1、兩翼自動旋轉門設計 摘 要 兩翼自動旋轉門是一種專為擴大人員流動而設計的新型旋轉門，是集自動旋 轉門、平滑門和展臺功能三者優點于一身的完美組合。 本論文主要論述了兩翼自動旋轉門的設計過程，其主要對兩翼自動旋轉門的 門體結構、驅動系統、傳動系統、控制系統和檢測安全系統做了詳細的分析和設 計。提出了采用鋁型材和玻璃等組成門體框架，旋轉翼及平滑門用扁鋼固定在一 起形成旋轉門體，通過吊架將旋轉門體同六個被動滾輪連接，使旋轉翼和平滑門 系統懸掛在門冠圓形軌道上；采用三相異步電動機提供動力，通過一個減速器和 一對齒輪齒圈傳動來驅動旋轉門體在門冠圓形軌道上旋轉；用可編程控制器 （plc）來負責完成控制任務，

2、由變頻器來實現門體多段轉速的調節功能。使用 紅外線傳感器檢測進出旋轉門的人員流動，多部接觸式和非接觸式傳感器及光電 接近開關來確保通行者的安全進出。最終,設計出了一種功能實用、安全可靠的 旋轉門。 關鍵詞 兩翼自動旋轉門，門體，可編程控制器,傳感器 abstract two wings automatic revolving door is one kind of new revolving door which is specially for the expansion of the peoples movement,it is a perfect combination that com

3、bines automatic revolving door、smoothing door and exhibition space on the merits of the three functions . this paper discusses the design process of the two wings automatic revolving door, it include the detailed analysis and design about gate body structure、drive system、transmission system、control

4、system and testing security system of the two wings automatic revolving door.it proposed that the door frame is composed of glass and aluminum framework,the revolving door body is made of rotary-wing and smoothing door by flat steel fixed together, is connect to six passive wheels with the hanging b

5、rackets which hang on the door crown circular orbit.the three-phase asynchronous motor drive the revolving door body to ralate on the door crown circular orbit through a reducer and gears transmission;plc is responsible for the task of controller and the function of rotational speed is rely on the v

6、vf. the flow of personnel passing in and out of the revolution door is checked by the infrared ray sensor, the safety of people are ensured by a number of contact and non-contact sensors and photoelectric proximity switches.on the end, have designed a kind of function practical、safety dependablely r

7、evolving door. key words two wings automatic revolving door, gate body, programmable logic controller, sensor ！所有下載了本文的注意：本論文附有齒圈、支架、吊架零件圖，接線圖、程 序圖等共 7 張 cad 圖紙，凡下載了本文的讀者請留下你的聯系方式（郵箱） ，我 把圖紙發給他，純免費的。最后，希望此文能夠幫到你！ 目 錄 摘摘 要要. abstract.ii 1 緒論緒論 .1 1.1 旋轉門的發展概況旋轉門的發展概況.1 1.2 旋轉門作為出入口設計的優點旋轉門作為出入口設計的優點.

8、1 1.3 旋轉門的發展趨勢旋轉門的發展趨勢.2 1.4 旋轉門研究的必要性旋轉門研究的必要性.2 2 方案設計方案設計 .3 2.1 方案擬定方案擬定 .3 2.1.1 兩翼自動旋轉門設計方案一.3 2.1.2 兩翼自動旋轉門設計方案二 .4 2.2 方案選擇方案選擇 .5 2.2.1 方案比較 .5 2.2.2 確定方案 .5 3 門體結構設計門體結構設計.6 3.1 門體的總體設計門體的總體設計 .6 3.1.1 門體構成 .6 3.1.2 門體規格 .6 3.2 旋轉門體部分設計旋轉門體部分設計 .7 3.2.1 確定旋轉門體材料 .7 3.2.2 確定旋轉門體相關尺寸 .8 3.3

9、曲壁設計曲壁設計 .13 3.3.1 曲壁的總體設計 .13 3.3.2 確定曲壁材料 .13 3.3.3 確定材料尺寸 .14 3.4 旋轉門體旋轉門體加加強連強連接接設計設計 .15 3.4.1 加強型鋼的總體設計 .15 3.4.2 加強型鋼材料選擇及尺寸計算 .15 3.5 華蓋結構設計華蓋結構設計 .16 3.5.1 華蓋的總體設計 .16 3.5.2 華蓋材料選擇 .17 3.5.3 華蓋材料尺寸確定 .17 4 驅動系統設計驅動系統設計.19 4.1 驅動系驅動系統統總體設計總體設計 .19 4.2 減速機的選擇減速機的選擇 .19 4.2.1 旋轉門體的慣性力矩計算 .19 4

10、.2.2 旋轉門體的摩擦力矩計算 .22 4.2.3 選擇減速機 .22 5 傳動系統設計傳動系統設計.24 5.1 傳動齒輪齒圈設計傳動齒輪齒圈設計 .24 5.1.1 齒輪齒圈設計前述 .24 5.1.2 齒輪齒圈參數設計 .24 5.2 承重滾輪及其軌道設計承重滾輪及其軌道設計 .28 5.2.1 選擇滾輪 .28 5.2.2 軌道設計 .29 5.3 齒圈連接轉盤支架的螺栓設計齒圈連接轉盤支架的螺栓設計 .32 5.3.1 螺栓直徑設計 .32 5.3.2 齒圈結構尺寸設計 .33 5.4 轉盤支架設計轉盤支架設計 .34 5.5 門體吊架設計門體吊架設計 .35 5.5.1 吊架處連

