基于PLC的自动门机械部分设计.doc

西 南 交 通 大 学本科毕业设计（论文）自动门的机械设计年 级:2008级 学 号:20087685姓 名:叶建超 专 业:机电一体化指导老师:曾祥光2012年 6月 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页院 系 机械工程系 专 业 机械设计制造及其自动化（机电一体化） 年 级 2008级 姓 名 叶建超 题 目 自动门的机械设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页毕业设计（论文）任务书班 级 2008机电 学生姓名 叶建超 学 号 20087685 发题日期： 2011 年 2月27日 完成日期： 6月 24 日题 目 自动门机械结构设计1、本论文的目的、意义 自动门是指：可以将人接近门的动作（或将某种入门授权）识别为开门信号的控制单元，通过驱动系统将门开启，在人离开后再将门自动关闭，并对开启和关闭的过程实现控制的系统。自动门分为：旋转门、弧形门、平移门、紧急疏散平移门、平开门、折叠门、快速门等多种类别，自动门开始在建筑物上使用，是在二十世纪年以后。二十年代后期，美国的超级市场的开放，自动门开始被使用。1930年，美国史丹利率先推出世界上第一樘自动门（此史料记载于纽约时报）。其后，世界第一自动门品牌多玛在1945年将油压式、空气式自动门广泛推向市场，新建大楼的正门也开始使用了。到了1962年，电气式已开始出现，之后伴随着城市的建设，自动门技术的领域每年都在增加。当初，用供给建筑物用电源进行电动机的速度控制很难，只好进行油压、空压速度控制，转换但因能源利用效率很低，然而伴随着电气控制的技术发展，现在电气控制技术已经成熟，直接控制电动机的电气式自动门逐渐成为主流。例如：各种用可识别控制的自动专用门，如：感应自动门（红外感应,微波感应,触摸感应,脚踏感应）、刷卡自动门等。本次设计主要设计一种基于plc的平开自动门设计，通过该设计，培养学生工程实践能力，掌握机械设计常用方法及plc的应用及程序设计。2、学生应完成的任务 （1）查阅资料，完成英文文献的阅读与翻译。（2）完成平开自动门总体方案设计及自动门开关门各机械零件的设计。（3）自动门的三维造型（4）完成自动门装配图与各零件图纸绘制（5）设计说明书撰写 3、论文各部分内容及时间分配：（共 17周）第一部分 查阅有关书籍，文献资料，了解plc自动门控制方法，完成英文翻（2周第二部分 完成自动门总体方案设计及自动门开、关门各机械零件的设计 （4周）第三部分 完成自动门的三维造型 （4周） 第四部分 完成自动门装配图与各零件图纸绘制 （4周）第五部分 论文撰写 （2周） 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页评阅及答辩 （1周） 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页摘要自动门是现代建筑进出、通道的重要组成部分，并且大量应用于各种建筑中。在经济高速发展的中国，高楼耸立的大都市里的酒店、宾馆、银行、商务会所、商场、写字楼自动门已是随处可见。随着科学技术的发展和人民生活质量的不断提高，人们对门的功能要求也越来越高，从单一的开关功能要求，发展到对美观、节能、高效、隔音、自动等更高的要求上来。为了满足这种这种发展的趋势需要，各种类型和功能的自动门就大量的产生了。自动门的性能优劣，主要取决于它的控制装置的性能。早期的自动门采用的是继电器控制，使得其安装繁琐、体积大、控制不稳定并且不宜维修，所以就逐渐被人们所淘汰。而今的自动门控制大多采用的是较稳定的plc（可编程序控制器）控制，它具有寿命长、高稳定性、维修方便且对环境具有很强的适应性，所以使得plc在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车生产等各个领域中均得到广泛的采用。所以本次自动门的机械部分设计主要是以plc为基础进行的机械零部件和控制系统硬件的设计。本课题主要介绍了自动门由机械部分的设计和plc控制系统的硬件的选型。在机械部分的设计中，需要保证自动门总体结构的美学性能，经济性能和技术指标；同时保证机械零部件能够满足正常功能要求，比如有时会出现的机械零件失效等不满足功能要求的情况；同时还要根据零件的工作受力进行合适的选材以及满足结构工艺性。