旋转式自动门机构与控制系统设计说明书【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 目录 声明 . 目录 . 摘要 . I . 绪 论 . 1 动门发展历程及分类 . 1 键技术参数 . 1 次设计的内容 . 2 2 方案设计 . 3 案拟定 . 3 转式自动门方案一 . 3 转式自动门方案二 . 4 案选择 . 4 案比较 . 4 定方案 . 5 3 门体结构设计 . 6 定门扇材料 . 6 定门扇玻璃 . 7 定门扇的尺寸 . . 7 壁部分设计 . 8 定材料 . 8 定材料尺寸 . 9 盖的总体设计 . 10 属盘与轴承支座的设计 . 11 属盘的设计 . 11 承座及防尘盖 的设计 . 12 4 驱动系统的设计 . 14 扇门的质量计算 . 14 部分转动惯量的计算 . 14 择电 机 . 15 轮的设计 . 17 定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 . 17 齿面接触强度设计 . 17 . 19 . 19 与轴承的选择 . 20 的尺寸确定 . 20 承的选择与验算 . 21 的校核 . 21 买文档就送 您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 5 控制系统设计 . 23 制系统的控制功能 . 23 频器的选择 . 24 动一台电机 . 24 定变频器启动加速时间 . 24 定变频器减速时间 . 25 测装置的选择 . 26 制系统硬件设计 . 28 . 28 析控制系统的 I/O 接点数 . 28 . 30 入输出口及端口的保护及分配 . 31 . 34 门程序设计与解释 . 34 流制动程序设计与解释 . 34 警程序设计与解释。 . 36 频器复位程序设计与解释 . 37 动机启停程序设计与解释 . 38 度控制程序与解释 . 41 6 结 论 . 43 7 参考文献 . 44 8 致谢 . 46 附录 A：变频器参数 . 47 附录 B：传感器与接近开关的参数 . 49 附录 C： . 53 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 I 摘要 随着经济的发展和人民水平的提高，自动旋转门的应用也越来越来越广泛。它现在为许多宾馆、超市、百 货大楼等现代建筑所必备，不仅可以美化出入口环境，而且具有节能、防尘、隔音等功能，同时也是建筑智能化的重要标志。 本论文主要论述了四翼自动旋转门的设计过程，其主要对门体、传动系统、控制系统做了详细的分析和设计，提出了采用铝合金和玻璃等组成门体框架。 传动部分由减速电机和齿轮箱减速机构组成，安装在门中心顶部的保护罩内 责完成控制任务，由变频器来实现门体多种转速的调节功能。采用红外线传感器检测进出旋转门的人员流动，使用 多个接触式和非接触式传感器及光电接近开关 来确保通行安全。设计出了一种安全可靠实用的四 翼旋转门。 关键词： 四翼旋转门； 计；机械传动；自动化 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 of of s of is It is to of of so at it is an of of a of so on is in at of is of is of of of is to of to So a 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 1 1 绪 论 动门发展历程及分类 自动门起源于荷兰，至今已有一百年的历史，在这段时间内，自动门经历了一个漫长的发展历史。国外自动门发展较早，其技术也较为成熟。自动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，自动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，使得自动门技术起步较晚，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。 常见的自动门种类： 可以分为单开双开式的，可以根据应用场合的不同选择单开式的或者双开式的，还有重叠单开书案开式的和弧形门。弧形门的运动方式和它的名字一样是弧形门扇在与其弧度相同的孤形轨道上平滑的移动 ,这也使它可以分为半弧单向双向式的和全弧双向式的弧形门。为了是入口足够大 ，有些自动门可以同侧两扇门可以收和，这种门也属于推拉自动门的范畴。 可以分为中心轴式的还有圆导轨式的和中心展示区式的等等。 可以划分为单双向单扇式的和单双向双向式的自动门。 可细分为 2扇折叠和 4扇折叠。 可以分为有无固定编门业的重叠自动门。 可以分为有无固定门页，还可以以弧段、半圆、全圆来划分。 可细分没单扇平滑自动门和双扇平滑自动门。 键技术参数 10%，频率 50 图 图 图 图 图 图 图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 2 人或物体以 正常启闭。 的速度减至安全可靠的慢速，且可调，缓冲明显，启闭平稳。 不大于 外线和微波探测范围应可调，其探测面积应符合相关要求。 200毫米。 7. 门在切断电源时，手动推位力，应不大于 00，推拉力应不大于其门扇质量的 5%当量。 不大于 18s。 B 5237规定，其他材料及附件应符合现行国家标准、行业标准规定。 