自動(dòng)門機(jī)械部分設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書

  2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)  以平滑自動(dòng)門為設(shè)計(jì)對(duì)象，完成以 PLC 為基礎(chǔ)的自動(dòng)門機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)。  2.2 設(shè)計(jì)場(chǎng)合  本文以某營(yíng)業(yè)廳自動(dòng)門為例，完成 以 PLC為控制器的自動(dòng)門機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的對(duì)象是按照洞口寬度為 4m高度為 3m的洞口尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種規(guī)格尺寸主要適用與小人流的場(chǎng)合 。  在營(yíng)業(yè)廳自動(dòng)門正上方里外各安裝一個(gè)紅外 探測(cè)開關(guān)，當(dāng)有人欲進(jìn)入時(shí)，紅外 探測(cè)開關(guān)檢測(cè)出有人要進(jìn)入或出去，從而產(chǎn)生輸出信號(hào)。 PLC獲取到該輸入信號(hào)，啟動(dòng)電機(jī)，將門打開。當(dāng)門打開到一定程度后，碰到限位開關(guān)，限位開關(guān)動(dòng)作，產(chǎn)生輸出信號(hào)，自動(dòng) 門 停止動(dòng)作。等待一時(shí)間段后，自動(dòng)門自動(dòng)合上。在閉合過程中，如紅外探測(cè)開關(guān)檢測(cè)有人要進(jìn)入或出去時(shí)，自動(dòng)門停止閉合，并立刻打開。為了保障門的安全性，設(shè)置關(guān)門限位開關(guān)，從而保障在自動(dòng)門閉合即將結(jié)束時(shí)，不會(huì)發(fā)生兩扇門 碰撞 。  2.3 設(shè)計(jì)規(guī)格  名稱  尺寸（ mm）  洞口高度  3000 洞口寬度  4000 固定門扇高度  2100 固定門扇寬度  950 活動(dòng)門扇高度  2100 活動(dòng)門扇寬度  900 門扇厚度  10 門扇運(yùn)行速度  0.5m/s 開門方式  平開    2.4 平開自動(dòng)門的工作原理  首先，平移式 自動(dòng)門 組由以下部件組成：      （ 1） 主控制器：它是 自動(dòng)門 的指揮中心，通過內(nèi)部編有指令程序的大規(guī)模集成塊，發(fā)出相應(yīng)指令，指揮馬達(dá)或電鎖 類系統(tǒng)工作；同時(shí)人們通過主控器調(diào)節(jié)門扇開啟速度、開啟幅度等參數(shù) ；（ 2） 感應(yīng)探測(cè)器：負(fù)責(zé)采集外部信號(hào)，如同人們的眼睛，當(dāng)有移動(dòng) 的物體進(jìn)入它的工作范圍時(shí)，它就給主控制器一個(gè)脈沖信號(hào)； （ 3） 動(dòng)力馬達(dá)：提供開門與關(guān)門的主動(dòng)力，控制門扇加速與減速運(yùn)行 ；（ 4） 門扇行進(jìn)軌道：就象火車的鐵軌，約束門扇的吊具走輪系統(tǒng)，使其按特定方向行 進(jìn)、滑動(dòng) ；（ 5） 門扇吊具走輪系統(tǒng)：用于吊掛活動(dòng)門扇，同時(shí)在動(dòng)力牽引下帶動(dòng)門扇運(yùn)行 ；（ 6） 同步皮帶（或三角皮帶）：用于傳輸馬達(dá)所產(chǎn)動(dòng)力，牽引門扇吊具走輪系統(tǒng) ；（ 7） 下部導(dǎo)向系統(tǒng)：是門扇下部的導(dǎo)向與定位裝置，防止門扇在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)前后門體擺動(dòng) 。  門扇要完成開門和關(guān)門動(dòng)作，其原理如下：門正上方安裝有一個(gè)紅外傳感器，其紅外發(fā)射 管發(fā)射出一束紅外光，在檢測(cè)區(qū)內(nèi)形成輻射面，這輻射面為檢測(cè)區(qū)。此光線會(huì)反射，在有目標(biāo)進(jìn)入這一區(qū)域時(shí)，紅外線接受管檢測(cè)并發(fā)出一個(gè)反映紅光變化的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過放大、整形輸入 PLC， PLC然后按照設(shè)定好的程序命令電機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作，使門扇按照設(shè)定的程序開啟、加速、全速、制動(dòng)后慢速、全開、開門后保留一段時(shí)間再關(guān)門，關(guān)門同樣按照制定的程序運(yùn)行，先加速、全速、制動(dòng)后慢行、關(guān)閉。當(dāng)關(guān)門時(shí)遇到障礙物時(shí)門扇會(huì)倒退，直至無障礙物時(shí)才關(guān)門。   