在控制系统的设计中，根据实际需要，选择合适的控制系统，驱动电机，传感器等。关键字：自动门；plc；机械；设计 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第v页abstractthe automatic door is the modern buildings in and out, an important part of the channel and the number of applied in all kinds of buildings. in the high-speed economic development of china, tall buildings in the city the hotel, the guesthouse, the bank, the business club, shopping malls, office buildings automatic door already is everywhere. with the development of science and technology and peoples life quality rise ceaselessly, the functional requirement of the opposite people more and more is also high, from a single switch function requirement, development to aesthetics, energy saving, high efficiency, sound insulation, automatic and the requirements of higher up. in order to meet the need of the development trend, various types and functions of the to a large number of produce.the performance of the automatic door is bad, depending on its control device performance. the automatic door uses is early relay control, make its installation trival, big volume, control unstable and unfavorable maintenance, so gradually by people out. but the automatic door control uses mostly is a stable plc (programmable controller) control, it has a long life, high stability, convenient maintenance and has a strong adaptability to the environment, so it made plc in mechanical manufacturing, petroleum chemical industry, metallurgy, steel production various fields such as car are widely adopted. so the automatic mechanical parts design are based on the basis of plc of the machine parts and the hardware of control system design.this subject mainly introduced by the design of mechanical parts of the automatic door and plc control system hardware selection. in the design of mechanical part, need to make sure that the automatic door general structure of the aesthetic