行噪声应不大于 65 缘电阻应不小于 2 1 1050的条件下应能正常工作。 风速为 010m/能正常工作。 次设计自动门的使用要求 本次设计的自动门是我们经常见到的四翼旋转式自动门， 主要用于一般高档宾馆大门，旋转门应该设有中速，高速两种旋转速度，分别对应 适应正常运转和紧急疏散对转速的不同要求。当来人的时候自动启动，并以正常转速动转， 15自动停转。当门扇运转靠近曲壁立柱时，如果行人试图从两者之间 (防夹区 )进入旋转门，则门立即自动停 转以防夹伤人。行人离开防夹区，门自动恢复运转。采用电磁锁方式锁门，只要转动钥匙既可完成自动锁门工作。当出现紧急意外事故时，按下急停按钮，门立即停转，解除急停信号，门又自动恢复运转。 次设计的内容 根据要求这次我设计的内容是四翼旋转式自动门，主要包括自动门结构尺寸的设计，门体框架由铝合金和玻璃等组成，门体高度为 扇门半径为 转直径为 速电机选型和齿轮箱减速机构设计。控制系统部分的设计，驱动电路的设计，控制系统的硬件设计， 选择和感应器的选择等，控制系统的软 件设计，最后做出总装配图，电路图和三维动态图。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 3 2 方案设计 案拟定 四翼旋转式自动门的主体结构由门体结构、驱动系统、传动系统和控制系统四大部分构成，根据对这四大部分作出分析后拟定以下两个自动门的设计方案。 转式自动门方案一 方案一 :主要通过扩大旋转门门扇之间的距离，将旋转门的门扇数量设计为为两个，进一步扩大了旋转门人员流量。 其主要是采用圆周导轨悬挂整个旋转门体，使旋转门体绕着门冠的圆形轨道旋转。其具体方案如下： （ 1）门体结构设计 门体结构分为固定部分曲壁的设计和旋转部分门 体部分的设计， 旋转门体由 两个旋转扇翼构成 。 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。门扉玻璃一般选用 6壁玻璃一般选用 8形钢化玻璃。 （ 2）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 （ 3）传动系统设计 传动系统主要 是完成降速和力的传动的，根据要求可采用在各电机、减速机输出轴各接一台减速器，将转速降到一定的转速，然后驱动滚轮转动，通过吊架与门体连接，使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。 （ 4）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。 图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 4 转式自动门方案二 方案二 :主要是 通过轴承机构垂直安装在地面上，四个门翼呈发散式固定在中心 门轴上，各个门扇之间的角度相等，如果人在门扇之间推动门扇，就成为了一扇手动四翼旋转门。如果中心门轴的上方安装电动机及其他电气控制部件，然后配置感应装置和安全装置，就成为了一扇自动四翼旋转门。 （ 1）门体结构设计 门体结构分为固定部分曲壁的设计和旋转部分门体部分的设计， 旋转门体又包括中间旋转门扇和中轴。其中旋转门扇都由 铝型材框架和玻璃 构成。曲壁是构成旋转门体部分的旋转空间，由进出门口和四块弧形框玻璃构成。 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 6壁玻璃一般采用 8 （ 2）驱动系统设计 由一个三相交流电机提供动 力驱动。 （ 3）传动系统设计 传动系统主要是完成降速和力的传动，根据要求可采用一台异步电机输出轴接一台减速器，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。 （ 4）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（ 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自动组合门的整个控制 要求。 图 案选择 案比较 （ 1）从门体结构上比较 本次旋转门设计主要用于一些高档宾馆大门，此类场合的人流量都不是很多。方案一选择的是 悬挂式的旋转自动门，其两翼门扇间可以容纳更多的人，适用于人流量买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 5 较大的场合。方案二选择的是中轴式的旋转自动门，四翼的结构设计使得门扇间能容纳的人数大大减少，适用于人流量较少的场合。故方案二门体结构较符合本次设计目的。 （ 2） 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。 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。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 6 3 门体结构设计 四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门扇和中轴。其中旋转门扇都由 铝型材框架和玻璃 构成。曲壁是构成旋转门体部分的旋转空间，由进出门口和四块弧形框玻璃构成。 根据文献可以确定四翼自动旋转门的尺寸，其具体尺寸如表 示： 表 翼旋转门尺寸表 门旋转直径 E 3600净高 A 2163总高 B 2633出入口尺寸 C 2427外径 D 3760扇门半径 005 翼旋 转门结构尺寸图 定门扇材料 门扇主要包括门扇骨架的材料和门扇玻璃 可按 90 系列的推门进行设计。