三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(含PLC控制仿真)

1、攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 院（系）： 機(jī)械工程學(xué)院 年級(jí)專(zhuān)業(yè)： 級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師： 助理指導(dǎo)教師： 二一五 年 五 月攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要摘 要 三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)作為自動(dòng)門(mén)中的頂級(jí)產(chǎn)品，旋轉(zhuǎn)門(mén)給人以親切大方的感覺(jué)，同時(shí)營(yíng)造出奢華的氣氛，堪稱建筑物的點(diǎn)睛之筆。該論文主要論述了三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的設(shè)計(jì)過(guò)程，主要對(duì)門(mén)體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全系統(tǒng)做了詳細(xì)的分析和設(shè)計(jì)，提出了采用鋁合金和玻璃等組成門(mén)體框架。驅(qū)動(dòng)部分由減速電機(jī)和齒輪箱減速機(jī)構(gòu)組成，且安裝在門(mén)中心頂部的華蓋內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)用PLC負(fù)責(zé)完成控制任務(wù)，由變頻器

2、來(lái)實(shí)現(xiàn)門(mén)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(cè)進(jìn)出旋轉(zhuǎn)門(mén)的人員流動(dòng)，使用多個(gè)接觸式和非接觸式傳感器及光電接近開(kāi)關(guān)來(lái)確保通行安全。設(shè)計(jì)出了一種安全可靠實(shí)用的三翼旋轉(zhuǎn)門(mén)。關(guān)鍵詞： 旋轉(zhuǎn)門(mén) 結(jié)構(gòu) 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ABSTRACTABSTRACTThree wings automatic revolving door is leading products in automatic doors, it can give generously warm and feeling and creating luxurious atmosphere, Meanwhile,

3、 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

4、 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

5、 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 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄目 錄摘 要 ABSTRACT1 緒論 11.1旋轉(zhuǎn)門(mén)的課題背景11.2 國(guó)內(nèi)外旋轉(zhuǎn)門(mén)發(fā)展現(xiàn)狀 11.2.1國(guó)外旋轉(zhuǎn)門(mén)發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2國(guó)內(nèi)旋轉(zhuǎn)門(mén)發(fā)

6、展現(xiàn)狀22 方案確定 3 2.1 方案一的設(shè)計(jì)3 2.2 方案二的設(shè)計(jì)4 2.3 方案的選擇43 門(mén)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5 3.1 門(mén)結(jié)構(gòu)材料的選用5 3.2 門(mén)結(jié)構(gòu)尺寸的確定7 3.3 中間軸的設(shè)計(jì)與軸承的選用8 3.4 曲壁部分設(shè)計(jì)9 3.5確定各扇門(mén)的質(zhì)量93.6華蓋的設(shè)計(jì)104 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)12 4.1軸和軸承設(shè)計(jì)計(jì)算12 4.1.1軸的尺寸設(shè)計(jì)12 4.1.2軸承的選擇與驗(yàn)算12 4.2軸的校核13 4.3 電機(jī)的確定15 4.3.1各部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算15 4.3.2慣性力矩的計(jì)算15 4.3.3電機(jī)的確定16 4.4齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算18 4.4.1選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)18 4.

7、4.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)18 4.4.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)20 4.4.4幾何尺寸計(jì)算215 控制系統(tǒng)部分設(shè)計(jì)22 5.1硬件的設(shè)計(jì)225.1.1變頻器容量選擇計(jì)算225.1.2傳感器與安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)265.1.3控制系統(tǒng)功能特285.1.4控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)控制原理295.1.5 PLC控制系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)分析及地址分配設(shè)計(jì)305.2 軟件設(shè)計(jì) 345.2.1控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)345.2.2 PLC梯形圖465.2.3 指令程序466 控制仿真476.1 編程軟件STEP7-MICRO/WIN476.2 仿真軟件Simulation486.3 仿真過(guò)程48結(jié)論52參考文獻(xiàn)53致 謝 54附錄 A：指令程序表