performance, economic performance and technical indicator; at the same time ensure mechanical parts can meet the normal function requirements, for example, can appear sometimes mechanical parts such as failure does not meet the functional requirements; also according to the stress of parts of the appropriate materials and technology to meet structure. in the design of control system, according to actual needs, the choice of appropriate control system, driver motor, sensors, etc.key word: automatic door；plc；machine；design 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第vi页目 录第1章 绪论11.1 课题研究的背景、目的与意义11.2 自动门的简介11.2.1自动门的构成11.2.2国内自动门的发展现状21.2.3自动门的发展趋势21.3 控制系统的简介31.3.1 控制系统的确定31.3.2 plc的功能41.3.3 plc控制的特点51.3.4 plc的基本工作原理5第2章 总体方案的设计62.1 设计任务62.2 设计场合62.3 设计规格62.4 平开自动门的工作原理72.5 设计方案8第3章 门体的设计93.1 门体的构成93.2 门形式的选择93.3 门体和门扇材料的选择93.4 门体的相关参数103.5 门体附件的设计113.5.1 门夹的设计113.5.2平滑门止摆装置的选择113.5.3锁具的选择13第4章 驱动和传动系统的设计144.1 自动门运行阻力的计算14 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第vii页4.2 自动门驱动功率的计算154.3 减速电机的选型154.3.1直流电机的调速154.3.2选用直流减速电机优势164.3.3确定减速机型164.4 齿带传动的设计174.4.1齿带传动各个参数的设计计算174.4.2 齿带传动张紧装置的设计22第5章 门吊件 皮带夹 导轨的设计245.1 门吊件的设计245.1.1门吊架的设计245.1.2吊轮的设计255.1.3吊轮轴的设计265.1.4 吊件的整体装配设计285.2 皮带夹的设计315.3 导轨的设计335.4 外饰挡板的设计34第6章 控制系统硬件的选择366.1 plc的选型366.2 传感器的选择386.3 整流器的选择39第7章 设计中注意问题417.1 自动平移门的门体密封问题417.2 自动平移门的安全配置问题417.3 紧急情况417.4 门机、零部件的使用性能和寿命41第8章 维护和保养438.1 商用平滑门使用中的注意事项438.2 商用平滑门的维护包养43 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第viii页结 论44致 谢45参考文献46 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第47页第1章 绪论1.1 课题研究的背景、目的与意义 自动门从理论上理解应该是门的概念的延伸，是门的功能根据人的需要所进行的发展和完善。自动门是应用先进的感应技术，通过可编程序控制机电执行机构使门体自动启闭的一种门系统。它给人以亲切大方的感觉同时又能够营造奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的门面和高格调的设计，使得其立于建筑大潮的最前端。建筑大厦在既要保证进出人流要求的同时又要保证室内空气的良好循环以及安静优雅的环境，这是建筑师遇到的一大问题，直到自动门的出现，它为这种问题提供了有效的解决方案，它能够有效的防风、防尘和隔绝噪音。它最大的优点是“可以永远开门又可以永远关门”，对于行人来说，门总是开着的，而对于建筑物来说，门又是永远关着的。