门扇骨架采用 90 系列推拉门专用铝型材 ,根据文献，确定门扇骨架铝型材具体选择如表 示： 表 90系推拉门铝型材 类型 代号 光企 横 横 0 系列铝型材的截面如图 示： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 7 （ a） 光企截面图 （ c） 上横截面图 （ d） 下横截面图 图 0系列铝型材的截面 定门扇玻璃 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 写字楼等高档场所 ,一般无特殊要求 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 考其他相关产品的选择情况 ,可以选 6 定门扇的尺寸 . 根据前面的总体设计可知，旋转门尺寸可按 90 系列的推拉门的尺寸进行计算。 光企的长度为： L=h (=220025文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 8 =2130 其中： L 为光企的长度， A 门净高的高度 ， L为门体上下所留的间隙， h 为安装门扇扁钢的厚度。 上横 和下横的宽度为： B=1 (=1005+64 =1069 中： 而玻璃的长度为 : (=213064+2 12 =2026中： 玻璃的宽度为 : (=106964+24 =965壁部分设计 曲壁由 8根角钢做为支撑体，每 4根构成一边曲壁体。角钢竖在水泥板上 ,进出口各布置 1 根，曲壁圆弧中间布置两根。其中安装在圆弧中间的两根角钢是焊接在一起的。曲壁由四块相同的圆弧玻璃组成。 定材料 由于曲壁上圆弧梁必须选用专用的铝型材，根据中国建材网选用 6063 专用弧形材，其截面如图 示。由于支撑架必须承受电机和华盖的重量，故支架的强度要求比较高。根据文献选用 80 80 的角钢。其截面形式如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 9 图 钢截面图 图 063铝合金截面图 由于曲壁玻璃必须做成圆弧形，必须选用专用玻璃。因此选用 8形钢化玻璃。 定材料尺寸 根据表 =3600出入口尺寸 C=2427对应的圆心角为： q =2)=2427/2/3600/2)=96 度。 则两边曲壁各对应的圆心角应为： 2 曲q(2962 84= 所以两边曲壁对应的弧长为： 23602曲曲 ( 则每扇曲壁的弧长为： 2曲 (买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 10 其中： 确定玻璃尺寸： 每一扇玻璃的弧长 ： 3 6 02 曲玻 ）（ ( 1320 玻璃的高度为： h= (=22007512 =2026中： 063铝合金的截面长度， 80 80 角钢尺寸确定： 由于要保持角钢的稳定性 ,预埋在地下的角 钢尺寸为 h 角 =A+300+l (=2200+300+230 =2730中： 角钢与 6063 专用铝合金是靠螺钉连接的，同时它与上华盖也是靠螺钉连接的。6063专用铝合金与下华盖也是通过螺钉 连接的 盖的总体设计 华盖骨架是由上下两块钢板和穿过华盖的八根角钢组成。它主要用来安装轴承、电机、控制装置等。 由于华盖要用来安装电机、轴承座等，重量比较大。故选择的材料要求其强度比较高。根据文献选择一般结构用热扎钢板。其厚度为 5毫米，长度为 4000毫米，宽度为 4000毫米。上下各一张。 下华盖的设计： 由表 760下面的钢板要做成一个直径为 3760心轴要通过下华盖，故需要在钢板中心钻一个直径为 170孔。与此同买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 11 时角钢也要通过下华盖，还需要在钢板 上加工八个槽。其具体尺寸如图 上华盖的设计： 由于旋转门的外径为 3760上面的钢板要做成一个直径为 3760面的钢板要用来安装电机，故必须在其上面打孔。同时为了保证钢板用足够的强度 图 华盖图 来支撑电机的重量，则必须在钢板上打钢架。钢架与钢板通过焊接连接。由于电机的重量不大，故根据文献选择型号为 8的热轧槽钢。具体尺寸如图 图 华盖图 属盘与轴承支座的设计 属盘的设计 由表 得旋转门直径 E =3600扇门半径 005轴的直径D=E 6001005530中 h 为门扇与曲壁之间的间隙 )为轴太大不利于安装和加工。为了解决上述矛盾，我们需要设计一个金属盘，它一部分连接到轴上，一部分连接到门体上，这样就很好的解决了因轴太小而不能满足标准尺寸的要求。 其具体尺寸如图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 12 图 为了让门体固定在金属盘上，需要使用两根扁钢，上下各一根。扁钢的一部分与门体连接，另一部分与金属盘连接。根据文献 ,选用宽为 32，厚度为 10的热扎扁钢。 承座及防尘盖的设计 为了防止灰尘进入轴承，则必须在轴承座上面安装防尘盖，其具体尺寸如图 图 防尘盖 图 防尘盖 旋转门没有固定轴承的地方，则需要设计轴承座来固定轴承。由于要使用两个轴承，则轴承座也要使用两个，上下各一个。对于轴承座，其内径为轴承的外径，其厚度必须满足强度要求。