8、55附錄 B：程序梯形圖60攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論1 緒論1.1旋轉(zhuǎn)門(mén)的課題背景自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)是樓宇設(shè)備中的光機(jī)電一體化技術(shù)產(chǎn)品，它給人以親切大方的感覺(jué)，同時(shí)營(yíng)造出奢華的氣氛，其全新的概念，寬敞的開(kāi)放門(mén)面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)，堪稱建筑物的點(diǎn)睛之筆，立足于建筑時(shí)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(shí)，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(mén)為大廈提供了理想的解決方案，它可有效地防風(fēng)、防塵和隔音，從而改善了大廈入口附近的環(huán)境。旋轉(zhuǎn)門(mén)的最大優(yōu)點(diǎn)在于它"永遠(yuǎn)開(kāi)門(mén)，又永遠(yuǎn)關(guān)門(mén)"，即對(duì)于行人來(lái)說(shuō)，門(mén)總可以打開(kāi)，可對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)門(mén)又

9、總是關(guān)著。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)由于其永遠(yuǎn)開(kāi)啟的同時(shí)又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點(diǎn)，使其動(dòng)態(tài)密封效果較好。因此，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)在功能方面具有獨(dú)特的發(fā)展。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的最大優(yōu)點(diǎn)在于它“永遠(yuǎn)開(kāi)門(mén)，又永遠(yuǎn)關(guān)門(mén)”，即對(duì)于人員來(lái)說(shuō)，門(mén)總可以打開(kāi)，可對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)門(mén)又總是關(guān)著。因此，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)在保安功能方面具有獨(dú)到的發(fā)展，但在人員流量方面自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)卻沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殚T(mén)的轉(zhuǎn)速是固定的，每個(gè)門(mén)翼之間可容納的人員也是有限的。每種自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)都有標(biāo)定的人員流量數(shù)值。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)由于其永遠(yuǎn)開(kāi)啟的同時(shí)又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點(diǎn)，使其動(dòng)態(tài)密封效果在經(jīng)常使用的條件下相對(duì)于其他自動(dòng)門(mén)要好。由于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的人流量有限，通常在自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)兩側(cè)另設(shè)自動(dòng)或手動(dòng)平開(kāi)門(mén)，一方面增加通

10、行能力，另一方面當(dāng)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)出現(xiàn)故障時(shí)，不影響人的通過(guò)。但在靜態(tài)密封效果方面，自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)遠(yuǎn)不如其他自動(dòng)門(mén)，因?yàn)槠溟T(mén)體運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定著只能使用毛條密封。1.2國(guó)內(nèi)外旋轉(zhuǎn)門(mén)發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外旋轉(zhuǎn)門(mén)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(mén)，旋轉(zhuǎn)門(mén)至今已有一百年的歷史，發(fā)展到今天，旋轉(zhuǎn)門(mén)已具有可靠的安全系統(tǒng)和先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，其智能化高格調(diào)的設(shè)計(jì)為現(xiàn)代化樓宇建筑的確入口提供了完美的選擇。國(guó)外著名廠家有：荷蘭的B00N EDAM  瑞典的BESAM  德國(guó)的多瑪、蓋澤  日本的納博克、寺岡等。1由于國(guó)外自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)發(fā)展較早，其技術(shù)也較為成熟。自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)的傳動(dòng)系統(tǒng)技

11、術(shù)具有節(jié)能、低噪聲、傳動(dòng)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)；控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)作為控制中樞，有功能更強(qiáng)大，操作更簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)；檢測(cè)安全系統(tǒng)采用先進(jìn)的紅外與微波感應(yīng)技術(shù)，用于感知物體的移動(dòng)，操縱門(mén)體的動(dòng)行，使用各種安全檢測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時(shí)某些廠家生產(chǎn)的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)還具有遠(yuǎn)程控制和液晶顯示。利用當(dāng)前先進(jìn)的通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使自動(dòng)門(mén)的維護(hù)不再受時(shí)間、地域和專(zhuān)業(yè)維護(hù)技術(shù)的限制，制造商可通過(guò) internet 與設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)交流，校正偏差，讓自動(dòng)門(mén)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，可準(zhǔn)確傳回故障信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，縮短維護(hù)、保養(yǎng)時(shí)間；采用液晶顯示屏，進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，全面顯示門(mén)體轉(zhuǎn)速

