三翼自動旋轉(zhuǎn)門的機械電氣設(shè)計【含CAD圖紙和說明書】

三翼自動旋轉(zhuǎn)門的機械電氣設(shè)計【含CAD圖紙和說明書】,含CAD圖紙和說明書,自動,旋轉(zhuǎn)門,機械,電氣設(shè)計,cad,圖紙,以及,說明書,仿單 摘 要 摘 要 三翼自動旋轉(zhuǎn)門作為自動門中的頂級產(chǎn)品，旋轉(zhuǎn)門給人以親切大方的感覺，同時營造出奢華的氣氛，堪稱建筑物的點睛之筆。 該論文主要論述了三翼自動旋轉(zhuǎn)門的設(shè)計過程，主要對門體、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)做了詳細的分析和設(shè)計，提出了采用鋁合金和玻璃等組成門體框架。驅(qū)動部分由減速電機和齒輪箱減速機構(gòu)組成，且安裝在門中心頂部的華蓋內(nèi)。控制系統(tǒng)用PLC負責完成控制任務(wù)，由變頻器來實現(xiàn)門體多種轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)功能。安全系統(tǒng)采用紅外線傳感器檢測進出旋轉(zhuǎn)門的人員流動，使用多個接觸式和非接觸式傳感器及光電接近開關(guān)來確保通行安全。設(shè)計出了一種安全可靠實用的三翼旋轉(zhuǎn)門。 關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)門 結(jié)構(gòu) 系統(tǒng) 設(shè)計 Ⅰ ABSTRACT ABSTRACT Three wings automatic revolving door is leading products in automatic doors, it can give generously warm and feeling and creating luxurious atmosphere, Meanwhile, it is a eye in modern buildings . This paper mainly discusses the design about gate body system、transmission system、 control system and safely system of the three wings automatic revolving door.It proposed that the door frame is composed of glass and aluminum framework. Transmission system is fixed on the top of shaft that include a reduer and gears transmition. PLC is responsible for the task of controller and the function of rotational speed is rely on the VVF. People passing in and of the revolving door is checked by the infrared ray sensor, the safety of people are ensured by many contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches. Ultimately, have designed a kind of function practical、safety dependablely revolving door. Key words : Revolving door, Structure, System, Design Ⅱ 目錄 目 錄 摘 要………………………………………………………………………………………Ⅰ ABSTRACT………………………………………………………………………………………Ⅱ 1 緒論……………………………………………………………………………………………1 1.1旋轉(zhuǎn)門的課題背景……………………………………………………………………………1 1.2 國內(nèi)外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀……………………………………………………………………1 1.2.1國外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………………………………1 1.2.2國內(nèi)旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀…………………………………………………………………2 2 方案確定………………………………………………………………………………………3 2.1 方案一的設(shè)計………………………………………………………………………………3 2.2 方案二的設(shè)計……………………………………………………………………………3 2.3 方案的選擇…………………………………………………………………………………4 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………………………………5 3.1 門結(jié)構(gòu)材料的選用…………………………………………………………………………5 3.2 門結(jié)構(gòu)尺寸的確定…………………………………………………………………………7 3.3 中間軸的設(shè)計與軸承的選用……………………………………………………………8 3.4 曲壁部分設(shè)計………………………………………………………………………………9 3.5 華蓋的設(shè)計…………………………………………………………………………………9 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計………………………………………………………………………………… 12 4.1軸和軸承設(shè)計計算…………………………………………………………………………12 