CN87101983A - 升降起重装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种使用升降系统的起重装置，升降系统包括与驱动电动机连接的一齿轮减速器和一卷筒。一主钢丝绳绕在卷筒上而一吊篮自钢丝绳上悬挂下来能作垂直运动。齿轮减速器包括一对分别与齿轮减速器里的输入轴和输出轴连接的小齿轮和大齿轮，输入轴和输出轴以面对面的关系放置。电动机和输入轴连接，卷筒和制动系统与输出轴连接，大齿轮由卷筒轴的外伸部分支承。这个装置能使升降吊篮的运行无噪声和安全。

Description

本发明涉及一种升降起重装置，特别涉及一种具有低噪声和低振动优良性能的、利用平行轴齿轮传动方式的升降起重装置。

使用起重吊篮的升降起重装置领域里，已经知道可将平行轴齿轮传动方式用于齿轮减速器，例如日本专利未审查公开编号为86586/1984上所公布的。

图5和图6示意地显示了上述公开中所述的已有技术升降起重装置的结构。

图示的升降起重装置包括安装升降机的提升间1，安装在提升间1顶部的一机箱2，机箱2的底板2A，固定在底板2A上的支架3A和3B，固定在支架3A和3B顶部的一机架4，由机架4支承的一底座5和介于它们之间的橡胶隔震物6，安装在底座5上的一电动机7，安装在同一底座5上的一齿轮减速器8，与电动机7的旋转轴连接的一输入轴8A和固定在输入轴8A上的由螺旋齿轮形成的第一齿轮8B，第一齿轮8B与固定在输出轴8F上的第二齿轮8D啮合。

上述的升降起重装置还包括一固定在输出轴8F上的传动卷筒9，固定在机架4上的一导向滑轮支承梁10，由导向滑轮支承梁的另一端支承的一轴11，可旋转地安装在轴11上的一导向滑轮12，缚绕在卷筒9和导向滑轮12上的主钢丝绳13，主钢丝绳的一端与升降吊篮17连接，而另一端与平衡重18连接。这里没有详细地表示出一使吊篮停止运动的制动系统，它安装在与电动机7连接的、伸入齿轮减速器8的输入轴8A上。

然而在上述已有技术的升降起重装置里，使吊篮停止运动的制动装置是安装在电动机7的轴上。因此，对于高速升降系统来说，紧急制动时产生的冲力和卷筒9的惯性力一起作用在齿轮组上。结果，超量负载作用在各齿轮上，由此降低了整个升降系统的安全度。

而且卷筒9和第二齿轮8D被固定在输出轴8F的两端，中间由轴承8G支承。然而，由于对置的两轴承之间存在一较长的间隔，由此产生的输出轴8F的挠曲影响了齿轮副的啮合性能，并因此出现了噪声增加的趋势。为了防止噪声的增加，至今仍需或多或少增加各齿轮的直径尺寸。

另外，为了防止噪声在机箱2和/或升降吊篮的周围传播，齿轮减速器8与一般式样的齿轮减速器相比特别需要有低噪声性能。为此，蜗轮减速器至今还在广泛应用。另外，具有较高传动效率的螺旋齿轮减速器最近已开始应用以便节省能量。然而，尽管这种螺旋齿轮减速器提供较高的传动效率，但螺旋齿轮的啮合性能完全不同于蜗轮式。因此，如日本实用新型未审查公开编号为151371/1982中所提到的，如要降低噪声等级，需要配备可以满足日本工业标准规定的最高或较高等级的高精度齿轮，而这将产生生产费用增加问题。为了解决这个问题，上述出版文件进一步指出，螺旋齿轮的螺旋角在20°到30°的角度范围内选择。选定这一螺旋角可以改进齿轮的重合度，由此降低了配对齿轮各自的弹簧常数的变动程度。另外，这样大小的螺旋角可通过多齿啮合来适当地调整个别齿的齿形和齿距等等误差。

