电梯节能化设计

目录

第一章 概述

第二章 电梯的发展史及在现代生活中的应用

2.1 电梯的发展简史 2.2 中国电梯增长概况 第三章 电梯的节能环保趋势

能源问题迫使节能化 客户认可节能

第四章 电梯平衡系统与节能

4.1 平衡系数

第五章 电梯的曳引机

5.1 曳引机的分类与组成 5.2 电动机

5电动机的分类及组成 5 电动机工作原理 5.3 电梯的曳引机比较

5.31无齿轮曳引机的节能时代 5.4 永磁同步碟式马达

5.41 永磁同步电动机工作原理 5.42 V3F 结束语

参考书目摘录

第一章 概述

本文主要简述了电梯在我国的发展简史，以及电梯的一些基本

常识，电梯已经成为现代社会不可或缺的交通运输工具。在矿石资源即将枯竭社会节能环保要求的大背景下，电梯的节能化也在悄悄的进行中，文章着重论述了影响电梯耗能的主要系统、部件的节能化…

第二章 电梯的发展史及在现代生活中的应用

2.1 电梯的发展简史

18年，在纽约水晶宫举行的世界博览会上，美国人伊莱沙·格雷夫斯·奥

的斯第一次向世人展示了他的发明－历史上第一部安全升降梯。19年查尔斯?西伯格加入了奥的斯电梯公司，也带来了自动扶梯这个新名词。 西伯格-奥的斯联合制造了第一部用于公共场所的步进式自动扶梯，它在1900年的巴黎展览会上一展风采。

1份电梯合同——为上海提供2台电梯。从此，世界电梯历史上展开了中国的一页。

1907年，奥的斯公司在上海的汇中饭店（今和平饭店南楼，英文名 Peace Palace Hotel）安装了2部电梯。这2部电梯被认为是我国最早使用的电梯。

1951年冬，党提出要在北京天安门安装1部我国自己制造的电梯，任务交给了天津（私营）从庆生电机厂。4个多月后，第1部由我国工程技术人员自己设计制造的电梯诞生了。该电梯载重量为1 000kg，速度为/s，交流单速、手动控制。

1959年9月，公私合营上海电梯厂为北京人民大会堂等重大工程制造安装了81台电梯和4台自动扶梯。其中这4台AC2-59型双人自动扶梯是我国自行设计和制造的第1批自动扶梯，由公私合营上海电梯厂与上海交通大学共同研制成功，安装在铁路北京站。

1974年，机械行业标准JB816-74《电梯技术条件》发布，这是我国早期的关于电梯行业的技术标准。

1976年12月，天津市电梯厂制造了1台直流无齿轮高速电梯，提升高度102m，安装在广州市白云宾馆。1979年12月，天津市电梯厂生产了第1台集选控制的交流调速电梯，速度/s，提升高度40m，安装在天津市津东饭店。 1982年4月，天津市电梯厂、天津直流电机厂、天津蜗轮减速机厂组建成立天津市电梯公司。9月30日，该公司电梯试验塔竣工，塔高，其中试验井道5个。这是我国最早建立的电梯试验塔。

1985年8月，中国迅达上海电梯厂试制成功2台并联/s高速电梯，安装在上海交通大学包兆龙图书馆。北京电梯厂生产了中国第1台微机控制的交流调速电梯，载重量1 000kg，速度/s，安装在北京图书馆。

1987年，国家标准GB 7588-87《电梯制造与安装安全规范》发布。该标准等同采用欧洲标准EN81-1《电梯制造与安装安全规范》（1985年12月修订版）。该标准对保障电梯的制造与安装质量有十分重要的意义。

1988年12月，上海三菱电梯有限公司引进技术生产了中国第1台变压变频控制电梯，载重量700kg，速度为/s，安装在上海市静安宾馆。

1994年10月，亚洲第1高、世界第3高的上海东方明珠电视塔落成，塔高468m。该塔配置奥的斯公司电梯、自动扶梯20余部，其中装有中国第1台双层轿厢电梯，中国第1台圆形轿厢三导轨观光电梯（额定载重量4 000kg）和2台/s的高速电梯。

1996年8月，苏州江南电梯有限公司在第1届中国国际电梯展上展出了微机控制交流变压变频调速多坡度（波浪型）自动扶梯。

1998年10月28日，位于上海浦东的金茂大厦落成，它是中国最高的摩天大厦，世界第4高。楼高420m，88层。金茂大厦配置电梯61台，自动扶梯18台。2台三菱电机公司额定载重量2 500kg、速度为/s的超高速电梯是目前我国额定速度最快的在用电梯。

1998年，无机房电梯技术开始受到我国电梯企业的青睐。

1999年，GB 50096-1999《住宅设计规范》规定：7层及以上住宅或住户入口层楼面距室外设计地面的高度超过16m以上的住宅必须设置电梯。 2002年6月，国家质量监督检验检疫总局等单位在北京石景山游乐园联合主办了以“为了孩子的安全快乐、为了明天”主题的关于电梯、客运索道、游乐设

施等特种设备的安全宣传教育活动。12月，《中国电梯》编辑部出版了2003年安全乘梯、文明乘梯公益宣传月历，通过漫画的形式向人们介绍安全乘电梯知识。

生活在继续，科技在发展，电梯也在进步。电梯的材质由黑白到彩色，样式由直式到斜式，在操纵控制方面更是步步出新－手柄开关操纵，按钮控制，信号控制，集选控制、人机对话等，多台电梯还出现了并联控制，智能群控，数字；双层轿箱电梯展示出节省井道空间，提升运输能力的优势，变速式自动人行道扶梯大大节省了行人的时间；不同外形的扇形、三角形、半棱形、圆形观光电梯则使身处其中的乘客的视线不再封闭。