4.1.1軸的尺寸設(shè)計…………………………………………………………………………12 4.1.2軸承的選擇與驗算……………………………………………………………………12 4.2軸的校核……………………………………………………………………………………13 4.3 電機的確定………………………………………………………………………………15 4.3.1確定各扇門的質(zhì)量…………………………………………………………………… 15 4.3.2各部分轉(zhuǎn)動慣量的計算……………………………………………………………… 16 4.3.3慣性力矩的計算……………………………………………………………………… 16 4.3.4電機的確定…………………………………………………………………………… 16 4.4齒輪的設(shè)計計算……………………………………………………………………………18 4.4.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)……………………………………………18 4.4.2按齒面接觸強度設(shè)計…………………………………………………………………18 4.4.3按齒根彎曲強度設(shè)計……………………………………………………………20 4.4.4幾何尺寸計算………………………………………………………………………21 5 控制系統(tǒng)部分設(shè)計………………………………………………………………………… …23 5.1硬件的設(shè)計…………………………………………………………………………………23 5.1.1變頻器容量選擇計算………………………………………………………………23 5.1.2傳感器與安全系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………………27 5.1.3控制系統(tǒng)功能特…………………………………………………………………29 5.1.4控制系統(tǒng)驅(qū)動控制原理……………………………………………………30 5.1.5 PLC控制系統(tǒng)節(jié)點分析及地址分配設(shè)計…………………………………………30 5.2 軟件設(shè)計……………………………………………………………………………35 5.2.1控制系統(tǒng)程序設(shè)計……………………………………………………………35 5.2.2 PLC梯形圖………………………………………………………………………47 5.2.3 指令程序…………………………………………………………………47 結(jié)論……………………………………………………………………………………………48 參考文獻…………………………………………………………………………………………49 附錄 A：指令程序表……………………………………………………………………………50 致 謝………………………………………………………………………………………………55 2 1 緒論 1 緒論 1.1旋轉(zhuǎn)門的課題背景 自動旋轉(zhuǎn)門是樓宇設(shè)備中的光機電一體化技術(shù)產(chǎn)品，它給人以親切大方的感覺，同時營造出奢華的氣氛，其全新的概念，寬敞的開放門面和高格調(diào)的設(shè)計，堪稱建筑物的點睛之筆，立足于建筑時代大潮的最前端。大廈在需要持續(xù)不斷的人流出入的同時，又要保持建筑物內(nèi)良好的空氣循環(huán)及環(huán)境的優(yōu)美，這是建筑師所遇到的一大難題，而旋轉(zhuǎn)門為大廈提供了理想的解決方案，它可有效地防風、防塵和隔音，從而改善了大廈入口附近的環(huán)境。旋轉(zhuǎn)門的最大優(yōu)點在于它"永遠開門，又永遠關(guān)門"，即對于行人來說，門總可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠開啟的同時又永遠關(guān)閉的特點，使其動態(tài)密封效果較好。因此，自動旋轉(zhuǎn)門在功能方面具有獨特的發(fā)展。 自動旋轉(zhuǎn)門的最大優(yōu)點在于它“永遠開門，又永遠關(guān)門”，即對于人員來說，門總可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。因此，自動旋轉(zhuǎn)門在保安功能方面具有獨到的發(fā)展，但在人員流量方面自動旋轉(zhuǎn)門卻沒有優(yōu)勢，因為門的轉(zhuǎn)速是固定的，每個門翼之間可容納的人員也是有限的。每種自動旋轉(zhuǎn)門都有標定的人員流量數(shù)值。自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠開啟的同時又永遠關(guān)閉的特點，使其動態(tài)密封效果在經(jīng)常使用的條件下相對于其他自動門要好。由于自動旋轉(zhuǎn)門的人流量有限，通常在自動旋轉(zhuǎn)門兩側(cè)另設(shè)自動或手動平開門，一方面增加通行能力，另一方面當自動旋轉(zhuǎn)門出現(xiàn)故障時，不影響人的通過。但在靜態(tài)密封效果方面，自動旋轉(zhuǎn)門遠不如其他自動門，因為其門體運動方式?jīng)Q定著只能使用毛條密封。 1.2國內(nèi)外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1國外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀 自1903年寶盾公司在荷蘭生產(chǎn)出第一座旋轉(zhuǎn)門，旋轉(zhuǎn)門至今已有一百年的歷史，發(fā)展到今天，旋轉(zhuǎn)門已具有可靠的安全系統(tǒng)和先進的驅(qū)動技術(shù)，其智能化高格調(diào)的設(shè)計為現(xiàn)代化樓宇建筑的確入口提供了完美的選擇。國外著名廠家有：荷蘭的B00N EDAM? 瑞典的BESAM? 德國的多瑪、蓋澤? 日本的納博克、寺岡等。 由于國外自動旋轉(zhuǎn)門發(fā)展較早，其技術(shù)也較為成熟。