两翼自动旋转门毕业设计（含7张CAD图）.doc

两翼自动旋转门设计 摘 要 两翼自动旋转门是一种专为扩大人员流动而设计的新型旋转门，是集自动旋 转门、平滑门和展台功能三者优点于一身的完美组合。 本论文主要论述了两翼自动旋转门的设计过程，其主要对两翼自动旋转门的 门体结构、驱动系统、传动系统、控制系统和检测安全系统做了详细的分析和设 计。提出了采用铝型材和玻璃等组成门体框架，旋转翼及平滑门用扁钢固定在一 起形成旋转门体，通过吊架将旋转门体同六个被动滚轮连接，使旋转翼和平滑门 系统悬挂在门冠圆形轨道上；采用三相异步电动机提供动力，通过一个减速器和 一对齿轮齿圈传动来驱动旋转门体在门冠圆形轨道上旋转；用可编程控制器 （plc）来负责完成控制任务，由变频器来实现门体多段转速的调节功能。使用 红外线传感器检测进出旋转门的人员流动，多部接触式和非接触式传感器及光电 接近开关来确保通行者的安全进出。最终,设计出了一种功能实用、安全可靠的 旋转门。 关键词 两翼自动旋转门，门体，可编程控制器,传感器 abstract two wings automatic revolving door is one kind of new revolving door which is specially for the expansion of the peoples movement,it is a perfect combination that combines automatic revolving door、smoothing door and exhibition space on the merits of the three functions . this paper discusses the design process of the two wings automatic revolving door, it include the detailed analysis and design about gate body structure、drive system、transmission system、control system and testing security system of the two wings automatic revolving door.it proposed that the door frame is composed of glass and aluminum framework,the revolving door body is made of rotary-wing and smoothing door by flat steel fixed together, is connect to six passive wheels with the hanging brackets which hang on the door crown circular orbit.the three-phase asynchronous motor drive the revolving door body to ralate on the door crown circular orbit through a reducer and gears transmission;plc is responsible for the task of controller and the function of rotational speed is rely on the vvf. the flow of personnel passing in and out of the revolution door is checked by the infrared ray sensor, the safety of people are ensured by a number of contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches.on the end, have designed a kind of function practical、safety dependablely revolving door. key words two wings automatic revolving door, gate body, programmable logic controller, sensor ！所有下载了本文的注意：本论文附有齿圈、支架、吊架零件图，接线图、程 序图等共 7 张 cad 图纸，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（邮箱） ，我 把图纸发给他，纯免费的。最后，希望此文能够帮到你！ 