旋转门的总体设计

.旋转门的总体设计摘要：自动旋转门作为自动门中的顶级产品，旋转门给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，堪称建筑物的点睛之笔。该论文主要论述了旋转门的设计过程，主要对门体、驱动系统、控制系统、安全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。驱动部分由减速电机和齿轮箱减速机构组成，且安装在门中心顶部的华盖内。控制系统用PLC负责完成控制任务，由变频器来实现门体多种转速的调节功能。安全系统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旋转门。关键词：旋转门,结构,系统,设计.TheoveralldesignofarevolvingdoorAbstract：Threewingsautomaticrevolvingdoorisleadingproductsinautomaticdoors,itcangivegenerouslywarmandfeelingandcreatingluxuriousatmosphere,Meanwhile,itisaeyeinmodernbuildings.Thispapermainlydiscussesthedesignaboutgatebodysystem、transmissionsystem、controlsystemandsafelysystemofthethreewingsautomaticrevolvingdoor.Itproposedthatthedoorframeiscomposedofglassandaluminumframework.Transmissionsystemisfixedonthetopofshaftthatincludeareduerandgearstransmition.PLCisresponsibleforthetaskofcontrollerandthefunctionofrotationalspeedisrelyontheVVF.Peoplepassinginandoftherevolvingdoorischeckedbytheinfraredraysensor,thesafetyofpeopleareensuredbymanycontactandnon-contactsensorsandphotoelectricproximityswitches.Ultimately,havedesignedakindoffunctionpractical、safetydependablelyrevolvingdoor.Keywords:Revolvingdoor,Structure,System,Design.目录1绪论.11.1旋转门的课题背景.11.2国内外旋转门发展现状.11.2.1国外旋转门发展现状.12方案的确定.32.1方案一的设计.32.2方案二的设计.33门结构的设计.53.1门结构材料的选用.53.2门结构尺寸的确定.73.4曲壁部分设计.93.4.1材料的选用.93.4.2材料尺寸的确定.93.5华盖的设计.103.5.1华盖底部设计.103.5.2上华盖的设计.114驱动系统设计.134.1轴和轴承设计计算.134.1.1轴的尺寸设计.134.1.2轴承的选择与验算.134.2轴的校核.144.3电机的确定.164.3.1确定各扇门的质量.164.3.2各部分转动惯量的计算.174.3.3惯性力矩的计算.174.3.4电机的确定.184.4齿轮的设计计算.204.4.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数.204.4.2按齿面接触强度设计.204.4.3按齿根弯曲强度设计.225控制系统设计.255.1硬件设计.255.1.1变频器容量选择计算.255.1.2传感器与安全系统的设计.295.1.3控制系统功能特点.315.1.4控制系统驱动控制原理.325.1.5PLC系统控制分析及地址分配设计.335.2软件设计.385.2.1PLC控制系统程序设计.38.I5.2.2PLC梯形图.505.2.3指令程序.50结论.51致谢.52参考文献.5301绪论1.1旋转门的课题背景旋转门是楼宇设备中的光机电一体化技术产品，它给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的开放门面和高格调的设计，堪称建筑物的点睛之笔，立足于建筑时代大潮的最前端。