自動旋轉(zhuǎn)門的傳動系統(tǒng)技術(shù)具有節(jié)能、低噪聲、傳動平穩(wěn)、壽命長、性能可靠等優(yōu)點；控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設(shè)計的系統(tǒng)作為控制中樞，有功能更強大，操作更簡便等優(yōu)點；檢測安全系統(tǒng)采用先進的紅外與微波感應(yīng)技術(shù)，用于感知物體的移動，操縱門體的動行，使用各種安全檢測傳感器，實現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時某些廠家生產(chǎn)的自動旋轉(zhuǎn)門還具有遠程控制和液晶顯示。利用當前先進的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使自動門的維護不再受時間、地域和專業(yè)維護技術(shù)的限制，制造商可通過 internet 與設(shè)備進行實時交流，校正偏差，讓自動門達到最佳運行狀態(tài)。當出現(xiàn)異常時，可準確傳回故障信息，實現(xiàn)遠程維護，縮短維護、保養(yǎng)時間；采用液晶顯示屏，進行可視化設(shè)計，全面顯示門體轉(zhuǎn)速、狀態(tài)和故障等信息。 1.2.2國內(nèi)旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀 ①我國旋轉(zhuǎn)門技術(shù)的發(fā)展：我國的全自動旋轉(zhuǎn)門技術(shù)來源于荷蘭、瑞典、日本等國。90年代后期旋轉(zhuǎn)門開始在我國建筑領(lǐng)域中得到迅速推廣和廣泛的使用。旋轉(zhuǎn)門的廠家：國內(nèi)專業(yè)廠家：北京有凱必盛、寶盾、青木、智輝、巨方圓、信步等。外省市有上?？涤?、廣州盛維、沈陽金海、青島帝盟等。 ②旋轉(zhuǎn)門在我國的市場前景：隨著我國國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定地增長，2008年北京申奧成功和WTO的加入。從本世紀開始，我國進入了全面建設(shè)小康社會的新階段，創(chuàng)造美好生活環(huán)境是裝飾業(yè)發(fā)展的巨大推動力。現(xiàn)代城市建筑物裝飾裝修中，將高科技應(yīng)用到建筑物的外觀形象上，使城市建筑的入口體現(xiàn)出智能化。對門的選擇由單一的功用型向個性化、品位化發(fā)展，旋轉(zhuǎn)門以其全新的概念，寬敞開放的門面和高格調(diào)的設(shè)計，自然成為當代的建筑裝飾的主流，無可質(zhì)疑的必選設(shè)施?？胺Q建筑物的點睛之筆。但是國家對自動門產(chǎn)品質(zhì)量、安全性、節(jié)能性、噪音、施工質(zhì)量、售后服務(wù)還沒有統(tǒng)一的標準，所有國內(nèi)建筑業(yè)院校都沒有相關(guān)的專業(yè)或課程，也沒有權(quán)威的咨詢機構(gòu)，自動門市場的管理尚處于無序狀態(tài)。隨著國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展，這一狀況一定會有所改變。 58 2 方案確定 2 方案的確定 旋轉(zhuǎn)門主要設(shè)計是從門體,傳動系統(tǒng),控制系統(tǒng)，檢測系統(tǒng),安全系統(tǒng)等幾個方面進行考慮。從上面幾個方面具體分析可以設(shè)計兩種方案。 2.1方案一的設(shè)計 ①框架總成： 分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分，均由鋁型材框架和玻璃等組成。立柱、曲壁、門扉一般采用高強度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡潔，精密牢固。圓周導(dǎo)軌懸掛整個旋轉(zhuǎn)門體及其驅(qū)動設(shè)計，每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸，使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài);門扉玻璃采用（3+3）夾膠玻璃或6mm厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夾膠玻璃，安全可靠。 ②傳動系統(tǒng)：由二個三相交流電機提供動力，用減速器帶動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤驅(qū)動。 ③控制系統(tǒng)：由單片機、變頻器、功能開關(guān)組成。由可編程控制器PLC、變頻器、功能開關(guān)組成。 ④檢測系統(tǒng)：由紅外傳感器實現(xiàn)有無人自動檢測，自動對電機啟停進行操作。 ⑤安全系統(tǒng)：主要有接觸和非接觸安全感應(yīng)器。 旋轉(zhuǎn)門入口立柱均裝有安全膠條，防止行人夾傷，自動門入口右側(cè)立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應(yīng)器，如受擠壓門扉即馬上停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動轉(zhuǎn)動;每扇門扉底邊膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應(yīng)器，碰到物體或行人門扉立即停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動轉(zhuǎn)動。 2.2方案二的設(shè)計 ? ①框架總成：分為固定部分和旋轉(zhuǎn)部分，均由鋁型材框架和玻璃等組成。立柱、曲壁、門扉一般采用高強度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡潔，精密牢固。