因自动门具有这方面的优势，使得自动门在门系列的方向发展具有良好的前景。 自动门根据使用的场合和功能结构方面的不同可以分为：平移自动门、平开自动门、旋转自动门、折叠自动门、圆弧自动门等。其中平移自动门的使用最为广泛，大家平时一般说的自动门和感应门指的就是平移自动门，即为平滑自动门。 自动门最常见的结构形式是自动门机械驱动装置和门内外的红外线装置，当人或其它活动目标进入传感器工作范围时，传感器检测到人或者其它活动目标后给控制器传送开门新号，街道开门信号后便会控制门扇自动开启；当人或其它活动目标离开感应区时，传感器检测到人或者其它活动目标消失，门扇会自动关闭。这一切的运行过程全部采用自动控制，这样既方便又提高了建组物的档次。使得平移门在市场上逐渐普及。1.2 自动门的简介1.2.1自动门的构成自动门的种类很多，结构型式不同，但其基本结构主要有三大部分，即门体门框部分，驱动和传动部分、控制和传感器部分。门体是自动门的主要部件，由于各类门体的平面特征和立体特征，因而门体的构成方法有两种，即平面构成法和立体构成法。平面构成法是将构成门体形状要素按照一定规律和原则创造成二维空间的平面形体；而立体构成法的设计构成是形体，不像平面设计构成的是形状。而自动门的驱动装置由电动机和减速器或电动机和液压系统组成，按照控制装置的指令驱使驱动装置按指令工作，带动门体开、关。从驱动装置到门体的运动，中间是传动机构，减速器就是传动机构的一部分。现在减速器和电机大部分已经连成一体，成为减速电机，这样能够使设备简化，容易做到标准化，小型化。除了减速器外，还有其它传动机构，根据设计需要，传动机构可以是齿轮传动、链条传动，也可以是高效的带传动。控制器是由一个微型计算机为主题的控制装置，它接受检测传感器信号，让驱动装置工作，完成门体的启闭。传感器则是自动检测人体或通过人工操作将检测信号传递到控制器的器件或装置。1.2.2国内自动门的发展现状目前国内自动门的发张呈现以下特点：1）厂家多，规模小 56年来， 自动门在国内得到了快速的发展。据不完全统计，目前国内大大小小生产自动门的厂家已有50多家，但普遍生产规模小，自主研发能力差。从新产品开发能力和质量稳定性方面还不具备和进口产品竞争的实力。 2）专业化分工趋势显现早期的生产厂家，一般是自主研发和生产，顶多委托代加工部分零部件。近两年来，出现了专门生产主要部件的厂家，如电机、主控板、遥控器传动件、塑料件等出现了专业生产厂家，这一趋势使生产的门槛降低，进入的厂家进一步增多，导致竞争更加激烈。 3）高、低档次的市场分明进口产品借助质量和品牌优势，占据了高端市场，目前国内厂家的产品基本上也都具备了比较完善的功能，但生产工艺略嫌粗糙，质量水平参差不齐，整体档次较低，主要集中在低端市场。 4）产品同质化和市场特点导致利润微薄产品同质化严重，加之自动门产品往往是开发商而非最终用户在选择产品，所以价格因素占的比重较大，加剧了市场竞争。其结果是众多厂家一味地比拼价格，导致利润微薄。同时，由于价格过低，也使产品持续发展和改进受到限制。1.2.3自动门的发展趋势由于目前没有相关的技术标准，各厂家的产品都按照自己的企业标准进行生产，对各项技术指标的要求和测量方法都不尽相同，如提升力等参数，差别较大，在市场上造成了较大的混乱，给用户选择带来不便，也不利于行业的发展。因此，有必要制定自动门的技术标准，明确规定的主要技术指标以及测试方法等，引导市场有序竞争，促进行业发展。在建筑金属结构协会和门业标委会的大力推动下，自动门标准编制工作已经展开，目前有许继施普雷特机电设备有限公司、深圳固威特科技有限公司、沈阳未来科技发展有限公司、福建漳州市麒麟电子有限公司和上海昌顺电子信息技术有限公司等5家单位参与了此标准的编制工作。2005年4月2日，在北京召开了编制组成立会和首次工作会议。经过编制组两个多月的工作，现该标准的初稿已经形成，拟于近期召开编制组第二次工作会议，对初稿进行讨论和修改。经过多年发展，自动门行业呈现以下发展趋势： * 智能化，多功能：今后的还将进一步提高智能化程度，如自动检测开关门行程位置，自动适应门体阻力的变化，以始终保持较高的遇障保护灵敏度等。还将增加一些新的功能，如和住宅安防系统配合使用等。* 免维护：采取多种措施，减少使用过程中的维护工作。* 多样化：将会有各种各样不同外观和功能的产品，满足用户的不同需要。* 高安全性：随着用户安全意识的提高，安全性将是用户非常注重的一项指标，也将是一项基本要求。