大厦在需要持续不断的人流出入的同时，又要保持建筑物内良好的空气循环及环境的优美，这是建筑师所遇到的一大难题，而旋转门为大厦提供了理想的解决方案，它可有效地防风、防尘和隔音，从而改善了大厦入口附近的环境。旋转门的最大优点在于它永远开门，又永远关门，即对于行人来说，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其动态密封效果较好。因此，自动旋转门在功能方面具有独特的发展。旋转门的最大优点在于它“永远开门，又永远关门”，即对于人员来说，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。因此，自动旋转门在保安功能方面具有独到的发展，但在人员流量方面自动旋转门却没有优势，因为门的转速是固定的，每个门翼之间可容纳的人员也是有限的。每种自动旋转门都有标定的人员流量数值。自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其动态密封效果在经常使用的条件下相对于其他自动门要好。由于自动旋转门的人流量有限，通常在自动旋转门两侧另设自动或手动平开门，一方面增加通行能力，另一方面当自动旋转门出现故障时，不影响人的通过。但在静态密封效果方面，自动旋转门远不如其他自动门，因为其门体运动方式决定着只能使用毛条密封。1.2国内外旋转门发展现状1.2.1国外旋转门发展现状.1自1903年宝盾公司在荷兰生产出第一座旋转门，旋转门至今已有一百年的历史，发展到今天，旋转门已具有可靠的安全系统和先进的驱动技术，其智能化高格调的设2计为现代化楼宇建筑的确入口提供了完美的选择。国外著名厂家有：荷兰的B00NEDAM、瑞典的BESAM、德国的多玛、盖泽日本的纳博克、寺冈等。由于国外旋转门发展较早，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。利用当前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。1.2.2国内旋转门发展现状我国旋转门技术的发展：我国的全自动旋转门技术来源于荷兰、瑞典、日本等国。90年代后期旋转门开始在我国建筑领域中得到迅速推广和广泛的使用。旋转门的厂家：国内专业厂家：北京有凯必盛、宝盾、青木、智辉、巨方圆、信步等。外省市有上海康育、广州盛维、沈阳金海、青岛帝盟等。旋转门在我国的市场前景：随着我国国民经济持续稳定地增长，2008年北京申奥成功和WTO的加入。从本世纪开始，我国进入了全面建设小康社会的新阶段，创造美好生活环境是装饰业发展的巨大推动力。现代城市建筑物装饰装修中，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。对门的选择由单一的功用型向个性化、品位化发展，旋转门以其全新的概念，宽敞开放的门面和高格调的设计，自然成为当代的建筑装饰的主流，无可质疑的必选设施。堪称建筑物的点睛之笔。但是国家对自动门产品质量、安全性、节能性、噪音、施工质量、售后服务还没有统一的标准，所有国内建筑业院校都没有相关的专业或课程，也没有权威的咨询机构，自动门市场的管理尚处于无序状态。随着国内建筑业的发展，这一状况一定会有所改变。.32方案的确定旋转门主要设计是从门体,传动系统,控制系统，检测系统,安全系统等几个方面进行考虑。从上面几个方面具体分析可以设计两种方案。2.1方案一的设计框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。圆周导轨悬挂整个旋转门体及其驱动设计，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，安全可靠。传动系统：由二个三相交流电机提供动力，用减速器带动旋转转盘驱动。控制系统：由单片机、变频器、功能开关组成。由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。安全系统：主要有接触和非接触安全感应器。旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。2.2方案二的设计框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，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，安全可靠。.4驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。