采用中心門軸結(jié)構(gòu)安裝和驅(qū)動旋轉(zhuǎn)門體設(shè)計，每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸，使門扉在任何位置均處于密閉狀態(tài);門扉玻璃采用（3+3）夾膠玻璃或6MM厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夾膠玻璃，安全可靠。 ②驅(qū)動系統(tǒng)：由一個三相交流電機提供動力，用減速器帶動中心門軸驅(qū)動。 ③控制系統(tǒng)：由可編程控制器PLC、變頻器、功能開關(guān)組成。 ④檢測系統(tǒng)：由紅外傳感器實現(xiàn)有無人自動檢測，自動對電機啟停進行操作。 ⑤安全系統(tǒng)：主要有接觸和非接觸安全感應(yīng)器。 旋轉(zhuǎn)門入口立柱均裝有安全膠條，防止行人夾傷，自動門入口右側(cè)立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應(yīng)器，如受擠壓門扉即馬上停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動轉(zhuǎn)動;每扇門扉底邊膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應(yīng)器，碰到物體或行人門扉立即停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動轉(zhuǎn)動。 2.3方案選擇 三翼旋轉(zhuǎn)門采用方案二這種結(jié)構(gòu)，即中心門軸通過軸承機構(gòu)垂直安裝于地面，三個呈發(fā)散式固定在中心門軸上，各門扇之間的角度相等。中心門軸的上方安裝電動機及其他電氣控制部件，再配以感應(yīng)裝置和安全裝置，就成為一個完整的自動旋轉(zhuǎn)門。但是，這種旋轉(zhuǎn)門門翼與中心軸的固定方式?jīng)Q定了門扇寬度不能太大，所以這種旋轉(zhuǎn)門的直徑最大只有約4m。為了解決這一問題，工程師們將中心門軸設(shè)計成了門扇固定在大鋼管上面，相對減小了門扇寬度，增加了電機對門中心的旋轉(zhuǎn)作用力矩，使這種旋轉(zhuǎn)門的最大直徑擴大到6m。這種結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定性，使用的可靠性很高，使用壽命長?？紤]到旋轉(zhuǎn)門在停止時一定耍密封，所以三翼旋轉(zhuǎn)門的每個分隔可以容納更多的人，可是門的凈開口寬度較小。而方案一由于采用兩個電機驅(qū)動也給驅(qū)動系統(tǒng)帶來了許多麻煩，同時也不利于節(jié)能。在控制系統(tǒng)上，由于單片機的程序設(shè)計和接口設(shè)計較為繁雜，只利于大批量生產(chǎn)，不適于單件設(shè)計。綜合兩種方案進行比較，可以看出第二種方案在具體設(shè)計中更具有實用性，完善性。故選擇第二種方案。 3 門體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 門結(jié)構(gòu)的設(shè)計 三翼自動旋轉(zhuǎn)門的尺寸可以根據(jù)可以確定其尺寸，其具體尺寸如下所示； 表3.1 門體尺寸 門旋轉(zhuǎn)直徑 3200mm 門凈高 A 2400mm 門總高 B 2710mm 門出入口尺寸 C 1430mm 門外徑D 3360mm 單扇門半徑DW 1315mm 圖3.1 門體結(jié)構(gòu)簡圖 3.1門結(jié)構(gòu)材料的選用 門體主要包括門體骨架的材料和門體玻璃。 ①根據(jù)相關(guān)門體標準,可按90系列的推門進行設(shè)計。門體骨架采用90系列推拉門專用鋁型材，根據(jù)中可以確定門體骨架鋁型材； 三翼旋轉(zhuǎn)門門扇 左邊框 選代號 L090704 右邊框 選代號 L090704 上橫 選代號 L090706 下橫 選代號 L090707 圖3.2 L090706型鋁型材 圖3.3 L090707型鋁型材 圖3.4 L090704型鋁型材 ②門體玻璃的選用 門扉玻璃一般有幾種選擇，一是防彈玻璃，二是夾膠玻璃，三是鋼化玻璃。由于自動旋轉(zhuǎn)門一般用于高級的賓館，寫字樓等高檔場所,一般無特殊要求。由于防彈玻璃價格較為昂貴，并且無多大實際用處，而夾膠玻璃它安裝的透光性不是較好。因此選擇鋼化玻璃是最合適的。根據(jù)參考其他相關(guān)產(chǎn)品的選擇情況，可以選6mm的鋼化透明玻璃。 3.2門結(jié)構(gòu)尺寸的確定 根據(jù)前面的總體設(shè)計可知，三翼旋轉(zhuǎn)門的結(jié)構(gòu)尺寸可參照中90系列（尺寸高度為2400mm,一扇門寬度為1315mm）進行設(shè)計。 根據(jù)以上節(jié)點,可以計算單扇門的相關(guān)尺寸為： 左邊框和右邊框的高度為： 式(3.1) =2400-225 =2350mm 式中：為門扇邊框高度尺寸，為門凈高度。 上橫和下橫的寬度為： 式(3.2) =1315mm 式中：為門扇寬度。 玻璃的實際高度為： 式(3.3) 式中： 為玻璃外顯示尺寸，，玻璃上下門邊尺寸。 實際寬度為： 式(3.4) =1315-264212 =1211mm 式中：門扇上邊框安裝玻璃的寬度，玻璃邊框?qū)嶋H尺寸。 3.3中間軸的設(shè)計與軸承的選用 ①中間軸的設(shè)計 軸的直徑為：= 式(3.5) =3200-21315-23-216 =532mm 式中：為門體旋轉(zhuǎn)直徑，為門扇邊框安裝膠條與曲壁之間的間隙，為 扇門邊框安裝膠條的寬度。 由于軸是用來安裝軸承、齒輪、門扇的，并且在軸向受到力不大。所以選用結(jié)構(gòu)用不銹鋼焊接鋼管。用牌號0Cr18Ni9制造，以熱處理狀態(tài)交貨的半徑為532mm,壁厚為8mm,定尺長度為3000mm,中間軸在安裝軸承的兩端要車削1mm，并且達到530mm，尺寸精度為普通級。 ②軸承的選用 為了使軸承能很好的固定，必須使用軸承座。由于要使用兩個軸承，則軸承座也要使用兩個，上下各一個。對于軸承座，其內(nèi)徑為軸承的外徑，其厚度必須滿足強度要求。因為軸所計算的直徑為532mm,兩端車削后直徑為530mm，故選用雙列圓錐滾子軸承，根據(jù)(GB/T-22-1995)選型號為35000型，代號為3519/530。 