2.2 中国电梯增长概况

…

2006年国内电梯和自动扶梯总产量达16.8万台，成为全球电梯市场之首。

根据中国电梯行业协会的统计数字，目前国内电梯的保有量为75万台左右，国内每年销售的新梯正以15万台左右的速度递增，近年来我国备案在册的电梯数量正在以每年高于20%的速度增长，到2008年底将超过100万台，我国将成为全球电梯保有量最大的国家。

第三章 电梯的节能环保趋势

3.1 能源问题迫使节能化

随着油价、能源价格的上涨，现在对绿色建筑的需求越来越大。电梯的能源消耗基本上占整个大楼整体电能消耗的8%，作为一个单一的用电的设备，这个也是一个非常大的比例。如果我们能够运用好的技术的话，可以有很大的机会降低这个方面的能源消耗。现在我们可以说中国的电梯业正在处于一个“绿色科技”之中。环保的无齿轮的电梯技术，迅速代替了传统的液压和有齿轮的技术。我们看一下不同技术的液影技术的消

耗，相对于无齿轮的技术可以节省70%的能源，相对于有齿轮的驱动，可以节省50%的能源。

从90年代末至今，以应用变频、同步技术的电梯才开始向节能化发展。尤其是同步技术的应用，将电梯真正带入了一个节能时代。根据行业权威数据统计，应用同步技术的电梯能够平均能节约20%—40%。也正是在同步技术的引入过程中，行业内涌现了一批节能电梯的先锋倡导者，以身居国内电梯行业大户的西子奥的斯为例，由其于2002年在国内首推的节能无齿轮电梯OH5000系列，应用了永磁同步技术，在能源的节省上同传统电梯相比可以达到44％。目前，作为国内首家将能量反馈技术应用于中低速电梯领域的企业，西子奥迪斯已将其最新节能技术产品——Regen锐进能源再生电梯正式交付楼盘使用，首批该型号电梯已入驻北京龙和时代大道社区。根据年初进行的实地测试，半年中使用能源再生驱动系统的电梯，可比该社区同规格的乘客电梯平均节52.53%，综合节能55%左右，堪称是当前中低速电梯领域的节能魁首，节省了大量的电力，矿石能源。

3.2 客户认可节能

节能环保将是客户的优先选择。从开发商本身的收益而言，作为能源再生电梯的研发和推广者做了精确的估算：以每户90平方米经济适用房为例，1梯2户12层，每层售楼面积180平方米，12层共2160平方米。每平方米加价15元，就可用于能源再生电梯的购买；而由于采用新技术后，开发商每平米即使向用户增加30元，用户应该还是能接受的，但对销售房子本身而言既提高了楼盘档次，又增加了销售卖点。当开发商把能源再生型电梯装入楼盘，消费者是否买帐呢？建筑行业内最近一次针对在京市民的问卷显示：74%的市民表示买房时对房屋的节能有要求；如果开发商采用节能技术而带来成本增加100元/平方米以内，80%的市民表示基本能够接受； .5%的市民认为房屋采取节能措施后，市民将是最终受益者。由此可见，节能意识在市民心目中是很认可的。当然，成本在购买中仍然是不可回避的问题，与房产开发商不同，消费者更注重购买成本和使用成本的权衡。按照当前能源再生电梯所能达到的节电成本，一台普通电梯1天消耗60度电、1度电0.7元计算，一年电费支出约1.5万元，如

果使用能源再生电梯，则可节省电费0.7万元以上，10年下来就是7万元。在使用中顾及并考虑到消费者的需求，由此，节能或能源再生型电梯占据了“人和”。 10年前，楼道中感应开关还是一种新型智能化节能产品，但今天已成为普通产品在众多建筑中落地开花，10年间节约的能源总量虽很难统计，但足以支付当初采用新技术所增加的成本。

从电梯技术研发和推广上，伴随着国家节能减排力度的加大，电梯也在快步走向绿色节能化，国内各主流电梯生产商将纷纷主推其节能电梯产品。在国家倡导节能减排的大环境下，拥有类似能源再生等先进节能技术和功效的电梯，将大范围覆盖既有改造建筑和新生建筑这两大市场 。

第四章 电梯的平衡系统与节能

4.1 平衡系数

系统的主要功能是相对平衡轿厢重量,在电梯工作中能使轿厢与对重间的重量差保持在限额之内，保证电梯的曳引传动正常，系统主要由对重和重量补偿装置组成。

对重侧重量=轿厢重量（1+K） K 为平衡系数

K这个系数是通过长期收集电梯实际耗能情况得出来的最节能系数。即电梯平衡系数在40%-50%区域间运行起来是最节能的，通常设为45% 。一般电梯在运行时，载重多接近额定载重10%—50%，若设K为0%，那么电梯在运行时，曳引机需要消耗额定载重50%的功率X运行时间；若K为45%，那么曳引机需要消耗额定载重5%的功率X运行时间，即节省了曳引机45%的电能。 以上可见平衡系数的中重要性。

