《自动门机械部分设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动门机械部分设计.doc（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2.1 设计任务以平滑自动门为设计对象，完成以PLC为基础的自动门机械零部件的设计。2.2 设计场合本文以某营业厅自动门为例，完成以PLC为控制器的自动门机械零部件的设计，设计的对象是按照洞口宽度为4m高度为3m的洞口尺寸进行设计，这种规格尺寸主要适用与小人流的场合。在营业厅自动门正上方里外各安装一个红外探测开关，当有人欲进入时，红外探测开关检测出有人要进入或出去，从而产生输出信号。PLC获取到该输入信号，启动电机，将门打开。当门打开到一定程度后，碰到限位开关，限位开关动作，产生输出信号，自动门停止动作。等待一时间段后，自动门自动合上。在闭合过程中，如红外探测开关检测有人要进入或出去时，自动门
2、停止闭合，并立刻打开。为了保障门的安全性，设置关门限位开关，从而保障在自动门闭合即将结束时，不会发生两扇门碰撞。2.3 设计规格名称尺寸（mm）洞口高度3000洞口宽度4000固定门扇高度2100固定门扇宽度950活动门扇高度2100活动门扇宽度900门扇厚度10门扇运行速度0.5m/s开门方式平开2.4 平开自动门的工作原理首先，平移式自动门组由以下部件组成：（1）主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数；（2）感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入
3、它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；（3）动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行；（4）门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进、滑动；（5）门扇吊具走轮系统：用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行；（6）同步皮带（或三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统；（7）下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。门扇要完成开门和关门动作，其原理如下：门正上方安装有一个红外传感器，其红外发射管发射出一束红外光，在检测区内形成辐射面，这辐射面为检测区。此光线会反射，在有目标进入这一区域时，红
4、外线接受管检测并发出一个反映红光变化的电信号。该信号经过放大、整形输入PLC，PLC然后按照设定好的程序命令电机和驱动机构工作，使门扇按照设定的程序开启、加速、全速、制动后慢速、全开、开门后保留一段时间再关门，关门同样按照制定的程序运行，先加速、全速、制动后慢行、关闭。当关门时遇到障碍物时门扇会倒退，直至无障碍物时才关门。2.5 设计方案图2-1 自动门的传动图该方案是通过减速电机直接输出转矩驱动齿形带主动轮转动，从而带动齿形带传动，吊件与齿形带之间通过皮带夹固定在一起，实现同时的左右运动，当主动轮顺时针转动时，皮带也顺时针传动，右吊件跟随皮带向右运动，左吊件跟随皮带向左运动，两门扇向相反方向
5、运行实现自动门的开启，当触碰到限位开关时，信号会传送到PLC控制自动门减速到停止。而当主动轮逆时针转动时，左吊件向右运行，右吊件向做运行，使得自动门处于关门动作。第3章 门体的设计3.1 门体的构成平滑自动门的门体由固定门体和活动门扇组成。其中固定门体包括固定门扇、整体门框、可安装驱动机构的横梁、横梁上部的上亮子玻璃窗，这样使得平滑门的布置美观大方，当然也有横梁上方无玻璃窗和无固定门扇的平滑自动门，这要根据建筑物出入口的特点、门的位置、洞口尺寸、出入通行情况及环境决定。3.2 门形式的选择平滑自动门的结构形式主要有两种：即单开式和双开式，单开式就是只有一扇门从单侧自动滑开。双开式是两扇门同时从
