初探门机构.doc

_对门运动型式的观察和初步分析机械工程概论专题论文学生姓名：何普学号：2015110997专业班级：机械-1513摘要：本文选择了四种门作为分析的对象，从其运动的产生、传递、转换和控制等角度，对其进行分析。并用自由度计算公式，分别计算各种类门的自由度。所选四种门分别为生活中最最常见的平开门、客车上常用的折叠门、在公共场所较为常见的转门以及多用于仓库、车库的卷帘门。此外，本文尽可能地给出了各种门的运动机构简化图，形象地展现各种门的工作原理及运动型式。并且将各个门的结构进行合理地简化，在不影响该门模型的前提下达到方便分析的目的。关键词:分析、自由度、平开门、折叠门、转门、卷帘门、运动型式引言：在本学期开设的机械工程概论一课中，初步了解了机械工程方面的粗浅基础知识。为初步锻炼自己的论文写作功力、分析能力，并应老师要求、完成课程论文作业，我从日常生活中找出四种不同类型的门机构，即平开门、折叠门、转门、卷帘门，又尝试利用多种渠道查找资料、独立分析，遂成此篇文章。学生初步试水，文章多有不妥之处、分析多有错误之处，望老师批评指正、多多海涵。谢谢！正文：1.平开门平开门（side hung door）是指合页（铰链）装于门侧面、向内（左内开，右内开）或向外开启（左外开，右外开）的门。由门套、合页、门扇、锁等组成。平开门又可分成单开和双开两种。基于简化分析的需要，这里选择单开的平开门作为分析的对象。如图为一个模拟的单开门与其门轴。该门的运动型式为转动。该门的门扇与门轴之间可以近似为一个嵌套的竖直圆筒。故两者连接属于低副。根据自由度计算公式：F=3n(2PL +Ph )其中各字母的含义分别为n：活动构件数，PL：低副约束数 Ph：高副约束数。（以下将不再重申）。所以此处自由度F=3*1-2-0=1。当需要打开或者关闭该门时，由人推动门把手，将力（F）施加在门扇上。又门可近似看成一个刚体，可以忽略其形变。该力（F）产生的力矩使门围绕门轴转动。运动型式由人手的直线运动转化成门的绕轴转动。门转动的速度大小、角度皆由人的主观意识需要来控制。必要时也可以通过改装由电子装置驱动马达直接将力作用于门轴或者直接控制门轴（门与门轴固定）进行旋转，以达到开关门的目的。2.折叠门折叠门（folding door）为多扇折叠，可推移到侧边，占空间较少。分侧挂式折叠门和推拉式折叠门两种。适用于各种大小洞口。折叠门主要由门框、门扇、传动部件、转臂部件、传动杆、定向装置等组成。该门型均可安装于室内和室外。每门有四个门扇，边门扇、中门扇各两扇。边门扇一边的边框与中门扇之间由铰链连接，边门扇另一边门梃上下端分别装有上下转轴，转轴与门洞两边门框上下转轴座相连接，边门梃将绕着一边梃旋转，同时带动中门扇一起旋转至90，从而使门扇开启和关闭。此处引用客车上较为常见的自动折叠门为分析对象。上图为简化后的客车折叠门示意图。该门在门轴处为转动，折叠门滚轮沿着滑轨平动。滚轮与滑轨见的接触属于低副，其余均为高副。所以自由度F=3*3-2*1-3=4当有人需要上下车时，按动相关按钮，驱动电动机使门轴旋转，门轴带动主动门发生转动，从动门被带动转动同时平动。在这个过程中，电能驱动门轴转动转化为机械能，并通过各部件之间的相互作用，使能量传递到各处，带动整个系统进行运动。系统运动的过程由电机控制。电机工作与否直接决定了门的机构是否有能量输入。而电机工作的开关则根据人的需要来进行控制。3.转门转门（Swing door）是三扇或四扇门连成一个风车形，固定在两个弧形门套内旋转的门。该门对防止内外空气的对流有一定作用，可以作为公共建筑及空气调节房屋的外门。转门与平动门较为类似。也可以说转门是由平动门加强而来。此处以三扇转门为例进行分析。三扇转门全部连接在同一个轴上。并且三扇门为一个整体，所以三扇门会同时转动，并保持距离、角度一致。三扇门的中心为一个竖直圆筒，其与轴之间为面接触。所以其自由度F=3*1-2*1-0=1。与平动门类似，当人将力作用于转门的某一扇上时，该力产生的力矩使整个转门开始转动。与平动门不同的是，转门的运动效果不同。平动门大多可以旋转0-90度，而转门可以进行360度旋转。作用在转门上的力对门做功，人手的平动转换为转门的转动。转门转动的快慢、角度由人施加的力也就是人本身来控制。4.卷帘门卷帘门（Rolling shutter door）是以多关节活动的门片串联在一起，在固定的滑道内，以门上方卷轴为中心转动上下的门。卷帘门同墙的作用一样起到水平分隔，它由帘板、座板、导轨、支座、卷轴、箱体、控制箱、卷门机、限位器、门楣、手动速放开关装置、按钮开关和保险装置等13个部分组成。为方便分析，在这里我们将卷帘门简化。忽略其支撑架、手扯链条等。仅留下可以由电机驱动的主要部分，门的主干：门页、滑轨、卷轴。卷帘门的自由度，活动机构数为2（卷轴、帘片），高副数为2，低副数为1。所以，F=3*2-2*1-1*2=2。当电机收到信号开始工作时，卷轴开始转动。卷轴转动的同时带动帘片向上平动。在靠近卷轴的地方，帘片弯曲卷到卷轴上，此处平动变为转动。所以这里可以总结为：卷轴的转动帘片的竖直平动帘片的转动。整个运动过程的速度、时间均由电机的输出决定。参考文献【1】 黎耀元、杨文静、刘文文.客车折叠门机构布置分析探讨【A】.装备制造技术2015年第10期 .P177-188【2】 百度百科.词条.卷帘门/view/724275.htm【3】 百度百科.词条.转门/view/2490594.htm【4】 百度百科.词条.平开门http:/