安裝在軸上的軸承主要受軸向力。并且軸承受到的軸向力比較大，故需在門安裝地面設(shè)計一個凹型臺，防止軸的向下滑動和安裝時防止其他雜質(zhì)進入軸襯內(nèi)。 圖3.5 下軸承座 3.4曲壁部分設(shè)計 曲壁由4根角鋼做為支撐體，每2根構(gòu)成一邊曲壁體。角鋼豎在水泥板上，進出口各布置2根，然后頂部又用一圓形角鋼將4根角鋼固定在一起。形成曲壁的整體框架，然后安裝鋁合金玻璃壁。曲壁由2塊相同的圓弧玻璃組成。 ①材料的選用 曲壁上圓弧梁選用6063專用弧形材。頂部用的角鋼彎曲成一個圓弧，由四段構(gòu)成，便于加工。玻璃的選用8mm彎鋼化玻璃。 ②材料尺寸的確定 由于圓的內(nèi)圓半徑為1600mm,門口對應(yīng)的圓角為 則兩邊曲壁各對應(yīng)的圓心角應(yīng)： 式(3.6) 所以兩邊曲壁對應(yīng)的弧長： 式(3.7) 玻璃尺寸的確定 玻璃的弧長： 式(3.8) 玻璃的高度： 式(3.9) 曲壁立柱（）角鋼尺寸確定： 由于要保持角鋼的穩(wěn)定性，預(yù)埋在地下的角鋼尺寸為100mm。則角鋼的高度可估算為： 式(3.10) 頂部圓周鋼材尺寸的確定： 頂部周鋼材的內(nèi)直徑為3200mm,分為兩半圓角鋼用螺栓固定在立柱角鋼上,則圓周角鋼內(nèi)圓弧長為： 式(3.11) 式中：d為旋轉(zhuǎn)門的旋轉(zhuǎn)直徑。 則每段內(nèi)圓弧長： 式(3.12) 3.5華蓋的設(shè)計 華蓋部分是用來安裝驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的部分，其主要由和型材框架和薄金屬版構(gòu)成一個圓柱形體。其主要安裝軸承，電機，控制裝置等。 由于華蓋要用來安裝電機，電機的有一定重量。為了保證電機在工作時不發(fā)生振動現(xiàn)象，故選擇的鋼架結(jié)構(gòu)要求其剛度比較高。故選擇熱扎鋼板。其厚度為2毫米，直徑為3360mm的圓形，上下各一張。 ①華蓋底部設(shè)計 旋轉(zhuǎn)門的外徑為3360mm，由于底部要安裝軸承，必須在鋼板中間打孔。與此同時角鋼也要穿過鋼板，也必須在鋼板上加工槽。 圖3.6下華蓋尺寸圖 ②上華蓋的設(shè)計 旋轉(zhuǎn)門的外徑為3360mm，由于上面的鋼板要用來安裝電機，故必須在其上面打孔。同時為了保證鋼板用足夠的強度來支撐電機的重量，則必須在鋼板上打鋼架。鋼架與鋼板焊接在一起。由于電機的重量不大，故用一般方鋼。其具體尺寸如下圖所示： 圖3.7 上華蓋尺寸圖 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計 4.1軸和軸承設(shè)計計算 4.1.1軸的尺寸設(shè)計 由于軸承還沒有缺定出來，但是軸的直徑已知。并且旋轉(zhuǎn)軸在徑向受力不大主要受到徑向力的作用，故可以選擇圓錐滾子軸承。根據(jù)文獻[5]中預(yù)選雙列圓錐滾子軸承，型號為3519。其寬度為190 mm。又由于齒輪與軸承必須留出一定的距離，一般選擇為40mm。其具體尺寸如下圖所示： 圖4.1 軸的結(jié)構(gòu)圖 軸的質(zhì)量計算：由公式W=0.02491(D-S)S 其中W為鋼管的線密度（kg/m）,D為鋼管的外徑（mm），S為鋼管的壁厚（mm）。 M=WL (L為鋼管的長度) = 式(4.1) =152.73kg 4.1.2軸承的選擇與驗算 徑向力確定：軸承受到的徑向力為減速器輸出的轉(zhuǎn)矩除以大齒輪的分度圓半徑。其值為Fr= ==850.6N 軸向力的確定：Fa=Mg = =(152.73+449) 10 式(4.2) =3487.3N 設(shè)定工作時間為87600小時(10年365天24小時) 由中間軸兩端按軸承的地方車削后d=530mm，由文獻[5]中表6-2-80預(yù)選雙列圓錐滾子軸承，型號為3519。其中e=0.41，Y1=1.6，Y2=2.5，Y0=1.6，Cr =2390KN。 當==4.1大于0.41時 當量動載荷 Pr =0.45Fr +YFa =0.45×850.6+2.5×3487.3 式(4.3) =9101.02N 查文獻[3]中表10-5得Y=Y2=2.5 查文獻[5]中表6-2-8﹀6-2-11得fh=2.0,fn=1.435,fd=1.1,fT=0.9,fm=1 根據(jù)式C= (fh ×fd× ×fT) ×Pe =(2×1.1××0.9) ×9101.2 式(4.4) =12557.8N 軸承Cr=2390000N>12557.8N，故合適。 4.2軸的校核 在確定軸承的支點位置時，由文獻[5]中查取值。對于雙列圓錐滾子軸承，由文獻[5]中查得。作簡支梁的軸的支承跨距。根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。 圖4.2 中間軸受力圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出軸的受力情況： ①水平面的受力分析 支反力 式(4.5) ②垂直面受力 支反力 式(4.6) ③彎矩的計算 式(4.7) ④扭矩的計算 T=225.4 式(4.8) 按彎扭合成應(yīng)力校核的軸的強度進行校核時，只需對軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。由文獻[3]中公式15—5及上表中的數(shù)值，并取，軸的計算應(yīng)力 = 式(4.9) =4.68MPa 其中W為抗彎、抗扭截面系數(shù)，，d1為鋼管的內(nèi)徑，d為鋼管的外徑。 前面已選定軸的材料為0Cr18Ni9，調(diào)質(zhì)處理，由文獻[3]中表15—1查得 。因此 ，故安全。 4.3電機的確定 4.3.1確定各扇門的質(zhì)量 由于轉(zhuǎn)軸中心兩端是對稱的，以一邊門體計算即可。 鋁型材密度： 代號為L090704的線密度為0.966 代號為L090706的線密度為0.836 代號為L090707的線密度為1.152 每扇門框的質(zhì)量： =2.36020.966+1.1350.836+1.1351.152 式(4.10) =8.053kg 式中：，，分別為各鋁型材的密度。 