1.3 控制系统的简介1.3.1 控制系统的确定在自动门的设计中，使用不同的控制系统则对机械零部件的设计也有不同的要求甚至是选用不同的机械零件，同时这也决定着控制系统硬件的如何选择。控制系统可以采用的主要有单片机控制、plc控制或者是计算机控制，这些控制方式中计算机控制功能无疑是最强大的，但是对于功能要求并不复杂的自动门来说显然比较大材小用，本次设计的自动门主要采用的是plc作为控制系统，因为它具有寿命长、高稳定性、维修方便且对环境具有很强的适应性等优点，相比与单片机，它更具有优势。所以本次设计主要是建立在以plc为控制基础上进行的。下面对plc做下简要介绍。1.3.2 plc的功能目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：1、开关量的逻辑控制这是plc最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑2、模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的a/d和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3、运动控制plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4、过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块，目前许多小型plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5、数据处理现代plc具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6、通信及联网plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc厂商都十分重视plc的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接口，通信非常方便。1.3.3 plc控制的特点1. 可靠性高，抗干扰能力强2 .通用性强，控制程序可变，使用方便3.功能强，适应面广4.编程简单，容易掌握5.体积小、重量轻、功耗低、维护方便1.3.4 plc的基本工作原理plc采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式1每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。2输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。3一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。5扫描周期的长短由三条决定。（1）cpu执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数，现在的plc扫描速度都是非常快的。6由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。第2章 总体方案的设计2.1 设计任务以平滑自动门为设计对象，完成以plc为基础的自动门机械零部件的设计。2.2 设计场合本文以某营业厅自动门为例，完成以plc为控制器的自动门机械零部件的设计，设计的对象是按照洞口宽度为4m高度为3m的洞口尺寸进行设计，这种规格尺寸主要适用与小人流的场合。在营业厅自动门正上方里外各安装一个红外探测开关，当有人欲进入时，红外探测开关检测出有人要进入或出去，从而产生输出信号。plc获取到该输入信号，启动电机，将门打开。当门打开到一定程度后，碰到限位开关，限位开关动作，产生输出信号，自动门停止动作。等待一时间段后，自动门自动合上。在闭合过程中，如红外探测开关检测有人要进入或出去时，自动门停止闭合，并立刻打开。为了保障门的安全性，设置关门限位开关，从而保障在自动门闭合即将结束时，不会发生两扇门碰撞。