12、、狀態(tài)和故障等信息。1.2.2國(guó)內(nèi)旋轉(zhuǎn)門(mén)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)旋轉(zhuǎn)門(mén)技術(shù)的發(fā)展：我國(guó)的全自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)技術(shù)來(lái)源于荷蘭、瑞典、日本等國(guó)。90年代后期旋轉(zhuǎn)門(mén)開(kāi)始在我國(guó)建筑領(lǐng)域中得到迅速推廣和廣泛的使用。旋轉(zhuǎn)門(mén)的廠家：國(guó)內(nèi)專(zhuān)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(yáng)金海、青島帝盟等。旋轉(zhuǎn)門(mén)在我國(guó)的市場(chǎng)前景：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長(zhǎng)，2008年北京申奧成功和WTO的加入。從本世紀(jì)開(kāi)始，我國(guó)進(jìn)入了全面建設(shè)小康社會(huì)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(dòng)力?，F(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(duì)門(mén)的選擇由單

13、一的功用型向個(gè)性化、品位化發(fā)展，旋轉(zhuǎn)門(mén)以其全新的概念，寬敞開(kāi)放的門(mén)面和高格調(diào)的設(shè)計(jì)，自然成為當(dāng)代的建筑裝飾的主流，無(wú)可質(zhì)疑的必選設(shè)施?？胺Q建筑物的點(diǎn)睛之筆。但是國(guó)家對(duì)自動(dòng)門(mén)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(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所有國(guó)內(nèi)建筑業(yè)院校都沒(méi)有相關(guān)的專(zhuān)業(yè)或課程，也沒(méi)有權(quán)威的咨詢機(jī)構(gòu)，自動(dòng)門(mén)市場(chǎng)的管理尚處于無(wú)序狀態(tài)。隨著國(guó)內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展，這一狀況一定會(huì)有所改變。2攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 方案的確定2 方案的確定 旋轉(zhuǎn)門(mén)主要設(shè)計(jì)是從門(mén)體,傳動(dòng)系統(tǒng),控制系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng),安全系統(tǒng)等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。從上面幾個(gè)方面具體分析可以設(shè)計(jì)兩種方案。2.1方案一的設(shè)計(jì)框架總成： 分為固

14、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(mén)扉一般采用高強(qiáng)度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，精密牢固。圓周導(dǎo)軌懸掛整個(gè)旋轉(zhuǎn)門(mén)體及其驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，每扉門(mén)三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸，使門(mén)扉在任何位置均處于密閉狀態(tài);門(mén)扉玻璃采用夾膠玻璃或6mm厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用夾膠玻璃，安全可靠。 傳動(dòng)系統(tǒng)：由二個(gè)三相交流電機(jī)提供動(dòng)力，用減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)驅(qū)動(dòng)。控制系統(tǒng)：由單片機(jī)、變頻器、功能開(kāi)關(guān)組成。由可編程控制器PLC、變頻器、功能開(kāi)關(guān)組成。檢測(cè)系統(tǒng)：由紅外傳感器實(shí)現(xiàn)有無(wú)人自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)對(duì)電機(jī)啟停進(jìn)行操作。安全系統(tǒng)：主要有接觸和非接觸安全感應(yīng)器。 旋轉(zhuǎn)門(mén)入口立柱均裝有安全膠條，防止行人

15、夾傷，自動(dòng)門(mén)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(mén)扉即馬上停止運(yùn)轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門(mén)扉則自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng);每扇門(mén)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(mén)扉立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門(mén)扉則自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2.1 方案一示意圖32.2方案二的設(shè)計(jì)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(mén)扉一般采用高強(qiáng)度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，精密牢固。采用中心門(mén)軸結(jié)構(gòu)安裝和驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)體設(shè)計(jì)，每扉門(mén)三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸，使門(mén)扉在任何位置均處于密閉狀態(tài);門(mén)扉玻璃采用夾膠玻璃或6MM厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用夾膠玻璃，安全可靠。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制系統(tǒng) 檢測(cè)系統(tǒng)