2.5 設(shè)計(jì)方案   圖 2-1 自動(dòng)門的傳動(dòng)圖  該方案是通過減速電機(jī)直接輸出轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)齒 形帶主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)齒形帶傳動(dòng)，吊件與齒形帶之間通過皮帶夾固定在一起，實(shí)現(xiàn)同時(shí)的左右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)主動(dòng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，皮帶也順時(shí)針傳動(dòng)，右吊件跟隨皮帶向右運(yùn)動(dòng)，左吊件跟隨皮帶向左運(yùn)動(dòng)，兩門扇向相反方向運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的開啟，當(dāng)觸碰到限位開關(guān)時(shí)，信號(hào)會(huì)傳送到 PLC控制自動(dòng)門減速到停止。而當(dāng)主動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左吊件向右運(yùn)行，右吊件向做運(yùn)行，使得自動(dòng)門處于關(guān)門動(dòng)作。   第 3 章  門體的設(shè)計(jì)  3.1 門體的構(gòu)成  平滑自動(dòng)門的門體由固定門體和活動(dòng)門扇組成。其中固定門體包括固定門扇、整體門框、可安裝驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的橫梁、橫梁上部 的上亮子玻璃窗，這樣使得平滑門的布置美觀大方，當(dāng)然也有橫梁上方無玻璃窗和無固定門扇的平滑自動(dòng)門，這要根據(jù)建筑物出入口的特點(diǎn)、門的位置、洞口尺寸、出入通行情況及環(huán)境決定。  3.2 門形式的選擇  平滑自動(dòng)門的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：即單開式和雙開式，單開式就是只有一扇門從單側(cè)自動(dòng)滑開。雙開式是兩扇門同時(shí)從中間滑向兩側(cè)或兩側(cè)滑向中間。根據(jù)功能要求和設(shè)計(jì)要求，選擇雙開式作為本次設(shè)計(jì)對(duì)象。   單開式   雙開式  圖 3-1 自動(dòng)門的開門方式 示意 圖  3.3 門體和門扇材料的選擇  商用平滑自動(dòng)門的門體有鋁合金、碳素鋼、不銹鋼 和玻璃等。因?yàn)閷?duì)門體的設(shè)計(jì)沒有特殊要求，本設(shè)計(jì)采用鋁合金作為門體材料。而平滑門的門扇大多采用的是玻璃，一中是建筑玻璃，一種是鋼化玻璃，因鋼化玻璃透明性好、強(qiáng)度高，破碎后 無尖角不會(huì)傷人，所以應(yīng)用廣泛，此設(shè)計(jì)采用鋼化玻璃作為門扇材料。  3.4 門體的相關(guān)參數(shù)  名稱  尺寸（ mm）  活動(dòng)門扇高度  2100 活動(dòng)門扇寬度  900 門扇厚度  10 密度  2500kg/ 3m  表 3-1 門體規(guī)格參數(shù)  根據(jù)設(shè)計(jì)的規(guī)格門扇高度 mmh 2100 ，單扇門寬度 mmdw 900 ，厚 d=10mm，計(jì)算出自動(dòng)門的體積為：  30189.001.09.01.2 mddhv w   因?yàn)殚T體還有玻璃夾和止擺裝置等附件，我們可以把單扇門的總重看為 55kg 自動(dòng)門的運(yùn)行速度一般是取 0.3 0.5m/s,這里我們?nèi)〉氖?0.5m/s 進(jìn)行設(shè)計(jì)。  下圖為門體的整體平面外形圖：   圖 3-2 門體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖   3.5 門體附件的設(shè)計(jì)  3.5.1 門夾的設(shè)計(jì)     門夾安裝在活動(dòng)門扇的上下端，用于門扇與驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)的門滑輪吊件的連接。門夾與玻璃門扇的連接，再與門滑輪吊件連接。作為活動(dòng)門扇與吊件的金屬連接件，門夾有門頂玻璃夾與門底玻璃夾，是小型正方形另一種為長(zhǎng)條玻璃頂夾和長(zhǎng)條玻璃底夾，這種玻璃底夾是與活動(dòng)門扇等寬的上下兩條。玻璃夾的材料有鋁合金、不銹鋼及黃銅，本設(shè)計(jì)選用鋁合金作為玻璃夾的材料。因?yàn)檫x用的玻璃為 10mm 厚度，因此可選用型號(hào)為 DC-090型的門夾。    圖 3-3 門夾圖  3.5.2平滑門止擺裝置的選擇  平滑自動(dòng)門屬于懸掛活動(dòng)門扇，這樣門扇受力就會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，為保證門扇能平穩(wěn)的按照直線運(yùn)動(dòng)，所以門框的下部 要設(shè)置止擺裝置。  