2.3 设计规格名称尺寸（mm）洞口高度3000洞口宽度4000固定门扇高度2100固定门扇宽度950活动门扇高度2100活动门扇宽度900门扇厚度10门扇运行速度0.5m/s开门方式平开2.4 平开自动门的工作原理首先，平移式自动门组由以下部件组成：（1）主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数；（2）感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；（3）动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行；（4）门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进、滑动；（5）门扇吊具走轮系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行；（6）同步皮带（或三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统；（7）下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。门扇要完成开门和关门动作，其原理如下：门正上方安装有一个红外传感器，其红外发射管发射出一束红外光，在检测区内形成辐射面，这辐射面为检测区。此光线会反射，在有目标进入这一区域时，红外线接受管检测并发出一个反映红光变化的电信号。该信号经过放大、整形输入plc，plc然后按照设定好的程序命令电机和驱动机构工作，使门扇按照设定的程序开启、加速、全速、制动后慢速、全开、开门后保留一段时间再关门，关门同样按照制定的程序运行，先加速、全速、制动后慢行、关闭。当关门时遇到障碍物时门扇会倒退，直至无障碍物时才关门。2.5 设计方案图2-1 自动门的传动图该方案是通过减速电机直接输出转矩驱动齿形带主动轮转动，从而带动齿形带传动，吊件与齿形带之间通过皮带夹固定在一起，实现同时的左右运动，当主动轮顺时针转动时，皮带也顺时针传动，右吊件跟随皮带向右运动，左吊件跟随皮带向左运动，两门扇向相反方向运行实现自动门的开启，当触碰到限位开关时，信号会传送到plc控制自动门减速到停止。而当主动轮逆时针转动时，左吊件向右运行，右吊件向做运行，使得自动门处于关门动作。第3章 门体的设计3.1 门体的构成平滑自动门的门体由固定门体和活动门扇组成。其中固定门体包括固定门扇、整体门框、可安装驱动机构的横梁、横梁上部的上亮子玻璃窗，这样使得平滑门的布置美观大方，当然也有横梁上方无玻璃窗和无固定门扇的平滑自动门，这要根据建筑物出入口的特点、门的位置、洞口尺寸、出入通行情况及环境决定。3.2 门形式的选择平滑自动门的结构形式主要有两种：即单开式和双开式，单开式就是只有一扇门从单侧自动滑开。双开式是两扇门同时从中间滑向两侧或两侧滑向中间。根据功能要求和设计要求，选择双开式作为本次设计对象。单开式双开式图3-1 自动门的开门方式示意图3.3 门体和门扇材料的选择商用平滑自动门的门体有铝合金、碳素钢、不锈钢和玻璃等。因为对门体的设计没有特殊要求，本设计采用铝合金作为门体材料。而平滑门的门扇大多采用的是玻璃，一中是建筑玻璃，一种是钢化玻璃，因钢化玻璃透明性好、强度高，破碎后无尖角不会伤人，所以应用广泛，此设计采用钢化玻璃作为门扇材料。3.4 门体的相关参数名称尺寸（mm）活动门扇高度2100活动门扇宽度900门扇厚度10密度2500kg/表3-1 门体规格参数根据设计的规格门扇高度，单扇门宽度，厚d=10mm，计算出自动门的体积为：因为门体材料选择的是钢化玻璃，其密度，所以有单扇门的质量：因为门体还有玻璃夹和止摆装置等附件，我们可以把单扇门的总重看为55kg自动门的运行速度一般是取0.30.5m/s,这里我们取的是0.5m/s进行设计。下图为门体的整体平面外形图：图3-2 门体结构简图3.5 门体附件的设计3.5.1 门夹的设计 门夹安装在活动门扇的上下端，用于门扇与驱动机构的门滑轮吊件的连接。门夹与玻璃门扇的连接，再与门滑轮吊件连接。作为活动门扇与吊件的金属连接件，门夹有门顶玻璃夹与门底玻璃夹，是小型正方形另一种为长条玻璃顶夹和长条玻璃底夹，这种玻璃底夹是与活动门扇等宽的上下两条。玻璃夹的材料有铝合金、不锈钢及黄铜，本设计选用铝合金作为玻璃夹的材料。因为选用的玻璃为10mm厚度，因此可选用型号为dc-090型的门夹。图3-3 门夹图3.5.2平滑门止摆装置的选择平滑自动门属于悬挂活动门扇，这样门扇受力就会产生摆动，为保证门扇能平稳的按照直线运动，所以门框的下部要设置止摆装置。目前，主流的止摆装置主要有三种，即轨道式止摆、夹持式止摆和内藏式止摆。