11、接螺栓的直徑設計 .35 5.5.2 吊架的尺寸設計 .36 6 控制系統設計控制系統設計.37 6.1 控制系統的控制過程及其控制功能控制系統的控制過程及其控制功能 .37 6.1.1 控制系統的控制過程分析 .37 6.1.2 控制系統的控制功能分析 .37 6.2 控制系統的選擇控制系統的選擇 .37 6.3 變頻器的選擇變頻器的選擇 .38 6.3.1 變頻器的容量計算 .38 6.3.2 指定變頻器減速時間 .38 6.3.3 變頻器的頻率設定 .40 6.4 控制系統硬件設計控制系統硬件設計 .41 6.4.1 plc 的機型選擇.41 6.4.2 plc 外接電氣元件的選擇.42

12、 6.4.3 輸入輸出口的保護及分配 .43 6.4.4 plc 的外部接線圖.45 6.5 控制系統的軟件設計控制系統的軟件設計 .45 6.5.1 控制系統軟件設計的要求分析 .45 6.5.2 plc 程序設計.47 7 檢測安全系統設計檢測安全系統設計.60 7.1 檢測安全系統的檢測安全系統的總總體設計體設計 .60 7.2 檢測系統設計檢測系統設計 .60 7.2.1 檢測系統的要求 .60 7.2.2 檢測傳感器的選擇 .60 7.2.3 檢測傳感器的安裝 .60 7.3 安全系統設計安全系統設計 .61 7.3.1 安全系統的要求 .61 7.3.2 安全傳感器的選擇 .61

13、7.3.3 安全接近開關的安裝 .63 結論結論.65 參考文獻參考文獻.66 附錄附錄 a：西門子：西門子 plc s7-200cpu226 的性能參數的性能參數.68 附錄附錄 b：plc 硬件接線圖硬件接線圖.71 附錄附錄 c：電氣接線圖：電氣接線圖.72 致致 謝謝.73 1 緒論 1.1 旋轉門的發展概況 旋轉門起源于荷蘭，至今已有一百年的歷史，在這段時間內，從以前意義的 轉門到今天的全自動旋轉門，旋轉門經歷了一個漫長的發展歷史。其種類較多， 按控制方式可分為全自動旋轉門、半自動旋轉門和手動旋轉門；按旋轉翼結構方 式可分為兩翼旋轉門、三翼旋轉門和四翼旋轉門；按結構材料可分為金屬框架

14、旋 轉門、水晶旋轉門（全玻璃旋轉門）和木旋轉門。 國外自動旋轉門發展較早，其技術也較為成熟。自動旋轉門的傳動系統技術 具有節能、低噪聲、傳動平穩、壽命長、性能可靠等優點；控制系統采用數字化 設計的系統作為控制中樞，有功能更強大，操作更簡便等優點；檢測安全系統采 用先進的紅外與微波感應技術，用于感知物體的移動，操縱門體的動行，使用各 種安全檢測傳感器，實現防擠、防夾和防撞功能。與此同時某些廠家生產的自動 旋轉門還具有遠程控制和液晶顯示功能。 新中國成立以來，特別是改革開放以后，旋轉門也大量的出現在我國的各種 公共和高檔場合。但由于我國特殊的國情，使得旋轉門技術起步較晚，且其發展 受到一定的限制。

15、因此，我國在自動旋轉門的傳動系統、控制系統和檢測安全系 統上離國外還有一定的差距。 1.2 旋轉門作為出入口設計的優點 而自動旋轉門作為出入口設計，其最大的優點在于它對于人員來說，門總 可以打開，可對于建筑物來說門又總是關著。同時，自動旋轉門能減少公共場合 人們對門體的接觸，能有效的防止了細菌的傳播；增強門口的抗風能力，消除了 風口效應，減少了能源損耗，有效的阻擋了灰塵，噪音和廢氣的進入。它還有多 重安全保護措施，通過安裝多部接觸式和非接觸式傳感器及獨特的安全開關，確 保通行者的安全。門體采用鋁合金框架組裝、可拆式結構，分成幾個獨立的部分， 易于安裝，運輸方便。門的進出口和旋轉部分都裝有傳感器

16、，高靈敏度的系統保 證了大門能即時開啟和對速度的隨時調整，保證了通過者最大程度的行走安全。 兩翼自動旋轉門又是在傳統的自動旋轉門基礎發展起來的。如想擴大旋轉門 門扇之間的距離，增加旋轉門人員流量，就想到把旋轉門的門扇數量減為兩個， 這就是兩翼自動旋轉門的獨特之處-大的通行能力設計。同時，設計展箱和中 間平滑門，其展箱具有裝飾和展示功能；中間平滑門能在斷電和意外情況下，能 將其轉停至安全疏散位置，這時平滑門打開，形成一個寬敞的疏散(緊急)通道。 1.3 旋轉門的發展趨勢 自動旋轉門雖然已出現多年，但的技術發展仍在不斷完善和提高。其發展趨 勢主要有以下幾個：獨特新穎的總體設計，高度的安全可靠性設計

17、，多種運轉使 用方式設計，故障即時顯示功能設計，樓宇消防智能化控制設計，停電使用功能 設計，大通行能力設計，精巧靈敏的遙控控制系統設計，先進的驅動控制系統設 計。同時，自動旋轉門還能利用先進的通信和網絡技術，使自動門的維護不再受 時間、地域和專業維護技術的限制，制造商可通過 internet 與設備進行實時交流， 校正偏差，讓自動門達到最佳運行狀態。當出現異常時，可準確傳回故障信息， 實現遠程維護，縮短維護、保養時間；采用液晶顯示屏，進行可視化設計，全面 顯示門體轉速、狀態和故障等信息。 1.4 旋轉門研究的必要性 由于國外自動旋轉門發展較早，無論是驅動技術還是控制技術都較為成熟。 而我國旋轉

