5.2 电梯的曳引系统
5.2.1 常用曳引机结构
1.有齿轮曳引机
有齿轮曳引机由曳引轮、减速箱和制动轮组成，用于低速和中速电梯。蜗轮蜗杆曳引机结构图如图5-14所示。
图5-14 蜗轮蜗杆曳引机结构图
有齿轮曳引机广泛用在运行速度不大于2m/s 的各种交流调速货梯、客梯、杂物电梯中。这种曳引机主要由曳引电动机、蜗杆、蜗轮、制动器、曳引绳轮、机座等组成。蜗轮蜗杆曳引机同其他驱动形式的曳引机相比，可以使曳引机的总高度降低（永磁同步曳引机除外），便于将电动机、制动器、减速器装在一个共同的底盘上，使装配工作容易进行。另外，由于它采用蜗轮蜗杆传动，其优点是运行平稳，噪声和振动小；但其缺点是由于齿面滑动速度大，因此润滑困难，效率低，同时齿面易于磨损。有齿轮曳引机外形和安装位置如图5-15所示。
图5-15 有齿轮曳引机外形和安装位置
2.蜗轮蜗杆传动机构
1）蜗轮轴支承方式
蜗轮副的蜗杆位于蜗轮上面的称为上置式，位于蜗轮下面的称为下置式。上置式的优点是箱体比较容易密封，容易检查；不足之处是蜗杆润滑比较差。
2）常用的蜗轮蜗杆齿形
常用的有圆柱形和圆弧回转面两种。
3）蜗轮蜗杆材料的选择
选择材料时要充分考虑到蜗轮蜗杆传动的特点，蜗杆要选择硬度高、刚性好的材料，蜗轮应选择耐磨和减磨性能好的材料。
4）热平衡问题
由于蜗杆传动的摩擦损失功率较大，损失的功率大部分转化为热量，使油温升高。过高的油温会大大降低润滑油的黏度，使齿面之间的油膜破坏，导致工作面直接接触，产生齿面胶合故障现象。为了避免这一故障的发生，设计的蜗轮箱体应满足以下条件：从蜗轮箱散发出的热量大于或等于动力损耗的热量。
3.有齿轮曳引机电梯工作原理简述
有齿轮曳引机的曳引电动机是通过联轴器与蜗杆相连的，蜗轮与曳引轮同装在一根轴上。由于蜗杆与蜗轮间有啮合关系，曳引电动机能够通过蜗杆驱动蜗轮和绳轮做正反向运行。电梯的轿厢和对重装置分别连接在曳引钢丝绳的两端，曳引钢丝绳挂在曳引轮上，当曳引轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之间的摩擦力驱动轿厢和对重装置上下运行。
最近几年，广大科研人员又开发了行星齿轮曳引机和斜齿轮曳引机，这两种曳引机克服了蜗轮蜗杆曳引机效率低的缺点，同时提高了有齿轮曳引机的速度和转矩。
4.有齿轮曳引机的防振和消声
1）产生振动和噪声的原因
对于一般的电梯制造厂，曳引机都是在厂内组装并使各方面的性能指标合格后才允许出厂的。产生振动和噪声的原因大致如下：
（1）制造厂组装调试时没有加一定的负载，所以在电梯安装工地上安装后一加负载就产生了振动和噪声。
（2）装配不符合要求，减速箱及曳引轮轴座与曳引机底盘间的紧固螺栓拧紧不匀，引起箱体扭力变形，造成蜗轮副啮合不好。
（3）蜗杆轴端的推力轴承存在缺陷。
（4）制造不良，即蜗杆的螺旋角不正确及蜗杆偏心和蜗轮偏心，或者有节径误差、动平衡不良及间隙不符合要求，都会产生振动和噪声。
2）曳引机的防振和消声
（1）曳引机在制造厂组装调试时，应适当加载，发现质量问题时应及时解决。
（2）保证蜗轮蜗杆的制造精度，通过加工，特别是组装时对轮齿进行修齿加工和对蜗杆进行研磨加工，可以达到减小振动和噪声的目的。有条件的制造厂，应推广蜗轮蜗杆配对研磨加工，配对出厂。
（3）在曳引机和机座承重梁之间或砼墩之间放置隔振橡胶垫。
（4）在厂内进行严格的动平衡测试，不符合技术要求的要及时修正。
各类电梯曳引机在出厂前都必须经过严格的动平衡检验，以及各种振动和性能测试。
5.无齿轮曳引机
无齿轮曳引机即无减速器曳引机，由曳引轮和制动轮组成，它与电动机直接连接，广泛用于中高速电梯上。这种曳引机的曳引轮紧固在曳引电动机轴上，没有机械减速机构，整机结构比较简单。其曳引电动机是专门为电梯设计和制造的，非常适合电梯运行工作的特点，常用具有良好调速性能的交流变频电动机。无齿轮曳引机的结构和尺寸如图5-16所示。
图5-16 无齿轮曳引机的结构和尺寸