目 录 摘摘 要要 abstract.ii 1 绪论绪论 .1 1.1 旋转门的发展概况旋转门的发展概况1 1.2 旋转门作为出入口设计的优点旋转门作为出入口设计的优点1 1.3 旋转门的发展趋势旋转门的发展趋势2 1.4 旋转门研究的必要性旋转门研究的必要性2 2 方案设计方案设计 .3 2.1 方案拟定方案拟定 3 2.1.1 两翼自动旋转门设计方案一3 2.1.2 两翼自动旋转门设计方案二 .4 2.2 方案选择方案选择 5 2.2.1 方案比较 .5 2.2.2 确定方案 .5 3 门体结构设计门体结构设计.6 3.1 门体的总体设计门体的总体设计 6 3.1.1 门体构成 .6 3.1.2 门体规格 .6 3.2 旋转门体部分设计旋转门体部分设计 7 3.2.1 确定旋转门体材料 .7 3.2.2 确定旋转门体相关尺寸 .8 3.3 曲壁设计曲壁设计 13 3.3.1 曲壁的总体设计 .13 3.3.2 确定曲壁材料 .13 3.3.3 确定材料尺寸 .14 3.4 旋转门体旋转门体加加强连强连接接设计设计 15 3.4.1 加强型钢的总体设计 .15 3.4.2 加强型钢材料选择及尺寸计算 .15 3.5 华盖结构设计华盖结构设计 16 3.5.1 华盖的总体设计 .16 3.5.2 华盖材料选择 .17 3.5.3 华盖材料尺寸确定 .17 4 驱动系统设计驱动系统设计19 4.1 驱动系驱动系统统总体设计总体设计 19 4.2 减速机的选择减速机的选择 19 4.2.1 旋转门体的惯性力矩计算 .19 4.2.2 旋转门体的摩擦力矩计算 .22 4.2.3 选择减速机 .22 5 传动系统设计传动系统设计24 5.1 传动齿轮齿圈设计传动齿轮齿圈设计 24 5.1.1 齿轮齿圈设计前述 .24 5.1.2 齿轮齿圈参数设计 .24 5.2 承重滚轮及其轨道设计承重滚轮及其轨道设计 28 5.2.1 选择滚轮 .28 5.2.2 轨道设计 .29 5.3 齿圈连接转盘支架的螺栓设计齿圈连接转盘支架的螺栓设计 32 5.3.1 螺栓直径设计 .32 5.3.2 齿圈结构尺寸设计 .33 5.4 转盘支架设计转盘支架设计 34 5.5 门体吊架设计门体吊架设计 35 5.5.1 吊架处连接螺栓的直径设计 .35 5.5.2 吊架的尺寸设计 .36 6 控制系统设计控制系统设计37 6.1 控制系统的控制过程及其控制功能控制系统的控制过程及其控制功能 37 6.1.1 控制系统的控制过程分析 .37 6.1.2 控制系统的控制功能分析 .37 6.2 控制系统的选择控制系统的选择 37 6.3 变频器的选择变频器的选择 38 6.3.1 变频器的容量计算 .38 6.3.2 指定变频器减速时间 .38 6.3.3 变频器的频率设定 .40 6.4 控制系统硬件设计控制系统硬件设计 41 6.4.1 plc 的机型选择41 6.4.2 plc 外接电气元件的选择42 6.4.3 输入输出口的保护及分配 .43 6.4.4 plc 的外部接线图45 6.5 控制系统的软件设计控制系统的软件设计 45 6.5.1 控制系统软件设计的要求分析 .45 6.5.2 plc 程序设计47 7 检测安全系统设计检测安全系统设计60 7.1 检测安全系统的检测安全系统的总总体设计体设计 60 7.2 检测系统设计检测系统设计 60 7.2.1 检测系统的要求 .60 7.2.2 检测传感器的选择 .60 7.2.3 检测传感器的安装 .60 7.3 安全系统设计安全系统设计 61 7.3.1 安全系统的要求 .61 7.3.2 安全传感器的选择 .61 7.3.3 安全接近开关的安装 .63 结论结论65 参考文献参考文献66 附录附录 a：西门子：西门子 plc s7-200cpu226 的性能参数的性能参数.68 附录附录 b：plc 硬件接线图硬件接线图.71 附录附录 c：电气接线图：电气接线图72 致致 谢谢73 1 绪论 1.1 旋转门的发展概况 旋转门起源于荷兰，至今已有一百年的历史，在这段时间内，从以前意义的 转门到今天的全自动旋转门，旋转门经历了一个漫长的发展历史。其种类较多， 按控制方式可分为全自动旋转门、半自动旋转门和手动旋转门；按旋转翼结构方 式可分为两翼旋转门、三翼旋转门和四翼旋转门；按结构材料可分为金属框架旋 转门、水晶旋转门（全玻璃旋转门）和木旋转门。 国外自动旋转门发展较早，其技术也较为成熟。自动旋转门的传动系统技术 具有节能、低噪声、传动平稳、寿命长、性能可靠等优点；控制系统采用数字化 设计的系统作为控制中枢，有功能更强大，操作更简便等优点；检测安全系统采 用先进的红外与微波感应技术，用于感知物体的移动，操纵门体的动行，使用各 种安全检测传感器，实现防挤、防夹和防撞功能。与此同时某些厂家生产的自动 旋转门还具有远程控制和液晶显示功能。 新中国成立以来，特别是改革开放以后，旋转门也大量的出现在我国的各种 公共和高档场合。但由于我国特殊的国情，使得旋转门技术起步较晚，且其发展 受到一定的限制。因此，我国在自动旋转门的传动系统、控制系统和检测安全系 统上离国外还有一定的差距。 1.2 旋转门作为出入口设计的优点 而自动旋转门作为出入口设计，其最大的优点在于它对于人员来说，门总 可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。