18、門技術的發展起步較晚，其全自動旋轉門技術來源于荷蘭、瑞典、 日 本等國。到目前為止，我國的自動旋轉門的技術水平離國外還有一定差距，特別 是在結構設計和驅動控制系統上。我國設計的自動旋轉門的安全性能低，運行噪 音大，壽命短，所以，仍需設計人員的不斷努力，才有希望趕超國外自動旋轉門 的技術水平。因此，對自動旋轉門的研究是十分有必要的。 隨著我國國民經濟持續穩定地增長，人民生活水平的不斷提高，人們對生活 環境的要求也越來越高。而創造美好生活環境又必定成為裝飾業發展的巨大動力。 在現代城市建筑物裝飾裝修中，人們對門的選擇已由單一的功用型向個性化、品 位化發展，而將高科技應用到建筑物的外觀形象上，使城市

19、建筑的入口體現出智 能化也是必然的趨勢。此時，兩翼自動旋轉門以其全新的概念，寬敞開放的門面、 高格調和智能化的設計，自然成為現代化樓宇建筑的入口裝飾的主流，無可質疑 的必選設施。這也堪稱建筑物的點睛之筆。 2 方案設計 2.1 方案擬定 兩翼自動旋轉門的主體結構由門體結構、驅動系統、傳動系統、控制系 統和檢測安全系統五大部分構成，根據對這五大部分作出分析后擬定以下兩 個兩翼旋轉門的設計方案。 2.1.1 兩翼自動旋轉門設計方案一 方案一：主要是根據傳統意義的自動旋轉門來進行設計，其主要是采用中軸 來支撐和安裝整個旋轉門體，并用中軸上固定齒輪的方式來進行傳動，最終使旋 轉門體繞著中軸旋轉。其具體

20、方案如下： 門體結構設計 門體結構分為固定部分和旋轉部分的設計，均由鋁型材框架和玻璃等組成。 旋轉門體采用中軸上安裝兩個旋轉扇翼，旋轉扇翼由一扇普通門體和一扇圓弧門 體構成，這樣來實現建筑屋內和屋外的任何位置的隔離。門扉一般采用高強度鋁 合金型材，結構簡潔，精密牢固。同時每扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲 壁緊密接觸，使門扉在任何位置均處于密閉狀態；門扉玻璃采用（3+3）夾膠玻 璃或 6mm 厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用（4+4）夾膠玻璃或 12mm 厚的鋼化玻璃。 驅動系統設計 由于兩扇門翼距離較大且帶有兩扇圓弧門，使得需要的驅動力矩就較大，那 么采用兩臺三相異步電機對稱布置來完成驅動。

21、傳動系統設計 傳動系統主要是完成降速和力的傳動，根據要求可采用兩臺異步電機輸出軸 分別接一臺減速器，然后又通過一對齒輪嚙合來把動力傳遞給門體的中軸，使得 中軸帶動固定在上面的旋轉門體轉動。從而實現從動力裝置到執行裝置動力的傳 遞過程。 控制系統設計 控制系統采用目前小型控制中較為常用的單片機控制系統來實現，同時由變 頻器完成調速控制功能，再加上一些功能開關來完成兩翼自動旋轉門的整個控制 要求。 檢測安全系統設計 檢測安全系統是關系到整個兩翼旋轉門能否健康安全運行的關鍵一步，主要 采用紅外線傳感器來實現人流的檢測，采用各種接觸式和非接觸式傳感器以及多 個接近開關來實現兩翼旋轉門運行過程中各個危險

22、位置和危險情況的檢測，最終 實現兩翼自動門的安全運行。 2.1.2 兩翼自動旋轉門設計方案二 方案二：主要是在傳統意義的自動旋轉門基礎上來進行改造設計的，其主要 是采用圓周導軌懸掛整個旋轉門體，并用懸掛門體上部轉盤的方式來進行傳動， 最終使旋轉門體繞著門冠的圓形軌道旋轉。其具體方案如下： 門體結構設計 門體結構分為固定部分和旋轉部分的設計，均由鋁型材框架和玻璃等組成。 旋轉門體采用中間平滑門加兩扇圓弧門構成，同時，平滑門、圓弧門和一扇普通 門在旋轉門體的兩邊構成一個旋轉展臺，這個展臺即成了旋轉扇翼，又能放置展 物。這樣不僅能形成一種美好的氛圍，還能較為完美的實現建筑屋內和屋外的任 何位置的隔離

23、。門扉一般采用高強度鋁合金型材，結構簡潔，精密牢固。同時每 扉門三面安裝密封毛條與地面天花及曲壁緊密接觸，使門扉在任何位置均處于密 閉狀態；門扉玻璃采用（3+3）夾膠玻璃或 6mm 厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用 （4+4）夾膠玻璃或 12mm 厚的鋼化玻璃。 驅動系統設計 由于門體懸掛在圓形軌道上，那么受到的摩擦力矩較小；同時又使用了較大 的轉盤來傳動，使得較小的驅動力就能產生較大的力矩。那么采用一臺三相異步 電機來完成驅動即可。 傳動系統設計 傳動系統主要是完成降速和力的傳動的，根據要求可采用在異步電機輸出軸 接一臺減速器，將轉速降到一定的轉速，然后又通過一對齒輪齒圈嚙合來把動力 傳遞給由齒

24、圈形成的門體轉盤上，使得轉盤帶動懸掛門體在圓形軌道上轉動。從 而實現從動力裝置到執行裝置動力的傳遞過程。 控制系統設計 控制系統采用工業控制中十分常用的可編程控制器（plc）來實現，同時由 變頻器完成調速控制功能，再加上一些功能開關來完成兩翼自動旋轉門的整個控 制要求。 檢測安全系統設計 檢測安全系統是關系到整個兩翼旋轉門能否健康安全運行的關鍵一步，主要 采用紅外線傳感器來實現人流的檢測，采用各種接觸式和非接觸式傳感器以及多 個接近開關來實現兩翼旋轉門運行過程中各個危險位置和危險情況的檢測，最終 實現兩翼自動門的安全運行。 2.2 方案選擇 2.2.1 方案比較 從設計新穎和功能上比較 方案一