第五章 电梯的曳引机

电梯的曳引机是电梯耗能最高的部分之一，随着曳引机的不断改进，其耗

能也在不断降低。

5.1 曳引机的分类与组成

曳引机：是电梯的主拖动机械，驱动电梯的轿厢和对重装置作上下运动。 电梯曳引机通常由电动机，制动器，减速箱，曳引轮及底座等组成。 曳引机可分：无齿轮曳引机和有齿轮曳引机。

1. 有齿轮曳引机（如 图1）：拖动装置的动力，通过中间减速器传递到曳引轮上的曳引机，其中的减速箱通常采用蜗轮蜗杆传动（也有用斜齿轮传动），这种曳引机用的电动机有交流的，也有直流的，一般用于低速电梯和高速电梯上。

2. 无齿轮曳引机（如 图2）：拖动装置的动力，不用中间的减速器而是直接传递到曳引轮上的曳引机。以前这种曳引机大多是直流电动机为动力，现在国内已经研发出来有自主知识产权的交流永磁同步无齿轮曳引机，如许昌博玛曳引机，其曳引比有2：1 。

（图

1）

（图2）

5.2 电动机

5电动机的分类及组成

电动机（如 图3）是把电能转换成机械能的设备，分布于各个用户处，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。

电动机由定子，转子，电刷架，轴承座等组成。

（图

3）

5.2.2 电动机工作原理

电动机工作原理是通电导体在磁场中受力，直流电机是磁场不动，。 直流电机定子是励磁绕组，直流电机的励磁绕组通直流电。

交流电机没有电枢分定子和转子.转子有的有绕组有的没有.交流电动机有两

种：1、三相异步电动机（多用在工业上）

1）、三相异步电动机的旋转原理（如 图4）

三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场， 定子绕组产生旋转磁场后，转子导体（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。

2、单相交流电动机（多用在民用电器上） 1）单相交流电动机的旋转原理 （如 图5）

单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。

单相电不能产生旋转磁场.要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个

合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动。

5.3 电梯的曳引机比较

5.31无齿轮曳引机的节能时代

无齿轮曳引机之所以成为现代建筑市场选择的主流，并主导着未来建筑业在电梯选择方向的主要原因是因为，第一、无齿轮曳引机较传统有齿轮曳引机平均节能可达到25%-44%，给使用建筑带来实实在在的电量节省。第二、无齿轮曳引机极大地改善了电梯起落、加速和制动特性，使电梯的启动、行驶和平层的过程中更加平滑，从而让乘客享受到更加平稳舒适的乘坐感受。第三、无齿轮曳引机消除了传统有齿轮曳引机由于蜗轮蜗杆传动、减速箱技术引起的机械能耗、油污、噪音、热量以及振动，减少了对环境的破坏。第四、由于无齿轮曳引机的主机结构紧凑，体积精巧，可实现小机房或无机房布置，能为建筑商节省一定的建筑面积、增加可利用面积。

以下是上海三菱电梯有限公司对4层站的有齿轮曳引机和PM无齿轮曳引机曳引的电梯（规格都是/s,1050kg,平衡系数46%）进行了详细测试。测试工况：从电梯1楼关门到位开始，运行到4楼，正常开门，关门，再运行到1楼，正常开门，至关门到位为止，为一个运行周期。表1为测试结果。

表1 PM无齿轮曳引机电梯与蜗轮蜗杆有齿轮曳引机电梯实际测试数据

负载率 曳引方式 /% 匀速运行功率 /KW 该工况运行1/h 功率/kwh PM无齿轮比有齿轮节能率（按功率比较）% 0 有齿轮 PM无齿轮 25 有齿轮 PM无齿轮 （4F→1F） （4F→1F） （4F→1F） （4F→1F） 1.272 50 有齿轮 PM无齿轮 （1F→4F） （1F→4F） （1F→4F） （1F→4F） （1F→4F） （1F→4F） 75 有齿轮 PM无齿轮 100 有齿轮 PM无齿轮

从上述图表发现，当负载越接**衡负载，PM电梯的节能率越高，说明曳引机在轻载时与满载时相比（即电梯在平衡载时与空载和满载时相比），蜗轮蜗杆加异步电动机的效率比PM曳引机更低，这种工况时采用PM曳引机具有更大的节能效果。另外，匀速运行时间越长，节能效率越高。

苏州江南嘉捷电梯集团有限公司对传统异步驱动的电梯的能耗测算及实际记录，15层站，1000kg,kwhkwh。

目前市场正大力推广环保节能的同步无齿轮驱动电梯，我们同样抽取了正在实际运行的同步无齿轮驱动电梯进行了耗电测试，11层站，1000kg，m/s的电梯实际每小时耗能仅为1.59KWH。如表2，表3所示。

表2 蜗轮蜗杆传统异步驱动电梯运行记录及对比 状态 _____时间 连续电表读/kwh 用电量 平均每小时用电量/kwh 开始 结束 运行开始 结束 /kwh 时间 量反馈 13：30 17：00 有能量反馈 14：00 16：45 12 项目：观光梯，15层站，1000kg，m/s，空载连续运行。

运行说明：共15层站，设置连续运行，正常自动开关门，上行停1—8—15层，下行停15—1层。

表3 同步无齿轮驱动电梯运行电量记录及对比 状态 _____时间 连续电表读/kwh 用电量 平均每小时用电量/kwh 开始 结束 运行开始 结束 /kwh 时间 量反馈 8：20 18：20 有能量反馈 8：20 18：20 10 10 53.2 76 28.1 44 项目；唯亭创业园配套住宅小区，11层站，1000kg，/s，11.7kw空载运行。 运行说明：共11层站，设置连续运行，正常自动开关门，上行停2—6—11层，下行停11—2层。