控制系统：由可编程控制器PLC、变频器、功能开关组成。检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。安全系统：主要有接触和非接触安全感应器。旋转门入口立柱均装有安全胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动;每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。2.3方案选择旋转门采用方案二这种结构，即中心门轴通过轴承机构垂直安装于地面，三个呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角度相等。中心门轴的上方安装电动机及其他电气控制部件，再配以感应装置和安全装置，就成为一个完整的自动旋转门。但是，这种旋转门门翼与中心轴的固定方式决定了门扇宽度不能太大，所以这种旋转门的直径最大只有约4m。为了解决这一问题，工程师们将中心门轴设计成了门扇固定在大钢管上面，相对减小了门扇宽度，增加了电机对门中心的旋转作用力矩，使这种旋转门的最大直径扩大到6m。这种结构是稳定性，使用的可靠性很高，使用寿命长。考虑到旋转门在停止时一定耍密封，所以旋转门的每个分隔可以容纳更多的人，可是门的净开口宽度较小。而方案一由于采用两个电机驱动也给驱动系统带来了许多麻烦，同时也不利于节能。在控制系统上，由于单片机的程序设计和接口设计较为繁杂，只利于大批量生产，不适于单件设计。综合两种方案进行比较，可以看出第二种方案在具体设计中更具有实用性，完善性。故选择第二种方案。.53门结构的设计旋转门的尺寸可以根据可以确定其尺寸，其具体尺寸如下所示；7文献表3.1门体尺寸门旋转直径3200mm门净高A2400mm门总高B2710mm门出入口尺寸C1430mm门外径D3360mm单扇门半径DW1315mm图3.1门体结构简图3.1门结构材料的选用门体主要包括门体骨架的材料和门体玻璃。.6根据相关门体标准,可按90系列的推门进行设计。门体骨架采用90系列推拉门专用铝型材，根据中可以确定门体骨架铝型材；7文献旋转门门扇左边框选代号L090704右边框选代号L090704上横选代号L090706下横选代号L090707图3.2L090706型铝型材图3.3L090707型铝型材.7图3.4L090704型铝型材门体玻璃的选用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。由于自动旋转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，可以选6mm的钢化透明玻璃。3.2门结构尺寸的确定根据前面的总体设计可知，旋转门的结构尺寸可参照中90系列7文献（尺寸高度为2400mm,一扇门宽度为1315mm）进行设计。根据以上节点,可以计算单扇门的相关尺寸为：左边框和右边框的高度为：式(3.1)A2H边框门体上下的间隙=2400-225=2350mm式中：为门扇边框高度尺寸，为门净高度。H边框上横和下横的宽度为：式(3.2)BDW横=1315mm式中：为门扇宽度。DW玻璃的实际高度为：式(3.3)21Hlb边框上横下横.82350.876214m式中：为玻璃外显示尺寸，玻璃上下门边尺寸。l边框b上横下横实际宽度为：式(3.4)212玻横边框=1315-264212=1211mm式中：门扇上边框安装玻璃的宽度，玻璃边框实际尺寸。b横b边框3.3中间轴的设计与轴承的选用中间轴的设计轴的直径为：=式(3.5)D轴22Wll间隙胶条=3200-21315-23-216=532mm式中：为门体旋转直径，为门扇边框安装胶条与曲壁之间的间隙，为l间隙l胶条扇门边框安装胶条的宽度。由于轴是用来安装轴承、齿轮、门扇的，并且在轴向受到力不大。所以选用结构用不锈钢焊接钢管。用牌号0Cr18Ni9制造，以热处理状态交货的半径为532mm,壁厚为8mm,定尺长度为3000mm,中间轴在安装轴承的两端要车削1mm，并且达到530mm，尺寸精度为普通级。轴承的选用为了使轴承能很好的固定，必须使用轴承座。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。因为轴所计算的直径为532mm,两端车削后直径为530mm，故选用双列圆锥滚子轴承，根据(GB/T-22-1995)选型号为35000型，代号为3519/530。安装在轴上的轴承主要受轴向力。并且轴承受到的轴向力比较大，故需在门安装地面设计一个凹型台，防止轴的向下滑动和安装时防止其他杂质进入轴衬内。.9图3.5下轴承座3.4曲壁部分设计曲壁由4根角钢做为支撑体，每2根构成一边曲壁体。