25、的設計思路是傳統意義的再次設計，沒有太多新穎的結構和創新理念， 同時門體的結構較其它三翼四翼自動旋轉門復雜，且外形不是太美觀。因此， 沒有多少實際意義和市場價值。而方案二是對傳動意義自動旋轉門的創新設計， 它能獨特的展臺設計使其能增加兩翼自動旋轉門的實用功能。同時，其獨特的傳 動方式和高格調的外觀設計使其能在多種自動旋轉門中占有一席之地。 從節能的角度比較 方案一的設計由于采用中軸轉動，需要兩臺電機才能很好的進行驅動。而方 案二的設計采用門體懸掛在圓形軌道上，只需要一臺同功率的電機就能很好的完 成驅動。那么方案一的設計就耗能較多，則不宜采用。 從采用的控制系統上比較 方案一采用單片機控制系統雖

26、然能很好的完成控制任務，但對設計者來說增 加了很多的負擔。它不僅要求進行控制系統的軟件設計，還要進行較為復雜的硬 件設計，其硬件包括一些芯片連接，隔離放大電路的設計。這些在方案二中就很 是簡單，根本不需要太多的設計，因為方案二采用的是已有的控制系統。同時， 方案一的控制系統由于對用戶來說體積小，結構簡單，所以較為適于大批量生產。 但是對我們單件或小批量生產來說設計方案一的控制系統是不值得的。 2.2.2 確定方案 通過對方案一二的綜合比較，考慮各自方案的利與弊。綜合考慮后，我決定 選擇方案二進行設計。 3 門體結構設計 3.1 門體的總體設計 3.1.1 門體構成 兩翼自動旋轉門的門體部分設計

27、主要包括旋轉門體部分設計和固定部分曲壁 設計，旋轉門體又包括中間旋轉平滑門和旋轉展箱設計。其中旋轉平滑門又由四 扇普通推拉門組成，在緊急或是停電的情況下打開進行人員流通，而旋轉展箱又 是轉門的一部分，由圓弧門、平滑門和扇門構成一個展示空間，其都由鋁型材框 架和玻璃構成。曲壁是旋轉門體部分的旋轉空間，由進出門口和四塊弧形框架玻 璃構成。 3.1.2 門體規格 門體規格根據文獻 1兩翼旋轉門門體尺寸進行設計。門體總體規格尺寸如表 3.1，門體總體外形圖如圖 3.1： 表 3.1 門體尺寸 內直徑門中線全闊入口寬度中間門全開闊度華蓋高度門扉高度 （d）mm（e）mm（c）mm（f）mm（a）mm（b

28、）mm 36003804167616405002200 圖 3.1 門體外形圖 3.2 旋轉門體部分設計 3.2.1 確定旋轉門體材料 旋轉門體材料主要包括門體骨架的材料和門體玻璃材料，由于旋轉門體由四 扇推拉門組成和兩扇旋轉展箱構成，因此其構成相當于有一棟四扇的推拉門和兩 扇旋轉的圓弧門與兩扇扇門。 旋轉門體的框架材料 門體框架材料可選用鋁型材來構成骨架和安裝玻璃的框架，根據相關門體標 準，旋轉平開門可按 90 系列的推拉門進行設計。門體骨架采用 90 系列推拉門專 用鋁型材，據文獻 1選擇如下。 平滑門的材料選擇如表 3.2： f ab d c e 表 3.2 平滑門材料 名稱材料代號線密

29、度（kg/m） 光企l090704（圖 3.2）0.966 勾企l090705（圖 3.3）1.033 上橫l090706（圖 3.4）0.836 下橫l090707（圖 3.5）1.152 （左右）邊框l090703（圖 3.6）0.854 上滑l090701（圖 3.7）1.375 下滑l090702（圖 3.8）1.198 相關鋁型材的截面形狀如下圖： 圖 3.2 光企截面圖 圖 3.3 勾企截面圖 圖 3.4 上橫截面圖 圖 3.5 下橫截面圖 圖 3.6 邊框截面圖 圖 3.7 上滑截面圖 圖 3.8 下滑截面圖 旋轉扇門的材料可按中間平滑門的相關材料來做，則上橫選擇 l090706

30、，下 橫選擇 l090707，左右光企框選擇 l090704。 旋轉圓弧門的材料可選擇圓弧專用鋁型材 6063，其相關截面形狀及尺寸同平 開門的鋁型材相同。 旋轉門體玻璃材料 門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。 由于門一般用于高級的賓館，寫字樓等高檔場所，一般無特殊要求。由于防彈玻 璃價格較為昂貴，并且無多大實際用處，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。根據參考其他相關產品的選擇情況，據文獻2旋 轉門體的平滑門玻璃可選用 6mm 的鋼化透明玻璃。旋轉圓弧門可選用專用的 6mm 圓弧鋼化玻璃。 3.2.2 確定旋轉門體相關尺寸 確定中間

31、平滑四扇門的尺寸 根據前面的總體設計可知，旋轉門的門扉高度為 2200mm，內徑為 3600mm， 則中間平滑門尺寸可按文獻1 90 系列的尺寸高度為 2100mm，四扇門寬度為 3500mm 進行設計。90 系列推拉鋁合金的門體圖如圖 3.9。 圖 3.9 平滑門體圖 90 系列推拉鋁合金的門體節點圖如下： 節點 圖 3.10 節點 1 截面圖 節點 圖 3.11 節點 2 截面圖 節點 節點節點 圖 3.12 節點 3、4、5 截面圖 由于平滑門的整體尺寸寬為 3500，高為 2100，則根據以上節點，可以計算 門的相關尺寸為。平滑門外部框架采用插接的方式，則門上下滑長度就為整個平 滑門的