无齿轮曳引机制动时所需的制动转矩要比有齿轮曳引机大得多，因此无齿轮曳引机的制动器比较大，其曳引轮轴及其轴承的受力要比有齿轮曳引机大得多，相应的轴也显得粗大。由于无齿轮曳引机没有减速器，因此磨损比较低，使用寿命比较长。现在新施工的电梯几乎全部采用无齿轮曳引机。
6.永磁同步曳引机
具有低速大转矩特性的无齿轮永磁同步曳引机以其节能、体积小、低速运行平稳、噪声低、免维护等优点，越来越引起电梯行业的广泛关注。无齿轮永磁同步曳引机主要由永磁同步电动机、曳引轮及制动系统组成。永磁同步电动机采用高性能永磁材料和特殊的电动机结构，具有节能、环保、低速、大转矩等特性。其曳引轮与制动轮同轴固定连接，采用双点支撑，曳引机的制动系统由制动器、制动轮、制动臂和制动瓦等组成。
1）永磁同步曳引机的组成
永磁同步曳引机包括机座、定子、转子、制动器等。永磁体固定在转子的内壁上，转子通过键安装于轴上，轴安装在后机座上的双侧密封深沟球轴承和前机座上的调心滚子轴承上，锥形轴上通过键固定曳引轮，并用压盖及螺栓锁紧曳引轮。轴后端安装旋转编码器，压板把定子压装在后机座的定子支撑上。前机座通过止口定位在后机座上，前机座两侧开有使制动器上的摩擦块穿过的孔。常见永磁同步曳引机外形如图5-17所示。
图5-17 常见永磁同步曳引机外形
2）永磁同步曳引机的优势
与传统的蜗轮蜗杆传动的曳引机相比，永磁同步无齿轮曳引机具有如下优点：
（1）永磁同步无齿轮曳引机采用直接驱动方式，没有蜗轮蜗杆传动副。永磁同步电动机没有异步电动机所需的定子线圈，而制作永磁同步电动机的主要材料是高能量密度的高剩磁感应和高矫顽力的钕铁硼，其气隙磁通密度一般达到0.75T以上，所以可以做到体积小和重量轻。
（2）传动效率高。由于采用了永磁同步电动机直接驱动，其传动效率可以提高20%～30%。
（3）由于永磁同步无齿轮曳引机不存在异步电动机在高速运行时轴承所发生的噪声及蜗轮蜗杆副接触传动时所发生的噪声，因此整机噪声可降低5～10dB。
（4）能耗低。从永磁同步电动机工作原理可知，其励磁是由永磁铁来实现的，不需要定子额外提供励磁电流，因而电动机的功率因数可以达到很高（理论上可以达到1）。同时，永磁同步电动机的转子无电流通过，不存在转子耗损问题，其耗损一般比异步电动机降低45%～60%。由于没有效率低、高能耗蜗轮蜗杆传动副，使能耗进一步降低。
（5）由于永磁同步无齿轮曳引机不存在齿廓磨损问题和不需要定期更换润滑油，因此其使用寿命长且基本不用维修。在近期若能尽快解决生产永磁同步电动机的成本问题，永磁同步无齿轮曳引机将完全代替由蜗轮蜗杆传动副异步电动机组成的曳引机。当然，将来超导电力拖动技术和磁悬浮驱动技术也会在电梯上应用。
3）永磁同步伺服电动机结构
永磁同步伺服电动机由转子和定子两大部分组成，其结构如图5-18所示。在转子上装有特殊形状的永久磁铁，用以产生恒定磁场。永磁材料可以采用铁氧体或钕铁硼。由于转子上没有励磁绕组，因此不会发热。电动机内部的发热只取决于定子上绕组流过的电流。电动机定子铁芯上绕有三相电枢绕组接于变频电源上。从结构上看，永磁同步伺服电动机的定子铁芯直接暴露于外界环境中，创造了良好的散热条件，也容易使电动机实现小型化和轻量化。一般交流伺服电动机的外壳设计成多个翅片，以强化散热。
图5-18 永磁同步伺服电动机的结构
1—检测器（旋转变压器）；2—永久磁铁；3—铁芯；4—三相绕组；5—输出轴
7.无机房电梯专用的曳引机
随着经济的高速发展，住宅电梯也随之迅速发展，电梯市场上出现了无机房住宅电梯和随之而来的专用无齿轮曳引机，其外形如图5-19所示。
图5-19 国产无机房专用永磁同步无齿轮曳引机外形
无机房电梯专用的曳引机具有以下优点：
（1）无机房限制：可上置或下置，也可侧置或内置。
（2）无齿轮限制：没有齿轮噪声问题、齿轮振动问题、齿轮效率问题和齿轮磨损问题，也不用考虑润滑问题。
（3）无速度、高度限制：无机房电梯曳引机大致分为三类，即永磁同步电动机驱动的超小型同步无齿轮曳引机，内置式行星齿轮和内置交流伺服电动机的超小型曳引机，以及交流变频电动机直接驱动的超小型无齿轮曳引机。这三类无机房电梯专用的曳引机均各有优点和不足之处，但它们都是电梯的技术创新，突破了传统机房的限制，也是未来曳引机的发展方向。