目前，主流的止擺裝置主要有三種，即軌道式止擺、夾持式止擺和內(nèi)藏式止擺。  軌道式止擺在地面開軌道槽，軌道采用不銹鋼作為材料，滑塊為塑料，這種止擺裝置的門扇上可以加多個(gè)滑塊，因此抗擺動(dòng)能力強(qiáng)。  夾持式止擺是在門扇的下方加上加持輪，門扇在夾持輪中間運(yùn)動(dòng)。這中止擺裝置安裝起來比較方便，但是外形開起來不夠美觀，而且夾持輪會(huì)磨損門扇的下框表面，所以采用較少。  內(nèi)藏式止擺裝置是安裝在門扇下框的槽內(nèi)，由支撐軸和尼龍輪構(gòu)成。安裝方便，也能夠使門扇看起來更美觀，但要求軸和尼龍輪安裝牢靠接觸面平整。   綜合考慮各 個(gè)止擺裝置性能，和設(shè)計(jì)要求以及實(shí)踐的方便性，選用軌道式止擺裝置作為平滑門的止擺裝置。  下圖為本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)門的止擺裝置的結(jié)構(gòu)尺寸圖：    1、大滑輪      2、小滑輪       3、止擺器支架   4、滑動(dòng)軌道  5、塑料墊       6、螺釘      7、活動(dòng)門扇  圖 3-4 止擺裝置結(jié)構(gòu)圖  自動(dòng)門在運(yùn)行的過程中，由于滑輪能夠沿著軌道正常的運(yùn)行，所以這種軌道式的運(yùn)行結(jié)構(gòu)能夠很好的防止自動(dòng)門的側(cè)擺，這里設(shè)計(jì)的止擺裝置采用的是三個(gè)滑動(dòng)地輪，他們分別在各自的軌道中運(yùn)行，三個(gè)軌道三個(gè)滑輪這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠使得自動(dòng)門 的擺動(dòng)幅度更小，原因是就算當(dāng)中一個(gè)滑輪由于某種因素（比如表面磨損變形）導(dǎo)致側(cè)向擺動(dòng)，也會(huì)受到其它兩個(gè)滑輪的牽制，使其正常運(yùn)行。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)止是擺效果較為理想，同時(shí)能夠使得小滑輪承擔(dān)一部分大滑輪的縱向荷載，提高其壽命，還能有效的抵抗風(fēng)壓 和提高止擺裝置的導(dǎo)向能力 。  止擺裝置由于是安裝在很貼近地面處，同時(shí)要承受一部分門扇重量和風(fēng)壓力，所 以要求對(duì)其材料的要求是具有足夠的強(qiáng)度剛度同時(shí)不易生銹等特點(diǎn)，所以主要采用不銹鋼材料進(jìn)行生產(chǎn)，而滑輪采用是尼龍材料，這種材料在滑輪上應(yīng)用比較廣泛。  3.5.3鎖具的選擇  鎖具現(xiàn) 在主要有機(jī)械鎖和電子鎖等，而 機(jī)械鎖是一種沒有電子器件的大密鑰量高可靠的全機(jī)械密碼鎖 。所以不適合用在公眾場(chǎng)合的自動(dòng)門上，所以主要采用電子鎖來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的鎖閉。電子鎖的種類很多，有磁力鎖、電插鎖、電鎖口等， 電插鎖  ，最早的自動(dòng)門大多用電插鎖實(shí)現(xiàn)，市場(chǎng)上有專用和不專用兩種。專用電插鎖就是專為自動(dòng)門特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的電鎖，最早都是臺(tái)灣進(jìn)口過來，此類鎖可應(yīng)用于各廠牌自動(dòng)門。工作原理是由感應(yīng)器或門禁控制機(jī)等（如自助銀行刷卡機(jī)）送信號(hào)給電鎖，電鎖接受到信號(hào)后先開鎖再送信號(hào)給自動(dòng)門開門。因先開鎖然后由鎖的控制單元送信號(hào)給門機(jī)控制 器實(shí)現(xiàn)開門，這樣就避免了門開啟而鎖未跳開而造成的撞鎖現(xiàn)象。而且鎖的控制單元有延時(shí)輸出開門信號(hào)功能所以叫專用電鎖。專用電插鎖的優(yōu)點(diǎn)是破壞性開啟門的難度加強(qiáng)，被強(qiáng)制開門的難度更大。 此次設(shè)計(jì)采用電插鎖作為鎖具。  本次設(shè)計(jì)選用的是 SOMB型電插鎖，其規(guī)格參數(shù)如下：  品牌： SOMB          型號(hào)： SB-203E 材質(zhì)：不銹鋼          尺寸： 200*34*44(mm) 輸入電壓： DC12V 啟動(dòng)電流： 500mA 工作電流： 480mA 使用范圍：玻璃門、木門、鐵門、防火門  安全類型：斷電開門  另外 鎖具還 需 要實(shí)現(xiàn)與門禁系統(tǒng)的連接，控制器必須能夠使開門動(dòng)作與開鎖動(dòng)作相協(xié)調(diào)，確保操作無誤。高擋自動(dòng)門可以實(shí)觀在開門信號(hào)輸出之前 1/1O 秒輸出開鎖信號(hào)，這種特性對(duì)于自動(dòng)平開門特別重要，如果達(dá)不到這種水平的同時(shí)還要加鎖，就很容易引起故障。   