根据如上所述的装置，在20°到30°范围内的螺旋角的选定可用来减少传动卷筒9圆周振动的加快。然而，这个圆周振动的加速主要是与电动机7和卷筒9连在一起的旋转轴在旋转方向的振动所引起。因此，为了进一步降低振动噪声级，最终必须采用高精度螺旋齿轮。

因此本发明的一个目的是提供一种升降起重装置，在保证升降系统的安全性和可靠性的同时还能减小尺寸和降低重量，另外还能在低噪声级下高效地运行。

为此，根据本发明，一齿轮减速器包括一对一大一小的螺旋齿轮，被置于齿轮减速器相对两侧的一电动机以及一卷筒和制动系统的组合件，电动机与齿轮减速器的输入轴连接，卷筒和制动系统与齿轮减速器的输出轴连接。卷筒的一个支承部分与齿轮减速器成一整体，大齿轮由卷筒轴的一端所支承，而卷筒与制动系统成一整体。除了这个结构特点之外，本发明成功地改进了配对螺旋齿轮在其旋转平面上的啮合性能。

这个装置能使电动机，齿轮减速器和制动系统的布置紧凑，由此减小了升降起重装置的尺寸。此外，制动系统被安装在齿轮减速器的输出轴上。因此，由于紧急制动产生的冲力，例如一台高速升降机，就不再会直接作用在相应的齿轮上，这样就有可能改进所有升降系统的安全性和可靠性。更进一步，由于个别配对齿轮误差所产生的变载荷通过降低其齿的弹簧常数能被消除。此外，由于增加了各齿的高度（或深度），即使当同时啮合的齿对数目有变化，齿的弹簧常数的急剧变化也能基本上防止。

本发明的上述和其它目的，特征和优点从下面推荐的实施例结合附图的说明中将会变得更明确。

图1到图4示意地说明了根据本发明的升降起重装置的一推荐的实施例的结构，其中：

图1是本发明推荐实施例的正视图;

图2是图1所示实施例的局部剖面俯视图;

图3是图1所示实施例的安装情况俯视图;

图4是图3所示实施例的正视图;

图5和图6示意地说明已有技术中升降起重装置一实例的结构，其中：

图5是包括一机箱的一般实例的纵剖面图;

图6是图5所示一般实例的局部剖面俯视图;

图7是构成本发明推荐的实施例的一组配对齿轮旋转轴垂直方向的一示意剖视图;

图8是图7所示配对齿轮的部分放大图，只显示齿的啮合部分;

图9是一张图表，表示压力角和齿的弹簧常数之间的关系。

图10是一张图表，表示在齿轮发生啮合时处于接触的齿的弹簧常数变化;

图11是一张图表，表示了在压力角变化的情况下齿的弹簧常数和齿形常数变化;

图12是一张图表，表示了噪声和配对齿轮负载系数之间的关系。

图1和图2都是根据本发明升降起重装置的一推荐的实施例，图1是该实施例的正视图，图2是该实施例的局部剖面俯视图。在图1和图2里，利用相同的参考符号来简单地表示构成上述已有技术实例的构件中相同的或类似的元件。

在图示的实施例中包括电动机7和齿轮减速器8。齿轮减速器8的输入轴8A通过联轴器7A和7B与电动机7的旋转轴连接，由螺旋齿轮构成的第一齿轮8B（或小齿轮）固定在输入轴8A上或与输入轴8A形成一体，输入轴8A的两端由安装在齿轮减速器8的不动部分上的轴承所支承。第二齿轮（大齿轮）8D、主动卷筒9和制动鼓9A被固定在输出轴8F上，第二齿轮8D与第一齿轮8B啮合，而制动鼓9A与主动卷筒9连成一体。卷筒9和电动机7置于齿轮减速器8的两侧，输出轴8F的一端由轴承15所支承，另一端由置于齿轮减速器8附近的卷筒9可旋转地支承。第二齿轮8D由靠近齿轮减速器8的输出轴8F的外伸部分所支承，第二齿轮8D与第一齿轮8B啮合。电动机7、齿轮减速器8和轴承15都被固定在一公用底座5上，并且公用底座5也支承着制动部件14，制动部件14通过轴承15的装置与制动鼓9A连接。

