自动扶梯的设计.docx

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自动扶梯的设计

自动扶梯的设计

摘要

自动扶梯是机电一体化中的代表类型。

近年来自动扶梯的快速成长,不但达到了社会的需求,而且促进了各行各业的进展,效益明显。

促进了新产品的研发和产品质量的提升。

在这样的情况下,普及扶梯技术,研究扶梯技术已成为首要任务。

自动扶梯是一个电气和气动的驱动装置，能够为乘客提供一个向下和向上倾斜的圆形运动梯。

它拥有特别结构和具有特别结构的两个皮带输送机的组合。

它可以用来在不同高度之间循环使用。

为了给人们乘梯带来更好的体验，而且声音小运行稳,。

因此降低噪声和振动频率是扶梯技术的主要研究项目。

自动扶梯的三个组成部分中最重要的是电动机。

其工作原理是:

电动机带动扶梯的传动机构来使导轨上的滚轮转动,带动梯级往复运动,执行传送任务,通常把电动机、主传动机构和附加的制动与限速装置假设为一个整体,这个整体就被叫做驱动机。

关键词：

自动扶梯的结构；驱动机的结构；扶梯的结构设计

Abstract

Escalatorisarepresentativetypeinmechatronics.Inrecentyears,therapidgrowthofescalatorshasnotonlymettheneedsofthesociety,butalsopromotedthedevelopmentofallwalksoflifewithobviousbenefits.Thecontinuousformationof"escalatorfever"willfurtherpromotetheresearchanddevelopmentofnewproductsandtheimprovementofproductquality.Undersuchcircumstances,popularizingescalatortechnologyandresearchingescalatortechnologyhavebecometheprimarytask.

Escalatorisanelectricandpneumaticdrivingdevice,whichcanprovideacircularmovementladderthatinclinesdownwardandupwardforpassengers.Ithasaspecialstructureandacombinationoftwobeltconveyorswithaspecialstructure.Itcanbeusedforrecyclingbetweendifferentheights.

Inordertomakepassengerscomfortableandnotproducenoisepollutionaround,themainrequirementsforescalatorsaresmoothoperationandlownoise.Therefore,reducingnoiseandvibrationfrequencyisthemainresearchprojectofescalatortechnology.

Escalatorconsistsofpowersource,transmissionmechanismandexecutionmechanism.Itsworkingprincipleis:

themotordrivesthemaintransmissionmechanism,chaintransmissionmechanismandmanyrollerstodrivethestepstomovebackandforthandperformthetransmissiontask.Generally,themotor,themaintransmissionmechanismandtheadditionalbrakingandspeedlimitingdeviceareassumedasawhole,whichiscalledthedrivingmachine.

第一章绪论

1.1自动扶梯的研究背景

自动扶梯有一些和别的结构不同的特点。

他有着链式输送机和胶带输送机这两种元素，然后他们两个结合之后，共同组织才会成我们想要的自动扶梯。

自动扶梯通常是在一些高楼层或者比较高的大楼之内或者之外，用来传送人的一种机器。

发了存在，给人们带来了极大的便利。

它能够减少人们的运动量，减少两地之间的距离，减少原来去到两地所用的时间。

所以有人说自动扶梯是大型商场救命稻草，他让许多患懒癌，或者因为商场过大难以走动这些问题而拒绝去逛商场的人都有了去商场的欲望。

同时，自动扶梯的出现也给治理人员带来了便利，它能够有效地防止安全事故的发生，能够有效地组织人流，还增加了把火车站，商场等做大的可能性。

自动扶梯的出现是一个历史性的标志，他将能够带领着我们走向更加文明有序的未，同时也对我们的物质生活产生了极大的影响，能够促进经济消动，拉动消费等。

1.2自动扶梯的国内外研究现状

自动扶梯已经存在了将近80年了，也算是一位白发须须的老人了，所以他已经能够成熟稳重的存在于现在的市面上了，并且能够进行稳定的工作，拥有可靠的安全性。

但是事情总是进展的，电梯也不可能一成不变，所以现在各大电梯公司也正在朝着节能环保等科学的领域去研究自动扶梯，让自动扶梯不断的进步，不断的完善。

他们也在这些方面投入大量的人力，物力，财力去表明自己能够做好自动扶梯的决心。

（一）节能

1、自动调节电压法

这个方法就是与自动化的知识相结合，我们通过电机能够承受的最大的工作量，然后去调一个适当的电压，尽量把它调到最小，这样就能够减少功率的输出，减少损耗，让它的能耗最小。