同时，自动旋转门能减少公共场合 人们对门体的接触，能有效的防止了细菌的传播；增强门口的抗风能力，消除了 风口效应，减少了能源损耗，有效的阻挡了灰尘，噪音和废气的进入。它还有多 重安全保护措施，通过安装多部接触式和非接触式传感器及独特的安全开关，确 保通行者的安全。门体采用铝合金框架组装、可拆式结构，分成几个独立的部分， 易于安装，运输方便。门的进出口和旋转部分都装有传感器，高灵敏度的系统保 证了大门能即时开启和对速度的随时调整，保证了通过者最大程度的行走安全。 两翼自动旋转门又是在传统的自动旋转门基础发展起来的。如想扩大旋转门 门扇之间的距离，增加旋转门人员流量，就想到把旋转门的门扇数量减为两个， 这就是两翼自动旋转门的独特之处-大的通行能力设计。同时，设计展箱和中 间平滑门，其展箱具有装饰和展示功能；中间平滑门能在断电和意外情况下，能 将其转停至安全疏散位置，这时平滑门打开，形成一个宽敞的疏散(紧急)通道。 1.3 旋转门的发展趋势 自动旋转门虽然已出现多年，但的技术发展仍在不断完善和提高。其发展趋 势主要有以下几个：独特新颖的总体设计，高度的安全可靠性设计，多种运转使 用方式设计，故障即时显示功能设计，楼宇消防智能化控制设计，停电使用功能 设计，大通行能力设计，精巧灵敏的遥控控制系统设计，先进的驱动控制系统设 计。同时，自动旋转门还能利用先进的通信和网络技术，使自动门的维护不再受 时间、地域和专业维护技术的限制，制造商可通过 internet 与设备进行实时交流， 校正偏差，让自动门达到最佳运行状态。当出现异常时，可准确传回故障信息， 实现远程维护，缩短维护、保养时间；采用液晶显示屏，进行可视化设计，全面 显示门体转速、状态和故障等信息。 1.4 旋转门研究的必要性 由于国外自动旋转门发展较早，无论是驱动技术还是控制技术都较为成熟。 而我国旋转门技术的发展起步较晚，其全自动旋转门技术来源于荷兰、瑞典、 日 本等国。到目前为止，我国的自动旋转门的技术水平离国外还有一定差距，特别 是在结构设计和驱动控制系统上。我国设计的自动旋转门的安全性能低，运行噪 音大，寿命短，所以，仍需设计人员的不断努力，才有希望赶超国外自动旋转门 的技术水平。因此，对自动旋转门的研究是十分有必要的。 随着我国国民经济持续稳定地增长，人民生活水平的不断提高，人们对生活 环境的要求也越来越高。而创造美好生活环境又必定成为装饰业发展的巨大动力。 在现代城市建筑物装饰装修中，人们对门的选择已由单一的功用型向个性化、品 位化发展，而将高科技应用到建筑物的外观形象上，使城市建筑的入口体现出智 能化也是必然的趋势。此时，两翼自动旋转门以其全新的概念，宽敞开放的门面、 高格调和智能化的设计，自然成为现代化楼宇建筑的入口装饰的主流，无可质疑 的必选设施。这也堪称建筑物的点睛之笔。 2 方案设计 2.1 方案拟定 两翼自动旋转门的主体结构由门体结构、驱动系统、传动系统、控制系 统和检测安全系统五大部分构成，根据对这五大部分作出分析后拟定以下两 个两翼旋转门的设计方案。 2.1.1 两翼自动旋转门设计方案一 方案一：主要是根据传统意义的自动旋转门来进行设计，其主要是采用中轴 来支撑和安装整个旋转门体，并用中轴上固定齿轮的方式来进行传动，最终使旋 转门体绕着中轴旋转。其具体方案如下： 门体结构设计 门体结构分为固定部分和旋转部分的设计，均由铝型材框架和玻璃等组成。 旋转门体采用中轴上安装两个旋转扇翼，旋转扇翼由一扇普通门体和一扇圆弧门 体构成，这样来实现建筑屋内和屋外的任何位置的隔离。门扉一般采用高强度铝 合金型材，结构简洁，精密牢固。同时每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲 壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态；门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻 璃或 6mm 厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夹胶玻璃或 12mm 厚的钢化玻璃。 驱动系统设计 由于两扇门翼距离较大且带有两扇圆弧门，使得需要的驱动力矩就较大，那 么采用两台三相异步电机对称布置来完成驱动。 传动系统设计 传动系统主要是完成降速和力的传动，根据要求可采用两台异步电机输出轴 分别接一台减速器，然后又通过一对齿轮啮合来把动力传递给门体的中轴，使得 中轴带动固定在上面的旋转门体转动。从而实现从动力装置到执行装置动力的传 递过程。 控制系统设计 控制系统采用目前小型控制中较为常用的单片机控制系统来实现，同时由变 频器完成调速控制功能，再加上一些功能开关来完成两翼自动旋转门的整个控制 要求。 检测安全系统设计 检测安全系统是关系到整个两翼旋转门能否健康安全运行的关键一步，主要 采用红外线传感器来实现人流的检测，采用各种接触式和非接触式传感器以及多 个接近开关来实现两翼旋转门运行过程中各个危险位置和危险情况的检测，最终 实现两翼自动门的安全运行。 