图分类号:ＴＨ１２２㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００８－５３６Ｘ(２０１８)０５￣００６８￣０５ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＥｌｅｖａｔｏｒＴｒａｃｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅＦｒａｍｅＣＡＯＰｅｎｇ￣ｙａｏꎬＳＨＩＧａｏ￣ｐｉｎｇ(ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１００１８ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｆｒａｍｅｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｇｅａｒｌｅｓｓｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｔｒａｃｔｉｏｎｍａ￣ｃｈｉｎｅ.Ｉｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅꎬａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｌｅｖａ￣ｔｏｒ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｌｉｆｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍꎬｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｄ.Ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｆｒａｍｅｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅ３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅꎬｔｈｅｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｆｒａｍｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄ.Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｌｏｃａｌｈｉｇｈｓｔｒｅｓｓｐｏｓｉｔｉｏｎｓｈａｖｅｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｆｓｔｒｅｓｓｆｏｃｕｓꎬｗｈｉｃｈｃａｕｓｅｓｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｏｆｔｈｅｆｒａｍｅｅｘｃｅｅｄｉｎｇｔｈｅａｌｌｏｗａｂｌｅｓｔｒｅｓｓ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬａｉｍｉｎｇｔｏｒｅｄｕｃｅｓｔｒｅｓｓｆｏｃｕｓꎬｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｂｙｄｉｓｃｕｓｓｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓꎬｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐｌａｎｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｍｏｔｏｒｆｒａｍｅｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄꎬｗｈｉｃｈｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄｆｏｒｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇａｎｄｄｅｓｉｇｎｉｎｇｔｈｅｍｏｔｏｒｆｒａｍｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｒａｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｆｒａｍｅꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓꎻｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎻｓｔｒｅｓｓ收稿日期:２０１８￣０６￣２５作者简介:曹鹏瑶(１９９５－)ꎬ女ꎬ河北省邢台市人ꎬ主要从事机械设计制造及自动化研究.０㊀引㊀言电梯是一种由电气控制系统㊁电力拖动系统㊁曳引系统㊁门系统㊁轿厢系统等八大系统组成的垂直升降工具[１]ꎬ用于多层建筑乘人或载运货物.电梯曳引机为电梯提供运行所需的动力ꎬ是曳引系统的组成部分ꎬ它的性能直接影响电梯的起动㊁制动㊁加减速度等指标[２－３].电梯曳引机的发展大致经过了直流电机㊁交流感应电机和永磁同步曳引机三个阶段[４].永磁同步无齿轮曳引机直接使用电动机带动轿厢运行ꎬ取消了齿轮减速箱ꎬ使得曳引机效率更高ꎬ电梯运行性能更佳ꎬ已成为电梯的标准配置[５－６].永磁同步无齿轮曳引机由电动机㊁制动器㊁曳引轮及机座等零件组成(见图１).机座承载着电梯重量ꎬ是电机基体.机座是曳引机的关键部件ꎬ其结构可靠性影响着曳引机的可靠性ꎬ决定着电梯运行的可靠性.因此ꎬ机座的结构设计必须满足与承载能力相应的强度和刚度要求.① 曳引轮ꎻ② 曳引机机座ꎻ③ 电机转子ꎻ④ 电机定子ꎻ⑤ 编码器ꎻ⑥ 制动系统图１㊀永磁同步无齿轮曳引机的组成１㊀曳引机的工作原理１.１㊀永磁同步无齿轮曳引机的工作原理永磁同步无齿轮曳引机靠曳引绳和曳引轮之间的摩擦力来驱动轿厢运行ꎬ其原理是通过高精度速度传感器的检测㊁反馈和快速电流跟踪变频装置的控制ꎬ以同步转速进行转动ꎬ有与直流电动机相同的线性㊁恒定转矩ꎬ可调节速度的电动机平稳地直接驱动曳引轮ꎬ具有结构紧凑㊁高效㊁节能㊁低噪音等优点[７].１.２㊀曳引机曳引力计算１.２.１㊀计算选用参数案例所选电梯额定载客人数为１３人ꎬ速度为１.６ｍ/ｓꎬ最大提升高度为８０ｍꎬ采用单通轿厢.根据文献[８]ꎬ曳引机计算参数(见表１).表１㊀曳引机计算原始参数参数名称参数代号单位数值空轿厢及其支承的部件的质量Ｐｋｇ１１００.０额定载重量Ｑｋｇ１０００.０电梯的运行速度Ｖｍ/ｓ１.６０紧急制停最小减速度ａｍ/ｓ２０.５０平衡系数ψ/０.４５０电梯的行程高度Ｈｍ８０.０钢丝绳在绳轮上的包角αʎ１６０.０钢丝绳的倍率(曳引比)ｒ/２钢丝绳的数量ｎｓ/６钢丝绳单位长度重量ｑｍｓｒｋｇ０.３４７补偿绳的数量ｎｃ/２补偿绳/链单位长度重量ｑｍｃｒｋｇ１.４９补偿绳/链涨紧装置重量Ｍｃｏｍｐｋｇ０.０随行电缆数量ｎｔ/１随行电缆单位长度重量ｑｍｔｒａｖｋｇ１.