第 4 章  驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)  4.1 自動(dòng)門運(yùn)行阻力的計(jì)算  自動(dòng)門運(yùn)行阻力計(jì)算：  平滑自動(dòng)門總運(yùn)行阻力包括摩擦阻力、風(fēng)阻力、坡度阻力和慣性阻力。因?yàn)槠露刃苯切?，運(yùn)行速度慢，所以坡度阻力和慣性阻力忽略不計(jì)。  （ 1）摩擦阻力fF 摩擦阻力包括門滑輪的滾動(dòng)摩擦阻力、門滑輪軸承中的摩擦阻力以及門滑輪輪緣與軌道之間的滑動(dòng)摩擦阻力。為了簡(jiǎn)化 ,假設(shè)其總運(yùn)行 效率為 0.95。   （ 2）風(fēng)阻力dF。  根據(jù)實(shí)際環(huán)境情況，這里取六級(jí)風(fēng)壓進(jìn)行阻力計(jì)算。  自動(dòng)門的風(fēng)阻力為：   式中dC為風(fēng)力系數(shù)，平滑門風(fēng)力系數(shù) 取 1.1；  A 垂直與風(fēng)向的迎風(fēng)面積 （自動(dòng)門的總面積） ；  dP 計(jì)算風(fēng)壓（ Pa） ；  A  門滑輪與止擺器的綜合摩擦系數(shù)，這里取 0.1。  查表得六級(jí)大風(fēng)風(fēng)速；   這里取 smv /13 。  風(fēng)壓計(jì)算公式：   綜上                   4.2 自動(dòng)門驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算  根據(jù)傳動(dòng)的實(shí)際情況，取各部分傳動(dòng)效率如下：   聯(lián)軸器效率： 99.01  滾動(dòng)軸承效率： 99.02  閉式齒輪傳動(dòng)效率： 97.03  所以 9.0234221  取減速電機(jī)的效率取 9.0 。  電動(dòng)機(jī)工作時(shí)需要的功率為：  1000FvPo    所以減速電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率為 54.5W。  4.3 減速電機(jī)的選型  4.3.1直流電機(jī)的調(diào)速  他勵(lì)或并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相比于交流電機(jī)而言，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、維修不方便，但是在 調(diào)速方面卻有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。鼠籠式電動(dòng)機(jī)在一般情況下是不能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)速的，更不能進(jìn)行無極調(diào)速，所以對(duì)于調(diào)速要求較高的設(shè)備，通常采用直流電動(dòng)機(jī)，這是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)無極調(diào)速，并且機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。  由直流電機(jī)轉(zhuǎn)速公式：  KERTUn aa )( 可知 調(diào)節(jié)aR、 U、 中的 任意一個(gè)，都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，改變電樞電路中的外電阻也可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，但其特點(diǎn)是耗電多，機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍小，且只能進(jìn) 行有極調(diào)速，所以這種方法采用較少?，F(xiàn)在對(duì)直流電機(jī)調(diào)速的方法主要有調(diào)磁法和調(diào)壓法。  wkwP O 5.540 5 4 5.09.01 0 0 0 5.01.98 4.3.2選用直流減速電機(jī)優(yōu)勢(shì)  因?yàn)橹绷麟姍C(jī)在調(diào)速方面很簡(jiǎn)單，但是相對(duì)于異步電機(jī)卻有以下優(yōu)點(diǎn)：  1）由于采用高性能永磁材料，無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子尺寸得以減小，可以具有較低的慣性，更快的響應(yīng)速度，更高的轉(zhuǎn)矩慣量比。  2）由于沒有了轉(zhuǎn)子損耗（轉(zhuǎn)子采用永磁材料），所以無需定子勵(lì)磁電流分量，所以無刷直流電機(jī)具有較高的效率和功率密度。對(duì)于同等容量的輸出，交流異步電機(jī)需要更大的整流器和逆變器。  