5.4 永磁同步碟式马达

KONE (通力)EcoDisc®马达（图6）从1996年发布以来，性的永磁同步马达以其卓越的性能在全球数以万计的用户中赢得了信赖。高速的EcoDisc®马达能够比传统的AC或DC的无齿轮马达节省能量，同时提供更舒适、安静的乘坐环境。92％的运行效率和0.95的马达因素使得能耗更低，建筑的环保特性更加突出。更低的热量损失意味着对机房空调的要求变得最低。更小的峰值电流使得对起步板和保险丝的要求更低，这样就减少了配置紧急电源设备的成本。所有这些使得前期投资消减，同时还有由碟式马达驱动所带来的长期利益节省。V3F-MLB（再生能量回馈系统）通过线桥将再生能量回馈供电网络。使用MLB较不使用MLB时将节能30％－40%，并且不会干扰到其它设备的正常使用。

图6

5.41 永磁同步电动机工作原理

永磁同步电动机：永磁同步电动机属于异步启动永磁同步电动机，其磁场系统由一个或多个永磁体组成，通常是在用铸铝或铜条焊接而成的笼型转子的内部，按所需的极数装镶有永磁体的磁极。定子结构与异步电动机类似。 当定子绕组接通电源后，电动机以异步电动机原理起动动转，加速运转至同步转速时，由转子永磁磁场和定子磁场产生的同步电磁转矩（由转子永磁磁场产生的电磁转矩与定子磁场产生的磁阻转矩合成）将转子牵入同步，电动机进入同步运行。

磁阻同步电动机 磁阻同步电动机也称反应式同步电动机，是利用转子交轴和直轴磁阻不等而产生磁阻转矩的同步电动机，其定子与异步电动机的定子结构类似，只是转子结构不同。

磁阻同步电动机是同笼型异步电动机演变来的，为了使电动机能产生异步起动转矩，转子还设有笼型铸铝绕阻。转子上开设有与定子极数相对应的反应槽（仅有凸极部分的作用，无励磁绕组和永久磁铁），用来产生磁阻同步转矩。根据转子上反应槽的结构的不同，可分为内反应式转子、外反应式转子和内外反应式转子，其中，外反应式转子反应槽开地转子外圆，使其直轴与交轴方向气隙不等。内反应式转子的内部开有沟槽，使交轴方向磁通受阻，磁阻加大。内外反应式转子结合以上两种转子的结构特点，直轴与交轴差别较大，使电动机的力能较大。磁阻同步电动机也分为单相电容运转式、单相电容起动式、单相双值电容式等多种类型。

永磁同步电动机，电机获得无刷结构，功率因数高，效率也高，转子转速严格与电源频率保持同步。同步电机变频调速系统有他控变频和自控变频两大类，自控变频同步电机在原理上和直流电机极为相似，用电力电子变流器取代了直流电机的机械换向器，如采用交—直—交变压变频器时叫做“直流无换向器电机”或称“无刷直流电动机”。传统的自控变频同步机调速系统有转子位置传感器，现正开发无转子位置传感器的系统。同步电机的他控变频方式也可采用矢量控制，其按转子磁场定向的矢量控制比异步电机简单。

我们经常听到下面的说法：“电机在工频电源供电时，电机的起动和加速冲击很大，而当使用变频器供电时，这些冲击就要弱一些”。如果用大的电压和频率起动电机，例如使用工频电网直接供电，就会产生一个大的起动冲击（大的起

动电流）。而当使用变频器时，变频器的输出电压和频率是逐渐加到电机上的，所以电机产生的转矩要小于工频电网供电的转矩值。所以变频器驱动的电机起动电流要小些。 通常，电机产生的转矩要随频率的减小（速度降低）而减小。通过使用磁通矢量控制的变频器，将改善电机低速时转矩的不足，甚至在低速区电机也可输出足够的转矩。

当变频器调速到大于额定频率20％时，电机的输出转矩将降低。

通常的电机是按照额定频率电压设计制造的，其额定转矩也是在这个电压范围内给出的。因此在额定频率之下的调速称为恒转矩调速. (T=Te, P<=Pe) 变频器输出频率大于额定频率时（如我国的电机大于50Hz），电机产生的转矩要以和频率成反比的线性关系下降。

实际功率降低，当电机以大于额定频率20％速度运行时，电机负载的大小必须要给予考虑，以防止电机输出转矩的不足。

V3F

VVVF系统（Variable Voltage and Variable Frequency）即变压变频调速系统，其通过改变电压进而变频调节曳引机马达的速度。 以下介绍变频器的原理： n0 = 60f/P

式中电动机定子绕组的磁极对数P一定，改变电源频率f，即可改变电动机同步转速。异步电动机的转子转速NM总是低于同步转速N0，而且随着同步转速而变化。电源频率增加，同步转速也增加，转子转速也增加；电源频率下降，电机转速也下降，这种通过改变电源频率实现的速度调节过程称为变频调速。 变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。

其次探讨调速后根据实际需要进行调节，可以减少电能的消耗，达到节约电能的目的。

结束语：在此我要感谢指导老师，感谢他们给我所提的建议，让我的能更顺利

的完成本文；同时要感谢学院给我这样学习的机会以及对我3年的教育；最后感谢某公司，给了一次让我所学知识得到实践应用的机会。

参考摘引以下书目：

《电梯安装维修操作安全技术》….苏州市特种设备协会 《中国电梯》…..258期….李增建，曹卫东，王 锐… 《中国电梯》….. 2005年16卷2期... 李增建，曹卫东，王 锐 《中国电梯》……2004:15(24)-45-47…李增建，曹卫东，王 锐 《中国电梯》….. 曳引机的技术进化与性能比较…[作 者]曾晓东 《中国电梯》……2007…各期…. 李增建，曹卫东，王 锐 《通力无限》…….通力电梯….