32、寬度 3500mm，左右邊框的長度就為平滑門的高度 2100mm。 單扇門寬度為： 式（3.1） (223)4 350027.4 2 11 264 34 915 blbbb mm 重 平鋁邊單扇 =（） 式中：為平滑門的寬度，為門邊框寬度；l平b邊 為門扇與邊框的重合值，為鋁合金框的寬度；b 重 b鋁 由于門體鋁合金的橫豎的寬度都一樣，則單扇門的框架連接采用直接對接的 方式 ，那么鋁型材的上下橫長度為： 915mm 上下橫單扇 光企和勾企的長度為： 式（3.2）210050.831.8299.8 2056 lhbbll mm 下滑光勾上滑節上重節下重 式中：為平滑門的高度，為鋁合金框上滑的寬度

33、；hb上滑 為門框安裝的上寬度，為門框安裝的下寬度；l節上重l節下重 而單扇門玻璃的長度為： 式（3.3） 2 205650.876.22 12 1953 llbbl mm 玻長光勾上橫下橫玻安 式中：為光勾企的型材長，為鋁合金門框上橫寬度；l光勾b上橫 為鋁合金門框下橫寬度，為玻璃安裝在門框的長度；b下橫l玻安 單扇門玻璃的寬度為： 式（3.4） 2 9156451.3 12 2 824 bbbbl mm 光玻寬上下橫勾玻重 式中：為光企型材的寬度，為勾企型材的寬度；b光b勾 為玻璃與光勾企的安裝長度；l玻重 確定旋轉展臺材料尺寸 旋轉圓弧門的弧長要能堵塞進出門口，以免旋轉門轉到某個位置把門

34、內和門 外連通而失去兩翼旋轉門的意義。那么弧形門可按下面計算： 門進出口的圓心夾角，根據余弦公式有： 式（3.5） 2222 2222 2cos 1676180018002 1800cos 56 brrr 進出寬門內門內門內 則 式中：為轉門進出口的門口寬度，為轉門的內半徑；b 進出寬 r門內 由于平滑門和圓弧門直接連接，則圓弧門的半徑為： 式（3.6） 2 3500228.2 1778 rlb mm 圓平鋁 則圓弧門型材弧長為： 式（3.7） 2 2 56 2 3.14 1778 360 1737 lr mm 圓圓弧 式中：為圓弧門半徑；r圓 那么圓弧門的最小弧長要為那么多，可以取其圓弧長為

35、 1750mm。 圓弧門左右型材長度，圓弧門框架采用直接對接的方式，那么左右型材可依 下面計算。 式（3.8）210050.876.2 1973 lhbb mm 弧左右上橫下橫 圓弧玻璃的弧長為： 式（3.9） 22 175064 2 12 2 1646 blbl mm 圓弧弧玻寬左右橫玻重 式中：為左右橫型材的長度；b左右橫 圓弧玻璃的長度為： 式（3.10） 2 1973 12 2 1997 lll mm 弧左右玻長玻重 確定旋轉扇門材料尺寸 由于旋轉扇門要與旋轉圓弧門和平開門構成一個三角形柱的空間展臺，展臺 的空間大小由平開門與扇門的夾角決定,扇門可大可小，但要保證構成空間的穩 定性。

36、扇門尺寸確定：由于扇門要保證與弧形門和平開門形成展臺的穩定性,則可 以選取平開門與扇門與圓弧門的連接點在距圓弧門兩端面的 1/5 處。 則連接點在距圓弧型材兩邊距離為： 式（3.11） 11 1750350 55 llmm 圓弧接 以下計算參照圖 3.13，則連接處圓弧對應圓心角為： 式（3.12） 2 360 2 1750350 2 36034 2 3.14 1750 rl r ，平接 平 式中：為平滑門的半徑，為接點處離端面的圓弧長；r平l接 則對應的兩直角邊長度為 ： 式（3.13）cos1750 cos341451armm 平 式（3.14）sin1750 sin34979brmm 平

37、 扇門對應門的寬度為： 式（3.15） 22 22 915979 1116 babb mm 扇單扇 （） （1451） 由于門框架采用直接對接的方式連接，則扇門對應框架型材寬度為就門的寬 度 1116mm，扇門的型材長度就為門的高度 2100mm。 扇門玻璃的寬度為： 式（3.16） 22 111664 2 12 2 1012 bbbl mm 光玻寬扇玻重 扇門玻璃的長度為： 式（3.17） 2 210050.876.22 12 1997 lhbbl mm 扇玻長上橫下橫玻安 圖 3.13 門體連接圖 3.3 曲壁設計 3.3.1 曲壁的總體設計 曲壁由六根工字鋼來做為立柱，形成門體的支撐體，

38、每三根構成一邊曲壁圓 弧。而六根工字鋼豎在水泥地板里，進出口各布置 2 根，曲壁圓弧中間安裝框架 玻璃，然后頂部又用一圓形軌道將六根立柱固定在一起，形成一個曲壁的整體框 架。曲壁由四塊相同的圓弧玻璃組成，其總體設計圖如圖 3.14。 弧形玻璃 立柱 圖 3.14 曲壁總體設計圖 3.3.2 確定曲壁材料 曲壁立柱可選用 gb/t70-1988 的熱軋工字鋼型號 10 作成為立柱，其相關尺 寸如下圖： 圖 3.15 工字鋼 工字鋼參數如表 3.3： 表 3.3 工字鋼參數 尺寸（mm）型號 hbdt 10100684.57.6 安裝曲壁玻璃框的型材選用：曲壁上下圓弧型材選用文獻 23-91gb/

