第一章 绪论
1.1 本课题的意义和研究目的
电梯是装载人或货物升降的机械之一,其中垂直电梯(文中“电梯”均指垂直电梯)是解决高层建筑垂直方向升降运输的主要“交通工具”，更是支撑城市向空中延伸的主要支柱，它对城市的发展及城市的建筑形态有不可估量的影响。随着中国社会城市化进程持续推进，电梯与人们日常生活的联系日益密切，其运行安全直接关系到广大人民的生命财产安全。电梯也是中国《特种设备安全法》中的特种设备，可见其安全的重要性[1]。
现代世界电梯的主流是曳引式电梯，主要结构如图 1-1[2]。
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1.2 电梯用曳引机的国内外研究现状
1.2.1 曳引式电梯发展迅速
1、曳引式电梯的发展
电梯很早就出现在人类生活中，公元前约 1100 年，我国劳动人民，发明了轱辘，它通过卷筒的回转运动完成升和降的动作，可以说是最早形式的“电梯”。公元前236年，古希腊数学家阿基米德设计出一种由人力驱动的卷筒式卷扬机，被大家认为是现代电梯的鼻祖。19 世纪初，欧美开始出现蒸汽机作为升降动力的运货升降机。1852 年美国工程师奥的斯发明了世界第一台安全电梯。它是以蒸汽机为动力、配有安全装置的升降机。1889 年在纽约成功安装了以直流电动机为动力的世界第一台电力驱动升降的升降机。从此诞生了名副其实的电梯。后来人们发明了交流感应电动机，并于 1900 年被应用在电梯上出现了交流电梯。1903 年，美国奥的斯公司在电梯传动机构中，开始采用摩擦绳轮代替卷筒，也就是将卷筒强制驱动改进为摩擦曳引驱动，并逐渐成为目前电梯最广泛应用的驱动形式，图 1-5 为目前各类电梯的比例。
1.2.1 曳引式电梯发展迅速
1、曳引式电梯的发展
电梯很早就出现在人类生活中，公元前约 1100 年，我国劳动人民，发明了轱辘，它通过卷筒的回转运动完成升和降的动作，可以说是最早形式的“电梯”。公元前236年，古希腊数学家阿基米德设计出一种由人力驱动的卷筒式卷扬机，被大家认为是现代电梯的鼻祖。19 世纪初，欧美开始出现蒸汽机作为升降动力的运货升降机。1852 年美国工程师奥的斯发明了世界第一台安全电梯。它是以蒸汽机为动力、配有安全装置的升降机。1889 年在纽约成功安装了以直流电动机为动力的世界第一台电力驱动升降的升降机。从此诞生了名副其实的电梯。后来人们发明了交流感应电动机，并于 1900 年被应用在电梯上出现了交流电梯。1903 年，美国奥的斯公司在电梯传动机构中，开始采用摩擦绳轮代替卷筒，也就是将卷筒强制驱动改进为摩擦曳引驱动，并逐渐成为目前电梯最广泛应用的驱动形式，图 1-5 为目前各类电梯的比例。
第二章 曳引轮过盈连接的理论计算分析
2.1 引言
过盈连接通常用于轴毂类零件的紧密配合，利用轴和毂之间的配合过盈来实现连接，毂为包容件，轴为被包容件。它依靠零件装配的过盈量所引起的径向变形产生向心压力传递载荷。它传递的载荷具有多样性，可以是轴向力、转矩或两者复合而成的载荷，也可以是弯矩。过盈连接是工程设计中常用的零部件装配方法之一，具有结构简单，加工成本低，定心性好，承载能力高，承受变载荷和冲击载荷的性能好等优点，在精密机械、重型机械、起重运输机、电梯等行业得到广泛的应用,例如，齿轮、车轮、轴承与轴的配合，汽轮机叶轮与轴承的配合，曳引机曳引轮与转子的配合等[24]。
在电梯用曳引机机械结构设计中，曳引轮和电机转子通常采用圆柱面过盈连接的配合方式(曳引轮是包容件，电机转子是被包容件)，以保证电梯运行安全和乘客舒适感。 通常，曳引轮的过盈连接设计一般采用《机械设计手册》(新版)第 6 篇第 4 章的过盈连接中的理论。该计算理论以厚壁圆筒为数学模型，用弹性力学的理论计算过盈配合的参数量及强度校核，只适用于连接件的材料变形在弹性范围内[5]。
2.1 引言
过盈连接通常用于轴毂类零件的紧密配合，利用轴和毂之间的配合过盈来实现连接，毂为包容件，轴为被包容件。它依靠零件装配的过盈量所引起的径向变形产生向心压力传递载荷。它传递的载荷具有多样性，可以是轴向力、转矩或两者复合而成的载荷，也可以是弯矩。过盈连接是工程设计中常用的零部件装配方法之一，具有结构简单，加工成本低，定心性好，承载能力高，承受变载荷和冲击载荷的性能好等优点，在精密机械、重型机械、起重运输机、电梯等行业得到广泛的应用,例如，齿轮、车轮、轴承与轴的配合，汽轮机叶轮与轴承的配合，曳引机曳引轮与转子的配合等[24]。
在电梯用曳引机机械结构设计中，曳引轮和电机转子通常采用圆柱面过盈连接的配合方式(曳引轮是包容件，电机转子是被包容件)，以保证电梯运行安全和乘客舒适感。 通常，曳引轮的过盈连接设计一般采用《机械设计手册》(新版)第 6 篇第 4 章的过盈连接中的理论。该计算理论以厚壁圆筒为数学模型，用弹性力学的理论计算过盈配合的参数量及强度校核，只适用于连接件的材料变形在弹性范围内[5]。
它的设计基于以下假设[5]：
1、连接件的应变在弹性范围内，即连接件的应力低于材料的屈服极限。
2、被连接件是两个相等长度的厚壁圆筒，他们配合面之间的压强分布是均匀的。
3、连接件中包容件与被包容件是假定在平面应力状态下的。
4、连接件材料的弹性模量是常数。
5、计算的强度理论按变形能理论。