3）由于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。  4）交流異步電機(jī)由于其非線性的本質(zhì)，固控制起來較為復(fù)雜，無刷直流電機(jī)把其復(fù)雜的磁場(chǎng)定向控制簡(jiǎn)化為離散狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，無需坐標(biāo)變換，調(diào)速范圍更寬，控制性能更好。  綜上所述，無刷直流電機(jī)具有更大的功率密度、更高的效率和更好的控制性能。  所以減速電機(jī)，選用無刷直流電機(jī)。  4.3.3確定減速機(jī)型  初選同步帶輪直接 d=60mm。  則主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速：  由公式 m ax100060 vdnv 得：  m in/2.15960 5.01 0 0 060 rn w  減速電機(jī)的輸出動(dòng)輪速比：  845001.06014.3 2.159 dni w  根據(jù)裝置的驅(qū)動(dòng)功率和減速器輸出的速比，選用日本進(jìn)口的 SS40E8-H4E8-12.5 型號(hào)直流減速電機(jī)，其功率 P=80W，額定轉(zhuǎn)速 200r/min。 A=24mm,B=70mm。    技術(shù)參數(shù)：  型號(hào)： SS40E8-H4E8-12.5 功率： 80W                 電壓： 24V 回轉(zhuǎn)速度為 200rpm          質(zhì)量 3.1kg 4.4 齒帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)  4.4.1齒帶傳動(dòng)各個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算  （ 1）齒帶傳動(dòng)特點(diǎn)  齒帶傳動(dòng)主要部件為齒形同步帶。其傳動(dòng)綜合了齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)， 克服了其它各種帶打滑和伸長(zhǎng)等缺點(diǎn)，構(gòu)成了一種獨(dú)特的傳動(dòng)形式。同步齒帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)、噪聲小、無滑差、承載能力高、壽命長(zhǎng)、帶齒受力均勻合理和具有最小膨脹系數(shù)以及最大可靠性等優(yōu)點(diǎn)。同步齒帶可以獲得恒定的速比，且速比范圍大，允許的線速度高，傳遞效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，具有耐油耐潮等特點(diǎn)，使得其可以在環(huán)境較惡劣的條件下工作。  （ 2）同步帶的主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速  齒帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算通常按照同步帶傳動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。  初選 同步帶 主動(dòng) 輪 節(jié)圓 直徑 mmd 60 。  根據(jù)公式m ax100060 vdnv 計(jì)算得：  smndnv /5.0100060 60100060m ax  min/2.159 rn   （ 3）同步帶的功率  PKP Ac  AK 為 工況系數(shù)，查表取 AK =1.6。  則          WPC 2.875.546.1 （ 4）同步帶帶型的選擇  參考同步帶選型圖，根據(jù)帶輪轉(zhuǎn)速 1n 和同步帶功率CP，選擇帶型為 L 型。   圖 4-1同步帶選型圖  L型同步帶承載載荷屬于輕型載荷，其齒形尺寸如下：  帶型（節(jié)距代號(hào)）  節(jié)距（bP）  （ mm）  齒形角2  齒根厚  s  齒 高  th 帶高  h 齒根圓角半徑  fr 齒頂圓角半徑  ar L（輕型）  9.525 40 4.65 1.91 3.6 0.51 0.51    圖 4-2同步帶齒形尺寸分布圖  根據(jù)表 1.11 可以查得 L 型同步帶的基準(zhǔn)寬度 mmbs 4.25 （ 5）確定帶輪齒數(shù) Z 和帶輪節(jié)圓直徑 d 根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速 1n 和 L 型帶型，參照小帶輪最小齒數(shù)表 ，有小帶輪最小齒 數(shù)12min z ，小帶輪齒數(shù) 12min1 zz ，取 z1 =20.  圖 4-3小帶輪最小齒數(shù)表  L 型帶型的節(jié)距 Pb=9.525mm，則有節(jié)圓直徑：  mmpzd 67.6014.3 20525.9  所以通過帶型驗(yàn)算節(jié)圓直徑取 d=60mm能夠滿足設(shè)計(jì)的條件 。  