39、t3280- 1992 的 2mm 的不銹鋼板彎曲成型，曲壁玻璃的選用 12mm 弧形鋼化玻璃。 3.3.3 確定材料尺寸 由于圓的內圓半徑為 1800mm,門口對應的圓心角為，則兩邊曲壁各對應的56 圓心角應為: 式（3.18） 360236056 2 124 22 曲 所以兩邊曲壁對應的弧長為： 式（3.19） 2 2 124 2 3.14 1800 360 3894 lr mm 曲 曲門內 式中：為旋轉門的內半徑；r門內 則每扇曲壁上橫的弧長為: 式（3.20） 438944 5 =1937 22 lb lmm 間曲 上橫 式中：為曲壁與立柱的安裝預留間歇；b間 下橫的弧長為： =193

40、7llmm 下橫上橫 玻璃尺寸的確定： 玻璃的弧長： 式（3.21）=-2b=1937-2 12=1976llmm 波上橫玻安 玻璃的高度為： 式（3.22）2hbbbb 下上玻安 那么： 2200 10076.2 12 22000hmm 式中：為上橫曲壁型框的長度，為下橫曲壁型框的長度；b上b下 (注以上的型材的直徑為 3600mm,玻璃的直徑為 3604mm) 3.4 旋轉門體加強連接設計 3.4.1 加強型鋼的總體設計 由于旋轉門體啟動較為頻繁，可能鋁合金形成的框架在門體的頻繁旋轉過程 中就顯得強度不夠，同時由于門體由兩部分組成，一部分是平開門，一部分是形 成展臺的旋轉部分。這兩部分是靠

41、扁鋼將其固定成一個整體，這樣使得中間平滑 門與圓弧門和旋轉扇門的連接既方便可靠。又加強了門體的整體結構強度。因此 特在中間平滑門、圓弧門和旋轉扇門的上部框架型材中加加強型鋼。分別在圓弧 門加強型鋼兩端的弧長處和扁鋼的弧長中間分別打三個的螺栓孔，以連接門體吊 架。還有就是在各門體連接的交界處鉆螺栓孔，好使用螺栓固定各門體成為一個 整體的旋轉門體，即在轉動扇門與平開門連接處，轉動扇門與圓弧門連接處，轉 動圓弧門與平開門連接處打螺栓孔。將門體加強型鋼和門體鋁合金用 2mm 厚的不 銹鋼包飾，用鉚釘將型鋼與鋁合金連接成一個整體，鋼板既起到了連接的作用， 同時又起到了裝飾的效果，一舉兩得。 3.4.2

42、加強型鋼材料選擇及尺寸計算 轉動圓弧門加強型鋼選用： 根據鋁合金型材寬度為 28.2mm，可選用文獻2熱扎扁鋼（gb/t704-1988） ， 寬度為 28mm，厚度為 8mm 的系列扁鋼，其弧長為轉動圓弧門的弧長。因此扁鋼彎 曲為半徑為 1778mm 的弧形。線密度為 1.76kg/m。其弧長為：l=1750mml圓弧 平開門加強型鋼選用： 根據平開門的上滑鋁合金寬度為 90mm，因此可選用熱扁鋼（gb/t704-1988） 寬度為 90mm，選厚度為 8mm 的系列，線密度為 5.65kg/m。扁鋼長度為平開門整 體的長度加上兩邊接頭長度。 扁鋼長度： 式（3.23） 2 =3500+2

43、28=3556mm lll 平接 式中：為型鋼與兩扇圓弧門的連接長度；l接 轉動扇門加強型鋼選用： 根據扇門門框鋁合金寬度為 28.2mm。選用熱扎扁鋼（gb/t704-1988）寬度為 28mm，厚度為 6mm 的系列扁鋼，線密度為（1.32kg/m）.其長度為轉動扇門鋁合 金寬度加上兩邊接頭長度，則扁鋼長度： 式（3.24） 12 =1116+28+90=1234mm lbll 扇接接 式中：為型鋼與圓弧門的連接長度，為型鋼與平滑門的連接長度；l接1l接2 圓弧門的加強型鋼連接門體吊架的螺栓孔位于型鋼圓弧端的 20mm 處，中間 連接吊架的螺栓孔為型鋼弧中間，門體加強型鋼連接用 m8 的螺

44、栓，其孔位于門 體連接的交接處。 其連接結構尺寸圖如圖 3.16： 圖 3.16 門體加強連接尺寸圖 3.5 華蓋結構設計 3.5.1 華蓋的總體設計 華蓋是用來安裝驅動系統和控制系統的空間部分,其外形由鋼板和包裝金屬 材料構成一個圓柱形體。其主要用來安裝轉盤齒圈，圓周導軌，電機，控制裝置 等。華蓋內采用多層布局，最下面是導軌，導軌上面安裝門體轉盤，轉盤和齒輪 減速器連接，齒輪減速器和電機用法蘭盤連接安裝在轉盤上方，其固定在與立柱 連接在一起的支撐架子上，控制裝置也固定在這個架子上。這樣設計布局較為合 理，且節約空間，使得華蓋的整體布局緊湊起來。同時，由于固定電機的架子與 門體立柱連接使得固定

45、可靠，能有效的減小了驅動裝置對門體的振動。華蓋吊頂 不銹鋼板形成頂部，用鋼板構成環形把吊頂鋼板和滑蓋頂部鋼板連接起來，環形 鋼板位于齒圈內徑以內，用鉚釘將吊頂鋼板和滑蓋頂部鋼板連接起來。 華蓋的布局圖如圖 3.1 鋼板 放電機齒 輪 方鋼3 方鋼2 方鋼1 放控制裝 置 圖 3.17 滑蓋布局圖 3.5.2 華蓋材料選擇 如上圖方鋼 1 是主要支撐件，它的選擇關系到整個電機的固定及其連接強度， 可選文獻23-101 頁 gb/t705-1989 的熱軋方鋼，方鋼 2 可選 gb/t705-198920 20 的熱軋方鋼，方鋼 3 和方鋼 1 方鋼 2 選擇一樣的鋼板是用來固定減速機的，20 2