图上涉及到的一种高速升降机属于240米/分钟升降速度这一类，如果在这类升降机里使用2∶1的钢丝绳系住系统，在这个系统里一滑轮被安置在一吊篮上，这样就可能增加卷筒的旋转速度。如果卷筒的直径是钢丝绳直径（12毫米）的40倍，即500毫米，并且为了减小电动机尺寸其旋转速度也是1500转/分钟，产生的减速比是4.9，这意味着，对于螺旋齿轮来说，一次减速是可能的。并且，对于具有小于240米/分钟速度的升降机来说，如果电动机的旋转速度通过变压控制或类似的方法能控制在一个较低的范围内，而在这个范围里的经济效益是不低的，一次减速也是可能的。从减少尺寸和降低费用的观点来看，这比两次减速有利得多。

通过这样做，由于电动机7的轴通过联轴器7A和7B与输入轴8A连接，如果联轴器7A和7B是由橡胶制成的挠性连接，那么就可能吸收由电动机7传来的振动，从而便于调整。

此外，由于装有第一齿轮8B的输入轴8A在其两端被可旋转地支承，第一齿轮8B不受由电动机7传送的振动的影响。

装有第二齿轮8D的输出轴8F具有足够的强度（或大的直径）承受卷筒9和制动鼓9A的重量，输出轴8F以外伸方式固定在轴承15的附近。因为，啮合时的振动程度相对于负载程度的变动来说显然小了，这样噪声能被控制在较低的等级上。

此外，由于第一齿轮8B和第二齿轮8D成水平关系放置，而齿轮减速器8的外壳是由一对上下构件组成，配对齿轮之间的中心距可根据其轴承的大小减至最小，而且还容易调节齿的接触。

制动鼓9A不装在电动机7的轴上，而是与固定在齿轮减速器8的输出轴8F上的卷筒9连成一体。这种布置有助于防止在紧急制动时产生的冲力直接作用在各个齿轮上。如若有任何齿轮破碎，制动系统即动作从而使卷筒刹住，由此防止吊篮或平衡重的坠落。此外，制动系统被置于卷筒9的一侧，制动系统和电动机轴端的距离大致等于制动系统和输出轴8F（或卷筒9的轴）的距离。因此，如图3所示，升降起重装置能被置于提升间1顶板上的当中。

此外，如图4所示，起重机通过支架3A和3B被固定在箱底板2A上。如果支架3A和3B之一与卷筒9的中线间隔距离相当于滑轮16A和16B的直径（这些滑轮分别支承吊篮和平衡重），则支架3A起支承件的作用并以2∶1的系绳法支承主钢丝绳的一端。

此外，在解释怎样改进齿轮的啮合状态前，要先说明一下螺旋齿轮噪声的产生和传送。一般齿轮是用这种方法布置的，若干对齿相继地互相进入啮合以便传送旋转。这时，就一般的螺旋齿轮来说，在旋转过程中同时啮合的齿数是变化的。由于这些齿是有弹性的零件，每对啮合的齿变成一振动单位，其弹簧常数周期性地变化。并且由于齿很难做成标准的齿形，因此被动齿轮受到强制位移，这主要是由齿形的误差所引起。再则，由于一般螺旋齿轮的啮合点在轴向方向移动，因此齿轮的轴作为横梁承受活动载荷。以此方式，如动力是通过螺旋齿轮传送，则螺旋齿轮的轴线由于三个强制因素的组合作用而振动，如常数扰动，强制位移和负载点移动。由于这种振动的结果，就产生了卷筒的圆周振动和噪声。