6、中间滑向两侧或两侧滑向中间。根据功能要求和设计要求，选择双开式作为本次设计对象。单开式双开式图3-1 自动门的开门方式示意图3.3 门体和门扇材料的选择商用平滑自动门的门体有铝合金、碳素钢、不锈钢和玻璃等。因为对门体的设计没有特殊要求，本设计采用铝合金作为门体材料。而平滑门的门扇大多采用的是玻璃，一中是建筑玻璃，一种是钢化玻璃，因钢化玻璃透明性好、强度高，破碎后无尖角不会伤人，所以应用广泛，此设计采用钢化玻璃作为门扇材料。3.4 门体的相关参数名称尺寸（mm）活动门扇高度2100活动门扇宽度900门扇厚度10密度2500kg/表3-1 门体规格参数根据设计的规格门扇高度，单扇门宽度，厚d=10
7、mm，计算出自动门的体积为：因为门体还有玻璃夹和止摆装置等附件，我们可以把单扇门的总重看为55kg自动门的运行速度一般是取0.30.5m/s,这里我们取的是0.5m/s进行设计。下图为门体的整体平面外形图：图3-2 门体结构简图3.5 门体附件的设计3.5.1 门夹的设计 门夹安装在活动门扇的上下端，用于门扇与驱动机构的门滑轮吊件的连接。门夹与玻璃门扇的连接，再与门滑轮吊件连接。作为活动门扇与吊件的金属连接件，门夹有门顶玻璃夹与门底玻璃夹，是小型正方形另一种为长条玻璃顶夹和长条玻璃底夹，这种玻璃底夹是与活动门扇等宽的上下两条。玻璃夹的材料有铝合金、不锈钢及黄铜，本设计选用铝合金作为玻璃夹的材料
8、。因为选用的玻璃为10mm厚度，因此可选用型号为DC-090型的门夹。图3-3 门夹图3.5.2平滑门止摆装置的选择平滑自动门属于悬挂活动门扇，这样门扇受力就会产生摆动，为保证门扇能平稳的按照直线运动，所以门框的下部要设置止摆装置。目前，主流的止摆装置主要有三种，即轨道式止摆、夹持式止摆和内藏式止摆。轨道式止摆在地面开轨道槽，轨道采用不锈钢作为材料，滑块为塑料，这种止摆装置的门扇上可以加多个滑块，因此抗摆动能力强。夹持式止摆是在门扇的下方加上加持轮，门扇在夹持轮中间运动。这中止摆装置安装起来比较方便，但是外形开起来不够美观，而且夹持轮会磨损门扇的下框表面，所以采用较少。内藏式止摆装置是安装在门
9、扇下框的槽内，由支撑轴和尼龙轮构成。安装方便，也能够使门扇看起来更美观，但要求轴和尼龙轮安装牢靠接触面平整。综合考虑各个止摆装置性能，和设计要求以及实践的方便性，选用轨道式止摆装置作为平滑门的止摆装置。下图为本次设计的自动门的止摆装置的结构尺寸图：1、大滑轮 2、小滑轮 3、止摆器支架 4、滑动轨道5、塑料垫 6、螺钉 7、活动门扇图3-4 止摆装置结构图自动门在运行的过程中，由于滑轮能够沿着轨道正常的运行，所以这种轨道式的运行结构能够很好的防止自动门的侧摆，这里设计的止摆装置采用的是三个滑动地轮，他们分别在各自的轨道中运行，三个轨道三个滑轮这样的结构设计能够使得自动门的摆动幅度更小，原因是就
10、算当中一个滑轮由于某种因素（比如表面磨损变形）导致侧向摆动，也会受到其它两个滑轮的牵制，使其正常运行。这种结构设计的优点止是摆效果较为理想，同时能够使得小滑轮承担一部分大滑轮的纵向荷载，提高其寿命，还能有效的抵抗风压和提高止摆装置的导向能力。止摆装置由于是安装在很贴近地面处，同时要承受一部分门扇重量和风压力，所以要求对其材料的要求是具有足够的强度刚度同时不易生锈等特点，所以主要采用不锈钢材料进行生产，而滑轮采用是尼龙材料，这种材料在滑轮上应用比较广泛。3.5.3锁具的选择锁具现在主要有机械锁和电子锁等，而机械锁是一种没有电子器件的大密钥量高可靠的全机械密码锁。所以不适合用在公众场合的自动门上，