角钢竖7510在水泥板上，进出口各布置2根，然后顶部又用一圆形角钢将4根角钢固定在一起。形成曲壁的整体框架，然后安装铝合金玻璃壁。曲壁由2块相同的圆弧玻璃组成。3.4.1材料的选用曲壁上圆弧梁选用6063专用弧形材。顶部用的角钢弯曲成一个501圆弧，由四段构成，便于加工。玻璃的选用8mm弯钢化玻璃。3.4.2材料尺寸的确定由于圆的内圆半径为1600mm,门口对应的圆角为48则两边曲壁各对应的圆心角应：式(3.6)360213曲所以两边曲壁对应的弧长：式(3.7)21.L曲34.m玻璃尺寸的确定.10玻璃的弧长：式(3.8)1322(160).4560L玻98.m玻璃的高度：式(3.9)475.897hm曲壁立柱（）角钢尺寸确定：7510由于要保持角钢的稳定性，预埋在地下的角钢尺寸为100mm。则角钢的高度可估算为：式(3.10)242710H角顶部圆周钢材尺寸的确定：顶部周钢材的内直径为3200mm,分为两半圆角钢用螺栓固定在立柱角钢上,则圆周角钢内圆弧长为：式(3.11)3.142048Ldm全式中：d为旋转门的旋转直径。则每段内圆弧长：式(3.12)852半3.5华盖的设计华盖部分是用来安装驱动系统和控制系统的部分，其主要由和型材框架和薄金属版构成一个圆柱形体。其主要安装轴承，电机，控制装置等。由于华盖要用来安装电机，电机的有一定重量。为了保证电机在工作时不发生振动现象，故选择的钢架结构要求其刚度比较高。故选择热扎钢板。其厚度为2毫米，直径为3360mm的圆形，上下各一张。3.5.1华盖底部设计旋转门的外径为3360mm，由于底部要安装轴承，必须在钢板中间打孔。与此同时角钢也要穿过钢板，也必须在钢板上加工槽。.11图3.6下华盖尺寸图3.5.2上华盖的设计旋转门的外径为3360mm，由于上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来支撑电机的重量，则必须在钢板上打钢架。钢架与钢板焊接在一起。由于电机的重量不大，故用一般方钢。其具体尺寸如下图所示：.12图3.7上华盖尺寸图.134驱动系统设计4.1轴和轴承设计计算4.1.1轴的尺寸设计由于轴承还没有缺定出来，但是轴的直径已知。并且旋转轴在径向受力不大主要受到径向力的作用，故可以选择圆锥滚子轴承。根据文献5中预选双列圆锥滚子轴承，型号为3519。其宽度为190mm。又由于齿轮与轴承必须留出一定的距离，一般选择为40mm。其具体尺寸如下图所示：图4.1轴的结构图轴的质量计算：由公式W=0.02491(D-S)S其中W为钢管的线密度（kg/m）,D为钢管的外径（mm），S为钢管的壁厚（mm）。M=WL(L为钢管的长度)=式(4.1)30.2491(538)(19024104)=152.73kg4.1.2轴承的选择与验算径向力确定：轴承受到的径向力为减速器输出的转矩除以大齿轮的分度圆半径。其值为Fr=850.6NMR25403轴向力的确定：Fa=Mg=(10m钢管门体）=(152.73+449)10式(4.2).14=3487.3N设定工作时间为87600小时(10年365天24小时)由中间轴两端按轴承的地方车削后d=530mm，由文献5中表6-2-80预选双列圆锥滚子轴承，型号为3519。其中e=0.41，Y1=1.6，Y2=2.5，Y0=1.6，Cr=2390KN。当=4.1大于0.41时arF3487.506当量动载荷Pr=0.45Fr+YFa=0.45850.6+2.53487.3式(4.3)=9101.02N查文献3中表10-5得Y=Y2=2.5查文献5中表6-2-86-2-11得fh=2.0,fn=1.435,fd=1.1,fT=0.9,fm=1根据式C=(fhfdfT)Pemn=(21.10.9)9101.2式(4.4)1.435=12557.8N轴承Cr=2390000N12557.8N，故合适。4.2轴的校核在确定轴承的支点位置时，由文献5中查取值。对于双列圆锥滚子轴承，a由文献5中查得。作简支梁的轴的支承跨距。95am240+95=20lm根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。.15图4.2中间轴受力图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出轴的受力情况：水平面的受力分析支反力式(4.5)12850.6NVF垂直面受力支反力式(4.6)12347.H.16弯矩的计算式(4.7)NH1FL2850.69=203.1zMNm=扭矩的计算T=225.4式(4.8).m按弯扭合成应力校核的轴的强度进行校核时，只需对轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献3中公式155及上表中的数值，并取，轴的计算应力0.6a22caMTW=式(4.9)223401.650.5()=4.68MPa其中W为抗弯、抗扭截面系数，d1为钢管的内径，3410.1(),ddd为钢管的外径。