最新型最先进的节能器，是通过瞬间检测的方法来检测电流，电压，电量等能耗信息。

他会等在电机全部运行之后，在某一瞬间实时检查电机的各种有关电量的信息，并且自动的去调节电压的，让他们能够达到自己的最舒适的值，然后成为一个最佳状态。

成为能耗最小的电机。

但是节省能量也会因为电机的不同而效率不同，这个主要还得看电机本身能够承受的最大容量。

2、“自动重新启动”运行模式

我们村和周围看到，如果没有人在站在自动扶梯上的还自动扶梯会停止，停止运行。

但是当有人站上去的时候，自动扶梯又会自己启动，进行运行。

这种模式已经在很多商场中都已经开始被运用，并且得到了很多人的一致认可。

不论是治理层还是消费者，都已经能够接受这种运行模式。

他的节能量相当的大，所以说，这种自动模式也将成为扶梯运行模式的标准模式。

但是这种模式还是有一个不好的地方，就是它的节能量还得取决于电梯停或者运行的时间长短，如果一直有人站在上面，或者电梯停顿和运行的间隔时间太短，节能量就并不理想。

除了上面我们所说的以外，这种模式还能够减少这种周边和其他零件之间的一部分摩擦，能够让扶梯运行的年限更长一些。

（二）环保

我们宿舍接的自动扶梯是用了齿轮磨合的方法来控制扶梯的运行走动。

这样的话润滑油的参加就显得比较多余，所以说我们就不使用润滑油，如果润滑油不参加扶梯的运行，那么我们得这个节扶梯就是一个绿色扶梯，比较环保。

而老师的电梯都是采纳链条的方式来进行控制扶梯的走动运行，这样的话就一定要使用润滑油，肯定会造成一定的污染。

1.3自动扶梯的研究意义

上文中我们说到这种扶梯的出现，给不论是消费者还是治理者，都带来了极大的便利，并且大大提高了聚集人群的安全性。

所以自动扶梯的存在是一件非常有意义的事情。

并且各大扶梯公司也正在践行热忱的制造活动，都在猛烈地推出各种新的产品，新的品牌。

。

从今之后，扶梯将会朝着环保，节能，绿色的方向进展，除此之外，他还将朝着高速的方向进展，做到高速扶梯，绿色扶梯。

自动扶梯也将会成为人类的历史上的一个标志，成为某些事情比较重要的分水岭。

我们期望自动扶梯的光明未来。

1.4本文的主要内容

我们这个设计的主要内容就是集中群力，主要去商议研究如何能够制造出一款性能更好的自动扶梯。

性能方面，也就是能够让电梯运行得更加平稳一些，然后将电梯和周围零件的摩擦减少，再加上削减电梯运行时的噪等问题。

要解决以上的问题，我们一定谈到的一个主要元件就是驱动机。

驱动机的作用就像计算机中的CPU一样，它是整个系统的心脏和大脑，一个自动扶梯工作性能良好的基础就是拥有一个稳定可靠的驱动机。

第二章自动扶梯的驱动机结构设计

上面说了，驱动机是自动扶梯中不可缺少的重要部分，它决定着整个扶梯的性能好坏。

驱动器能够控制自动扶梯的运行，减速或者反转，是驱动机整个系统的重要组成部分。

当自动扶梯需要提速时，是驱动机在促使它提速。

当自动扶梯需要减速时，是驱动机在控制他减速。

当自动扶梯需要逆转运行的时候，也是驱动机在控制他反向运行。

2.1驱动机应具备的条件

2.1.1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，防逆运转器及机架组成。

图1扶梯的结构

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，同样逆运转时亦可体车。

整个驱动机固联在机架上。

2.1.2驱动机的技术要求

（1）具有较高的强度

即驱动机需要有较高的可靠性，能够有较长的工作时间，不会在短暂的时间内就出现问题，不能够使用，这是对所有机器都应该满足的条件基本。

（2）具有较高的传动效率

效率是任何事物都应该追随的完善体现。

我们的传动效率也应该在良好的设计之下被大大的提高，这也是确定其最有利的竞争条件。

效率的高低也反映了能耗的多少，也就是我们这次设计的主要商议问题。

我们应该通过深入研究调查与设计去提高传动效率。

（3）具有较高的体积载荷

提前在和的概念是一个除法的概念。

也就是传统效率除以传动体积得出来的商就是体积载荷。

这个要求驱动器一定拥有比较大的效率和比较小的体积，这样得出来的驱动机就是完善的。

既能够比较高功率地工作，又不占用太大的空间。

（4）要满足扶梯的要求

扶梯一定要平稳，并且能够保持在一种人类可以接受的速度上。

并且扶梯要具有十分可靠的安全性，因为扶梯的乘坐人员包含着各类人士，所以各项人的安全问题，都应该被考虑进去。

（5）具有较低的噪声和振动

噪声是大型商场和车站，十分令人烦躁的一件事情，所以说自动扶梯的设计一定要幸免较大的噪声，给人们一个良好舒适的环境，这样自动扶梯才能够得到普遍的接受，然后被普遍的应用，才能成为一种产业，得到良好的进展。