設(shè)計(jì)的齒輪的平面結(jié) 構(gòu)圖如下：    圖 4-4齒輪剖視圖  （ 6）驗(yàn)算帶速 v m a x/485.01 0 0 060 vsmdnv 即滿足要求 。  （ 7） 確定中心距和同步帶長(zhǎng)度pL  圖 4-5自動(dòng)門運(yùn)行線路圖    圖中 實(shí)線部分表示兩扇門的關(guān)閉狀態(tài)，虛線表示兩扇門的完全開啟狀態(tài)。 L1是 活動(dòng)門扇的寬度， L2 是 橋門的寬度， L3 則是 門開閉 全 過程中占用的皮帶長(zhǎng)度，根據(jù)給定的尺寸 mmL 9001 ， mmL 4002 ，可以計(jì)算得到 L3，所以有 ：  mmLLLL 3100)200450(29002)22(22 2113  而齒輪的中心距3LD 中， 同時(shí)考慮 留有皮帶剩余余量，所以取 mm3200中D。  由公式2dLD p 中得：  mmdDL p 5.659067.6014.3320022 中  所以選取的同步帶長(zhǎng)度為 6590.5mm。  （ 8）確定同步帶寬度sb L型同步帶的同步帶基準(zhǔn)寬度為 25.4mm，許用工作拉力 NFp 46.244，而工作時(shí)候所需拉力 NF 1.98 ，所以當(dāng)帶寬取 25.4mm 的時(shí)候，滿足使用要求。  即 4.25sb。  （ 9）齒輪軸的強(qiáng)度計(jì)算和材料選擇  帶傳動(dòng)作用在軸上的壓力 FQ 由式 v pcQF 1000 得：  Nv p cQF 8.179485.0 0872.010001000  軸承的材料最常用的 45#鋼，因?yàn)檫@種材料的機(jī)械綜合性能比較好，下面就以這種材料為列來進(jìn)行強(qiáng)度的驗(yàn)算。  帶傳動(dòng)在軸上的壓力會(huì)以齒輪軸的固定點(diǎn)為支承點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)彎應(yīng)力，現(xiàn)在對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算（軸承的直徑為 .0.022m，軸承受力點(diǎn)與支點(diǎn)的距離 L 為 0.01m）：  最大彎矩： MNLFMQ .7 9 8.101.08.1 7 9  抗彎截面系數(shù)： 44 022.005.064/ dW  強(qiáng)度 =M/W= MP a53.1022.005.0/798.1 4  因?yàn)?45鋼的許用彎應(yīng)力為 102Mpa，所以選用這種材料是滿足要求的。  4.4.2 齒帶傳動(dòng)張緊裝置的設(shè)計(jì)  帶傳動(dòng)在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間以后，會(huì)因?yàn)閹У乃苄宰冃魏湍p而松弛，從而影響工作性能或致使帶不能正常工作。為了有效的防止這種不良結(jié)果的產(chǎn)生，就必須采取有效的補(bǔ)救措施。現(xiàn)在常用的措施有下面幾種： 1、定期的張緊裝置。 2、自動(dòng)張緊裝置。3、采用張緊輪的張緊裝置。  根據(jù)自動(dòng)門的使用環(huán)境和條件，要求整個(gè)傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間少，采用張緊輪的張緊裝置會(huì)使整個(gè)自動(dòng)門傳動(dòng)裝置占用的空間變大，同時(shí) 也使得自動(dòng)門的皮帶運(yùn)行方向改變，不能正常帶動(dòng)皮帶夾來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的開閉，所以不宜采用，而自動(dòng)張緊裝置是將有帶輪的電動(dòng)機(jī)安裝在浮動(dòng)的擺架上，利用電動(dòng)機(jī)的自重，使帶輪隨同電動(dòng)機(jī)繞固定軸擺動(dòng)，來保持初拉力，所以也不適合采用。固選用定期張緊裝置的方式來進(jìn)行張緊。  下面是本次設(shè)計(jì)采用的彈簧張緊裝置。張緊裝置的結(jié)構(gòu)如下：   張緊裝置的主要構(gòu)成部分有： 1、底座    2、調(diào)節(jié)推板    3、調(diào)節(jié)桿    4、預(yù)勁彈簧     5、螺母  圖 4-6張緊裝置結(jié)構(gòu)圖   張緊裝置的工作原理：  自動(dòng)門在安裝的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿 3 向前旋轉(zhuǎn)，從而使 彈簧 4 處于預(yù)緊狀態(tài)，如果同步帶傳動(dòng)出現(xiàn)松弛的時(shí)候，則只需旋松調(diào)節(jié)推板 2和螺母 5，在彈簧向左推力下，雕節(jié)擋板帶動(dòng)齒輪一起向左移動(dòng)，從而使得皮帶能夠重新張緊。如果還不能滿足張緊要求，可以再旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)桿，再進(jìn)行調(diào)整。  