前面已选定轴的材料为0Cr18Ni9，调质处理，由文献3中表151查得。因此，故安全。160MPa1ca4.3电机的确定4.3.1确定各扇门的质量由于转轴中心两端是对称的，以一边门体计算即可。铝型材密度：代号为L090704的线密度为0.966代号为L090706的线密度为0.836代号为L090707的线密度为1.152每扇门框的质量：123(240)351m铝=2.36020.966+1.1350.836+1.1351.152式(4.10)=8.053kg.17式中：，分别为各铝型材的密度。123单扇门玻璃的质量：mv铝玻=式(4.11)2.4701.06254.8kg式中：为玻璃的体积，为玻璃的密度。v玻单扇门的质量：式(4.12)m铝玻=40.82+8.053=49kg式中：为单扇玻璃的质量，单扇门框的质量。玻铝4.3.2各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可以用下式计算,其中R为门扇的宽度，L为门扇的长度。m则门扇对中心惯量可用下式计算式(4.13)2222101rmRJrdmLrd由平行轴定理知，门扇相对于轴的转动惯量为：21()RJ式(4.14)249.35.0451=56.6（其中L1为轴的半径）4.3.3惯性力矩的计算假设门体1s内加速到门体的快速转速，由于旋转门体的最大转速为6r/min，即角速度，由于传感器一般工作在2m范围内检测26/05wrads人是否来临，当人迈进门边时，门体要以正常速度转动，则在这时门体要加速到正常速度。在0.5s内加速到此速度,则角速度，由于电机要带2/5rads动门体转动，有一个加速过程，有一个加速过程此过程需要克服旋转门体的惯.18性力矩才能使其转动，根据力矩转动惯量和角速度的关系。则可能算出mJ旋转门体的惯性力矩为：式(4.15)3mJ惯256.13./N4.3.4电机的确定根据机械设计中电机所需功率按下式计算：式(4.16)10MWPK由电动机至转动轴的传动总效率为：式(4.17)4312式中,分别为滚子轴承，齿轮，联轴器的传动效率。123取，则总的传动效率为：10.982.730.9式(4.18)43870.9=0.83则可以计算出电机的功率式(4.19)21.6083PKW由于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。同时还有一些其他没有考虑的因素，如齿轮的转动惯量，因此特将计算出的功率放大一些同时门体的转动较底，则电机应适应转速较底的，根据相关的计算结果可以选以下两种电机。表4.1电机参数表方案型号额定功率(KW)转矩(N.m)同步满载转速转速r/min)总传齿轮传减速器动比动比1JCJ71-0.550.5523.51500144024021.8112JXJ1-35-0.370.3782.0150014402406.935由于电机输出的转速较大，一般在1500r/min，通过减速器难以实现门体转速6r/min，因此在选电机时可以选用带减速器的电机来实现要求。根据相关要求，可以选用一个JXJ系列齿轮减速三相异步电机，JXJ系列异步电机按照TB1T6442-92标准设计制造,广泛用于轻工,纺织，建筑机械行业。JXJ系列异步.19电动机是直接输出低转速，大转距，且有转速型谱宽，运转平衡，噪声低，高效节能，体积小，重量轻，规格多，选用方便等特点。由于计算出所需电机功率为0.26KW,加上一些忽略因素，应该选择电机功率在0.26KW上的电动机才行。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JXJ1-35-0.75摆线针轮减速器三相异步电机。表4.2电机参数表型号额定功率(KW)转矩(N.m)同步满载转速转速r/min)总传齿轮传减速器动比动比JXJ1-35-0.370.3767.9150014402406.935图4.3电机尺寸图表4.3电机尺寸表PEMn-dD2D3D4DbhB491294-12290260230458315764.4齿轮的设计计算.204.4.