2.1.2 两翼自动旋转门设计方案二 方案二：主要是在传统意义的自动旋转门基础上来进行改造设计的，其主要 是采用圆周导轨悬挂整个旋转门体，并用悬挂门体上部转盘的方式来进行传动， 最终使旋转门体绕着门冠的圆形轨道旋转。其具体方案如下： 门体结构设计 门体结构分为固定部分和旋转部分的设计，均由铝型材框架和玻璃等组成。 旋转门体采用中间平滑门加两扇圆弧门构成，同时，平滑门、圆弧门和一扇普通 门在旋转门体的两边构成一个旋转展台，这个展台即成了旋转扇翼，又能放置展 物。这样不仅能形成一种美好的氛围，还能较为完美的实现建筑屋内和屋外的任 何位置的隔离。门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。同时每 扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密 闭状态；门扉玻璃采用（3+3）夹胶玻璃或 6mm 厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用 （4+4）夹胶玻璃或 12mm 厚的钢化玻璃。 驱动系统设计 由于门体悬挂在圆形轨道上，那么受到的摩擦力矩较小；同时又使用了较大 的转盘来传动，使得较小的驱动力就能产生较大的力矩。那么采用一台三相异步 电机来完成驱动即可。 传动系统设计 传动系统主要是完成降速和力的传动的，根据要求可采用在异步电机输出轴 接一台减速器，将转速降到一定的转速，然后又通过一对齿轮齿圈啮合来把动力 传递给由齿圈形成的门体转盘上，使得转盘带动悬挂门体在圆形轨道上转动。从 而实现从动力装置到执行装置动力的传递过程。 控制系统设计 控制系统采用工业控制中十分常用的可编程控制器（plc）来实现，同时由 变频器完成调速控制功能，再加上一些功能开关来完成两翼自动旋转门的整个控 制要求。 检测安全系统设计 检测安全系统是关系到整个两翼旋转门能否健康安全运行的关键一步，主要 采用红外线传感器来实现人流的检测，采用各种接触式和非接触式传感器以及多 个接近开关来实现两翼旋转门运行过程中各个危险位置和危险情况的检测，最终 实现两翼自动门的安全运行。 2.2 方案选择 2.2.1 方案比较 从设计新颖和功能上比较 方案一的设计思路是传统意义的再次设计，没有太多新颖的结构和创新理念， 同时门体的结构较其它三翼四翼自动旋转门复杂，且外形不是太美观。因此， 没有多少实际意义和市场价值。而方案二是对传动意义自动旋转门的创新设计， 它能独特的展台设计使其能增加两翼自动旋转门的实用功能。同时，其独特的传 动方式和高格调的外观设计使其能在多种自动旋转门中占有一席之地。 从节能的角度比较 方案一的设计由于采用中轴转动，需要两台电机才能很好的进行驱动。而方 案二的设计采用门体悬挂在圆形轨道上，只需要一台同功率的电机就能很好的完 成驱动。那么方案一的设计就耗能较多，则不宜采用。 从采用的控制系统上比较 方案一采用单片机控制系统虽然能很好的完成控制任务，但对设计者来说增 加了很多的负担。它不仅要求进行控制系统的软件设计，还要进行较为复杂的硬 件设计，其硬件包括一些芯片连接，隔离放大电路的设计。这些在方案二中就很 是简单，根本不需要太多的设计，因为方案二采用的是已有的控制系统。同时， 方案一的控制系统由于对用户来说体积小，结构简单，所以较为适于大批量生产。 但是对我们单件或小批量生产来说设计方案一的控制系统是不值得的。 2.2.2 确定方案 通过对方案一二的综合比较，考虑各自方案的利与弊。综合考虑后，我决定 选择方案二进行设计。 3 门体结构设计 3.1 门体的总体设计 3.1.1 门体构成 两翼自动旋转门的门体部分设计主要包括旋转门体部分设计和固定部分曲壁 设计，旋转门体又包括中间旋转平滑门和旋转展箱设计。其中旋转平滑门又由四 扇普通推拉门组成，在紧急或是停电的情况下打开进行人员流通，而旋转展箱又 是转门的一部分，由圆弧门、平滑门和扇门构成一个展示空间，其都由铝型材框 架和玻璃构成。曲壁是旋转门体部分的旋转空间，由进出门口和四块弧形框架玻 璃构成。 3.1.2 门体规格 门体规格根据文献 1两翼旋转门门体尺寸进行设计。门体总体规格尺寸如表 3.1，门体总体外形图如图 3.1： 表 3.1 门体尺寸 内直径门中线全阔入口宽度中间门全开阔度华盖高度门扉高度 （d）mm（e）mm（c）mm（f）mm（a）mm（b）mm 36003804167616405002200 图 3.1 门体外形图 3.2 旋转门体部分设计 3.2.1 确定旋转门体材料 旋转门体材料主要包括门体骨架的材料和门体玻璃材料，由于旋转门体由四 扇推拉门组成和两扇旋转展箱构成，因此其构成相当于有一栋四扇的推拉门和两 扇旋转的圆弧门与两扇扇门。 旋转门体的框架材料 门体框架材料可选用铝型材来构成骨架和安装玻璃的框架，根据相关门体标 准，旋转平开门可按 90 系列的推拉门进行设计。门体骨架采用 90 系列推拉门专 用铝型材，据文献 1选择如下。 