《通力电梯实习管理手册》….通力中国… 《电工与电气》….SIPIVT讲义…. 中国电梯网…. 等

付：外文翻译 机械设计

摘要

机器是机构与其他零件的组合，为了有益的用途而转换、传递或利用能量、力或者运动实例有发动机、涡轮、车辆、卷扬机、印刷机、洗衣机和电影摄影机.许多适用于机器设计的原理和力法也适用于不是真正机器的制成品，从轮毂盖和档案橱柜到仪表和核压力容器。“机械设计”这一术语比“机器设计”更为广义，它包括机器设计。而对于某些仪器，如用以确定热、流动线路和体积的热力以及流体方面的问题要单独考虑。但是，在机械设计时要考虑运动和结构方面的

问题以及保存和封装的规定。在机械工程领域以及其他工程领域应用机械设计，都需要诸如开关、凸轮、阀门、容器和搅拌器等机械装置。

关键词：机械设计机构设计过程工差 设计过程

设计始于真正的或想象的需要。现有的仪器可能需要在耐用性、效率、重量、速度或成本上加以改进。可能需要新的仪器来完成以前由人做的功能，如装配或保养。目标全部或部分地确定后，设计的下一步就是构思能够完成所需功能的机构及其布置为此，徒手画草图价值极大，它不但作为一个人想法的记录和与其他人讨论的辅助手段，而且尤其适于与自己的想法交流，作为创造性思路的兴奋剂还需要有关于部件的广泛知识，因为一台新机器常常由熟知的各类零件重新安排或替换而成，也许改变了尺寸和材料。无论在构思过程中还是之后，一个设计者都会进行快速或粗略的计算或分析以确定一般尺寸和可行性。当些关于所需或可用空间量的想法确定后，可以开始按比例画草图。

最后，一项基于功能和可靠性的设计完成了，就可以制造样机了。如果测试满意，而且如果装置要大量生产，就要对最初的设计进行一定的修改以确保以较低成本大量生产。在随后几年的制造和使用期间，设计有可能因构思了新想法或者基于测试和经验基础上的进一步

分析所显示的改变而改变。销售吸引力、客户满意度和制造成本都与设计有关，设计能力与工程投资的成功密切相关。 一些设计准则

在这一部分，有人建议运用创造性的态度进行的分析，这种分析可以引起重大改进以及对备用产品的构思和完善，也许产品功能更多、更经济、更耐用。创造阶段无须是最初和的阶段。虽然分析人员可能并不负责整个设计，但是他不仅仅是能从数字上提出要他解决的问题的正确答案，不仅仅是给出应力值、尺寸或者工作。他可以提出更广泛的见解，以便改进规范或方案。由于在分析前或分析过程中，他会熟悉装置及其工作条件，他就处于一个构思备选方案的有利位置。最好他能提出建议改变形状来消除力矩或应力集中，而不是允许构建具有大截面和过多动态载荷的机构最好是他报废他的细致的设计而不是后来看到机械报废。

为了激发创造性思维，建议设计人员和分析人员使用以下准则。前6条准则尤其适用于分析人员，虽然他可能涉及到所有这10项。 1.创造性地利用所需的物理性能并控制不需要的。 2.认识实用载荷及其重要性。 3.预先考虑没有作用的载荷。 4.发明更有利的加载条件。

5.提供最小重量的最有利的应力分布和刚性。 6.用基本方程计算比例并使尺寸最优化。 7.选取材料以获得性能组合。 8.在备件和集成零件间仔细选择。

9.修改功能设计以适应生产过程和降低成本。 10.考虑装配中使部件精确定位和互不干扰。 机械设计

整个机械设计是一个复杂的过程。设计人员必须在这样的领域，如静力学、运动学、动力学和材料力学具有良好的素养，此外，还必须熟悉制造材料和制造工艺。设计人员必须能够组合所有相关的事实，进行训渭、制作草图和制图来把制造要求传递到车间。

任何产品设计的第一步工作之一是选择用于制造每个部件的材料。今天的设计人员可得到无数的。在选择时，产品的功能、外观、材料成本和制造成本都很重要。在任何计算之前必须仔细评估材料的性能。

有必要仔细计算以确保设计的有效性.计算从不出现在图上,而是由十各种原因被存起来。一旦任何一个部件失效，就要弄清楚在最初设计这个有缺陷的零件时做了什么；而且，从对过去的项目的计算中

可以获得一份经验文件。当需要类似的设计时，过去的记录会有极大的帮助。

计算（和图上尺寸）的检查最为重要。一个小数点放错位置可以毁掉一个本来可以接受的项目。例如，如果一个人要设计一个能支撑100磅的托架，而它本应该能支撑1000磅，结果肯定会失败。必须检查再检查设计工作的方方面面。