其三維模型圖如下（含齒輪）：   圖 4-7張緊裝置三維圖   第 5 章  門吊件  皮帶夾  導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)  5.1 門吊件的設(shè)計(jì)  自動(dòng)門吊件用于連接自動(dòng)門和皮帶的組件，包括連接桿，吊輪，吊架，平衡桿等部分，連接桿用于連接皮帶夾和吊架，用來將皮帶的動(dòng)力傳遞到門體上，使門獲得左右移動(dòng)的動(dòng)力，而吊架一端是固定在橋門上， 一端與連接桿相連，在其中部連接著兩個(gè)吊輪，在自動(dòng)門運(yùn)行的過程中，吊輪能夠繞軸在軌道中滾動(dòng)，大大減小了自動(dòng)門的運(yùn)行阻力。平衡桿連接在兩吊輪的另一端，用來保證兩吊輪的相對(duì)位置和防止吊輪內(nèi)側(cè)和導(dǎo)軌之間的側(cè)壓。  5.1.1門吊架的設(shè)計(jì)  吊架是用來固定吊輪支承和連接門夾的部件，考慮到吊架的外形的加工工藝性和強(qiáng)度剛度要求， 吊架部件 材料一般都是 由冷軋鋼板沖壓成型 。其結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)如下：   圖 5-1吊架結(jié)構(gòu)圖  其中中間的兩個(gè)較大的孔是用來安裝滑輪支承軸，而左右方的三角形孔則是用來與連接桿相連時(shí)的螺孔，這樣的三角形結(jié)構(gòu)連 接能夠使得他們之間具有較好的穩(wěn)定性， 固定準(zhǔn)確。  其三維結(jié)構(gòu)圖：    圖 5-2吊架三維圖  5.1.2吊輪的設(shè)計(jì)  吊輪固定在吊架上，通過齒形帶傳遞動(dòng)力，然后帶動(dòng)自動(dòng)門沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。 自動(dòng)平移門 吊 輪 都 采用 的是 特殊的尼龍滑輪， 這種材質(zhì)的滑輪 強(qiáng)度高、耐磨性好、自潤(rùn)滑性好，同時(shí)還能有一定的減震效果。 所以使得其應(yīng)用廣泛。吊輪設(shè)計(jì)的尺寸參數(shù)如下：   圖 5-3吊輪的平面外形圖   其三維外形圖如下 ：    圖 5-4 吊輪三維圖  5.1.3吊輪軸的設(shè)計(jì)  軸的材料選擇：軸長(zhǎng)期在彎應(yīng)力的作用下工作，其材料的要求是：強(qiáng)度高，剛度好，抗疲 勞，應(yīng)力集中敏感度小，加工性能好，而且要求軸的表面光滑度要好。  軸的材料主要采用中碳鋼、 35或者 45鋼、合金鋼 20Cr或者 40Cr 等。  最常用的是 45#鋼，其含碳量是 0.45%，這種材料鋼具有較好的機(jī)械綜合性能，所以此次設(shè)計(jì)采用的軸材料為 45#鋼。  軸的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：使軸具有合理的形狀結(jié)構(gòu)，良好的加工工藝性。  強(qiáng)度計(jì)算：保證軸在荷載的作用下不致使斷裂或者過大的變形。  軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：  軸的端部應(yīng)有 45 度的倒角，以便安裝時(shí)候能夠?qū)χ泻弯J邊劃手。  軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要根據(jù)以下幾個(gè)方面：軸上零件的配置；軸上零件的固定；軸上零件的裝拆；軸的加工工藝性。  軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)如下：    圖 5-7支承軸外形圖  軸的強(qiáng)度計(jì)算：  軸是 固定在吊架上的，然后作為吊輪滾動(dòng)的支承，它們之間的裝配連接如下圖所示：   圖 5-8吊件的結(jié)構(gòu)圖  下圖是軸受到門體和吊架總重的受力示意圖， O點(diǎn)是吊輪與導(dǎo)軌接觸的中點(diǎn)，它作為軸承的支承點(diǎn)。    圖 5-9支承軸受力示意圖  軸工作時(shí)只有彎矩作用而不受扭矩作用，所以 0M ,T=0.單扇門由兩個(gè)吊輪懸掛在導(dǎo)軌上 ，所以每根軸 A 點(diǎn)收到向下的力 NmgF 2752/ ，  支承軸受到的彎矩 mNLFM /9.9036.0275 ，  抗彎截面系數(shù) 444 02.005.064/02.014.364/ dW  強(qiáng)度 =M/W=9.9/( 402.005.0 )=12.375Mpa 材料選用的是 45 號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，許用彎應(yīng)力是 102Mpa， 12.375Mpa<102Mpa,所以通過設(shè)計(jì)能夠承受足夠的強(qiáng)度。  5.1.4 吊件的整體裝配設(shè)計(jì)  自動(dòng)門吊件的設(shè)計(jì)原則是使得皮帶到自動(dòng)門動(dòng)力傳遞效率最高，即在吊 件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中在提供相同的原動(dòng)力的情況下，門體獲得的橫向運(yùn)動(dòng)力最好的方案即為最佳方案。  