單扇門玻璃的質(zhì)量： = 式(4.11) 式中：為玻璃的體積，為玻璃的密度。 單扇門的質(zhì)量： 式(4.12) =40.82+8.053 =49kg 式中：為單扇玻璃的質(zhì)量，單扇門框的質(zhì)量。 4.3.2各部分轉(zhuǎn)動慣量的計算 假設(shè)門扇為均勻的質(zhì)量體,其在寬度方向的面密度可以用下式計算,其中R為門扇的寬度，L為門扇的長度。 則門扇對中心慣量可用下式計算 式(4.13) 由平行軸定理知，門扇相對于軸的轉(zhuǎn)動慣量為： 式(4.14) =56.6 （其中L1為軸的半徑） 4.3.3 慣性力矩的計算 假設(shè)門體1s內(nèi)加速到門體的快速轉(zhuǎn)速，由于旋轉(zhuǎn)門體的最大轉(zhuǎn)速為6r/min，即角速度，由于傳感器一般工作在2m范圍內(nèi)檢測人是否來臨，當人邁進門邊時，門體要以正常速度轉(zhuǎn)動，則在這時門體要加速到正常速度。在0.5s內(nèi)加速到此速度,則角速度，由于電機要帶動門體轉(zhuǎn)動，有一個加速過程，有一個加速過程此過程需要克服旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩才能使其轉(zhuǎn)動，根據(jù)力矩轉(zhuǎn)動慣量和角速度的關(guān)系。則可能算出旋轉(zhuǎn)門體的慣性力矩為： 式(4.15) 4.3.4電機的確定 根據(jù)機械設(shè)計中電機所需功率按下式計算： 式(4.16) 由電動機至轉(zhuǎn)動軸的傳動總效率為： 式(4.17) 式中,,分別為滾子軸承，齒輪，聯(lián)軸器的傳動效率。 取，，，則總的傳動效率為： 式(4.18) =0.83 則可以計算出電機的功率 式(4.19) 由于門體還應(yīng)能承受一定的風阻，以及旋轉(zhuǎn)門體周圍無條件與曲壁門體間的摩擦阻力，盡管其產(chǎn)生的力較小，但由于門體直徑過大，則會產(chǎn)生較大的阻力矩。同時還有一些其他沒有考慮的因素，如齒輪的轉(zhuǎn)動慣量，因此特將計算出的功率放大一些同時門體的轉(zhuǎn)動較底，則電機應(yīng)適應(yīng)轉(zhuǎn)速較底的，根據(jù)相關(guān)的計算結(jié)果 可以選以下兩種電機。 表4.1 電機參數(shù)表 方案 型號 額定功率 (KW) 轉(zhuǎn)矩 (N.m) 同步 滿載 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速 r/min) 總傳 齒輪傳 減速器 動比 動比 1 JCJ71-0.55 0.55 23.5 1500 1440 240 21.8 11 2 JXJ1-35-0.37 0.37 82.0 1500 1440 240 6.9 35 由于電機輸出的轉(zhuǎn)速較大，一般在1500r/min，通過減速器難以實現(xiàn)門體轉(zhuǎn)速6r/min，因此在選電機時可以選用帶減速器的電機來實現(xiàn)要求。根據(jù)相關(guān)要求，可以選用一個JXJ系列齒輪減速三相異步電機，JXJ系列異步電機按照TB1T6442-92標準設(shè)計制造,廣泛用于輕工,紡織，建筑機械行業(yè)。JXJ系列異步電動機是直接輸出低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)距，且有轉(zhuǎn)速型譜寬，運轉(zhuǎn)平衡，噪聲低，高效節(jié)能，體積小，重量輕，規(guī)格多，選用方便等特點。 由于計算出所需電機功率為0.26KW,加上一些忽略因素，應(yīng)該選擇電機功率在0.26KW上的電動機才行。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和齒輪傳動，可見方案2比較合適。即選用JXJ1-35-0.75擺線針輪減速器三相異步電機。 表4.2 電機參數(shù)表 型號 額定功率 (KW) 轉(zhuǎn)矩 (N.m) 同步 滿載轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速 r/min) 總傳 齒輪傳 減速器 動比 動比 JXJ1-35-0.37 0.37 67.9 1500 1440 240 6.9 35 圖4.3 電機尺寸圖 表4.3 電機尺寸表 P E M n-d D2 D3 D4 D b h B 4 9 129 4-12 290 260 230 45 8 31 576 4.4齒輪的設(shè)計計算 4.4.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 按傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。旋轉(zhuǎn)門為一般傳動，速度不高，故選用7級精度（GB10095-88）。查文獻[3]中小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪的材料選用45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齒輪齒數(shù) =30，大齒輪齒數(shù) ，取=206。 4.4.2按齒面接觸強度設(shè)計 由設(shè)計公式進行計算，即 式(4.20) ①確定公式內(nèi)的各計算參數(shù) 試選用載荷系數(shù)=1.25。 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 式(4.21) 由文獻[3]中表10-7選取齒寬系數(shù)=1。 由文獻[3]中表10-6查得材料的彈性系數(shù)。 由文獻[3]中圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限。 由根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 式(4.22) 式(4.23) 由文獻[3]中圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)：，。 