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数按传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。旋转门为一般传动，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）。查文献3中小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮的材料选用45钢（调质）硬度为240HBS，其材料硬度相差40HBS。取小齿轮齿数=30，大齿轮齿数，取=206。1z2306.825.z2z4.4.2按齿面接触强度设计由设计公式进行计算，即式(4.20)2312.tEtdHKTZu确定公式内的各计算参数试选用载荷系数=1.25。t计算小齿轮传递的转矩式(4.21)418.70.TNm由文献3中表10-7选取齿宽系数=1。d由文献3中表10-6查得材料的弹性系数。1289.EaZMP由文献3中图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。lim160HaMPlim250Ha由根据应力循环次数式(4.22)816041.(28361).3hNnjL式(4.23)872.3.6由文献3中图10-19查得接触疲劳寿命系数：，。10.9HNK20.96HN计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S=1，得式(4.24)lim0.96540HNKMPaS式(4.25)2li28计算.21试计算小齿轮的分度圆，代入中较小的值1tdH式(4.26)2312432.58710.8619.57tEtdKTZudm计算圆周速度v式(4.27)157.841.60.25/600tdnms计算齿宽由文献3中表107取=0.6d式(4.28)15.8.dtb计算齿宽和齿高之比b/h模数：式(4.29)1.930ttmmz齿高：式(4.30)2.5.4.25th式(4.31)78134.b计算载荷系数根据v=0.125m/s，7级精度，由文献3中图10-8查得动载系数Kv=1.4；直齿轮，假设。由文献3中图103查得10/AtKFNmb1.2HaFK由文献3中表10-2查得两段的齿轮的使用系数，1.25A由文献3中表10-47级精度、小齿轮相对支承悬臂布置时，式(4.32)231.208(.6)0.Hdb将数据代入后得式(4.33)3.41.7.152.8.79K由b/h=13.322,=2.79，查文献3中图10-13得=2.65HFK故载荷系数式(4.34).254.79.AV按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式可得.22式(4.35)331K5.897.6.21tdm计算模数式(4.36)96.823.0mz14.4.3按齿根弯曲强度设计设计计算公式式32FaSdYKTmz(4.37）确定计算公式内的各计算参数由文献3中图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大150FEMPa齿轮的弯曲疲劳强度极限；2380FEMPa由文献3中图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，；1.89FNK2.93N计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由下式得式(4.38)10.895317.864FNEKPaS式(4.39)22.M计算载荷系数K式(4.40)1.54.65.AVHF查取齿形系数由文献3中表10-5查得，；12.FaY2.0Fa查取应力校正系数由文献3中表10-5可查得，；1.65Sa21.9SaY计算大、小齿轮的并加以比较Fa式(4.41)12.5160.28337FaSY.23式(4.42)2.109.581543FaSY由上式可得大齿轮的数值较大。设计计算式(4.43)1324325.68.70.158.FaSdYKTmz此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮的模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取有弯曲强度算得的模数2.62并就近圆整为标准值m=3；按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数：，取=33。