２５０系统静载荷Ｍ计算方法如式(１):Ｍ＝２Ｐ＋Ｑ＋Ｑˑψ＋ｎｓˑＨˑｑｍｓｒˑ２＋ｎｃˑｑｍｃｒˑＨ＋Ｍｃｏｍｐ＋ｎｔˑｑｍｔｒａｖˑＨ/２２(１)㊀㊀计算得系统静载荷Ｍ＝２１３５.７６ｋｇꎬ考虑到电梯曳引机在实际工作过程中所承受的偏载㊁冲击载荷等附加载荷ꎬ载荷系数取１.３ꎬ并综合考虑其它因素ꎬ确定曳引力为３０ｋＮ.１.２.２㊀曳引力校核分别考虑轿厢装载㊁紧急制停和滞留三种工况条件下ꎬ计算出曳引轮两侧曳引绳中的拉力Ｔ１和Ｔ２ꎬ当量摩擦系数ｆꎬ对曳引力进行校核[８]ꎬ校核结果(见表２).表２㊀曳引力校核工况轿厢载荷最不利情况Ｔ１/ｋＮＴ２/ｋＮ当量摩擦系数ｆ校核条件校核结果装载紧急制动滞留１２５％额定载荷额定载荷空载空载轿厢在底层轿厢在顶层轿厢在底层轿厢在顶层轿厢在顶层ꎬ对重压缓冲器１３.１５１２.９３１２.６１６.４６６.８０８.７６９.２３８.３２９.７８１.６３０.１９８０.１５００.３９６Ｔ１/Ｔ２ɤｅｆ１αＴ１/Ｔ２ɤｅｆ２αＴ１/Ｔ２ɤｅｆ２αＴ１/Ｔ２ɤｅｆ２α符合符合符合符合２㊀曳引机机座的仿真计算分析２.１㊀三维建模利用三维建模软件ꎬ通过拉伸㊁旋转㊁切除㊁镜像㊁筋㊁阵列等操作ꎬ完成曳引机机座的三维模型.㊀１.２节中计算出的３０ｋＮ曳引力作用在曳引轮上ꎬ通过主轴㊁轴承传递到曳引机机座ꎬ通过力学平衡方程ꎬ得到作用于机座处的受力大小分别为４０.９１ｋＮ㊁１０.９１ｋＮ.９６㊀第５期曹鹏瑶ꎬ等:电梯曳引机机座结构的优化设计２.２㊀仿真计算分析曳引机机座材料为球墨铸铁ＱＴ４５０１０ꎬ其力学性能参数(见表２).在仿真软件中添加材料性能参数㊁网格划分和载荷施加ꎬ得到曳引机机座的变形图和应力图(见图２ ３).表２㊀材料力学性能材料弹性模量Ｅ/ＧＰａ密度ρ/(ｋｇ/ｍ３)泊松比μ屈服强度σｓ/ＭＰａＱＴ４５０－１０１６０７.０６１０３０.２５７３１０㊀㊀图２㊀曳引机机座的变形图㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图３㊀曳引机机座的应力图㊀㊀由图２知ꎬ曳引机机座最大变形为０.３８ｍｍꎬ在允许变形１ｍｍ范围内ꎬ满足刚度条件.曳引机机座为ＱＴ４５０１０ꎬ其许用应力为:[σ]＝σｓｓ＝８８.６０ＭＰａ式中:σｓ 屈服强度ꎬＭＰａꎻｓ 安全系数ꎬ取３.５.由图３知ꎬ曳引机机座最大应力σ为１２８.１７ＭＰａꎬ超出材料的许用应力ꎬ因此曳引机机座不满足强度条件ꎬ需对机座进行结构优化.３㊀曳引机机座的优化３.１㊀优化设计方案由图２分析知ꎬ曳引机机座最大应力在两侧筋处ꎬ筋处的应力分布(见图４).图４㊀机座筋处的应力图㊀㊀分析图４知ꎬ由于筋上㊁下表面与外表面不共面ꎬ且有一定距离ꎬ所以在筋处出现应力集中ꎬ应力值达到最大ꎬ最大值为１２８.１７ＭＰａ.原设计方案下ꎬ筋厚度为２０ｍｍꎬ位于机座支撑板前侧.因此ꎬ优化方案拟从加厚筋的厚度㊁筋与外表面共面和移动筋的位置等方面着手进行优化.３.２㊀优化方案比较分析３.２.１㊀筋加厚方案原设计方案中筋厚度为２０ｍｍꎬ拟考虑将筋加厚ꎬ使筋厚度分别为２５ｍｍ㊁３０ｍｍ㊁４０ｍｍ和５０ｍｍ.通过仿真计算ꎬ计算得到该４种方案下曳引机机座的应力(见图５)ꎬ其最大应力值和最大变形(见表３).０７浙江水利水电学院学报第３０卷图５㊀筋加厚方案下筋处的应力图表３㊀筋加厚方案筋厚度/ｍｍ最大应力/ＭＰａ最大变形/ｍｍ强度条件刚度条件２５１２０.４２０.４０４８２不符合符合３０１１８.９８０.３９６０８不符合符合４０１１６.０１０.３８１５４不符合符合５０１１５.４１０.３１３３７不符合符合由表３可知ꎬ采用筋加厚方案ꎬ可以减小曳引机机座的最大应力值ꎬ但是其最大应力值仍超过材料的许用应力.且随着筋的厚度增加ꎬ最大应力值下降并不明显ꎬ因此筋加厚方案不予采用.