16、 安全系統(tǒng)： 與方案一設(shè)計(jì)一樣。圖2.2 方案二示意圖2.3方案選擇 4三翼旋轉(zhuǎn)門(mén)采用方案二這種結(jié)構(gòu)，即中心門(mén)軸通過(guò)軸承機(jī)構(gòu)垂直安裝于地面，三個(gè)呈發(fā)散式固定在中心門(mén)軸上，各門(mén)扇之間的角度相等。中心門(mén)軸的上方安裝電動(dòng)機(jī)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(gè)完整的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)。但是，這種旋轉(zhuǎn)門(mén)門(mén)翼與中心軸的固定方式?jīng)Q定了門(mén)扇寬度不能太大，所以這種旋轉(zhuǎn)門(mén)的直徑最大只有約4m。為了解決這一問(wèn)題，工程師們將中心門(mén)軸設(shè)計(jì)成了門(mén)扇固定在大鋼管上面，相對(duì)減小了門(mén)扇寬度，增加了電機(jī)對(duì)門(mén)中心的旋轉(zhuǎn)作用力矩，使這種旋轉(zhuǎn)門(mén)的最大直徑擴(kuò)大到6m。這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使用的可靠性很高，使用壽命長(zhǎng)。考慮到旋轉(zhuǎn)

17、門(mén)在停止時(shí)一定耍密封，所以三翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的每個(gè)分隔可以容納更多的人，可是門(mén)的凈開(kāi)口寬度較小。而方案一由于采用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)也給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)了許多麻煩，同時(shí)也不利于節(jié)能。在控制系統(tǒng)上，由于單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)和接口設(shè)計(jì)較為繁雜，只利于大批量生產(chǎn)，不適于單件設(shè)計(jì)。綜合兩種方案進(jìn)行比較，可以看出第二種方案在具體設(shè)計(jì)中更具有實(shí)用性，完善性。故選擇第二種方案。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 門(mén)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)3 門(mén)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)三翼自動(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)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(mén)體尺寸旋轉(zhuǎn)門(mén)直徑3200mm門(mén)凈高 A2400mm門(mén)總高 B2755mm門(mén)出入口尺寸 C1430mm門(mén)外徑D3360mm單

18、扇門(mén)半徑DW1315mm 圖3.1 門(mén)體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3.1門(mén)結(jié)構(gòu)材料的選用門(mén)體主要包括門(mén)體骨架的材料和門(mén)體玻璃。5根據(jù)相關(guān)門(mén)體標(biāo)準(zhǔn),可按90系列的推門(mén)進(jìn)行設(shè)計(jì)。門(mén)體骨架采用90系列推拉門(mén)專(zhuān)用鋁型材，根據(jù)中可以確定門(mén)體骨架鋁型材；三翼旋轉(zhuǎn)門(mén)門(mén)扇 左邊框 選代號(hào) L090704 右邊框 選代號(hào) L090704 上橫 選代號(hào) L090706 下橫 選代號(hào) L090707 圖3.2 L090706型鋁型材（上橫）6圖3.3 L090707型鋁型材（下橫）圖3.4 L090704型鋁型材（邊框）門(mén)體玻璃的選用 門(mén)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(dòng)旋轉(zhuǎn)門(mén)一般用于高級(jí)的賓館

19、，寫(xiě)字樓等高檔場(chǎng)所,一般無(wú)特殊要求。由于防彈玻璃價(jià)格較為昂貴，并且無(wú)多大實(shí)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(mén)結(jié)構(gòu)尺寸的確定根據(jù)前面的總體設(shè)計(jì)可知，三翼旋轉(zhuǎn)門(mén)的結(jié)構(gòu)尺寸可參照中90系列（尺寸高度為2400mm,一扇門(mén)寬度為1315mm）進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)以上節(jié)點(diǎn),可以計(jì)算單扇門(mén)的相關(guān)尺寸為：左邊框和右邊框的高度為： (3-1) =2400-225 =2350mm式中：為門(mén)扇邊框高度尺寸，為門(mén)凈高度。上橫和下橫的寬度為： (3-2) =1315mm式中：為門(mén)扇寬度。玻璃的實(shí)際高度為： (3-3)