计算机对于工作人员来讲是一个很有用的工具，可以减轻乏味的计算并且对现有数据提供扩展分析。基于计算机性能的交互系统使计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM)成为可能。通过这样的系统，就可能把一个初步构思传送到打孔纸带用于数字加工控制而无须绘制正式的施工图。

实验室测试、模型和样机对于机械设计很有帮助。实验室提供了很多建立基本概念所需的信息，然而，还可用它们获得一些关于产品在现场会如何工作的认识

最后，一个成功的设计人员应尽最大努力跟上时代步伐。每天都会出现新材料和生产方法。绘图和设计人员如果不熟悉现代方法和材料就可能失去作用。一个好的设计人员应经常阅读技术期刊以跟上新的发展 工程工差

固体由其表面边界确定界限。典型地，设计人员给一个零件指定公称尺寸以使其满足其需要。实际上由于表面不规则以及固有的表面粗糙度，各个零件不能重复地做成公称尺寸必须允许尺寸有一些变化以确保能够制造。但是，所允许的变化一定不能太大以至于使装配件的性能变差。单个零件所允许的变化称为公差。

公差这一术语不仅适用于由制造工艺产生的部件尺寸的可以接受的范围，而且适用于机械或加工的输出。例如，一个给定型号的内燃机的功率每台都有所变化。实际上，我们常常发现这种变化模型会是频率分布曲线，例如t.态分布（又叫高斯分布）。设计人员的工作之一就是给一个零件指定尺寸和允许的变化，这个值能够产生可以接受的性能。 零件公差

当图中没有指定确切尺寸时，大多数组织都有适用于尺寸的通用公差。对于加工尺寸，通用公差可能是±0.5毫米。因此，被指定为15.0毫米的尺寸的范围可以是14.5毫米到15.5毫米之间。其他通用公差可以适用于如角度、钻孔和冲孔，铸件、锻件、焊缝和焊角等情形。 在给一个零件指定公差时，可以参考以前的图或一般的工程实践。典型的公差被指定为英武成JSO标准所定义的幅度。对于一个给定公差，比如H7/s6，对于正在研究的零件尺寸就有一组与图表对应的数值可用。下面这段将给出关于装入孔内的轴或柱形配合的具体例子。

孔和轴的标准配合

一项标准的工程工作是确定一个柱形零件的公差，比如安装在一个相应的筒形零件或孔内的．或者是在其内部旋转的轴配合的松紧取决于应用例如，一个定位在轴上的齿轮就需要“紧”的静配合，这里轴的直径实际上比齿轮毅的内径稍微大一些以便能传递所需的扭矩。再者，滑动轴承的直径必须大于轴的直径以使其旋转。假定从经济上讲不能把部件制造成精确的尺寸，轴和孔尺寸上的大小变化就必须确定。但是，变化的范围不应太大以免装配时受损

为了不至于有无穷无尽的被指定的公差尺寸，已经制定了国家和国际标准确定了公差带，比如hll/cll。为了使用这一资料，给出了传统公差使用中的定义。通常使用的是基孔制，因为这会使公司内部所需的钻头、绞刀、拉刀和计量工具种类的减少。 尺寸：以专用单位表示尺寸数字值的数。 实际尺寸：通过测量得到的部件尺寸。 尺寸极限：零件允许的最大和最小尺寸。 最大尺寸极限：两个尺寸极限中较大的。 最小尺寸极限：两个尺寸极限中较小的 基本尺寸：用以固定尺寸极限的参考尺寸

偏差：一个尺寸与其对应的基本尺寸的代数差 实际偏差：实际尺寸与其对应的基本尺寸的代数差。 上偏差：最大尺寸极限与其对应的基本尺寸的代数差 下偏差：最小尺寸极限与其对应的基本尺寸的代数差 公差：最大尺寸极限与最小尺寸极限的差值。 轴：指定一个部件所有外部特征的惯用术语 孔：指定一个部件所有内部特征的惯用术语。

初步设计产生满足指定需求的解决方案。初步设计可以代表组成整个系统的所有子系统和零部件的总和。Ion和Smith把初步设计描述为由一系列形成和评估阶段组成的一个反复的过程，各阶段合在一起形成好的解决方案。在反复的每一阶段，构思更加详细，可以更全面的评估。

产生尽可能多的或经济便利的构思和想法是重要的。有一种诱惑，让你接受第一个有希望的构思并进行详细的设计直到最终产品。应该抵抗这种诱惑，因为这样结果总会更好些。值得一提的是，或早或晚你的设计会不得不与那些来自其他制造商的设计竞争，因此产生研制的思想应谨慎。

产生了想法和构思后，下一步就是对它们进行评估并选择最佳构思．一种评估方法是使用列表矩阵。矩阵由一系列准则组成．构思必须借助它们打分。如果合适，准则的重要性可以加权，最适合的构思会具有最高总分。这一方法提供了组织的评估技术．而且使团队内的个人很难推行他们自己的不合理的想法。

产生了初步的解决方案，下一步就是表达它们，以便它们能与所有涉及总体设计过程的人交流实际上，这一步可以采用绘制草图或三维模型的形式，既可是物理模型也可是计算机生成的模型。到总草图己经完成并进行计算来确定解决方案对于产品设计规范的兼容性时，细节设计阶段的基础就已建立起来了。

Mechanical Design

Abstract:

A machine is a combination of mechanisms and other components which transforms, transmits, or utilizes energy, force, or motion for a useful purpose. Examples are engines, turbines, vehicles, hoists, printing presses, washing machines, and movie cameras. Many of the principles and methods of design that apply to machines also apply to manufactured articles that are not true machines, from hub caps and filing cabinets to instruments and nuclear pressure vessels. The term \"mechanical design\" is used in a broader sense than \"machine design\" to include their design. For some apparatus, the thermal and fluid aspects that determine the requirements of heat, flow path, and volume are separately considered. However, the motion and structural aspects and the provisions for retention and enclosure are considerations in mechanical design.