大齿轮齿196.82dm196.823.7dz1z数：取1.326.8zu2这样的齿轮传动，既满足齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度，而且做到了结构紧凑，避免浪费。4.4.4几何尺寸计算计算分度圆直径式(4.44)39dzm1式(4.45)26782计算中心距式(4.46)(9)3.5am12计算齿轮宽度式(4.47)1db取。20,4Bm验算式(4.48)418.7015.69tTFNd.24，合适。式(4.49)175.62./10/9AtKFNmb由于轴的尺寸非常大，故将齿轮改为齿圈其设计。其设计与一般齿轮设计时完全一样的。.255控制系统设计5.1硬件设计5.1.1变频器容量选择计算变频器容量的选用有很多因数决定，列如电动机的容量，电动机的额定电流，电动机加速时间等，其中最主要的电动机的额定电流。表5.1电机参数表电动机型号额定功率（W）额定电流（A）额定电压（V）效率（%）功率因素最大转矩额定转矩电机转动惯量2(.)kgm飞轮的转动惯量Y881-45501.51380730.762.20.00180.6驱动一台电动机对于连续运转的变频器必须同时满足下列3项计算公式：满足负载输出/kVA：式(5.1)cosmkP1.50(876).94满足电动机容量/kVA：式(5.2)3cmePUI1081.5.满足电动机电流/A：式cmeIk（5.3)1.56式中：为变频器的容量/kVAcmP.26负载要求的电动机轴输出功率/kwmP电动机额定电压/veU电动机额定电流/AI电动机效率电动机功率因数cos电流波形补偿系数kk是电流波形补偿系数，由于变频器的输出波形并不是完全的正弦波，而含有高次谐波的成分，其电流应有所增加。对PWM控制方式的变频器，k约为1.051.1。指定变频器的启动加速时间变频器产品型号所列的变频容量，一般以标准条件为准，在变频器过载能力以内进行加减速，在进行急剧加速和减速时，一般利用失速防止功能，以避免变频器跳闸，但同时也加长了加减速时间。如果生产设备对加速时间有特殊要求时，必须事先核实编破器的容量是否能够满足所要求的加速时间，如不能满足,则要选用加大一档的变频器容量。在指定加速时间的情况下，变频器所必需的容量计算如下：式(5.4)2937cos5lcmAkTGDnPt2.40.61.1(076)(375)9式中：为变频器的容量/kVAcmP电流补偿系数,对PWM控制方式的变频器,k约为1.051.1k电动机效率电动机功率因数cos电动机额定转速/(r/min)n电动机轴上的飞轮力矩/()2GD2.Nm电动机加速时间/sAt负载转矩/()l1.指定变频器的减速时间降低变频器的输出频率，就可以实现电动机减速。加快变频器输出频率的.27降低速率，可使电动机更快的减速。当变频器输出频率对应的速度低于电动机的实际转速时，电动机就进行再生制动。在这种运行状况下，异步电动机将变成异步发电机，而负载的机械能将被转换为电能并反馈给变频器。当反馈能量过大时，变频器本身的过电压保护电路将会动作并切断变频器的输出，使电动机处于自由减速状态，反而无法达到快速减速的目的。为了避免出现上述现象，使上述能量能在直流中间回路的其他部分消耗，而不造成电压升高。在电压星变频器中，一般都在直流中间回路的电容器两端并联上制动三极管和制动电阻。当直流中间回路的电压升高到一定的电压值，制动三极管就回导通，使直流电压通过制动电阻放电，既电动机回馈给变频器的直流中间回路的能量，以热能的形式在制动电阻上消耗掉。制动电阻的选择方法：1)计算制动力矩/.bTNm式(5.5)12()9.5llsJnTt(08)(40).2.5.7式中：动力矩/bT1Nm电动机转动惯量/mJ2.kg折算至电动机轴的负载转动惯量/l2.kgm减速开始速度/()1n1.inr减速完了速度/()2减速时间/sst负载转矩/lT1.Nm2)计算制动电阻的阻值bR在进行再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也将有20%的铜损被转换为制动力矩。考虑这个因数，可以按下式初步计算制动电阻的预选值。式(5.6)210.147(.)cobbmURTn260.(5.)40721.28式中：制动电阻obR直流电路电压/VcU对200V级变频器,=380VcU对400V级变频器,=760V制动转矩/()bT1.Nm电动机额定转矩/()m.减速开始速度/()1n1r上式中，如果，则没必要加制动电阻。(0.2bmT放电电路由制动三极管和制动电阻串联而成，因此，制动三极管本身允许通过电流就是放电电路的最大允许值。