20、式中： 為玻璃外顯示尺寸，玻璃上下門(mén)邊尺寸。7實(shí)際寬度為： (3-4) =1315-264212 =1211mm 式中：門(mén)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(jì)與軸承的選用 中間軸的設(shè)計(jì) 軸的直徑為：= (3-5) =3200-21315-23-216 =532mm式中：為門(mén)體旋轉(zhuǎn)直徑，為門(mén)扇邊框安裝膠條與曲壁之間的間隙，為扇門(mén)邊框安裝膠條的寬度。由于軸是用來(lái)安裝軸承、齒輪、門(mén)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(hào)0Cr18Ni9制造，以熱處理狀態(tài)交貨的半徑為532mm,壁厚為8mm,定尺長(zhǎng)度為3000mm,中間軸在安裝軸承的兩端要車(chē)削1mm，

21、并且達(dá)到530mm，尺寸精度為普通級(jí)。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(gè)軸承，則軸承座也要使用兩個(gè)，上下各一個(gè)。對(duì)于軸承座，其內(nèi)徑為軸承的外徑，其厚度必須滿足強(qiáng)度要求。因?yàn)檩S所計(jì)算的直徑為532mm,兩端車(chē)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(hào)為35000型，代號(hào)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(mén)安裝地面設(shè)計(jì)一個(gè)凹型臺(tái)，防止軸的向下滑動(dòng)和安裝時(shí)防止其他雜質(zhì)進(jìn)入軸承內(nèi)。 圖3.5 下軸承座3.4曲壁部分設(shè)計(jì)8 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

22、泥板上，進(jìn)出口各布置2根，然后頂部又用一圓周角鋼將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。材料的選用曲壁上圓弧梁選用6063專(zhuān)用弧形材。頂部用的角鋼彎曲成一個(gè)圓弧，由四段構(gòu)成，便于加工。玻璃則選用8mm厚的弧形鋼化玻璃。材料尺寸的確定由于圓的內(nèi)圓半徑為1600mm,門(mén)口對(duì)應(yīng)的圓角為 則兩邊曲壁各對(duì)應(yīng)的圓心角應(yīng)： (3-6) 所以兩邊曲壁對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)： (3-7) 玻璃尺寸的確定 玻璃的弧長(zhǎng)： (3-8) 玻璃的高度： (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： (3-1

23、0)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(zhǎng)為： (3-11) 式中：d為旋轉(zhuǎn)門(mén)的旋轉(zhuǎn)直徑。則每段內(nèi)圓弧長(zhǎng)： (3-12)3.5確定各扇門(mén)的質(zhì)量由于轉(zhuǎn)軸中心兩端是對(duì)稱的，以一邊門(mén)體計(jì)算即可。 鋁型材密度： 代號(hào)為L(zhǎng)090704的線密度為0.966代號(hào)為L(zhǎng)090706的線密度為0.836代號(hào)為L(zhǎng)090707的線密度為1.152每扇門(mén)框的質(zhì)量： 9=2.36020.966+1.1350.836+1.1351.152 (3-13)=8.053kg式中：，分別為各鋁型材的密度。單扇門(mén)玻璃的質(zhì)量：= (3-14)式中：為玻璃的體積

24、，為玻璃的密度。單扇門(mén)的質(zhì)量： (3-15) =40.82+8.053 =49kg式中：為單扇玻璃的質(zhì)量，單扇門(mén)框的質(zhì)量。3.6華蓋的設(shè)計(jì)華蓋部分是用來(lái)安裝驅(qū)動(dòng)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(gè)圓柱形體。其主要安裝軸承，電機(jī)，控制裝置等。由于華蓋要用來(lái)安裝電機(jī)，電機(jī)的有一定重量。為了保證電機(jī)在工作時(shí)不發(fā)生振動(dòng)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。華蓋底部設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)門(mén)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(shí)角鋼也要穿過(guò)鋼板，也必須在鋼板上加工槽。10圖3.6下華蓋尺寸圖上華

25、蓋的設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)門(mén)的外徑為3360mm，由于上面的鋼板要用來(lái)安裝電機(jī)，故必須在其上面打孔。同時(shí)為了保證鋼板用足夠的強(qiáng)度來(lái)支撐電機(jī)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(jī)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11 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1軸和軸承設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.1軸的尺寸設(shè)計(jì)由于軸承還沒(méi)有確定出來(lái)，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(xiàn)5中預(yù)選雙列圓錐滾子軸承，型號(hào)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40