Applications occur in the field of mechanical engineering, and in other engineering fields as well, all of which require mechanical devices, such as switches, cams, valves, vessels, and mixers.

Keywords: Mechanical Designmechanisms Design Process Tolerance

Design process

The design begins from real of or the demand of imagination.The existing instrument may need to take in to improve on the enduring, efficiency, weight, speed or the cost.May need new instrument to complete before function done by person, such as Assemble or maintain.The target is all or partly after making sure, design of the next move is to conceive outline the organization that can complete the function needed and it arranges for this, drawing grass diagram to be worth barehanded biggest, it isn't only one personal record of viewpoint with with others discussion of assistance means, and be suitable for to communicate with own viewpoint particularly, is the stimulant which creates sex way of thinking to still need extensive knowledge concerning parts, because a the set new machine usually from be familiar with of each kind of spare parts reschedule or substitute but become, changed size and material perhaps.Regardless at conceive outline process in still after, a design will carry on a fast or rough calculation or analyze to make sure regulation size and possibility.When some concerning need or can use amount of space of viewpoint assurance after, can start pro rata painting grass diagram.

Finally, 1 completed according to the design of the function and the credibility, can make kind machine.If test

satisfied, and if the device wants mass production, will to the first design carry on a certain modification to insure with lower cost mass-produce.Later on several years of make and use a period, design probably because of conceive outline new viewpoint perhaps according to test and experience foundation of further analytical the change shown but change.Sell attraction, customer's satisfaction and manufacturing costs to all have something to do with design, the success which designs ability and engineering investment is closely related.

Some design standards

At this part, someone suggests the attitude of the usage creation carries on of analysis, this kind of analysis can cause a graveness improvement and to back up the product conceive outline with perfect, perhaps the product function is more, more economic and more enduring.Creating the stage's needing not is first with independent stage.Although analyze personnel the whole probably irresponsible design, he isn't only the right answer of[with] problem that can be from the numeral put forward wanting him to resolve only, not only only is give should dint value, the size works to limit perhaps.He can put forward more extensive views, for the purpose of improvement norm or project.Because in the analysis the front or the

analysis the process, he will acquaint with to equip and its work condition, he is fully placed in a beneficial position which conceives outline to choose a project.Best he can put forward a suggestion change shape to Elimination moment of force or should dint concentration, not allow to set up to have to cut the organization that noodles and excessive dynamic state carry a lotus greatly best is he discards his meticulous of design but is not see a machine discard afterwards.

For stiring up to create sex thinking, the suggestion designs a personnel and analytical the personnel use following standard.6 ex- standards are particularly applicable to an analysis personnel, although he may involve to all this 10. 1.Create the physical function that sex land utilization need when using combine the control don't need.

2.Know practical carry lotus and its importance. 3.Consider in advance there is no function carrying a lotus. 4.Invent to add to carry a condition more beneficially. 5.Provide minimum weight the most beneficial of distribute in response to the dint with rigid.

6.Use a basic and square distance calculation a comparison and make size superior to turn.

7.Select by examinations material to acquire a function

combination.

8.At spare parts and integrated spare parts careful choice. 9.Modify a function design with the orientation production line and decline low cost.

10.Consider to make parts accurate to position in the assemble with with each other not interference

Mechanical Design

The whole machine design is a complicated

process.Designing the personnel have to at thus of realm, such as calm down mechanics, kinetics, dynamics and material mechanics have good cultivated manners, have to also acquaint with manufacturing material and make a craft in

addition.Designing the personnel has to can combine all related facts, carrying on Teaches Wei and creating grass diagram and graphics to come to deliver the manufacturing request to the car.

The square one that any product designs works it an is the material that the choice useds for making each parts.The design personnel of today can get an innumerable.While choosing, function, external appearance, material cost and manufacturing costs of product are all very important.Had to be careful to evaluate the function of material before any calculation.

It is necessary a careful calculation with the usefulness of insuring the design.Compute to never appear on the diagram, but from ten various reason be saved.Once the whichever parts loses efficacy, will clear up to do what while designing this defective spare parts at the beginning;And, can acquire an experience document from compute past item.While needing the design for ising similar to, the past record will have a tremendous help.

The check of computing(with diagram top size) is the most important.A decimal point's mislaying position can ruin an original and acceptable item.For example, if a person wants to design a bracket that can prop up 100 pounds, but it should can prop up 1000 pounds originally, the result affirmation will fail.The square aspect noodles had to check a check to design again a work.

The calculator speaks to is an of great use tool for the staff member, can ease a dull calculation and provide to expand analysis to the existing data. Hand over system to make the calculator assistance design(CAD) with each other according to the calculator function and the calculator lend support to a manufacturing(CAM) to make possible.Pass thus of system, may conceive outline a first step to deliver to beat bore paper to

take to used for numeral to process control but need not to draw formal construction diagram.

The machine design for the laboratory test, model and kind machine is very helpful.The laboratory provided a lot of build up basic concept need of information, however, can also acquire with them some concerning product how on the spot would the understanding for working.