又由于轴承受到的轴向力比较大，故需要设计一个凸台，防止轴承的向下滑动，其具体的尺寸与结构如下图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 13 图 图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 14 4 驱动系统的设 计 整个门体的传动系统由减速电机提供动力 ,减速电机通过一次减速后，再通过一对齿轮把动力传给轴 ,而金属盘将门扇与轴相连接，这样就实现了动力装置到执行装置的动力的传递过程。 扇门的质量计算 由于四翼旋转门的四扇成对称分布，其质量完全一样 ,所以计算一扇门的质量，再乘以四就是整个门体的质量。由文献查得铝合金的线密度为 m。 则每扇门框的质量为： l (= (2 L+2 B) =(2 =扇门玻璃的质量： 玻 (2 5 0 00 0 单扇门的质量： m=m1+中： 为线密度， l 为铝合金边框的总长度， B 为铝合金边框的宽度 , 为玻璃密度。 部分转动惯量的计算 假设门扇为均匀的质量体 ,其在宽度方向的面密度 s 可以用下式计算 , 其中 R 为门扇的宽度， L 为门扇的长度。 则门扇对中心惯量可用下式计算： R R 2/0 22221 122 由平行轴定理知，门扇相对于轴的转动惯量为： 212 )2(12 （ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 15 22 )20 6 6 其中： 旋转门的中心到门扇的距离， R 为门体总的长度。 旋转门体的最大转速为 6r/角速度 560 62 。由于 传感器一般在 2m 范围内检测人的来临 ,当人迈进门边时 ,门体要加速到正常速度转动。按照一般情况下，人走过两米需要的时间最小为 2 秒，但是此时间还要减去变频器、 感器等的滞后时间 。所以电机的加速时间设为 。在 m/度 ,则角加速度 2/52 ,由于电机要带动门体转动 ,有一个加速过程 ,此过程需要克服旋转门体的惯性力矩才能使其转动。根据力矩转动惯量和角速度的关系 : 4 ( 择电机 根据机械设计中电机所需功率按下式计算 : ()1000k wa 由电动机至转动轴的传动总效率为： 33241 (式中 1h ， 2h ， 3h 分别为滚子轴承，齿轮，联轴器的传动效率。 取1 ，2 ，3 ，则总的传动效率为： 4 =可以计算出电机的功率： 由上面计算出所需电机功率为 是门体还应能承受一 定的风阻 ,以及旋转门体周围无条件与曲壁门体间的摩擦阻力。尽管其产生的力较小 ,但由于门体直径过大 ,则会产生较大的阻力矩 因此特将计算出的功率放大一些 .,应该选择电机功率在 上的电动机才行。变频调速电机，调整电机转速是靠变频器来实现的，使用在恒转矩负荷时，同步转速范围是 01500用在恒功率负荷时，最大同步转速可以买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 16 达到 3000足门体旋转设计要求。其具体参数如表 示。而我需要的转速是 6 r ，所以需要用到减速机。 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和齿轮传动，可见方案 2 比较合适。即选用 线针轮减速机。其具体参数如表 表 表 电动机主要外形见图 安装尺寸见表 图 电动机外形图 表 位为毫米） P E M 2 4 DW b h B 4 9 82 660 134 110 25 8 31 220 型号 额定功率（ W） 额定电流（ A） 额定电压（ V） 效率（ %） 功率因素 最大转矩（ 电机转动惯量 飞 轮 转 动惯量 50 80 案 减速机型号 额定功率 (转矩 (同步转速 （ r/满载转速 减速器 减速 比 适 配 电机 1 500 1440 11 007 1500 1440 43 500 1440 59 文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 17 轮的设计 定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。四翼旋转门是一般工作机器，速度不高，故选用 7级精度（ 查文献 ,选择小齿轮材料为 45质），硬度为 280齿轮的材料选用 45 钢（调质）硬度为 240材料硬度相差 40小齿轮齿数 1z =17，大齿轮齿数 7 2z =96。 齿面接触强度设计 确定公式内的各计算参数 由设计公式进行计算，即 3 11 12 (试选用载荷系数 计算小齿轮 传递的转矩 根据表 0 0 7 0 0 m m=由文献选取齿宽系数 1。 由文献查得材料的弹性系数 1 21 8 9 P=。 由文献按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 600，大齿轮的接触疲劳强度极限 550。 由根据应力循环次数 811 3 0 082( (782 N (由文献查得接触疲劳寿命系数： 1 ，2 。 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1，安全系数 S=1，得 M P 1l i (M P 2l i (买文档就送您 纸全套， Q 号交流 197216396 或 11970985 18 计算 试计算小齿轮的分度圆 1代入 中较小的值 3 211 )(122 32(3 241 )d =58.6 计算圆周速度 v t /8100060 1 (计算齿宽 由文献取 1 11 =1 (计算齿宽和齿高之比 b/h 模数：11/ 5 8 . 6 / 1 7 3 . 4 5d z m m= = =(齿高