噪声将在下面详细说明。对于齿轮组来说，特别是那种齿轮封闭在齿轮箱的类型，噪声从配对齿轮的啮合部位发散到空间，通过齿轮箱进入人耳里。然而，仅有总噪声的10%到达人耳，其余的90%向外发散，当时由上述齿轮轴线的振动引起的振动力矩从齿轮的旋转方向转变成径向和轴向振动力。因此，为了降低螺旋齿轮组的振动噪声级，上述三个因素的值必须降低。这样，除非提高齿轮的制造精度才能降低强制位移。如上所述，直接影响噪声级的是在齿表面波动的载荷，由强制位移和齿的弹簧系数一起增加而得。因此可见，如果降低齿的弹簧系数，就不需要提高齿的制造精度。另一方面，为了降低振动率的因素，配对齿轮的接触比可以增加以便降低齿的弹簧常数的波动范围。这样，最好各种接触比的横向接触比按照由于负载点的移动所产生的干扰来增加。齿的弹簧常数可用公式计算以获得齿的偏转程度，这已在“日本机械学会出版的论文集15卷59号”（a    collection    of    papers    issued    by    Japan    Mechanics    Association，Vol.15，No.59）上介绍过。

齿的压力角和高度（或深度）可有多种变化。其结果将在下面结合附图7到10来描述。

图9显示了当压力角（α）变化时在法线之间齿距（t）处一对啮合齿的弹簧常数的变化，除齿根部分（或间距）（c）以外的齿顶高（h）和齿根高（h）作为一个模数，即全齿高齿。

图10表示了一对啮合齿（曲线a）的弹簧常数（K）的变化和一对配对齿轮（曲线b）的变化，它是在齿轮之间的啮合进行时，即接触点变化时形成的变化中所得。这样，齿具有-JIS（日标）标准齿形，其压力角（α）为20°，齿高（或深度）（h）是标准齿高。在图10中，由（1）表示的长度表示接触点移动的距离，沿齿的接触线测得，（t）表示相邻法线之间的齿距。（1/t）表示横向接触比，在此例中约为1.68。当啮合从（A）点向（B）点前进时，同时啮合的齿的对数按两对、一对、两对的方式变化。这引起弹簧常数（K）的突然变化，如图所示。图10的虚线表示当齿顶和齿根被当作1.1模数时从齿的高度（或深度）（h）计算中所获得的结果。由于高度（h）增加，接触点移动的距离[（A）和（B′）之间]被延长，即（1′）。同样，两对啮合[曲线（b′）]和一对啮合[曲线（a）]之间齿的弹簧常数（K）的变化不会如此突然，如高度（h）等于一个模数那样的结构。

用于齿轮减速器8的齿轮，如图7所示，各有一个17度的压力角（α）和相当于1.25模数的深度（h）。

从图8到图10可以看到，如果仅仅考虑齿的弹簧常数（K）值和光洁度的变化，则压力角（α）较小时较好，高度（h）较高时较好。然而，压力角（α）受齿的强度限止，而齿的高度（h）受切齿时的妨碍和/或升降系统操作的限止。

图11是一张图表，其中压力角（α）沿水平轴线绘出，齿的弹簧常数（K）曲线参照20度的压力角（α）沿垂直轴线绘出，作为齿高应力和单位模数切向载荷和单位表面宽度之比的齿形常数（y）沿另一垂直轴线绘出。在图11中，齿的弹簧常数用实线表示，而齿形常数用虚线表示。必须注意，在这个说明书里引用的齿形常数（y）被称之为应力-齿-齿形常数，因而当此常数的值增加时，就同样程度的载荷而言应力等级增加了。从图11中可以看到，当压力角（α）在15度到18度范围时，应力的值不会过度增加（例如，在压力角是20度时等于或小于1.7倍），而弹簧常数（K）的值能被相对地降低。

啮合齿之间的干扰取决于齿轮齿的齿数选择和齿顶高变位系数，另外还涉及到压力角（α）。虽然说明和描述这种干扰是困难的，但在上述压力角15度到18度的范围内可以计算出来，条件是小齿轮的齿数最大限止在35以下。最好此数减小，因为它决定构成齿的振动噪声基本频率的接触频率。从结果上可发现，1.35模数是上限。此外根据本实施例的齿轮具有17度的压力角和1.25模数的高度，并具有与普通齿轮一样的齿数，齿宽，螺旋角和精度，这样形成的普通齿轮具有20度的压力角和一标准齿高（即高度或高是1模数）。本实施例齿轮和普通齿轮置于同样的齿轮箱里以便测出各个齿轮产生的噪声级。因此可以得到图12所绘出的结果。