Finally, a design personnel of success should offer the step that the utmost effort keeps up with ages.Will appear new material and produce a method everyday.If painting and design personnel's don't acquainting with modern method and material may put out action.A good design personnel should usually read technique periodical to keep up with a new development

The engineering work is bad

The solid is made sure boundary by its surface

boundary.Typical model ground, design a personnel to specify Mr. to call size to a spare parts to make it contented its demand.Actually because of the surface irregular and proper surface rough degree, each spare parts can't make into Mr. to call size's hasing to allow size to have some varieties can make with insuring repeatedly.But, the variety allowed can't certainly too big with as for make to assemble the function of

the piece to become bad.Single the variety allowed by spare parts is called business trip.

Business trip this technical term not only is applicable to from the acceptable scope of the parts size of[with] manufacturing craft creation, but also is applicable to a machine or processes of exportation.For example, a give already set number of thepower each pedestals of I.C. engine have variety.Actually, we usually discover this kind of variety model will be a frequency to distribute curve, for example t.The distributes.(call the Gauss distribute again)One of the work which designs a personnel is the variety which specifies size for a spare parts and allows, this value canproduce acceptable function.

Spare parts business trip

When there is no appointed accurate size in the diagram, most organizations all have in general use business trip of being applicable to the size.For process size, in general use business trip's maying be a ± is 0.5 millimeters.Therefore being specified to 15.0 millimeter scopes of sizes can be of 14.5-15.5 millimeters.Other in general use business trips can be applicable to such as the angle and drill a hole with blunt bore, The casting, the forging, the welded joint and weld the

angle） etc. situation.

Can make reference to the diagram of past or general engineering to practice while giving the appointed business trip of a spare parts.The business trip of typical model's ising specified is martial become JSO standard define of range.Give to settle business trip to 1, for example H7/s 6, can use for being studying of spare parts size having 1 set and chart to shoulding of number.Underneath this will give concerning pack into inside bore of the concrete example with the stalk or the pillar form match.

The standard match of bore and stalk

A standard of the engineering work is the business trip which makes sure a pillar form spare parts, installing for example in a tube form spare parts or bore for corresponding of.perhaps is the stalk which revolves in its inner part to match with of loose be decided by application tightly for example, a wheel gear which positions on the stalk needs to be\"tight\" of quiet match, here stalk of the diameter compares wheel gear actually of inside path a little bit a little bit big in order to can deliver need of Torque .Furthermore, the diameter of glide bearings has to be big in the diameter of the stalk to make it revolve.On the supposition that speak to can't become the

accurate size to the parts manufacturing from the economy, all of the variety of stalk and bore size have to make sure.But, variety of scope shouldn't the too big in order to prevent assemble hour damaged

For being unlikely to there is everlasting drive appointed business trip size endlessly, have already drawn up national and international standard to make sure business trip to take, for example hll/cll.For using this data, gave the definition in the traditional business trip usage.Usually what to use is the Basic hole system, because this meeting makes company internal auger needed, wring knife and pull knife and calculate the decrease of tool category.

Size:Mean the number of the size numerical value by appropriation unit.

Actual size:The parts size got through a diagraph

Size extreme limit:The spare parts allows of biggest with most baby size.

The biggest size extreme limit:Bigger in two size extreme limits

Most baby size extreme limit:Smaller in two size extreme limits of

Basic size:Fix the reference size of size extreme limit in order

to

Deviation:A size with it to should of the algebra of basic size bad

Actual deviation:Actual size with it to should of the algebra of basic size bad.

Last deviation:The biggest size extreme limit with it to should of the algebra of basic size bad

Descend deviation:Most baby size extreme limit with it to should of the algebra of basic size bad

Business trip:The biggest size extreme limit with most the bad value of baby size extreme limit.

Stalk:Specifying an exterior characteristics with all parts consistently uses technical term

Bore:Specify a parts all internal characteristics to consistently use technical term.

The initial design creation satisfies appointed demanding solution.The initial design can represent all sub- systems of constituting the whole system with the total of zero partses.Ion and Smith describe an initial design for is become by a series and evaluate a stage to constitute of an iterative process, each stage matches together to become a good solution.At each iterative stage conceive outline more in

detail, can more overall valuation.

Produce possibly many of or the economy is convenient of conceive outline and the viewpoint is important.There is 1 kind to lure, let you accept the first hopeful conceive outline and carry on a detailed design until end product.Should resist this kind of come-on, because of so as a result the head quarter is more quite a few.Well worth mentioning BE, or early or late your design would have to with those designs competitions which come from other manufactories, so the creation develop of the thoughts should be careful.

Is to them to carry on valuation to combine choice next move after producing viewpoint and conceiving outline the best conceive outline.a kind of valuation method is to use row watch matrix.The matrix constitutes to°from a series of standard. conceive outline have to ask for help them to beat a cent.If suitable, the importance of the standard can add power, conceiving outline most in keeping withly will have a tallest total cent.This method provided a built-up valuation technique. and make personal viewpoint that can hardly promote their own absurdity in the team.

Produced the solution of first step, the next move was to express them, in order to they ability and all involve total

design process of the persons communicate actually, this one step can adopt forms of drawing the grass diagram or 3D models, since but physical model also but the calculator born model. Of the total plan has been completed and calculated to determine solutions for product design compatibi-

Lity, details of the design phase had been created.