26、mm。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(jì)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(zhǎng)度)= (4-1) =308.05kg 4.1.2軸承的選擇與驗(yàn)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 = =(308.05+349) 10 (4-2) = 4550.5 N設(shè)定工作時(shí)間為87600小時(shí)(10年365天24小時(shí))由中間軸兩端按軸承的地方車(chē)削后d=530mm，由文獻(xiàn)5中表6-2-80預(yù)選雙

27、列圓錐滾子軸承，型號(hào)為3519。其中e=0.41，Y1=1.6，Y2=2.5，Y0=1.6，Cr =2390KN。12當(dāng)=5.3 大于0.41時(shí)當(dāng)量動(dòng)載荷 Pr =0.45Fr +YFa=0.45×850.6+2.5×4550.5 (4-3)= 11759.02 N查文獻(xiàn)3中表10-5得Y=Y2=2.5查文獻(xiàn)5中表6-2-86-2-11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) ×11759.0

28、2 (4-4) =16225 N軸承Cr=2390000N>16225N，故合適。4.2軸的校核13在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，由文獻(xiàn)5中查取值。對(duì)于雙列圓錐滾子軸承，由文獻(xiàn)5中查得。作簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)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(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)算出軸的受力情況：水平面的受力分析支反力 (4-5)垂直面受力 支反力 (4-6)14彎矩的計(jì)算 (4-7)扭矩的計(jì)算 T=225.4 (4-8) 按彎扭合成應(yīng)力校核的軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，只需對(duì)軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。由文獻(xiàn)3中公式

29、155及上表中的數(shù)值，并取，軸的計(jì)算應(yīng)力 = (4-9) =4.42MPa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(xiàn)3中表151查得 。因此 ，故安全。4.3電機(jī)的確定4.3.1各部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算假設(shè)門(mén)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(jì)算,其中R為門(mén)扇的寬度，L為門(mén)扇的長(zhǎng)度。 則門(mén)扇對(duì)中心慣量可用下式計(jì)算 (4-10)由平行軸定理知，門(mén)扇相對(duì)于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： (4-11) =52.3 （其中L1為軸的半徑）4.3.2 慣性力矩的計(jì)算15假設(shè)門(mén)體1s內(nèi)加速到門(mén)體的快速轉(zhuǎn)速，由于旋轉(zhuǎn)門(mén)體的最大轉(zhuǎn)速為6r

30、/min，即角速度，由于傳感器一般工作在2m范圍內(nèi)檢測(cè)人是否來(lái)臨，當(dāng)人邁進(jìn)門(mén)邊時(shí)，門(mén)體要以正常速度轉(zhuǎn)動(dòng)，則在這時(shí)門(mén)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(jī)要帶動(dòng)門(mén)體轉(zhuǎn)動(dòng)，有一個(gè)加速過(guò)程，有一個(gè)加速過(guò)程此過(guò)程需要克服旋轉(zhuǎn)門(mén)體的慣性力矩才能使其轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角速度的關(guān)系。則可能算出旋轉(zhuǎn)門(mén)體的慣性力矩為： (4-12)4.3.3電機(jī)的確定根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中電機(jī)所需功率按下式計(jì)算： (4-13)由電動(dòng)機(jī)至轉(zhuǎn)動(dòng)軸的傳動(dòng)總效率為： (4-14)式中,分別為滾子軸承，齒輪，聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率。取，則總的傳動(dòng)效率為： (4-15) =0.83則可以計(jì)算出電機(jī)的功率 (4-16) 由