f ab d c e 平滑门的材料选择如表 3.2： 表 3.2 平滑门材料 名称材料代号线密度（kg/m） 光企l090704（图 3.2）0.966 勾企l090705（图 3.3）1.033 上横l090706（图 3.4）0.836 下横l090707（图 3.5）1.152 （左右）边框l090703（图 3.6）0.854 上滑l090701（图 3.7）1.375 下滑l090702（图 3.8）1.198 相关铝型材的截面形状如下图： 图 3.2 光企截面图 图 3.3 勾企截面图 图 3.4 上横截面图 图 3.5 下横截面图 图 3.6 边框截面图 图 3.7 上滑截面图 图 3.8 下滑截面图 旋转扇门的材料可按中间平滑门的相关材料来做，则上横选择 l090706，下 横选择 l090707，左右光企框选择 l090704。 旋转圆弧门的材料可选择圆弧专用铝型材 6063，其相关截面形状及尺寸同平 开门的铝型材相同。 旋转门体玻璃材料 门扉玻璃一般有几种选择，一是防弹玻璃，二是夹胶玻璃，三是钢化玻璃。 由于门一般用于高级的宾馆，写字楼等高档场所，一般无特殊要求。由于防弹玻 璃价格较为昂贵，并且无多大实际用处，而夹胶玻璃它安装的透光性不是较好， 因此选择钢化玻璃是最合适的。根据参考其他相关产品的选择情况，据文献2旋 转门体的平滑门玻璃可选用 6mm 的钢化透明玻璃。旋转圆弧门可选用专用的 6mm 圆弧钢化玻璃。 3.2.2 确定旋转门体相关尺寸 确定中间平滑四扇门的尺寸 根据前面的总体设计可知，旋转门的门扉高度为 2200mm，内径为 3600mm， 则中间平滑门尺寸可按文献1 90 系列的尺寸高度为 2100mm，四扇门宽度为 3500mm 进行设计。90 系列推拉铝合金的门体图如图 3.9。 图 3.9 平滑门体图 90 系列推拉铝合金的门体节点图如下： 节点 图 3.10 节点 1 截面图 节点 图 3.11 节点 2 截面图 节点 节点节点 图 3.12 节点 3、4、5 截面图 由于平滑门的整体尺寸宽为 3500，高为 2100，则根据以上节点，可以计算 门的相关尺寸为。平滑门外部框架采用插接的方式，则门上下滑长度就为整个平 滑门的宽度 3500mm，左右边框的长度就为平滑门的高度 2100mm。 单扇门宽度为： 式（3.1） (223)4 350027.4 2 11 264 34 915 blbbb mm 重 平铝边单扇 =（） 式中：为平滑门的宽度，为门边框宽度；l平b边 为门扇与边框的重合值，为铝合金框的宽度；b 重 b铝 由于门体铝合金的横竖的宽度都一样，则单扇门的框架连接采用直接对接的 方式 ，那么铝型材的上下横长度为： 915mm 上下横单扇 光企和勾企的长度为： 式（3.2）210050.831.8299.8 2056 lhbbll mm 下滑光勾上滑节上重节下重 式中：为平滑门的高度，为铝合金框上滑的宽度；hb上滑 为门框安装的上宽度，为门框安装的下宽度；l节上重l节下重 而单扇门玻璃的长度为： 式（3.3） 2 205650.876.22 12 1953 llbbl mm 玻长光勾上横下横玻安 式中：为光勾企的型材长，为铝合金门框上横宽度；l光勾b上横 为铝合金门框下横宽度，为玻璃安装在门框的长度；b下横l玻安 单扇门玻璃的宽度为： 式（3.4） 2 9156451.3 12 2 824 bbbbl mm 光玻宽上下横勾玻重 式中：为光企型材的宽度，为勾企型材的宽度；b光b勾 为玻璃与光勾企的安装长度；l玻重 确定旋转展台材料尺寸 旋转圆弧门的弧长要能堵塞进出门口，以免旋转门转到某个位置把门内和门 外连通而失去两翼旋转门的意义。那么弧形门可按下面计算： 门进出口的圆心夹角，根据余弦公式有： 式（3.5） 2222 2222 2cos 1676180018002 1800cos 56 brrr 进出宽门内门内门内 则 式中：为转门进出口的门口宽度，为转门的内半径；b 进出宽 r门内 由于平滑门和圆弧门直接连接，则圆弧门的半径为： 式（3.6） 2 3500228.2 1778 rlb mm 圆平铝 则圆弧门型材弧长为： 式（3.7） 2 2 56 2 3.14 1778 360 1737 lr mm 圆圆弧 式中：为圆弧门半径；r圆 那么圆弧门的最小弧长要为那么多，可以取其圆弧长为 1750mm。 圆弧门左右型材长度，圆弧门框架采用直接对接的方式，那么左右型材可依 下面计算。 式（3.8）210050.876.2 1973 lhbb mm 弧左右上横下横 圆弧玻璃的弧长为： 式（3.9） 22 175064 2 12 2 1646 blbl mm 圆弧弧玻宽左右横玻重 式中：为左右横型材的长度；b左右横 圆弧玻璃的长度为： 式（3.10） 2 1973 12 2 1997 lll mm 弧左右玻长玻重 确定旋转扇门材料尺寸 由于旋转扇门要与旋转圆弧门和平开门构成一个三角形柱的空间展台，展台 的空间大小由平开门与扇门的夹角决定,扇门可大可小，但要保证构成空间的稳 定性。 扇门尺寸确定：由于扇门要保证与弧形门和平开门形成展台的稳定性,则可 以选取平开门与扇门与圆弧门的连接点在距圆弧门两端面的 1/5 处。 