轨道式止摆在地面开轨道槽，轨道采用不锈钢作为材料，滑块为塑料，这种止摆装置的门扇上可以加多个滑块，因此抗摆动能力强。夹持式止摆是在门扇的下方加上加持轮，门扇在夹持轮中间运动。这中止摆装置安装起来比较方便，但是外形开起来不够美观，而且夹持轮会磨损门扇的下框表面，所以采用较少。内藏式止摆装置是安装在门扇下框的槽内，由支撑轴和尼龙轮构成。安装方便，也能够使门扇看起来更美观，但要求轴和尼龙轮安装牢靠接触面平整。综合考虑各个止摆装置性能，和设计要求以及实践的方便性，选用轨道式止摆装置作为平滑门的止摆装置。下图为本次设计的自动门的止摆装置的结构尺寸图：1、大滑轮 2、小滑轮 3、止摆器支架 4、滑动轨道5、塑料垫 6、螺钉 7、活动门扇图3-4 止摆装置结构图自动门在运行的过程中，由于滑轮能够沿着轨道正常的运行，所以这种轨道式的运行结构能够很好的防止自动门的侧摆，这里设计的止摆装置采用的是三个滑动地轮，他们分别在各自的轨道中运行，三个轨道三个滑轮这样的结构设计能够使得自动门的摆动幅度更小，原因是就算当中一个滑轮由于某种因素（比如表面磨损变形）导致侧向摆动，也会受到其它两个滑轮的牵制，使其正常运行。这种结构设计的优点止是摆效果较为理想，同时能够使得小滑轮承担一部分大滑轮的纵向荷载，提高其寿命，还能有效的抵抗风压和提高止摆装置的导向能力。止摆装置由于是安装在很贴近地面处，同时要承受一部分门扇重量和风压力，所以要求对其材料的要求是具有足够的强度刚度同时不易生锈等特点，所以主要采用不锈钢材料进行生产，而滑轮采用是尼龙材料，这种材料在滑轮上应用比较广泛。3.5.3锁具的选择锁具现在主要有机械锁和电子锁等，而机械锁是一种没有电子器件的大密钥量高可靠的全机械密码锁。所以不适合用在公众场合的自动门上，所以主要采用电子锁来实现自动门的锁闭。电子锁的种类很多，有磁力锁、电插锁、电锁口等，电插锁，最早的自动门大多用电插锁实现，市场上有专用和不专用两种。专用电插锁就是专为自动门特点而设计的电锁，最早都是台湾进口过来，此类锁可应用于各厂牌自动门。工作原理是由感应器或门禁控制机等（如自助银行刷卡机）送信号给电锁，电锁接受到信号后先开锁再送信号给自动门开门。因先开锁然后由锁的控制单元送信号给门机控制器实现开门，这样就避免了门开启而锁未跳开而造成的撞锁现象。而且锁的控制单元有延时输出开门信号功能所以叫专用电锁。专用电插锁的优点是破坏性开启门的难度加强，被强制开门的难度更大。此次设计采用电插锁作为锁具。本次设计选用的是somb型电插锁，其规格参数如下：品牌：somb 型号：sb-203e材质：不锈钢 尺寸：200*34*44(mm)输入电压：dc12v启动电流：500ma工作电流：480ma使用范围：玻璃门、木门、铁门、防火门安全类型：断电开门另外锁具还需要实现与门禁系统的连接，控制器必须能够使开门动作与开锁动作相协调，确保操作无误。高挡自动门可以实观在开门信号输出之前1/1o秒输出开锁信号，这种特性对于自动平开门特别重要，如果达不到这种水平的同时还要加锁，就很容易引起故障。第4章 驱动和传动系统的设计4.1 自动门运行阻力的计算自动门运行阻力计算：平滑自动门总运行阻力包括摩擦阻力、风阻力、坡度阻力和惯性阻力。因为坡度斜角小，运行速度慢，所以坡度阻力和惯性阻力忽略不计。（1）摩擦阻力摩擦阻力包括门滑轮的滚动摩擦阻力、门滑轮轴承中的摩擦阻力以及门滑轮轮缘与轨道之间的滑动摩擦阻力。为了简化,假设其总运行效率为0.95。（2）风阻力。根据实际环境情况，这里取六级风压进行阻力计算。自动门的风阻力为：式中为风力系数，平滑门风力系数取1.1；a 垂直与风向的迎风面积（自动门的总面积）； 计算风压（pa）； 门滑轮与止摆器的综合摩擦系数，这里取0.1。查表得六级大风风速：；这里取。风压计算公式：综上 4.2 自动门驱动功率的计算根据传动的实际情况，取各部分传动效率如下：联轴器效率：滚动轴承效率：闭式齿轮传动效率：所以取减速电机的效率取。电动机工作时需要的功率为：所以减速电机的驱动功率为54.5w。4.3 减速电机的选型4.3.1直流电机的调速他励或并励直流电动机相比于交流电机而言，其结构复杂、价格高、维修不方便，但是在调速方面却有其独特的优点。鼠笼式电动机在一般情况下是不能够实现调速的，更不能进行无极调速，所以对于调速要求较高的设备，通常采用直流电动机，这是因为直流电机能够实现无极调速，并且机械传动机构比较简单。