46、0 可選用熱軋鋼板 gb/t70-1988 的 5mm 厚鋼板。減速機的法蘭盤同鋼板用螺栓連接 起來。同時鋼板上還要放控制裝置有可編控制器和變頻器。方鋼和立柱采用焊接 方式連接，而鋼板和方鋼間也用焊接的方式連接。華蓋頂部用的蓋鋼板選用文獻 2的 gb/t4237-1992 的 2mm 不銹鋼板，而吊頂用 2mm 的不銹鋼板實現。 3.5.3 華蓋材料尺寸確定 方剛 1 的長度為： 式（3.25） 1 2sin642 1800 sin623179lrmm 內 方鋼 2 的長度為： 式（3.26） 2 2sin322 1800 sin311854lrmm 內 由于方鋼 3 連接在方鋼 1 和 2

47、的中間，那么方鋼 3 的長度為： 式（3.27） 31 11 31791590 22 llmm 鋼板的長度大于方鋼 3 的長度即可，可取鋼板一邊長出方鋼 3 的為 20mm,l間 那么鋼板長度為： 式（3.28） 43 215902 201630lllmm 間 鋼板的寬度大于方鋼 1 方鋼 3 間的距離即可，取一邊大于距離為 20mm,那么 鋼板的寬度為： 式（3.29） 22 21 22 11 ()40 22 1 185415902 20527 2 bll mm 4 驅動系統設計 4.1 驅動系統總體設計 整個門體的驅動由電機提供動力，電機通過一個一級齒輪減速器把速度降低 后，再通過齒輪和齒

48、圈嚙合把動力傳給齒圈,齒圈上固定有轉盤支架,轉盤支架又 和吊掛輪連接,而吊掛輪上懸掛著整個門體。齒圈使得吊掛輪在曲壁圓形導軌上 轉動,從而帶動整個懸掛門體旋轉,實現從動力裝置到執行裝置的動力驅動過程。 4.2 減速機的選擇 電機選擇根據啟動時克服門體的慣性力矩和阻力矩來進行選擇。設計時要假 設門體能在要求時間內加速到門體的快速轉速，這樣才能很好的滿足驅動要求。 由于旋轉門體的最大轉速為 6r/min,即其角速度為： 26 / 605 wrad s 式（4.1） 由于傳感器一般在 2m 范圍內檢測人的來臨,當人邁進門口邊時,門體要以正 常速度轉動，則在這個時間內門體要加速到正常速度。按照人的正常

49、速度人能在 1s 內走到門口，但由于某些其它的原因，同時為了能充分滿足動力需要，可以將 加速時間設為 0.5s。則角加速度為： 式（4.2） 2 2 /0.5/ 55 rad s t 由于電機要帶動門體轉動,有一個加速過程，在這個加速過程中需要克服旋 轉門體的慣性力矩和門體的摩擦力矩才能使其轉動，根據力矩轉動慣量和角速度 的關系：，則可能算出旋轉門體的啟動慣性力矩。mj 4.2.1 旋轉門體的慣性力矩計算 中間平滑門的轉動慣量 以下是各加強型材的線密度。 中間平滑門的加強型鋼轉動慣量為： 式（4.3） 23 1 32 1 12 1 5.65 3.55621.2. 12 jr dml kg m

50、平滑門的上邊框轉動慣量為： 式（4.4） 23 2 32 1 12 1 1.375 3.54.9. 12 jr dml kg m 平滑門的下邊框轉動慣量為： 式（4.5） 23 3 32 1 12 1 1.198 3.54.3. 12 jr dml kg m 平滑門的左右邊框轉動慣量： 式（4.6） 2 4 332 10.854 2.1 (1.751.7226 )0.54. 30.274 jr dm kg m 玻璃的總質量為： 式（4.7） 1 44 1.53 0.824 0.006 250096.6mvkg 玻 式中：為玻璃密度； 框架型材的總質量為： 2 424mkg（0. 915 0.

51、836+0. 915 1. 152+2. 056 0. 966+2. 056 1. 033） 式（4.8） 把中間四扇推拉門當成一均勻質量體來近似估算其轉動慣量，則中間四扇門 的線密度為： 式（4.9） 12 96.624 34/ 3.5 m m kg m l 平 那么中間四扇門的轉動慣量為： 式（4.10） 23 5 32 1 12 1 34 3.5121.5. 12 jr dml kg m 轉動扇門的轉動慣量 轉動扇門的加強型鋼的轉動慣量為： 式（4.11） 23 6 32 1 12 1 1.32 1.0990.15. 12 jr dml kg m 轉動扇門玻璃的質量為： 式（4.12）

52、3 1.012 1.997 0.006 250030.3mkg 轉動扇門框架的質量為： 式（4.13） 4 1.116 0.836 1.116 1.1522.1 0.9662.1 0.9666.3mkg 同樣把轉動扇門當成一均勻質量體來近似估算其轉動慣量，則門體在 r 向的 線密度： 式（4.14） 34 306.3 62.8/ 1.451 0.951 m m kg m b 那么門的轉動慣量為： 式（4.15） 2 7 332 1 (1.4510.951 ) 62.846. 3 jr dm kg m 旋轉圓弧門的轉動慣量 旋轉圓弧門的框架質量為： 式（4.16） 5 1.75 0.836 1.