图12显示了声压强度相对于接触频率分量的变化，接触频率分量就是基本频率结合载荷系数。含有符号（◎）的一条线对应于这里推荐的实施例，含有符号（X）的一条线对应于普通齿轮。从图12中可以看到，当载荷系数为30%或更多，就会在这两者之间存在10到14分贝（dB）的差别。

从前面的叙述中即可理解，在根据本发明的升降起重装置里，齿轮减速器包括一对轴是互相平行的齿轮，齿轮减速器设置在中间，电动机以及一对卷筒和制动系统被分别置于齿轮减速器的输入轴和输出轴上。这个装置能降低设备的尺寸和重量，并能使各部件布置紧凑。另外，由于制动系统与卷筒成一整体，作用在齿轮上的载荷小于作用在已有技术中的齿轮上的载荷。因此，本发明在安全性和可靠性方面是优越的。

此外，本发明的升降起重装置可以降低由于齿轮啮合所引起的噪声和振动的等级，该装置具有一螺旋齿轮式的齿轮减速器，不会降低齿轮的强度和出现在齿轮制造时的不利情况。因此有可能降低传送到升降机吊篮和建筑结构最上层附近住房的振动和噪声级。因此，各种隔音措施较之已有技术能被减少，此外，如果一般隔音措施没有变动，则噪声和振动等级能进一步降低，从而就可能提供廉价的、运行无噪声的升降起重装置。

Claims (5)

1、一升降起重装置具有与驱动电动机和卷筒连接的齿轮减速器，绕在所述卷筒上的主钢丝绳以悬吊的方法支承一吊篮，以使所述吊篮能上下运动，所述齿轮减速器包括一对一大一小的齿轮，所述的小齿轮和大齿轮分别与所述齿轮减速器里的输入轴和输出轴连接，所述输入轴和输出轴以面对面关系放置，所述的驱动电动机被置于所述输入轴的一侧，所述卷筒和一制动系统被置于所述输出轴的一侧，所述卷筒的一个轴承与所述齿轮减速器的齿轮箱成一整体，所述大齿轮由所述卷筒的轴以外伸方式支承。

2、根据权利要求1所述的升降起重装置，其特征在于，所述制动系统与所述卷筒成一整体，并且前者包围着后者的一部分。

3、一升降起重装置具有一驱动电动机和一与卷筒连接的齿轮减速器，主钢丝绳绕在所述卷筒上并以悬吊的方式支承一吊篮以使所述吊篮能上下运动，所述的齿轮减速器包括一对一大一小的螺旋齿轮，所述螺旋齿轮具有一15度到18度的压力角。

4、根据权利要求3所述的升降起重装置，其特征在于，所述螺旋齿轮具有一1.1到1.3模数的齿根高，这个数值是从齿高里减去齿顶高和一齿根得到的。

5、一升降起重装置具有一与驱动电动机和卷筒连接的齿轮减速器，主钢丝绳绕在所述的卷筒上，并以悬吊的方法支承一吊篮以便所述的吊篮能上下运动。所述的齿轮减速器包括一对一大一小的螺旋齿轮，所述的小螺旋齿轮和大螺旋齿轮分别与所述齿轮减速器的输入轴和输出轴连接，所述的输入轴和所述的输出轴以面对面的关系放置，所述驱动电动机安装在所述输入轴的一侧，所述卷筒和一制动系统被置于所述输出轴的一侧，所述卷筒的一轴承与所述齿轮减速器的齿轮箱成一体，所述大螺旋齿轮由所述卷筒的轴以外伸的方式支承，所述螺旋齿轮具有一15度到18度的压力角。

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