由直流电机转速公式：可知调节、u、中的任意一个，都可以实现对电机转速的调节，改变电枢电路中的外电阻也可以对电机进行调速，但其特点是耗电多，机械特性软，调速范围小，且只能进行有极调速，所以这种方法采用较少。现在对直流电机调速的方法主要有调磁法和调压法。4.3.2选用直流减速电机优势因为直流电机在调速方面很简单，但是相对于异步电机却有以下优点：1）由于采用高性能永磁材料，无刷直流电机的转子尺寸得以减小，可以具有较低的惯性，更快的响应速度，更高的转矩惯量比。2）由于没有了转子损耗（转子采用永磁材料），所以无需定子励磁电流分量，所以无刷直流电机具有较高的效率和功率密度。对于同等容量的输出，交流异步电机需要更大的整流器和逆变器。3）由于没有转子发热，无需考虑转子冷却问题。4）交流异步电机由于其非线性的本质，固控制起来较为复杂，无刷直流电机把其复杂的磁场定向控制简化为离散状态的转子位置控制，无需坐标变换，调速范围更宽，控制性能更好。综上所述，无刷直流电机具有更大的功率密度、更高的效率和更好的控制性能。所以减速电机，选用无刷直流电机。4.3.3确定减速机型初选同步带轮直接d=60mm。则主动轮转速：由公式得：减速电机的输出动轮速比：根据装置的驱动功率和减速器输出的速比，选用日本进口的ss40e8-h4e8-12.5型号直流减速电机，其功率p=80w，额定转速200r/min。a=24mm,b=70mm。技术参数：型号：ss40e8-h4e8-12.5功率：80w 电压：24v回转速度为200rpm 质量3.1kg4.4 齿带传动的设计4.4.1齿带传动各个参数的设计计算（1）齿带传动特点齿带传动主要部件为齿形同步带。其传动综合了齿轮传动、链传动和带传动的优点，克服了其它各种带打滑和伸长等缺点，构成了一种独特的传动形式。同步齿带传动具有传动准确、平稳、噪声小、无滑差、承载能力高、寿命长、带齿受力均匀合理和具有最小膨胀系数以及最大可靠性等优点。同步齿带可以获得恒定的速比，且速比范围大，允许的线速度高，传递效率高，结构紧凑，具有耐油耐潮等特点，使得其可以在环境较恶劣的条件下工作。（2）同步带的主动轮转速齿带传动的设计计算通常按照同步带传动进行设计计算。初选同步带主动轮节圆直径。根据公式计算得：（3）同步带的功率为工况系数，查表取=1.6。则 （4）同步带带型的选择参考同步带选型图，根据带轮转速和同步带功率，选择带型为l型。图4-1同步带选型图l型同步带承载载荷属于轻型载荷，其齿形尺寸如下：带型（节距代号）节距（）（mm）齿形角齿根厚齿高带高h齿根圆角半径齿顶圆角半径l（轻型）9.525404.651.913.60.510.51图4-2同步带齿形尺寸分布图根据表1.11可以查得l型同步带的基准宽度（5）确定带轮齿数z和带轮节圆直径d根据小带轮转速和l型带型，参照小带轮最小齿数表，有小带轮最小齿数，小带轮齿数，取=20.图4-3小带轮最小齿数表l型带型的节距pb=9.525mm，则有节圆直径：所以通过带型验算节圆直径取d=60mm能够满足设计的条件。设计的齿轮的平面结构图如下：图4-4齿轮剖视图（6）验算带速v即满足要求。（7）确定中心距和同步带长度图4-5自动门运行线路图图中实线部分表示两扇门的关闭状态，虚线表示两扇门的完全开启状态。l1是活动门扇的宽度，l2是桥门的宽度，l3则是门开闭全过程中占用的皮带长度，根据给定的尺寸，可以计算得到l3，所以有：而齿轮的中心距，同时考虑留有皮带剩余余量，所以取。由公式得：所以选取的同步带长度为6590.5mm。（8）确定同步带宽度l型同步带的同步带基准宽度为25.4mm，许用工作拉力，而工作时候所需拉力，所以当带宽取25.4mm的时候，满足使用要求。即。（9）齿轮轴的强度计算和材料选择带传动作用在轴上的压力由式得：轴承的材料最常用的45#钢，因为这种材料的机械综合性能比较好，下面就以这种材料为列来进行强度的验算。带传动在轴上的压力会以齿轮轴的固定点为支承点产生一个弯应力，现在对轴的强度进行计算（轴承的直径为.0.022m，轴承受力点与支点的距离l为0.01m）：最大弯矩：抗弯截面系数：强度=m/w=因为45钢的许用弯应力为102mpa，所以选用这种材料是满足要求的。4.4.2 齿带传动张紧装置的设计带传动在运转一段时间以后，会因为带的塑性变形和磨损而松弛，从而影响工作性能或致使带不能正常工作。为了有效的防止这种不良结果的产生，就必须采取有效的补救措施。现在常用的措施有下面几种：1、定期的张紧装置。2、自动张紧装置。3、采用张紧轮的张紧装置。根据自动门的使用环境和条件，要求整个传动装置结构简单，