电梯轿厢结构设计Word格式.doc

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①重边力在轿厢侧：

4）当轿厢空载起动下行或以额定速度上行制动时，

①重边力在对重侧：

式中：

G——轿厢自重N

Q——额定载重量N

Wd——对重装置重量NWd=G+kQ

其中：

k——对重平衡系数k=0.45～0.5,客梯取k=0.45

A——电梯起、制动加速度m/s2

根据GB7588-1995《电梯制造与安装安全规范》第9章注释之公式中：

变形为:

C1a+a=C1g+g

当0≤V≤0.63时C1=1.10a=0.467

当0.63≤V≤1.0时C1=1.15a=0.684

当1.0≤V≤1.6时C1=1.20a=0.892

当1.6≤V≤2.5时C1=1.25a=1.09

当2.5＜V时C1≥1.25

V——额定运行速度m/s本梯V＝1.0m/s

取a=0.684

G——重力加速度m/s2上海g=9.81

SX——轿厢侧边力N

Sz——对重侧边力N

S1——钢丝绳重边力N

Sz——钢丝绳轻边力N

电梯属于起重机电设备，同时又是轨道运行器，具有超载、超速运行的可能，GB7588-2003第D2篇规定了超载试验时载重量为125％额定载重量；

第9.9章规定了限速器允许运行速度不小115%额定速度。

在以下的强度计算中以此为依据。

除此以外，一般的机械强度计算取安全系数≮1.1

另外，当机械零部受力时，由于结构的不均匀、力的不稳定及受力点的偏差，结构内部会产生剪力、弯矩、甚至扭矩等一系列的复合内应力来平衡外力，计算必须考虑这些复合应力。

本电梯的受力构件所用的材料不低于Q235-A，具有较大的强度屈服极限。

按照莫氏强度理论和现代张力场梁理论及有限元强度理论计算可以得到轻便合理的结构和充分发挥材料的综合强度。

除GB7588强制性规定的计算方法外，一般计算零部件的强度计算按第四强度理论计算综合强度，其理论公式为：

λ=σS/σd或=σ0。

2/σd＞1

式中:

λ——强度储备系数取λ=1.1～1.5为合理

σd——当量应力MPa

τ——剪应力Mpaτ=[Qmax]/Amin

σ——正应力Mpaσ=[Mmax]/Wmin

σn——扭应力Mpaσn=[Mnmax]/Wmin

[Q]——剪切力N，[M]——弯矩N·

m，[Mn]——扭矩N·

m

2.2主要技术参数

轿厢自重GX=960+258（轿底梁）=1218kg

轿门重GM=138kg（包括门、门机）

附加重GF=31kg（包括平层、极限、操纵箱、挂线架等）

轿厢重量G=GX+GM+GF=1218+138+31=1387kg

额定载重量Q=1000kg

曳引机永磁同步无齿轮型

提升高度以井道总高度80m（22层22站）为参照依据

钢丝绳重量Ws=0.347×

148×

5=257kg（5-φ10）

随行电缆重量WD=0.862×

121=104kg（1-60×

0.75mm2）

补偿链重量WL=2×

1.25×

75=187kg

曳引轮直径φ400mm

轿底轮直径φ400mm

曳引比i=2:

平衡系数k=0.45

对重重量Wd=G+0.45Q=1387+45×

1000=1837kg

电动机功率P=5.479kw

电动机转速n=95r/min

额定运行速度V＝1m/s=60m/min

电梯运行机械效率η=0.68

2.3电动机功率计算

根据《电梯与自动扶梯》介绍的计算公式，电机静功率：

PV＝Q·

V·

k/6120η＝1000×

60×

0.475/6120×

0.85＝5.479kW

η——曳引机效率

蜗轮蜗杆传动η＝0.5～0.6，无齿轮传动η＝0.8～0.9。

本梯为2:

1无齿轮传动,取η＝0.85。

2.4曳引能力验算

曳引条件的验算按GB7588-2003第9.3章有以下三个要求：

1.当载有125％额定载荷的轿厢平层时不打滑；

2.轿厢不是管空载还是满载，紧急制进动时的减速度不应超过缓冲器作用时的减速度值；

3.对重压在缓冲器时轿厢不能上行（即对重滞留时钢丝绳应打滑），槽口参数见图2-1。

1.1

1.2

1.3

1.4

2.4.1轿厢平层时钢丝绳不打滑的计算

载荷为Q′=1.25·

Q＝1250kg图2-2曳引槽型

钢丝绳在曳引轮槽中不打滑条件按GB7588-1995计算,即轿厢载有125％

额定载荷位于最低层站及轿厢空载位于最高层站两种不利情况来计算。

其计算公式为：

S1——重边力,S2——轻边力

C1——轿厢的起、制动加减速度系数

（GB7588-1995）

C2——与绳轮槽摩擦系数sin96.5°

的切口槽

C2＝0.993

e——自然对数的底数

f——钢丝绳在绳槽中的当量摩擦系数

μ——钢丝绳在铸铁绳轮中的摩擦系数μ＝0.1

β——曳引轮槽切口角度β＝96.5π/180＝1.684弧度（见图2-1）

1）当载有125％额定载荷的轿厢位于最高层站平层时，重边力S1在轿厢侧，轻边力S2在对重侧：

S1

（1）=（G＋Q′＋WD＋WL）·

ｇ/2=（1387＋1250＋38+187）×

9.81/2=14038N（合力）

S2

（1）＝（Wd+Ws）·

ｇ/2=（1837+257）×

9.81/2＝10271N（合力）

2）当空载轿厢位于最低层站平层时，重边力S1对重侧,轻边力S2在轿厢侧：

S1

（2）＝（Wd＋WD＋WL）·

ｇ/2＝（1837+38+187）×

9.81/2＝10114N

S2

（2）＝（G＋Ws）·

ｇ/2＝（1218+257）×

9.81/2＝7235N

3）曳引系数计算:

efα＝e0.219π＝1.9897

α—曳引轮包角α＝180°

＝π

4）曳引能力的计算:

当载有125％额定载荷的轿厢位于最高最层站时

（S1

（1）/S2

（1））.C1.C2＝（14038/10271）×

1.145×

0.993＝1.554

当空载轿厢在最低层站时

（S2

（2）/S2

（1））.C1.C2＝（10114/7235）×

0.993＝1.589

结论：

重力比值小于曳引系数efα。

即（S1/S2）×

C1×

C2＜efa钢丝绳在曳引轮槽中不打滑。

能满足钢丝绳在曳引轮槽中不打滑条件,符合GB7588-2003第9.3a）条的要求，保证电梯正常运行。

2.4.2轿厢滞留工况钢丝绳打滑的验算

按GB7588-2003第M2提供的公式:

（S1/S2）.C2≥efa，因对重压在缓冲器上,而曳引轮还在转动。

此时重边力S1在轿厢侧:

S1=（G+Q’+Ws）·

g/2=（1387+1250＋257）×

9.81/2=14195N

轻边力S2在对重侧

S2=（Wd+WL＋WD）·

g/2=（0+38+187）×

9.81/2=1014N

（S2/S1）.C2=（14195/1014）×

0.993=15.917＞efa

C2＜efa钢丝绳在曳引轮槽中打滑。

能满足钢丝绳在曳引轮槽中打滑条件,符合GB7588-2003第9.3c）条要求，保证轿厢蹲底时电梯不能运行。

2.4.3电梯导向轮与钢丝绳直径比校核

要求D/d≥40

D/d=400/10=40

D——导向轮直径φ400mm

i2——钢丝绳直径φ10mm

符合GB7588-2003第9.2.1条的要求

2.4.4电梯曳引力矩的计算：

D——曳引轮直径（m）

iY——曳引比iY=2

曳引机额定力矩：

式中：

i1-齿轮比无齿轮为1

η-电梯曳引效率2:

1无齿曳引η=0.9～1

曳引力矩储备系数λ=587.885/539.550=1.089

电梯曳引能力足够

2.5电梯运行速度验算

通过调频电梯运行速度在1.0m/s正负0.01m/s,完全与额定运行速度一致。

2.6曳引钢丝绳强度计算

本电梯选用钢丝绳5根，GB8903-88，验算钢丝绳强度按GB7588-2003要求的安全公式：

SS/S1≥[K]

SS——钢丝绳的最小破断载荷TS=44.0kN

S1——天然纤维芯单根钢丝绳所受的最大拉力

强度储备系数λ=44000/2505＝17.565

符合GB7588-2003第9.2.2条的要求，钢丝绳强度足够。

2.7绳头装置锥套强度计算

受力分析：

当钢丝绳以拉力的型式将S1传给钢丝绳锥套时，锥套的螺纹段以拉应力σ=S1/AL的方式来平衡，而锥套的锥端部分则以张力σZ=S1/AZ的方式来平衡，见图2-3所示:

（φ10锥套杆φ15×

1.5）：

q=P/Aq=S1max/Aq，

σZ·

AZ=q·

Aq。

q—张力MPa

Aq—锥端部分截面积mm2

AL＝πd2/4=π×

13.3762/4=140.521mm2

螺纹为M15×

1.5,小径13.376mm

1）螺纹段的拉应力为：

σ＝S1/A＝2505/140.521

＝17.827Mpa

其中锥套螺杆采用Q235－D，并经锻打，抗拉强度可达σb=460Mpa,在此只用屈服极限（σ0.2）280Mpa来衡量。

强度储备系数λ=280/17.827＝15.707

钢丝绳锥套螺纹段强度足够

2）锥套锥端部分的张力为：

σZ＝S1cos5.15°

/2δL

＝2505×

cos5.15°

/2×

4×

50

＝6.237MPa

5.15°

——锥端斜角

2——锥端的两个面

δ——锥端有效厚度δ=4mm

L——锥端部分有效高度L=50mm

材料为ZG200-400，MPaσ0.2=200Mpa图2-3锥套端部力平衡图

强度储备系数λ=200/6.237＝32.066

钢丝绳锥套锥端部分强度足够

3）螺纹段焊接部位的剪应力为：

τ＝S1/AL＝2050/154.510＝13.268Mpa

锻钢材料［τ］=0.8［σ］=0.85×

280=238MPa

Aτ＝πd2/4=π×

14.0262/4=154.510mm2

1.5,中径14.026mm

强度储备系数λ=200/13.268＝15.074

钢丝绳锥套螺纹段焊接部位部分强度足够,符合GB7588-2003第9.2.3条不小于锥套杆部80％强度的要求,所选用的钢丝绳锥套符合要求。

2.8钢丝绳在绳槽中的比压计算

设定本曳引轮配备的是5-φ10带切口的半圆槽，其计算公式：

S1--轿厢有125%额定负载停靠在最高层站平层时钢绳中的静拉力为：

已知：

S1＝14038N

n——钢丝绳根数n=5

d——钢绳直径d=10mm

D——曳引轮直径D＝400mm

β——绳槽切口角β＝96.5°

则

容许比压：

Vc——与轿厢速度相对应的曳引钢绳速度

P＜[P]

负载比压是容许比压6.899/7.091=0.973倍，符合GB7588-1995第9章“注2.”的要求

2.9轿厢架的强度计算

轿厢架的受力分析:

轿厢架结构见图2-4所示。

轿厢架是轿厢的主要受力部件，它与轿底、轿壁、轿顶和轿厢连接件自轿厢内的载荷及自身重量造成的力，其中轿底承受来自轿厢内的可变载荷，轿顶承受安装维修时的活动载荷，轿壁维持外形和承受轿顶、门机等固定设备的重量和传递来自轿顶的载荷。

来自轿厢的力（G+Q）由轿底传给下梁，其中一部分偏置载荷通过斜拉杆的拉力直接传给立柱，再由斜拉杆传给下梁。

下梁用剪力、弯矩的型式将力传给下托梁。

再由下托梁用剪力、弯矩的型式传给钢丝绳，以束力S1的形式来平衡（G+Q）。

因此，轿厢架的强度计算可把它看作由杆件组成的静定框架结构。

将来自钢丝绳的拉力S1由下托梁、下梁用剪力、弯矩的形式来承受，立柱上

梁不参加受力。

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

2.9.1下托梁的强度、刚度计算

下托梁由两根180×

75×

20×

5的冷弯槽钢组成（剖面见图2-5，剪力弯矩图见图2-6）：

图2-5剖面图图2-6剪力弯矩图

下托梁的外力：

＝（1387+1000）（9.81+0.684）=25049N

给每根下托梁的力：

F1=P·

L1/L1+L2=25049×

860/860+719=13642N

F2=P·

L2/L1+L2=25049×

719/860+719=11407N

下托梁的截面积：

A=ΣAi

=2×

（180×

75-170×

65-140×

5）=3500mm2

下托梁的y方向形心坐标：

yC=∫dAdyC/A=H/2=90mm

下托梁的惯性矩：

JX＝∫dAdy2

（75×

1803-65×

1703-5×

1403）/12=17389167mm4

下托梁的抗弯模数:

WX＝JX/ymax

=17389167/90=193213mm3

下托梁的剪力：

Qmax=F1=13462N

下托梁的弯矩：

M=F2·

L2=13462×

860=11577320N·

mm

剪应力:

最大正应力:

当量应力:

强度储备系数λ=235/60.166＝3.905

结论:

下托梁强度足够

下托梁挠度的计算：

《机械工程手册》第12卷第8章2.3条要求梁挠度不大于1/960

下托梁刚度足够

2.9.2下梁的强度、刚度计算

轿厢的自重和额定载荷呈均布载荷（q）作用于下梁上,其值为

=（1387+1000）（9.81+0.684）/1550=16.161N

下梁由192（340）×

160×

80×

30×

6的冷弯型钢加加强板组成（剖面见图2-7，剪力弯矩图见图2-8）

图2-7下梁剖面图图2-8下梁内外力图

下梁的截面积：

A=ΣAi=192×

6+2×

（148×

6+8×

6+24×

6）=4176mm2

下梁的y方向形心坐标：

yC=∫dAdyC/A

=192×

6×

3+2×

80+80×

157+24×

142）=30.737mm

下梁的惯性矩：

77.7372+2×

（74.737×

37.3692+73.263×

36.6322+80×

76.2632+24×

61.2632）

=17134985mm4

下梁的抗弯模数:

Wmin＝JX/ymax=17134985/80.737=212232mm3

下梁的剪力：

Qmax＝qB/2=16.161×

1550/2=12524N

下梁的弯矩：

Mmax=QB2/8=16.161×

15502/8=4853350N·

剪应力:

最大正应力:

当量应力:

强度储备系数λ=235/23.258＝10.104

下梁强度足够

下梁挠度的计算：

《机械工程手册》第12卷第8章2.3条要求梁挠度不大于1/960

结论：

下梁刚度足够

2.9.3斜拉杆的强度计算

当轿厢在装载乘员时，由于人员的流动，造成电梯的偏载,偏载时

斜拉杆以受拉的形式平衡偏载力矩MP：

F=（G/2+Q）（g+a）L/8

偏载力P如下：

偏载力矩MP如下：

MP=P·

Lq=10494×

177.5=1862685N·

轿厢架斜拉杆及其外力见图2-9所示。

每侧杆力为：

=（609+1000）×

（9.81+0.684）×

177.5/706=4245N

假设轿底重量和额定载重的1/4由四根斜拉杆承受，则每侧杆力：

=（1218+1000）×

（9.81+0.684）/8=2909N

选择外力大的F1=4245N为计算依据，又以每根斜拉杆能承受其中3/4的力为设计原则（受力不平衡），则一根斜拉杆

承担的力为：

F=4252×

3/4=3189N图2-9轿厢架斜拉杆

斜拉杆直径φ12mm，两端螺纹小径d=φ10.106mm。

截面积：

A=πd2/4=π×

10.1062/4=80.214mm2

斜拉杆螺纹部分拉伸应力为：

强度储备系数λ=235×

39.756＝5.911

拉杆的螺纹部分强度足够

2.9.4拉杆座的强度计算

拉杆座M24,螺纹小径d=φ22.752mm,截面积：

A=πd2/4=406.561mm

挤压应力:

14.911＝15.760

拉杆座螺栓强度足够

2.10轿厢面积校核

根据GB/T7025.1-1997规定的Ⅰ类电梯（非住宅楼电梯）的参数、尺寸,1000kg的乘客乘员13人，电梯轿厢尺寸为:

1600×

1400，面积2.240m2。

说明：

本次设计的标准无机房1000kg乘客电梯轿厢尺寸为:

1550×

1420，面积2.201m2，符合GB7588-2003第8.2.1条的要求，比GB/T7025.1-1997的2.240m2,小0.039m2（1.625％），符合GB7588-2003第8.2.3b）之最小有效面积不小于2.15m2的要求。

结论：

轿厢面积符合GB7588-2003第8.2.3条的要求

2.11电梯导轨的计算

电梯在运行时，由于悬挂点及载荷偏离轿厢形心形成偏载力矩，因此造成侧向力作用于导轨上；

另，当电梯失控限速器动作拉动安全钳夹紧导轨使电梯停止运行，因此造成压力作用于导轨上。

使导轨受剪、受压及受弯而变形。

设悬挂点在C，轿厢重心在G，载重重心在Q。

本电梯使用T89/B导轨

主要技术参数有:

截面积A＝15.70cm2

惯性矩Jx＝59.70cm4Jy＝53.00cm4

抗弯模量Wx＝14.50cm3Wy＝11.90cm3