31、于門(mén)體還應(yīng)能承受一定的風(fēng)阻，以及旋轉(zhuǎn)門(mén)體周?chē)鸁o(wú)條件與曲壁門(mén)體間的摩擦阻力，盡管其產(chǎn)生的力較小，但由于門(mén)體直徑過(guò)大，則會(huì)產(chǎn)生較大的阻力矩。同時(shí)還有一些其他沒(méi)有考慮的因素，如齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，因此特將計(jì)算出的功率放大一些同時(shí)門(mén)體的轉(zhuǎn)動(dòng)較低，則電機(jī)應(yīng)適應(yīng)轉(zhuǎn)速較低的，根據(jù)相關(guān)的計(jì)算結(jié)果 可以選以下兩種電機(jī)。 表4.1 電機(jī)參數(shù)表方案型號(hào)額定功率(KW)轉(zhuǎn)矩(N.m)同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速(r/min)總傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)比減速器傳動(dòng)比1JCJ71-0.550.5523.51500144024021.8112JXJ1-35-0.370.3782.0150014402406.863516由于電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)

32、速較大，一般在1500r/min，通過(guò)減速器難以實(shí)現(xiàn)門(mén)體轉(zhuǎn)速6r/min，因此在選電機(jī)時(shí)可以選用帶減速器的電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)要求。根據(jù)相關(guān)要求，可以選用一個(gè)JXJ系列齒輪減速三相異步電機(jī)，JXJ系列異步電機(jī)按照TB1T6442-92標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造,廣泛用于輕工,紡織，建筑機(jī)械行業(yè)。JXJ系列異步電動(dòng)機(jī)是直接輸出低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)距，且有轉(zhuǎn)速型譜寬，運(yùn)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(diǎn)。 由于計(jì)算出所需電機(jī)功率為0.24KW,加上一些忽略因素，應(yīng)該選擇電機(jī)功率在0.24KW上的電動(dòng)機(jī)才行。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和齒輪傳動(dòng)，可見(jiàn)方案2比較合適。即選用JXJ1-35

33、-0.75擺線針輪減速器三相異步電機(jī)。 表4.2 電機(jī)參數(shù)表型號(hào)額定功率(KW)轉(zhuǎn)矩(N.m)同步轉(zhuǎn)速(r/min)滿載轉(zhuǎn)速(r/min)總傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)比減速器傳動(dòng)比JXJ1-35-0.370.3767.9150014402406.935 圖4.3 電機(jī)尺寸圖 表4.3 電機(jī)尺寸表PEMn-dD2D3D4DbhB491294-1229026023045831173454.4齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算4.4.1選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。旋轉(zhuǎn)門(mén)為一般傳動(dòng)，速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）。查文獻(xiàn)3中小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大

34、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(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)公式進(jìn)行計(jì)算，即 (4-17)確定公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù)試選用載荷系數(shù)=1.25。計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 (4-18)由文獻(xiàn)3中表10-7選取齒寬系數(shù)=1。由文獻(xiàn)3中表10-6查得材料的彈性系數(shù)。由文獻(xiàn)3中圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。由根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (4-19) (4-20) 由文獻(xiàn)3中圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)：，。計(jì)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 (4-21)

35、 (4-22)計(jì)算18 試計(jì)算小齒輪的分度圓，代入中較小的值 (4-23)計(jì)算圓周速度v (4-24)計(jì)算齒寬由文獻(xiàn)3中表107取=0.6 (4-25)計(jì)算齒寬和齒高之比b/h模數(shù)： (4-26)齒高： (4-27) (4-28) 計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)v=0.125m/s，7級(jí)精度，由文獻(xiàn)3中圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.4；直齒輪，假設(shè)。由文獻(xiàn)3中圖103查得由文獻(xiàn)3中表10-2查得兩段的齒輪的使用系數(shù)，由文獻(xiàn)3中表10-47級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承懸臂布置時(shí)， (4-29)將數(shù)據(jù)代入后得 (4-30)由b/h=13.322,=2.79，查文獻(xiàn)3中圖10-13得=2.65 故載荷系數(shù) (4-31

36、)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得 (4-32)19計(jì)算模數(shù) (4-33)4.4.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算公式 (4-34）確定計(jì)算公式內(nèi)的各計(jì)算參數(shù)由文獻(xiàn)3中圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限； 由文獻(xiàn)3中圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，；計(jì)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 (4-35) (4-36)計(jì)算載荷系數(shù)K (4-37) 查取齒形系數(shù)由文獻(xiàn)3中表10-5查得，；查取應(yīng)力校正系數(shù)由文獻(xiàn)3中表10-5可查得，；計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 (4-38) (4-39)由上式可得大齒輪的數(shù)值較大。20設(shè)計(jì)計(jì)算 (4