则连接点在距圆弧型材两边距离为： 式（3.11） 11 1750350 55 llmm 圆弧接 以下计算参照图 3.13，则连接处圆弧对应圆心角为： 式（3.12） 2 360 2 1750350 2 36034 2 3.14 1750 rl r ，平接 平 式中：为平滑门的半径，为接点处离端面的圆弧长；r平l接 则对应的两直角边长度为 ： 式（3.13）cos1750 cos341451armm 平 式（3.14）sin1750 sin34979brmm 平 扇门对应门的宽度为： 式（3.15） 22 22 915979 1116 babb mm 扇单扇 （） （1451） 由于门框架采用直接对接的方式连接，则扇门对应框架型材宽度为就门的宽 度 1116mm，扇门的型材长度就为门的高度 2100mm。 扇门玻璃的宽度为： 式（3.16） 22 111664 2 12 2 1012 bbbl mm 光玻宽扇玻重 扇门玻璃的长度为： 式（3.17） 2 210050.876.22 12 1997 lhbbl mm 扇玻长上横下横玻安 图 3.13 门体连接图 3.3 曲壁设计 3.3.1 曲壁的总体设计 曲壁由六根工字钢来做为立柱，形成门体的支撑体，每三根构成一边曲壁圆 弧。而六根工字钢竖在水泥地板里，进出口各布置 2 根，曲壁圆弧中间安装框架 玻璃，然后顶部又用一圆形轨道将六根立柱固定在一起，形成一个曲壁的整体框 架。曲壁由四块相同的圆弧玻璃组成，其总体设计图如图 3.14。 弧形玻璃 立柱 图 3.14 曲壁总体设计图 3.3.2 确定曲壁材料 曲壁立柱可选用 gb/t70-1988 的热轧工字钢型号 10 作成为立柱，其相关尺 寸如下图： 图 3.15 工字钢 工字钢参数如表 3.3： 表 3.3 工字钢参数 尺寸（mm）型号 hbdt 10100684.57.6 安装曲壁玻璃框的型材选用：曲壁上下圆弧型材选用文献 23-91gb/t3280- 1992 的 2mm 的不锈钢板弯曲成型，曲壁玻璃的选用 12mm 弧形钢化玻璃。 3.3.3 确定材料尺寸 由于圆的内圆半径为 1800mm,门口对应的圆心角为，则两边曲壁各对应的56 圆心角应为: 式（3.18） 360236056 2 124 22 曲 所以两边曲壁对应的弧长为： 式（3.19） 2 2 124 2 3.14 1800 360 3894 lr mm 曲 曲门内 式中：为旋转门的内半径；r门内 则每扇曲壁上横的弧长为: 式（3.20） 438944 5 =1937 22 lb lmm 间曲 上横 式中：为曲壁与立柱的安装预留间歇；b间 下横的弧长为： =1937llmm 下横上横 玻璃尺寸的确定： 玻璃的弧长： 式（3.21）=-2b=1937-2 12=1976llmm 波上横玻安 玻璃的高度为： 式（3.22）2hbbbb 下上玻安 那么： 2200 10076.2 12 22000hmm 式中：为上横曲壁型框的长度，为下横曲壁型框的长度；b上b下 (注以上的型材的直径为 3600mm,玻璃的直径为 3604mm) 3.4 旋转门体加强连接设计 3.4.1 加强型钢的总体设计 由于旋转门体启动较为频繁，可能铝合金形成的框架在门体的频繁旋转过程 中就显得强度不够，同时由于门体由两部分组成，一部分是平开门，一部分是形 成展台的旋转部分。这两部分是靠扁钢将其固定成一个整体，这样使得中间平滑 门与圆弧门和旋转扇门的连接既方便可靠。又加强了门体的整体结构强度。因此 特在中间平滑门、圆弧门和旋转扇门的上部框架型材中加加强型钢。分别在圆弧 门加强型钢两端的弧长处和扁钢的弧长中间分别打三个的螺栓孔，以连接门体吊 架。还有就是在各门体连接的交界处钻螺栓孔，好使用螺栓固定各门体成为一个 整体的旋转门体，即在转动扇门与平开门连接处，转动扇门与圆弧门连接处，转 动圆弧门与平开门连接处打螺栓孔。将门体加强型钢和门体铝合金用 2mm 厚的不 锈钢包饰，用铆钉将型钢与铝合金连接成一个整体，钢板既起到了连接的作用， 同时又起到了装饰的效果，一举两得。 3.4.2 加强型钢材料选择及尺寸计算 转动圆弧门加强型钢选用： 根据铝合金型材宽度为 28.2mm，可选用文献2热扎扁钢（gb/t704-1988） ， 宽度为 28mm，厚度为 8mm 的系列扁钢，其弧长为转动圆弧门的弧长。因此扁钢弯 曲为半径为 1778mm 的弧形。线密度为 1.76kg/m。其弧长为：l=1750mml圆弧 平开门加强型钢选用： 根据平开门的上滑铝合金宽度为 90mm，因此可选用热扁钢（gb/t704-1988） 宽度为 90mm，选厚度为 8mm 的系列，线密度为 5.65kg/m。扁钢长度为平开门整 体的长度加上两边接头长度。 扁钢长度： 式（3.23） 2 =3500+2 28=3556mm lll 平接 式中：为型钢与两扇圆弧门的连接长度；l接 转动扇门加强型钢选用： 根据扇门门框铝合金宽度为 28.2mm。选用热扎扁钢（gb/t704-1988）宽度为 28mm，厚度为 6mm 的系列扁钢，线密度为（1.32kg/m）.其长度为转动扇门铝合 金宽度加上两边接头长度，则扁钢长度： 式（3.24） 12 =1116+28+90=1234mm lbll 扇接接 式中：为型钢与圆弧门的连接长度，为型钢与平滑门的连接长度；l接1l接2 圆弧门的加强型钢连接门体吊架的螺栓孔位于型钢圆弧端的 20mm 处，中间 连接吊架的螺栓孔为型钢弧中间，门体加强型钢连接用 m8 的螺栓，其孔位于门 体连接的交接处。 