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1％，安全系數(shù)S=1，得 式(4.24) 式(4.25) ②計算 試計算小齒輪的分度圓，代入[]中較小的值 式(4.26) 計算圓周速度v 式(4.27) 計算齒寬 由文獻[3]中表10—7取=0.6 式(4.28) 計算齒寬和齒高之比b/h 模數(shù)： 式(4.29) 齒高： 式(4.30) 式(4.31) 計算載荷系數(shù) 根據(jù)v=0.125m/s，7級精度，由文獻[3]中圖10-8查得動載系數(shù)Kv=1.4； 直齒輪，假設(shè)。由文獻[3]中圖10—3查得 由文獻[3]中表10-2查得兩段的齒輪的使用系數(shù)， 由文獻[3]中表10-47級精度、小齒輪相對支承懸臂布置時， 式(4.32) 將數(shù)據(jù)代入后得 式(4.33) 由b/h=13.322,=2.79，查文獻[3]中圖10-13得=2.65 故載荷系數(shù) 式(4.34) 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得 式(4.35) 計算模數(shù) 式(4.36) 4.4.3按齒根彎曲強度設(shè)計 設(shè)計計算公式 式(4.37） ①確定計算公式內(nèi)的各計算參數(shù) 由文獻[3]中圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限； 由文獻[3]中圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，； 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由下式得 式(4.38) 式(4.39) 計算載荷系數(shù)K 式(4.40) 查取齒形系數(shù) 由文獻[3]中表10-5查得，； 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻[3]中表10-5可查得，； 計算大、小齒輪的并加以比較 式(4.41) 式(4.42) 由上式可得大齒輪的數(shù)值較大。 ②設(shè)計計算 式(4.43) 此計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取有彎曲強度算得的模數(shù)2.62并就近圓整為標準值m=3；按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)：，取=33。大齒輪齒數(shù)：取 這樣的齒輪傳動，既滿足齒面接觸疲勞強度，又滿足齒根彎曲疲勞強度，而且做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 4.4.4幾何尺寸計算 ①計算分度圓直徑 式(4.44) 式(4.45) ②計算中心距 式(4.46) ③計算齒輪寬度 式(4.47) 取。 ④驗算 式(4.48) ，合適。 式(4.49) 由于軸的尺寸非常大，故將齒輪改為齒圈其設(shè)計。其設(shè)計與一般齒輪設(shè)計時完全一樣的。 5 控制系統(tǒng)部分設(shè)計 5 控制系統(tǒng)設(shè)計 5.1硬件設(shè)計 5.1.1變頻器容量選擇計算 變頻器容量的選用有很多因數(shù)決定，列如電動機的容量，電動機的額定電流，電動機加速時間等，其中最主要的電動機的額定電流。 表5.1 電機參數(shù)表 電動機型號 額定功率（W） 額定電流（A） 額定電壓（V） 效率（%） 功率因素 電機轉(zhuǎn)動慣量 飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 Y881-4 550 1.51 380 73 0.76 2.2 0.0018 0.6 ①驅(qū)動一臺電動機 對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的變頻器必須同時滿足下列3項計算公式： 滿足負載輸出/kVA： 式(5.1) 滿足電動機容量/kVA： 式(5.2) 滿足電動機電流/A： 式（5.3) 式中： 為變頻器的容量/kVA 負載要求的電動機軸輸出功率/kw 電動機額定電壓/v 電動機額定電流/A 電動機效率 電動機功率因數(shù) 電流波形補償系數(shù) k是電流波形補償系數(shù)，由于變頻器的輸出波形并不是完全的正弦波，而含有高次諧波的成分，其電流應(yīng)有所增加。對PWM控制方式的變頻器，k約為1.05~1.1。 ②指定變頻器的啟動加速時間 變頻器產(chǎn)品型號所列的變頻容量，一般以標準條件為準，在變頻器過載能力以內(nèi)進行加減速，在進行急劇加速和減速時，一般利用失速防止功能，以避免變頻器跳閘，但同時也加長了加減速時間。 如果生產(chǎn)設(shè)備對加速時間有特殊要求時，必須事先核實編破器的容量是否能夠滿足所要求的加速時間，如不能滿足,則要選用加大一檔的變頻器容量。 在指定加速時間的情況下，變頻器所必需的容量計算如下： 式(5.4) 式中： 為變頻器的容量/kVA 電流補償系數(shù),對PWM控制方式的變頻器,k約為1.05~1.1 電動機效率 電動機功率因數(shù) 電動機額定轉(zhuǎn)速/(r/min) 電動機軸上的飛輪力矩/() 電動機加速時間/s 負載轉(zhuǎn)矩/() ③指定變頻器的減速時間 降低變頻器的輸出頻率，就可以實現(xiàn)電動機減速。加快變頻器輸出頻率的降低速率，可使電動機更快的減速。當變頻器輸出頻率對應(yīng)的速度低于電動機的實際轉(zhuǎn)速時，電動機就進行再生制動。在這種運行狀況下，異步電動機將變成異步發(fā)電機，而負載的機械能將被轉(zhuǎn)換為電能并反饋給變頻器。當反饋能量過大時，變頻器本身的過電壓保護電路將會動作并切斷變頻器的輸出，使電動機處于自由減速狀態(tài)，反而無法達到快速減速的目的。 為了避免出現(xiàn)上述現(xiàn)象，使上述能量能在直流中間回路的其他部分消耗，而不造成電壓升高。在電壓星變頻器中，一般都在直流中間回路的電容器兩端并聯(lián)上制動三極管和制動電阻。