53、75 1.1522.1 0.966 27.5mkg 旋轉圓弧門的玻璃質量為： 式（4.17） 6 1.646 1.997 0.006 250050mkg 旋轉圓弧門的加強型鋼轉動慣量為： 式（4.18） 8 2 22 1.75 1.7656 2360 1.5. m j kg m 12 22 （r +r ） （1. 775 +1. 778） 旋轉圓弧門的轉動慣量為： 式（4.19） 8 2 22 7.55056 2360 38.3. m j kg m 12 22 （r +r ） （1. 75 +1. 778） 那么整個門體的轉動慣量為： 式（4.20） 123456789 2 22222 21.

54、14.94.32 0.54 121.22 0.1546 22 28.32 1.5 305. jjjjjjjjjj kg m 總 那么可以計算出旋轉門體慣性阻力矩 式（4.21） 2 305383 . 5 mjn m 總慣 4.2.2 旋轉門體的摩擦力矩計算 由于門體通過吊架上的滾輪與曲壁上的軌道旋轉來實現門體運動的，因此， 還應存在一個摩擦力矩來阻礙門體的運動，則摩擦系數應是滾動摩擦系數。由相 關的資料可知滾輪與圓形軌道的摩擦系數為 f=0.005。 旋轉門體的總的質量為： 式（4.22） 5.65 3.556 1.375 3.5 1.198 3.50.854 2.1 296.624.4m 總

55、 （1. 32 1. 099+30. 3+6. 3）2+（7. 5+50+1. 75 1. 76）2=351kg 由于滾輪與軌道的結合面由兩個，那么，門體的摩擦阻力為： 式（4.23） 22sin45 2 0.005 351 10 sin4525 ffnfg n 阻 摩擦阻力矩為： 式（4.24）25 1.77845 .mfrn m 阻阻 式中：r 為圓弧門的半徑 4.2.3 選擇減速機 門體轉動需要的總力矩即為： 式（4.25）45383428 .mmmn m 阻總慣 根據機械設計中電機所需功率按下式計算: 式（4.26）() 1000 a a mw pkw 其中式中是整個傳動中的傳動效率,

56、由于從電機到門體經過了兩對齒輪傳 a 動,且齒輪傳動效率 0.97，由于有齒輪減速機則經歷兩對軸承，其傳動效率為 0.98。由此可以計算出所需電機的功率： 式（4.27） 22 428 5 0.3 1000 0.970.98 a pkw 由于門體還應能承受一定的風阻，以及旋轉門體周圍毛條與曲壁門體間的摩 擦阻力和門體轉盤吊架的質量都沒計算在內。盡管其產生的阻力較小，但由于門 體直徑過大,則會產生較大的阻力矩。同時可能還有一些其它沒有考慮的因素， 因此特將計算出的功率放大一些。根據相關的計算結果可以選以下幾種減速機。 可選用文獻4中的 g 系列全封閉出齒輪減速機配備電機功率為 0.55kw，此減

57、速機 是專為機電一體化產品而設計，是全封閉的硬齒面斜齒輪傳動，有低噪音、高效 率的優點，同時整體結構緊湊、重量輕、適應性強。選擇時減速機傳動比不宜過 大，因為帶動門體的轉盤齒圈不能太小而使得產生的力矩過小，同時要符合立式 安裝要求。因此，根據這些可列出以下幾個型號方案： 表 4.1 減速機方案表 減速機型號功率 （kw） 機型號減速比輸出轉矩 （n.m） 輸出轉速 （r/min） 適配電機 glf28-550-30.5528314466.7y801-4 ghf28-550-30.5528314466.7y801-4 glf28-550-50.5528523.4280.0y801-4 ghf28

58、-550-50.5528523.4280.0y801-4 由于兩翼轉門的兩個扇翼相距較遠，使得安裝在吊架上的齒圈應有較大的直 徑，才利于傳遞力矩，即要求從減速器輸出軸到齒圈的傳動比應取較大一些才好， 因此減速器輸出軸到齒圈的轉速應適中才好。由于 glf28-550-5 的減速比適當， 輸出轉矩和轉速也相對其型號較為符合要求，同時它又是立式鑄鋁盒箱體，質量 較輕。所以 glf28-550-5 型是最符合要求的。 所配電機相關參數如表 4.2： 表 4.2 電機參數表 滿載時型號額定功 率 （kw） 轉速 （r/min） 電流 （a） 效率 （%） 功率 因素 堵轉 電 流 （a） 額定轉矩 （n

59、.m） 轉動慣 量 凈重 （kg） y801-40.5514401.670.50.766.52.20.001817 5 傳動系統設計 電機通過一個一級齒輪減速器把速度降低后，依靠齒圈與支架構成的轉盤來 實現動力的傳遞。其中齒圈和轉盤支架用螺栓固定在一起,轉盤支架又和吊掛輪 連接,整個門體靠吊架連接在滾輪上。轉盤使得吊掛輪(6 個吊掛輪,一邊 3 個)在 曲壁圓形導軌上轉動,從而帶動整個懸掛門體旋轉,實現從動力裝置到執行裝置的 動力傳遞過程。 5.1 傳動齒輪齒圈設計 5.1.1 齒輪齒圈設計前述 減速機是通過輸出軸齒輪帶動門體轉盤的大齒圈使得門體轉動的，通過這一 對齒輪齒圈的嚙合將電機的動力傳

60、給門體,齒圈安裝在滾輪連接的支架架上。門 體最高轉速為 6r/min，而減速機輸出的轉速為 280r/min，那么這對齒輪齒圈傳 動比為： 式（5.1） 280 46.7 6 n i n 減 門 設計兩翼旋轉門的使用壽命為十年，那么齒輪齒圈可按使用壽命為十二年來 設計，設門每天能工作的時間為十小時，根據前面設計可知輸入功率為 0.55kw， 齒輪的轉速為 280r/min。 5.1.2 齒輪齒圈參數設計 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數 按傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。兩翼旋轉門是一般日常機器，速度不 高，故可選用 8 級精度（gb10095-88） 。查文獻3中 189 頁表 10-1。