并且扶梯不能有较大的震惊，要十分的平稳。

（6）应具有合理的结构设计

换一个设计既包括内在也包括外在，既要好看，优美，朴实大方，又要内部简洁易行，安全平稳，成本低廉，环保便利。

2.2驱动机主传动机构的选用

2.2.1主传动机构的选择原则和依据

正如上文所说驱动机应该能够进行可靠，平稳的运行具有较高的安全性。

在此基础上，还应该提高驱动机的效率，同时还要减少驱动机的体积，让它们两个的商能够足够量的变大。

依据就是在这实际运行过程中出现的各项问题，比如有的封闭空间，通风性差，血容积是否能够在通风性差的环境里正常运行。

比如有的特别场所需要经常运行重物，自动扶梯能否在经常运送重物的条件下正常运行等。

生活中所有的问题都是对自动扶梯进行改造设计的依据。

2.2.2传动机构的性能及对比分析

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，有过载爱护能力、结构简洁、工艺性好、成本低，但传动比不恒定，滑动率大，传动不范围小、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。

格外指出，齿形带吸取了链传动及带传动的优点，克服了其不足，已成为有进展前途的传动机构。

链条传动，由于一方如果出现问题，就会引起好多好多机器产生接连效应，都会产生别的问题。

比如运行不平稳，总是抖动，并且能够出现很大的噪声，或者试运行不柔滑，经常出现摩擦，减少扶梯的使用寿命，甚至会产生滑落链条的事故等。

齿轮传动式当前被普遍认为最好的一种传动方式，他有了许多其他的传动方式不能够相比的优点。

齿轮传动尾，因为他各项优点成为了传动方式行业的香饽饽。

齿轮传动的种类非常的多，琳琅满目，各式各样，但是我们在选择齿轮是不能够随意选择，一定要根据自动扶梯的特点，自己驱动动机的特点，去选择啮合程度比较高的齿轮，保障资源的自动扶梯能够进行正常的活动，能够使自动扶梯的优良性发挥的最好。

可以通过国内外形势比较，去选择一款最适合自动扶梯的齿轮。

2.3驱动机的机构形式

2.3.1立式和卧式驱动机

最近在市面上卖的比较多的也就是立式和卧式驱动机了。

这是两个非常大的种类，虽然说他们在使用上没有什么差别，甚至风格都相同，但是他们内部的结构十分不同且复杂。

但是立式的一般比卧式的占用的空间小，安装起来比较便利，所以也会比较受欢迎，从市场来看卖的比较多。

2.3.2整轴式和分轴式驱动机

如果按照驱动机的内部结构来分类的话，我们可以将驱动机整个分位两大类，分为整轴式和分轴式。

我们可以从名字中看出郑州市，也就是将许多元件整合在一起的一种方式来形成一种内部结构。

电动机轴和主传动机构的高速轴也就是整轴式主要组成部分，他们两个一般都在这种结构中结合在一起。

相反的，分轴式就是两种工作轴不结合在一起。

前面我们提到的卧室齿轮副驱动机一般都是分轴式的，如今他还不具有分轴式这种结构的驱动机。

而立式蜗杆副驱动机一般分为两种，一种是整轴的，一种是分轴的，这两种它都包括。

对于现在的使用条件来说，整轴式的驱动机在西欧，美国这些地方都非常的受欢迎，非常吃香，他们都以整轴式的驱动机为最普遍使用的驱动机，而我们国内使用的整轴的驱动机一般都是蜗杆副驱动器。

九三太工大电梯实业公司也设计生产整轴式蜗杆副的驱动机，因为这些的启动机结构比较合理，机构也比较合理，所以说能够比较完善的达到我们所预想的优良的效果，他的安全性比较好的比较高，结构也比较完善，所以说他能够达到较高的质量。

整轴式的驱动器与分轴式驱动机相比，整轴式的驱动机的优点在于它结合了好多驱动机的特点，正在朝着小体积，高效率的方向走去。

第三章自动扶梯结构设计与安装工艺

3.1自动扶梯的主要参数

自动扶梯的主要参数有：

提升高度H，理论输送能力Ct，额定速度v，梯级宽度Z1，及梯级的倾斜角度

等。

1）提升高度H：

建筑物上，下楼层间的高度。

取H＝5m，为小提升高度。

我国目前生产的自动扶梯系列为：

小提升高度H=3~10m，中提升高度H>10~45m，大提升高度H>45~65m。

2）理论输送能力

：

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：

式中：

——理论输送能力（人/h）

k——承载系数，与踏板名义宽度Z1有关。

取k=2.