11、所以主要采用电子锁来实现自动门的锁闭。电子锁的种类很多，有磁力锁、电插锁、电锁口等，电插锁，最早的自动门大多用电插锁实现，市场上有专用和不专用两种。专用电插锁就是专为自动门特点而设计的电锁，最早都是台湾进口过来，此类锁可应用于各厂牌自动门。工作原理是由感应器或门禁控制机等（如自助银行刷卡机）送信号给电锁，电锁接受到信号后先开锁再送信号给自动门开门。因先开锁然后由锁的控制单元送信号给门机控制器实现开门，这样就避免了门开启而锁未跳开而造成的撞锁现象。而且锁的控制单元有延时输出开门信号功能所以叫专用电锁。专用电插锁的优点是破坏性开启门的难度加强，被强制开门的难度更大。此次设计采用电插锁作为锁具。本次
12、设计选用的是SOMB型电插锁，其规格参数如下：品牌：SOMB 型号：SB-203E材质：不锈钢 尺寸：200*34*44(mm)输入电压：DC12V启动电流：500mA工作电流：480mA使用范围：玻璃门、木门、铁门、防火门安全类型：断电开门另外锁具还需要实现与门禁系统的连接，控制器必须能够使开门动作与开锁动作相协调，确保操作无误。高挡自动门可以实观在开门信号输出之前1/1O秒输出开锁信号，这种特性对于自动平开门特别重要，如果达不到这种水平的同时还要加锁，就很容易引起故障。第4章 驱动和传动系统的设计4.1 自动门运行阻力的计算自动门运行阻力计算：平滑自动门总运行阻力包括摩擦阻力、风阻力、坡度
13、阻力和惯性阻力。因为坡度斜角小，运行速度慢，所以坡度阻力和惯性阻力忽略不计。（1）摩擦阻力摩擦阻力包括门滑轮的滚动摩擦阻力、门滑轮轴承中的摩擦阻力以及门滑轮轮缘与轨道之间的滑动摩擦阻力。为了简化,假设其总运行效率为0.95。（2）风阻力。根据实际环境情况，这里取六级风压进行阻力计算。自动门的风阻力为：式中为风力系数，平滑门风力系数取1.1；A 垂直与风向的迎风面积（自动门的总面积）； 计算风压（Pa）； 门滑轮与止摆器的综合摩擦系数，这里取0.1。查表得六级大风风速；这里取。风压计算公式：综上 4.2 自动门驱动功率的计算根据传动的实际情况，取各部分传动效率如下：联轴器效率：滚动轴承效率：闭式
14、齿轮传动效率：所以取减速电机的效率取。电动机工作时需要的功率为：所以减速电机的驱动功率为54.5W。4.3 减速电机的选型4.3.1直流电机的调速他励或并励直流电动机相比于交流电机而言，其结构复杂、价格高、维修不方便，但是在调速方面却有其独特的优点。鼠笼式电动机在一般情况下是不能够实现调速的，更不能进行无极调速，所以对于调速要求较高的设备，通常采用直流电动机，这是因为直流电机能够实现无极调速，并且机械传动机构比较简单。由直流电机转速公式：可知调节、U、中的任意一个，都可以实现对电机转速的调节，改变电枢电路中的外电阻也可以对电机进行调速，但其特点是耗电多，机械特性软，调速范围小，且只能进行有极调
15、速，所以这种方法采用较少。现在对直流电机调速的方法主要有调磁法和调压法。4.3.2选用直流减速电机优势因为直流电机在调速方面很简单，但是相对于异步电机却有以下优点：1）由于采用高性能永磁材料，无刷直流电机的转子尺寸得以减小，可以具有较低的惯性，更快的响应速度，更高的转矩惯量比。2）由于没有了转子损耗（转子采用永磁材料），所以无需定子励磁电流分量，所以无刷直流电机具有较高的效率和功率密度。对于同等容量的输出，交流异步电机需要更大的整流器和逆变器。3）由于没有转子发热，无需考虑转子冷却问题。4）交流异步电机由于其非线性的本质，固控制起来较为复杂，无刷直流电机把其复杂的磁场定向控制简化为离散状态的转子位置控制，无需坐标变换，调速范围更宽，控制性能更好。综上所述，无刷直流电机具有更大的功率密度、更高的效率和更好的控制性能。所以减速电机，选用无刷直流电机。4.3.3确定减速机型初选同步带轮直接d=60mm。则主动轮转速：由公式得：减速电机的输出动轮速比