所以制动电阻的最小值。cImin/cRUI由上可见，制动电阻的阻值应由来决定。有的变频器生产bRminboR厂家在产品目录中。给出制动电阻最小值的参考值，可供用户在选择制动电阻时参考。3)计算制动电阻平均消耗的功率/kW0RP如前所述，电动机额定转距的20%制动转距由电动机内部损失产生，所以可以按下式求得电动机制动时，制动电阻上消耗的平均功率：式(5.7)3102.147(0.)(RbmnPT=(5.76-0.22.2)14403.=0.802由于旋转门是恒转矩负载，故变频器选用通用型的。又因为旋转门的转速不允许超过额定值，电机不会过载。因而可以选用通用的变频器，只要所选用的变频器满足一般环境下使用即可。根据以上的计算的数据，选用佳灵JP6C-T9-0.75。该变频器的参数如下；.29表5.2变频器参数表变频器型号JP6C-T79-0.75适配电动机功率/kW0.75额定容量/kVA2.0电压/V3相,380440额定频率/Hz50/60额定电流/A2.5额定电流额定过载短时间额定电流的150%1min相数,电压,频率3相,380440,50Hz/60Hz允许波动电压10%-15%,频率5%-5%瞬间电压降低范围310V以上,继续运转电源所需电源容量/kVA1.2最高频率/Hz50400可变设定基本频率/Hz50400可变设定启动频率/Hz0.560可变设定调整载波频率/Hz26可变设定精度模拟设定输出功率设定分辨率模拟设定电压/频率特性用基本频率可变设定320440V电矩提升自动:按照负载转矩,调整至最佳手动设定:0.120.0编码设定控制启动转矩150%以上(转矩矢量控制)制动转矩100%以上可选使用时150%以上(用DBR时)制动直流制动可设定制动开关开始频率,时间等外壳防护等级IP40冷却方式自冷质量/kg2.45.1.2传感器与安全系统的设计检测传感器的选用检测系统是由安装于门口上面的四个传感器来实现的，其主要功能是感知人的进出从而发出开门信号。红外传感器的选择主要考虑检测范围和输出形式及其特点。ADS-A型门传感器是较好的选择。它的检测范围可调，安装高度在门的设计高度范围内，其输出形式为继电器接点，可以直接和控制器相连。那么此检测传感器就可以选择这个。其性能参数见文献16。安全系统设计.30为防止旋转门在工作过程中因某些原因而发生伤人的事故出现，那么就需要配置一定的安全系统。主要采用以下方式。红外线防夹安全感应器防止门扇与曲壁柱之间夹伤行人，当人在门扇与曲壁立柱安全距离内时，感应器与接近开关信号同时生效,门扇应马上停止。防撞胶条安装于入口右侧门立柱上，胶条内装有内藏式感应器，如遇物体碰撞或受压，门扇马上停止转动，防止夹伤行人，胶条内感应器恢复正常后，转门也随之恢复正常运转。每扇门扉底边装有全开宽内藏式感应器，如碰到物体或受压，门扇马上停止转动，防止门扇打倒行人，胶条内感应器恢复正常后，转门也随之恢复正常运转。此外，还采用了4只测量范围为5mm的电感式接近开关。接近开关用于防夹位置区域设定、直流制动封门及锁门定位。1)防夹接近开关的选用由于在出入口两个防夹区域内要安装了防夹传感器。而防夹感应器是用来感应人是否处于防夹区域内，而不知道是否门扇已经靠近防夹区域内，所以仅靠防夹传感器是无法鉴别人是否即将受夹或正在受夹。则需要一个接近开关来判断门翼也走到了防夹区域内。如果在防夹区域内，则接近感应器发出信号表示，如果此时有人进入防夹区则有可能被夹。两信号同时有效时，则使门停转制动。由于人的宽度一般在0.5m以下，可设此距离为接近感应器感应距离。当门翼靠近曲壁门柱0.5m时，接近开关传感器就可以发出信号。因此选择光电式BR系列接近传感器,其型号为BPR100-DDT传感器。其性能参数见文献16。2)防夹传感器的选用防夹传感器是用来检测人是否在防夹区域内用的。应采用红外线传感器检测，其检测方式是竖直的。因此当人在防夹区域时，传感器只有通过竖直检测才不会误判。假如传感器不是竖直的，而是发散的，如人正常经过转门区时，防夹传感器就有可能检测到人的存在，而此时门翼又有可能正好在防夹接近传感器范围内。两者信号同时有效，使门体无故停转，而造成不必要的麻烦。因此可以选择红外垂直防夹传感器。红外线防夹传感器安装在门的进出口的两个防夹区域内，即进出口的右边立柱旁的华盖上，其具体位置根据调节而定。基于以上条件,可以选用型号为BX15M-TFR。其性能参数见文献16。3)直流制动接近开关选用由于当电动机停转时，门要停在指定的位置，而门停转时，电机要先停转而门体有一定惯性而使得门无法停在指定的位置上。这时我们就需要接近开关，当门靠近门停位置时，就产生信号发出制动信