當直流中間回路的電壓升高到一定的電壓值，制動三極管就回導(dǎo)通，使直流電壓通過制動電阻放電，既電動機回饋給變頻器的直流中間回路的能量，以熱能的形式在制動電阻上消耗掉。 制動電阻的選擇方法： 1)計算制動力矩 式(5.5) 式中： 動力矩/ 電動機轉(zhuǎn)動慣量/ 折算至電動機軸的負載轉(zhuǎn)動慣量/ 減速開始速度/() 減速完了速度/() 減速時間/s 負載轉(zhuǎn)矩/ 2)計算制動電阻的阻值 在進行再生制動時，即使不加放電的制動電阻，電動機內(nèi)部也將有20%的銅損被轉(zhuǎn)換為制動力矩。考慮這個因數(shù)，可以按下式初步計算制動電阻的預(yù)選值。 式(5.6) 式中： 制動電阻 直流電路電壓/V 對200V級變頻器, =380V 對400V級變頻器, =760V 制動轉(zhuǎn)矩/() 電動機額定轉(zhuǎn)矩/() 減速開始速度/() 上式中，如果，則沒必要加制動電阻。 放電電路由制動三極管和制動電阻串聯(lián)而成，因此，制動三極管本身允許通過電流就是放電電路的最大允許值。所以制動電阻的最小值。 由上可見，制動電阻的阻值應(yīng)由來決定。有的變頻器生產(chǎn)廠家在產(chǎn)品目錄中。給出制動電阻最小值的參考值，可供用戶在選擇制動電阻時參考。 3)計算制動電阻平均消耗的功率/kW 如前所述，電動機額定轉(zhuǎn)距的20%制動轉(zhuǎn)距由電動機內(nèi)部損失產(chǎn)生，所以可以按下式求得電動機制動時，制動電阻上消耗的平均功率： 式(5.7) =(5.76-0.22.2)1440 =0.802 由于三翼自動旋轉(zhuǎn)門是恒轉(zhuǎn)矩負載，故變頻器選用通用型的。又因為三翼旋轉(zhuǎn)門的轉(zhuǎn)速不允許超過額定值，電機不會過載。因而可以選用通用的變頻器，只要所選用的變頻器滿足一般環(huán)境下使用即可。根據(jù)以上的計算的數(shù)據(jù)，選用佳靈JP6C-T9-0.75。該變頻器的參數(shù)如下； 表5.2 變頻器參數(shù)表 變頻器型號JP6C-T79 -0.75 適配電動機功率/kW 0.75 額 定 電 流 額定容量/kVA 2.0 電壓/V 3相,380~440 額定頻率/Hz 50/60 額定電流/A 2.5 額定過載 短時間 額定電流的150%1min 電 源 相數(shù),電壓,頻率 3相,380~440,50Hz/60Hz 允許波動 電壓10%~-15%,頻率5%~-5% 瞬間電壓降低范圍 310V以上,繼續(xù)運轉(zhuǎn) 所需電源容量/kVA 1.2 輸 出 功 率 調(diào)整 最高頻率/Hz 50~400可變設(shè)定 基本頻率/Hz 50~400可變設(shè)定 啟動頻率/Hz 0.5~60可變設(shè)定 載波頻率/Hz 2~6可變設(shè)定 精度 模擬設(shè)定 設(shè)定分辨率 模擬設(shè)定 控 制 電壓/頻率特性 用基本頻率可變設(shè)定320~440V 電矩提升 自動:按照負載轉(zhuǎn)矩,調(diào)整至最佳 手動設(shè)定:0.1~20.0編碼設(shè)定 啟動轉(zhuǎn)矩 150%以上(轉(zhuǎn)矩矢量控制) 制 動 制動轉(zhuǎn)矩 100%以上 可選使用時 150%以上(用DBR時) 直流制動 可設(shè)定制動開關(guān)開始頻率,時間等 外殼防護等級 IP40 冷卻方式 自冷 質(zhì)量/kg 2.4 5.1.2傳感器與安全系統(tǒng)的設(shè)計 ①檢測傳感器的選用 檢測系統(tǒng)是由安裝于門口上面的四個傳感器來實現(xiàn)的，其主要功能是感知人的進出從而發(fā)出開門信號。紅外傳感器的選擇主要考慮檢測范圍和輸出形式及其特點。ADS-A型門傳感器是較好的選擇。它的檢測范圍可調(diào)，安裝高度在門的設(shè)計高度范圍內(nèi)，其輸出形式為繼電器接點，可以直接和控制器相連。那么此檢測傳感器就可以選擇這個。其性能參數(shù)見文獻[16]。 ②安全系統(tǒng)設(shè)計 為防止三翼旋轉(zhuǎn)門在工作過程中因某些原因而發(fā)生傷人的事故出現(xiàn)，那么就需要配置一定的安全系統(tǒng)。主要采用以下方式。紅外線防夾安全感應(yīng)器防止門扇與曲壁柱之間夾傷行人，當人在門扇與曲壁立柱安全距離內(nèi)時，感應(yīng)器與接近開關(guān)信號同時生效,門扇應(yīng)馬上停止。防撞膠條安裝于入口右側(cè)門立柱上，膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式感應(yīng)器，如遇物體碰撞或受壓，門扇馬上停止轉(zhuǎn)動，防止夾傷行人，膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后，轉(zhuǎn)門也隨之恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。每扇門扉底邊裝有全開寬內(nèi)藏式感應(yīng)器，如碰到物體或受壓，門扇馬上停止轉(zhuǎn)動，防止門扇打倒行人，膠條內(nèi)感應(yīng)器恢復(fù)正常后，轉(zhuǎn)門也隨之恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。此外，還采用了4只測量范圍為5mm 的電感式接近開關(guān)。接近開關(guān)用于防夾位置區(qū)域設(shè)定、直流制動封門及鎖門定位。 1)防夾接近開關(guān)的選用 由于在出入口兩個防夾區(qū)域內(nèi)要安裝了防夾傳感器。而防夾感應(yīng)器是用來感應(yīng)人是否處于防夾區(qū)域內(nèi)，而不知道是否門扇已經(jīng)靠近防夾區(qū)域內(nèi)，所以僅靠防夾傳感器是無法鑒別人是否即將受夾或正在受夾。則需要一個接近開關(guān)來判斷門翼也走到了防夾區(qū)域內(nèi)。如果在防夾區(qū)域內(nèi)，則接近感應(yīng)器發(fā)出信號表示，如果此時有人進入防夾區(qū)則有可能被夾。兩信號同時有效時，則使門停轉(zhuǎn)制動。由于人的寬度一般在0.5m以下，可設(shè)此距離為接近感應(yīng)器感應(yīng)距離。當門翼靠近曲壁