其连接结构尺寸图如图 3.16： 图 3.16 门体加强连接尺寸图 3.5 华盖结构设计 3.5.1 华盖的总体设计 华盖是用来安装驱动系统和控制系统的空间部分,其外形由钢板和包装金属 材料构成一个圆柱形体。其主要用来安装转盘齿圈，圆周导轨，电机，控制装置 等。华盖内采用多层布局，最下面是导轨，导轨上面安装门体转盘，转盘和齿轮 减速器连接，齿轮减速器和电机用法兰盘连接安装在转盘上方，其固定在与立柱 连接在一起的支撑架子上，控制装置也固定在这个架子上。这样设计布局较为合 理，且节约空间，使得华盖的整体布局紧凑起来。同时，由于固定电机的架子与 门体立柱连接使得固定可靠，能有效的减小了驱动装置对门体的振动。华盖吊顶 不锈钢板形成顶部，用钢板构成环形把吊顶钢板和滑盖顶部钢板连接起来，环形 钢板位于齿圈内径以内，用铆钉将吊顶钢板和滑盖顶部钢板连接起来。 华盖的布局图如图 3.1 钢板 放电机齿 轮 方钢3 方钢2 方钢1 放控制装 置 图 3.17 滑盖布局图 3.5.2 华盖材料选择 如上图方钢 1 是主要支撑件，它的选择关系到整个电机的固定及其连接强度， 可选文献23-101 页 gb/t705-1989 的热轧方钢，方钢 2 可选 gb/t705-198920 20 的热轧方钢，方钢 3 和方钢 1 方钢 2 选择一样的钢板是用来固定减速机的，20 20 可选用热轧钢板 gb/t70-1988 的 5mm 厚钢板。减速机的法兰盘同钢板用螺栓连接 起来。同时钢板上还要放控制装置有可编控制器和变频器。方钢和立柱采用焊接 方式连接，而钢板和方钢间也用焊接的方式连接。华盖顶部用的盖钢板选用文献 2的 gb/t4237-1992 的 2mm 不锈钢板，而吊顶用 2mm 的不锈钢板实现。 3.5.3 华盖材料尺寸确定 方刚 1 的长度为： 式（3.25） 1 2sin642 1800 sin623179lrmm 内 方钢 2 的长度为： 式（3.26） 2 2sin322 1800 sin311854lrmm 内 由于方钢 3 连接在方钢 1 和 2 的中间，那么方钢 3 的长度为： 式（3.27） 31 11 31791590 22 llmm 钢板的长度大于方钢 3 的长度即可，可取钢板一边长出方钢 3 的为 20mm,l间 那么钢板长度为： 式（3.28） 43 215902 201630lllmm 间 钢板的宽度大于方钢 1 方钢 3 间的距离即可，取一边大于距离为 20mm,那么 钢板的宽度为： 式（3.29） 22 21 22 11 ()40 22 1 185415902 20527 2 bll mm 4 驱动系统设计 4.1 驱动系统总体设计 整个门体的驱动由电机提供动力，电机通过一个一级齿轮减速器把速度降低 后，再通过齿轮和齿圈啮合把动力传给齿圈,齿圈上固定有转盘支架,转盘支架又 和吊挂轮连接,而吊挂轮上悬挂着整个门体。齿圈使得吊挂轮在曲壁圆形导轨上 转动,从而带动整个悬挂门体旋转,实现从动力装置到执行装置的动力驱动过程。 4.2 减速机的选择 电机选择根据启动时克服门体的惯性力矩和阻力矩来进行选择。设计时要假 设门体能在要求时间内加速到门体的快速转速，这样才能很好的满足驱动要求。 由于旋转门体的最大转速为 6r/min,即其角速度为： 26 / 605 wrad s 式（4.1） 由于传感器一般在 2m 范围内检测人的来临,当人迈进门口边时,门体要以正 常速度转动，则在这个时间内门体要加速到正常速度。按照人的正常速度人能在 1s 内走到门口，但由于某些其它的原因，同时为了能充分满足动力需要，可以将 加速时间设为 0.5s。则角加速度为： 式（4.2） 2 2 /0.5/ 55 rad s t 由于电机要带动门体转动,有一个加速过程，在这个加速过程中需要克服旋 转门体的惯性力矩和门体的摩擦力矩才能使其转动，根据力矩转动惯量和角速度 的关系：，则可能算出旋转门体的启动惯性力矩。mj 4.2.1 旋转门体的惯性力矩计算 中间平滑门的转动惯量 以下是各加强型材的线密度。 中间平滑门的加强型钢转动惯量为： 式（4.3） 23 1 32 1 12 1 5.65 3.55621.2. 12 jr dml kg m 平滑门的上边框转动惯量为： 式（4.4） 23 2 32 1 12 1 1.375 3.54.9. 12 jr dml kg m 平滑门的下边框转动惯量为： 式（4.5） 23 3 32 1 12 1 1.198 3.54.3. 12 jr dml kg m 平滑门的左右边框转动惯量： 式（4.6） 2 4 332 10.854 2.1 (1.751.7226 )0.54. 30.274 jr dm kg m 玻璃的总质量为： 式（4.7） 1 44 1.53 0.824 0.006 250096.6mvkg 玻 式中：为玻璃密度； 框架型材的总质量为： 2 424mkg（0. 915 0. 836+0. 915 1. 152+2. 056 0. 966+2. 