当Z1＝0.6m时，k=1；当Z1＝0.8m时，k=1.5；

当Z1＝1.0m时，k=2。

v——额定速度（m/s），取v=0.50m/s

——梯级深度（m），梯级深度一般为0.4m，取Y1=0.4m

所以

=3600×

=9000（人/h）

3）额定速度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。

如果太快，影响乘客顺利登梯，满载系数反而下降。

反之，速度太慢时，则不必要地增加了乘客在梯上的停留时间。

因此，正确选用额定速度十分重要。

扶梯额定速度v一般为0.50m/s、0.65m/s、0.75m/s三种。

取v=0.50m/s扶梯运行速度与满载系数

紧密相关，根据现场实测数据并经线性回来，得

＝1.1－0.6v=1.1-0.6×0.50＝0.80

所以，实际输送能力

（人/h）

4）梯级名义宽度

：

目前我国自动扶梯梯级名义宽度有三种规格：

0.6m、0.8m、1.0m，取

=1.0m

5）倾角

为

3.1.1选择蜗杆传动的类型

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。

导轨系统能够起到什么作用呢？

它的作用就是在于能够作为一种基底，去支撑承受梯级的主轮和辅轮。

能够承受他们所带来的压力负荷。

能够保证他们按照正常的轨迹进行运行，并且能够保持稳定，防止意外的出现，或者是导轨的偏离等发状况。

下图就反应了导轨的一些可见部分。

图2扶梯导轨图

ZC蜗杆副其定义如下：

一个圆柱蜗杆，其轴平面或法平面的齿廓是一段圆弧或是圆环面包络面的平面截线时，称这种蜗杆为圆弧圆柱蜗杆，简称ZC蜗杆，齿形C。

ZC蜗杆与其直接或间接展成加工的蜗轮相配所组成的蜗杆副称圆弧圆柱蜗杆副，简称ZC蜗杆副。

轴向圆弧圆柱蜗杆副（ZC3蜗杆）（齿形C3）

当导程角较小时，蜗杆有良好的切削工艺。

若采纳硬齿蜗杆，所用磨齿砂轮的刃面不是环面，其刃廓是近似圆弧的复杂平面曲线，故砂轮刃面不好修形，ZC3蜗杆磨齿工艺不佳，精度较低。

3.1.2齿面接触疲劳强度校核

（1）求传动效率

蜗杆传动的啮合效率

=

=0.894

搅油损耗的效率

，一般

=0.94～0.99，取

=0.96。

轴承效率

，每对轴承效率

=0.98～0.99，取

=0.98。

所以，

=0.841

（2）求所在齿上的切向力Ft2

（3）求齿面上的接触应力

按参考文献【3】中，式16.5-13

Zm=

Zz——齿形系数，查参考文献【3】表16.5-41；取Zz=0.638

————蜗轮平均宽度；

所以，

（4）求接触疲劳极限

按查参考文献【3】中式16.5-16

查表16.5-42，得

查表16.5-43，按工作小时

，得

=0.7

查表16.5-44，按

m/s，得

——载荷系数，当载荷平稳时

=1

所以，

（5）安全系数校核

按参考文献【3】中，式16.5-12

>

合格

（由

m/s查表16.5-45，可选用8级精度，

3.2驱动机安装中应实现的技术指标

安装是能够获得优良的驱动机的最重要，最关键，也是能够直接体现一个驱动机是否成功完成的最重要的部分。

驱动机本身是一个非常大的整体，但是如果要体现这个驱动器的所有功能和工艺的话，一定要通过最终的安装来体现来完成。

所以安装就在一个驱动器的顺利诞生中有足够重的重量。

我们要拿出十分的精神去完成，去完成驱机的安装，所以我们不能马马虎虎，并且丝毫不能大意。

轴窜量也有着非常重要的作用。

他不会非常严峻地影响的驱动机的使用年限，但他是决定着驱动机是否能够正常运行的重要依据。

驱动机是否能够正常的进行操作运行，全部都靠轴窜量来决定。