37、-40) 此計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)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(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.62并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3；按接觸強(qiáng)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(dòng)，既滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，而且做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。4.4.4幾何尺寸計(jì)算計(jì)算分度圓直徑 (4-41) (4-42)計(jì)算中心距 (4-43)計(jì)算齒輪寬度 (4-44)取。驗(yàn)算 (4-45) ，合適。 (4-46)由于軸的尺寸非常大，

38、故將齒輪改為齒圈來(lái)設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)與一般齒輪設(shè)計(jì)時(shí)完全一樣的。21攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1硬件設(shè)計(jì)5.1.1變頻器容量選擇計(jì)算變頻器容量的選用有很多因數(shù)決定，列如電動(dòng)機(jī)的容量，電動(dòng)機(jī)的額定電流，電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間等，其中最主要的電動(dòng)機(jī)的額定電流。 表5.1 電機(jī)參數(shù)表 電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率（W）額定電流（A）額定電壓（V）效率（%）功率因素電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JXJ1-35-0.373700.97380730.762.20.00180.6驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的變頻器必須同時(shí)滿足下列3項(xiàng)計(jì)算公式： 滿足負(fù)載輸出/kVA： (5-1) 滿足電動(dòng)機(jī)容量/k

39、VA： (5-2) 滿足電動(dòng)機(jī)電流/A： （5-3) 式中： 為變頻器的容量/kVA 負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)軸輸出功率/kw 電動(dòng)機(jī)額定電壓/v電動(dòng)機(jī)額定電流/A22電動(dòng)機(jī)效率電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)電流波形補(bǔ)償系數(shù)k是電流波形補(bǔ)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(duì)PWM控制方式的變頻器，k約為1.051.1。指定變頻器的啟動(dòng)加速時(shí)間變頻器產(chǎn)品型號(hào)所列的變頻容量，一般以標(biāo)準(zhǔn)條件為準(zhǔn)，在變頻器過(guò)載能力以內(nèi)進(jìn)行加減速，在進(jìn)行急劇加速和減速時(shí)，一般利用失速防止功能，以避免變頻器跳閘，但同時(shí)也加長(zhǎng)了加減速時(shí)間。如果生產(chǎn)設(shè)備對(duì)加速時(shí)間有特殊要求時(shí)，必須事先核實(shí)編破器

40、的容量是否能夠滿足所要求的加速時(shí)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(shí)間的情況下，變頻器所必需的容量計(jì)算如下： (5-4) 式中： 為變頻器的容量/kVA 電流補(bǔ)償系數(shù),對(duì)PWM控制方式的變頻器,k約為1.051.1電動(dòng)機(jī)效率電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速/(r/min)電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪力矩/()電動(dòng)機(jī)加速時(shí)間/s 負(fù)載轉(zhuǎn)矩/()指定變頻器的減速時(shí)間降低變頻器的輸出頻率，就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)減速。加快變頻器輸出頻率的降低速率，可使電動(dòng)機(jī)更快的減速。當(dāng)變頻器輸出頻率對(duì)應(yīng)的速度低于電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速時(shí)，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)行再生制動(dòng)。在這種運(yùn)行狀況下，異步電動(dòng)機(jī)將變成異步發(fā)電機(jī)，而負(fù)載的機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換為電能并反饋給變頻器。當(dāng)反饋能量過(guò)大時(shí)，變頻器本身的過(guò)電壓保護(hù)電路將會(huì)動(dòng)作并切斷變頻器的輸出，使電動(dòng)機(jī)處于自由減速狀態(tài)，反而無(wú)法達(dá)到快速減速的目的。23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(dòng)三極管和制動(dòng)電阻。當(dāng)直流中間回路的電壓升高到一定的電壓值，制動(dòng)三極管就回導(dǎo)通，使直流電壓通過(guò)制動(dòng)電阻放電，既電動(dòng)機(jī)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(dòng)電阻上消耗掉。制動(dòng)電阻的選擇方法：1)計(jì)算制動(dòng)力矩 (5-5) 式中： 動(dòng)力矩/電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量/折算至電