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2.2 曳引轮过盈连接的理论分析模型
为了保证电梯运行的舒适性，曳引轮与电机转子采用对中性较好的圆柱面过盈连接结构。各大电梯厂家应用的主流曳引机的曳引轮和电机转子的过盈结构通常有如下两种类型，如图 2-1a 和 2-1b。
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1、连接件的应变在弹性范围内，即连接件的应力低于材料的屈服极限。
2、被连接件是两个相等长度的厚壁圆筒，他们配合面之间的压强分布是均匀的。
3、连接件中包容件与被包容件是假定在平面应力状态下的。
4、连接件材料的弹性模量是常数。
5、计算的强度理论按变形能理论。
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2.2 曳引轮过盈连接的理论分析模型
为了保证电梯运行的舒适性，曳引轮与电机转子采用对中性较好的圆柱面过盈连接结构。各大电梯厂家应用的主流曳引机的曳引轮和电机转子的过盈结构通常有如下两种类型，如图 2-1a 和 2-1b。
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第三章 基于数据的曳引轮过盈连接计算分析 .................................. 38
3.1 曳引轮与电机转子的参数数据 .......................................... 38
3.2 过盈连接件的弹塑性变形临界过盈量计算 ................................ 39
第四章 曳引轮过盈连接的有限元模拟分析 .................................... 55
4.1 计算机辅助工程(CAE Computer aided Engineering)介绍 ..................... 55
4.1.1 有限元法介绍 ................................... 55
4.1.2 ANSYS 及 ANSYS Workbench 简介.....................56
第五章 曳引轮过盈连接的实验验证分析 ...................................... 71
5.1 应变测试系统简介 ........................ 71
5.2 模拟实验分析 .................................. 72
第五章 曳引轮过盈连接的实验验证分析
5.1 应变测试系统简介
课题组采用江苏东华测试技术股份有限公司提供的 DHA1520036 动态应变测试分析系统和扬州晶民科技有限公司提供的 JM3813 静态应变测试分析系统。
DHA1520036 动态应变测试分析系统为机械结构的强度和寿命评估试验专门设计，采用独立分布式模块结构，利用直接连接测试扩展控制，见图 5-1。单台计算机可以实现 16 个模块以内的动态应力应变信号并行同步测试和分析，每个采集模块含有 4 个测量通道。整套动态应变应变测试系统能很好的实现针对曳引轮和电机转子套装的动态应力状态在线实时监测及远程数据传输的功能。
课题组采用江苏东华测试技术股份有限公司提供的 DHA1520036 动态应变测试分析系统和扬州晶民科技有限公司提供的 JM3813 静态应变测试分析系统。
DHA1520036 动态应变测试分析系统为机械结构的强度和寿命评估试验专门设计，采用独立分布式模块结构，利用直接连接测试扩展控制，见图 5-1。单台计算机可以实现 16 个模块以内的动态应力应变信号并行同步测试和分析，每个采集模块含有 4 个测量通道。整套动态应变应变测试系统能很好的实现针对曳引轮和电机转子套装的动态应力状态在线实时监测及远程数据传输的功能。
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结论与展望
一 结论
随着电梯曳引机结构朝着轻薄化方向发展，曳引机各个零部件的设计余量将越来越小，这对工程设计人员提出了更高的设计要求。本论文在曳引轮过盈连接的设计从弹性理论扩展到弹塑性理论并引入圆孔结构拓展了理论厚壁圆筒模型，不仅能提高工程设计的精度，也符合曳引机结构的发展趋势。通过研究得到如下结论：
1、 曳引轮过盈连接结构的强度在弹塑性理论下数值模拟结果比在弹性理论条下的 结果精度高，更能准确反映过盈连接结构的实际情况。
2、 在过盈连接结构设计和校核过程中，曳引轮中的圆孔对过盈连接结构的强度影 响是很大的，工程设计人员必须合理的安排圆孔的尺寸和位置。
3、 通过计算分析得知，即使在小于最大安全系数条件下算出的不产生塑性变形的 最小过盈量情况下，由于圆孔的应力集中效应，曳引轮的圆周周围仍然会发生塑性变形。
4、 通过本论文的研究，发现工程实例中曳引轮的断裂失效是较大的过盈量叠加圆 孔应力集中效应、材料残余应力和曳引轮加热套装时的热应力三种因素共同作用的结果。
5、 本论文对曳引轮过盈连接结构设计分析是合理的，对工程设计人员有一定的参 考价值。
参考文献（略）