同时轴窜量是引起噪声和振动的罪魁祸首。

噪声和振动真的都是有轴窜量的大小来决定的。

看到这里，我们就知道轴窜量是对一个驱动器是如何的重要了，控制轴窜量迫在眉睫。

装配装配，既要装又要配。

但是虽然装配连在一起，并且既要装又要配，但是他们二者的重要性还是不一样的。

装配中比较重要的肯定是配。

拿着最好，最优良的零件，但是他们不一定能够配出最好，最优良的驱动机，甚至会配出最渣，最垃圾的驱动机。

只有进行好精心的设计，画好合理完善的设计图，然后再根据设计图进行细心的配置，我们才能够获得一台完善的驱动机。

只有精心才会出精品。

设计驱动机也要像人一样，既要注意外在美，也要注意内在美。

我能出来，应该重视外部的造型美观，朴实大方，还要重视有关铸造的缺陷，你玩内部结构的问题等。

使用的油漆等质量应该遵循国家标准，不要犯原则上的错误。

最终的跑合肯定是要作为一个整体的运行。

在整机系统下进行考核，不能够单独的运行。

3.2.1驱动机安装工艺流程

其实对于计算机的安装来说，并没有一个十分严谨，十分严格的规定系统。

下面我们就拿整轴式蜗杆副驱动机这一种整合式驱动机的例子作为代表，去给大家简洁的介绍一下它的安装工艺:

首先是零件的选择。

对于各项零件，我们应该按照不同的角度，尺寸以及优良性能，性质等新型最优的选择。

要用准确度比较好的尺子去量好每一个零件的尺寸。

最终选择最良好的各项零件，严谨地组合在一起。

在驱动机安装前，要对制动轮，蜗轮，风扇等零件做净平衡，直到随意平衡为止。

对所以零件进行清洗，然后用不起毛的布擦干，放在没有污染的架子上并盖好，以备安装时应用。

所有的零件在进行进一步的工作之前，都应该去进行一个深度的清理，把其表面的余砂或者铁锈等清理干净，可以用打磨等方法来进行。

在最终的安装之前还要进行一次彻底的清查，一定不要让零件表面残有杂物质。

在经营香兰最终的检查之后，要即刻涂上防锈漆，防止其生锈，注意一定要准时，因为干净的零件表面是非常简单被氧化的。

（1）安装蜗杆轴系零件

步骤：

1）制动轮要装在蜗杆轴上（不许用重锤击打）；

2）转子在300～350的恒温下，保持2h后也装在蜗杆轴上（一次到位）；

3）精车后精磨转子外圆达到尺寸要求，同时精磨制动轮外圆0.05mm；

4）冷压装入靠近蜗杆轮齿的两个角接触球轴承；

5）安装风扇（动平衡后拆下来）进行动平衡试验。

（2）安装蜗轮轴系零件

步骤：

1）蜗轮压装在轴上（不许用铁锤直接击打）；

2）装上套类零件；

3）热装轴承（不许直接用铁锤击轴承内，外圈）。

步骤：

1）蜗杆轴自重落下放入箱体内，使两个轴承与箱体孔配合（不许用锤击入，配合过紧时可修箱体孔）；

2）测量制动轮的径向圆跳动；

3）测量蜗杆轴的全跳动（测三点）；

4）测量电动机转子的全跳动（测三点）。

步骤：

1）电动机机壳和箱体止口配合固定；

2）测定定子孔的径向圆跳动；

3）测量定子孔与轴的同轴度；

4）测定定子和转子之间的气隙大小（要符合图样要求）。

步骤：

1）轴承支承压盖与电动机用止口配合固定；

2）测量支承压盖内孔的同轴度与径向圆跳动；

3）热装轴承（一次到位）；

4）装轴承盖；

5）测量和调整图样要求的轴窜量；

6）开车转动，耳测轴承是否有异常声响；

7）测量噪声。

步骤：

1）轴向装入蜗轮轴，使蜗杆和蜗轮啮合；

2）装轴承盖；

3）测量轴窜量；

4）检查齿面啮合部位和啮合面积；

5）反复调整和修研啮合部位和面积；

6）测量轴窜量；

7）装密封圈；

8）测量噪声；

9）测量有效振动值。

步骤：

1）逐级加载跑合；

2）测量油温升；

3）检查漏油和渗油现象；

4）测量振动，噪声及轴窜量等应测量的项目。

步骤：

1）安装限速器与防逆运转器；

2）测量其灵活性及技术指标。

步骤：

1