056 1. 033） 式（4.8） 把中间四扇推拉门当成一均匀质量体来近似估算其转动惯量，则中间四扇门 的线密度为： 式（4.9） 12 96.624 34/ 3.5 m m kg m l 平 那么中间四扇门的转动惯量为： 式（4.10） 23 5 32 1 12 1 34 3.5121.5. 12 jr dml kg m 转动扇门的转动惯量 转动扇门的加强型钢的转动惯量为： 式（4.11） 23 6 32 1 12 1 1.32 1.0990.15. 12 jr dml kg m 转动扇门玻璃的质量为： 式（4.12） 3 1.012 1.997 0.006 250030.3mkg 转动扇门框架的质量为： 式（4.13） 4 1.116 0.836 1.116 1.1522.1 0.9662.1 0.9666.3mkg 同样把转动扇门当成一均匀质量体来近似估算其转动惯量，则门体在 r 向的 线密度： 式（4.14） 34 306.3 62.8/ 1.451 0.951 m m kg m b 那么门的转动惯量为： 式（4.15） 2 7 332 1 (1.4510.951 ) 62.846. 3 jr dm kg m 旋转圆弧门的转动惯量 旋转圆弧门的框架质量为： 式（4.16） 5 1.75 0.836 1.75 1.1522.1 0.966 27.5mkg 旋转圆弧门的玻璃质量为： 式（4.17） 6 1.646 1.997 0.006 250050mkg 旋转圆弧门的加强型钢转动惯量为： 式（4.18） 8 2 22 1.75 1.7656 2360 1.5. m j kg m 12 22 （r +r ） （1. 775 +1. 778） 旋转圆弧门的转动惯量为： 式（4.19） 8 2 22 7.55056 2360 38.3. m j kg m 12 22 （r +r ） （1. 75 +1. 778） 那么整个门体的转动惯量为： 式（4.20） 123456789 2 22222 21.14.94.32 0.54 121.22 0.1546 22 28.32 1.5 305. jjjjjjjjjj kg m 总 那么可以计算出旋转门体惯性阻力矩 式（4.21） 2 305383 . 5 mjn m 总惯 4.2.2 旋转门体的摩擦力矩计算 由于门体通过吊架上的滚轮与曲壁上的轨道旋转来实现门体运动的，因此， 还应存在一个摩擦力矩来阻碍门体的运动，则摩擦系数应是滚动摩擦系数。由相 关的资料可知滚轮与圆形轨道的摩擦系数为 f=0.005。 旋转门体的总的质量为： 式（4.22） 5.65 3.556 1.375 3.5 1.198 3.50.854 2.1 296.624.4m 总 （1. 32 1. 099+30. 3+6. 3）2+（7. 5+50+1. 75 1. 76）2=351kg 由于滚轮与轨道的结合面由两个，那么，门体的摩擦阻力为： 式（4.23） 22sin45 2 0.005 351 10 sin4525 ffnfg n 阻 摩擦阻力矩为： 式（4.24）25 1.77845 .mfrn m 阻阻 式中：r 为圆弧门的半径 4.2.3 选择减速机 门体转动需要的总力矩即为： 式（4.25）45383428 .mmmn m 阻总惯 根据机械设计中电机所需功率按下式计算: 式（4.26）() 1000 a a mw pkw 其中式中是整个传动中的传动效率,由于从电机到门体经过了两对齿轮传 a 动,且齿轮传动效率 0.97，由于有齿轮减速机则经历两对轴承，其传动效率为 0.98。由此可以计算出所需电机的功率： 式（4.27） 22 428 5 0.3 1000 0.970.98 a pkw 由于门体还应能承受一定的风阻，以及旋转门体周围毛条与曲壁门体间的摩 擦阻力和门体转盘吊架的质量都没计算在内。尽管其产生的阻力较小，但由于门 体直径过大,则会产生较大的阻力矩。同时可能还有一些其它没有考虑的因素， 因此特将计算出的功率放大一些。根据相关的计算结果可以选以下几种减速机。 可选用文献4中的 g 系列全封闭出齿轮减速机配备电机功率为 0.55kw，此减速机 是专为机电一体化产品而设计，是全封闭的硬齿面斜齿轮传动，有低噪音、高效 率的优点，同时整体结构紧凑、重量轻、适应性强。选择时减速机传动比不宜过 大，因为带动门体的转盘齿圈不能太小而使得产生的力矩过小，同时要符合立式 安装要求。因此，根据这些可列出以下几个型号方案： 表 4.1 减速机方案表 减速机型号功率 （kw） 机型号减速比输出转矩 （n.m） 输出转速 （r/min） 适配电机 glf28-550-30.5528314466.7y801-4 ghf28-550-30.5528314466.7y801-4 glf28-550-50.5528523.4280.0y801-4 ghf28-550-50.5528523.4280.0y801-4 由于两翼转门的两个扇翼相距较远，使得安装在吊架上的齿圈应有较大的直 径，才利于传递力矩，即要求从减速器输出轴到齿圈的传动比应取较大一些才好， 因此减速器输出轴到齿圈的转速应适中才好。由于 g