３.２.２㊀筋与外表面共面方案由图４知ꎬ曳引机机座应力最大位于筋的上表面ꎬ该表面存在应力集中.因此ꎬ拟考虑将筋与外表面共面作为优化思路ꎬ通过仿真计算得到该方案下曳引机机座的应力(见图６).图６㊀筋与外表面共面筋时的应力图(筋厚２０ｍｍ)㊀㊀由图６知ꎬ筋与外表面共面下ꎬ此时曳引机机座的最大应力值为１０４.８７ＭＰａꎬ与原设计方案相比ꎬ最大应力值已减小ꎬ但仍超过材料的许用应力.因此ꎬ在筋与外表面共面的基础上ꎬ将筋厚度分别设计为３０ｍｍ和４０ｍｍꎬ得到最大应力和最大变形(见表４).１７㊀第５期曹鹏瑶ꎬ等:电梯曳引机机座结构的优化设计表４㊀筋与外表面共面方案方案最大应力/ＭＰａ最大变形/ｍｍ强度条件刚度条件共面且筋厚２０ｍｍ１０４.８７０.４０６２９不符合符合共面且筋厚３０ｍｍ８３.４００.３１５０７符合符合共面且筋厚４０ｍｍ１０１.２００.３７３４４不符合符合由表４知ꎬ当筋与外表面且筋厚度为３０ｍｍ时ꎬ最大应力值为８３.４ＭＰａꎬ满足其强度条件.３.２.３㊀筋位于支撑板中间方案由图４知ꎬ原设计方案中筋位于支撑板前侧ꎬ前侧支承板的应力值大于筋后侧支承板的应力值.因此ꎬ重新设计筋位置ꎬ使筋位于支撑板中间.此外ꎬ结合３.２.２优化方案ꎬ在此方案基础上ꎬ考虑增加方案ꎬ使筋与外表面共面.仿真计算上述两种方案ꎬ得到最大应力值和最大变形(见表５).表５㊀筋位于支撑板中间方案(筋厚２０ｍｍ)方案最大应力/ＭＰａ最大变形/ｍｍ强度条件刚度条件筋位于支撑板中间８７.６００.４４９１符合符合筋位于支撑板中间ꎬ外表面共面８４.３３０.４１９９符合符合３.３㊀最优方案综合上述所有方案ꎬ满足强度和刚度条件的方案(见表６).表６㊀符合条件的方案方案最大应力/ＭＰａ最大变形/ｍｍ强度条件刚度条件筋与机座外表面共面且筋厚３０ｍｍ８３.４００.３１５０７符合符合筋位于支撑板中间筋厚２０ｍｍ８７.６００.４４９１符合符合筋位于支撑板中间ꎬ与外表面共面ꎬ筋厚２０ｍｍ８４.３３０.４１９９符合符合对比上述符合条件的方案ꎬ从节约材料㊁减小应力集中等方面综合考虑ꎬ最终选择第三种方案ꎬ即筋位于支撑板中间ꎬ与外表面共面且筋厚２０ｍｍꎬ其优化方案的曳引机机座三维模型(见图７).图７㊀曳引机机座优化方案４㊀总㊀结曳引机机座的设计直接影响曳引机的工作性能.在额定工况下ꎬ曳引机机座的最大应力出现在筋处.由于该处筋设计时ꎬ筋位于机座支撑板前侧ꎬ且上㊁下表面均与外表面有一定距离ꎬ导致出现应力集中ꎬ不满足强度条件.因此ꎬ对筋处结构进行优化ꎬ通过对优化方案进行仿真分析ꎬ发现将筋上㊁下表面与外表面共面且移至机座中间是最优方案ꎬ且满足刚度㊁强度条件.参考文献:[１]㊀聂英选ꎬ段忠清.物业设施设备管理[Ｍ].武汉:武汉理工大学出版社ꎬ２０１０.[２]㊀«电梯安装维修工快速入门»编委会.电梯安装维修工快速入门[Ｍ].北京:北京理工大学出版社ꎬ２０１１.[３]㊀周㊀卫.永磁同步无齿轮曳引机测试系统的设计[Ｄ].南京:东南大学ꎬ２０１４.[４]㊀郑飞航ꎬ王志刚.曳引电梯机械结构设计[Ｊ].建筑工程技术与设计杂志社ꎬ２０１７ꎬ８(３):１.[５]㊀陈晓燕.电梯控制与拖动技术及其发展趋势[Ｊ].机械研究与应用ꎬ２０１１(４):１２－１５.[６]㊀段晨东ꎬ张彦宁.电梯控制技术[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２０１４.[７]㊀刘㊀勇ꎬ于㊀磊.电梯技术[Ｍ].北京:北京理工大学出版社ꎬ２０１６.[８]㊀中国标准化委员会.ＧＢ７５８８ ２００３(２０１５)电梯制造与安装安全规范[Ｓ].北京:中国标准出版社ꎬ２０１６.２７浙江水利水电学院学报第３０卷。