在吊件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案過程中，我們可以將連接桿和吊架之間的連接看作一個(gè)杠桿來做受力分析。  下面為門吊件設(shè)計(jì)的兩種方案：  方案一：連接桿連接在吊架的中間傳遞橫向動(dòng)力， A、 B點(diǎn)是兩個(gè)吊輪的中心點(diǎn)，O點(diǎn)為兩吊輪的中心點(diǎn)， F1表示皮帶傳遞的水平動(dòng)力。    圖 5-10 方案一示意圖  方案二：連接桿連接在吊架的一端傳遞動(dòng)力， A、 B點(diǎn)是兩個(gè)吊輪的中心點(diǎn)， O點(diǎn)為兩吊輪的中心點(diǎn)， F1表示皮帶傳遞的水平動(dòng)力。   圖 5-11 方案二示意圖  方案 的分析比較：  兩種方案的受力示意圖：  L表示的是力 F1與 F2距離 AB水平線的垂直距離， L1表示 F1 與滑輪 1中心點(diǎn) A 的水平距離， L2 表示 F2距離滑輪 1中心點(diǎn) A的水平距離。   圖 5-12 兩種方案受力比較 圖  F1 為方案一中的受力， F2 為方案 2 中的受力。受力方向?yàn)樽?，為了方便分析，我們把力移?dòng)到 AB軸線上，轉(zhuǎn)化成力和力矩的形式。 F1在 O點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè) M1的力矩，F(xiàn)2在 O點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè) M2的力矩。   假設(shè) FFF 21 ，有：  FLLFM 11  FLLFM 12  因?yàn)?O 點(diǎn)力矩 M1 的作用使得 A 點(diǎn)受到一個(gè)向下的力 F3，同時(shí) M2 在 A 點(diǎn)產(chǎn)生的向下的力為 F4，在 A 點(diǎn)產(chǎn)生的向下的力越大，也會(huì)使得吊輪與軌道之間的摩擦力越大，阻礙滑輪的左右運(yùn)動(dòng)。  由 M=FL得：   1113 LFLLMF 2224 LFLLMF 12 LL  所以有43 FF ，  所以方案二使得滑輪與滾道間的摩擦阻力更小，能夠有效的減少滑輪和軌道的摩擦損耗選擇方案二較好。  下圖為整個(gè)吊 件的結(jié)構(gòu)圖：    圖 5-13 吊件結(jié)構(gòu)圖  5.2 皮帶夾的設(shè)計(jì)  皮帶夾是用于連接皮帶和吊件的工件，皮帶夾的設(shè)計(jì)要 求是在能夠滿足整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)正常運(yùn)行的前提下，能夠夾具和皮帶之間夾 緊可靠，不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。再考慮到齒帶的外形，我們可以將夾具設(shè)計(jì)成齒條形狀來很好的和齒形帶進(jìn)行嚙合，從而能夠使得皮帶和皮帶夾之間不會(huì)長(zhǎng)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)的皮帶夾即能很好的滿足傳動(dòng) 要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝拆卸方便。   圖 5-14 皮帶夾的平面結(jié)構(gòu)圖   在皮帶夾的尺寸設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們需要考慮我們選用的帶的帶型的齒高、齒寬和皮帶厚度等， 因?yàn)橹挥谐叽绾线m才能使得皮帶夾能夠很好的與皮帶嚙合。如上圖尺寸L1=30mm 是皮帶夾的齒形寬度，其要求是 L1 必須大于所選皮帶的寬度，在皮帶設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們選用的是 L 型同步帶，其寬度 mmbs 4.25，而皮帶夾的齒形寬度sbL 301，滿足尺寸要求，所以 L1設(shè)計(jì)為 30mm的寬度較為合適。  L2 為皮帶夾齒形條的齒高，其值為 L2=2mm，而我們選用的 L 型齒形同步帶其齒高mmht 91.1 ，所以有 thL 2 ，即 L型齒形同步帶能夠完全嚙合，同時(shí)考慮到嚙合的預(yù)留間隙，所以在設(shè)計(jì)皮帶夾的時(shí)候設(shè)計(jì)齒高 L2為 2mm也是滿足要求。而 L3是為皮帶留的厚度，這里設(shè)計(jì)的預(yù)留厚度 mmL 23， L 型同步帶的厚度（除去齒高）：mmhhd t 69.191.16.3 （ h為帶總高）  所以 dL3，即皮帶能夠放入皮帶夾中，同時(shí)又有 hL3，即皮帶不會(huì)在皮帶夾中發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，所以 L3取為 2mm也是滿足設(shè)計(jì)要求。  其三維模型圖如下： &