1 緒論1.1 旋轉(zhuǎn)門的課題背景 自動旋轉(zhuǎn)門是樓宇設(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，同時營造出奢華的氣氛，其全新的概念，寬敞的開放門面和高格調(diào)的設(shè)計，堪稱建筑物的點睛之筆，立足于建筑時代大潮的*前端。大廈在需要持續(xù)不斷的人流出入的同時，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)門的**優(yōu)點在于它quot永遠(yuǎn)開門，又永遠(yuǎn)關(guān)門quot，即對于行人來說，門總可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠(yuǎn)開啟的同時又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點，使其動態(tài)密封效果較好。因此，自動旋轉(zhuǎn)門在功能方面具有獨特的發(fā)展。 自動旋轉(zhuǎn)門的**優(yōu)點在于它“永遠(yuǎn)開門，又永遠(yuǎn)關(guān)門”，即對于人員來說，門總可以打開，可對于建筑物來說門又總是關(guān)著。因此，自動旋轉(zhuǎn)門在保安功能方面具有獨到的發(fā)展，但在人員流量方面自動旋轉(zhuǎn)門卻沒有優(yōu)勢，因為門的轉(zhuǎn)速是固定的，每個門翼之間可容納的人員也是有限的。每種自動旋轉(zhuǎn)門都有標(biāo)定的人員流量數(shù)值。自動旋轉(zhuǎn)門由于其永遠(yuǎn)開啟的同時又永遠(yuǎn)關(guān)閉的特點，使其動態(tài)密封效果在經(jīng)常使用的條件下相對于其他自動門要好。由于自動旋轉(zhuǎn)門的人流量有限，通常在自動旋轉(zhuǎn)門兩側(cè)另設(shè)自動或手動平開門，一方面增加通行能力，另一方面當(dāng)自動旋轉(zhuǎn)門出現(xiàn)故障時，不影響人的通過。但在靜態(tài)密封效果方面，自動旋轉(zhuǎn)門遠(yuǎn)不如其他自動門，因為其門體運動方式?jīng)Q定著只能使用毛條密封。1.2 國內(nèi)外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1 國外旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀 自 1903 年寶盾公司在荷蘭出**座旋轉(zhuǎn)門，旋轉(zhuǎn)門至今已有一百年的歷史，發(fā)展到今天，旋轉(zhuǎn)門已具有可靠的**系統(tǒng)和先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)，其智能化高格調(diào)的設(shè)計為現(xiàn)代化樓宇建筑的確入口提供了**的選擇。國外**廠家有：荷蘭的 B00N EDAM 瑞典的 BESAM 德國的多瑪、蓋澤 日本的納博克、寺岡等。 由于國外自動旋轉(zhuǎn)門發(fā)展較早，其技術(shù)也較為成熟。自動旋轉(zhuǎn)門的傳動系統(tǒng)技術(shù)具有節(jié)能、低噪聲、傳動平穩(wěn)、壽命長、性能可靠等優(yōu)點；控制系統(tǒng)采用數(shù)字化設(shè)計的系統(tǒng)作為控制中樞，有功能更強(qiáng)大，操作更簡便等優(yōu)點；檢測**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，操縱門體的動行，使.用各種**檢測傳感器，實現(xiàn)防擠、防夾和防撞功能。與此同時某些廠家的自動旋轉(zhuǎn)門還具有遠(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)，使自動門的維護(hù)不再受時間、地域和維護(hù)技術(shù)的限制，制造商可通過 internet與設(shè)備進(jìn)行實時交流，校正偏差，讓自動門達(dá)到**運行狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)異常時，可準(zhǔn)確傳回故障信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，縮短維護(hù)、保養(yǎng)時間；采用液晶顯示屏，進(jìn)行可視化設(shè)計，**顯示門體轉(zhuǎn)速、狀態(tài)和故障等信息。1.2.2 國內(nèi)旋轉(zhuǎn)門發(fā)展現(xiàn)狀 ①我國旋轉(zhuǎn)門技術(shù)的發(fā)展：我國的全自動旋轉(zhuǎn)門技術(shù)來源于荷蘭、瑞典、日本等國。90 年代后期旋轉(zhuǎn)門開始在我國建筑領(lǐng)域中擁有迅速推廣和廣泛的使用。旋轉(zhuǎn)門的廠家：國內(nèi)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、沈陽金海、青島帝盟等。 ②旋轉(zhuǎn)門在我國的市場前景：隨著我國國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定地增長，2008 年北京申奧成功和 WTO 的加入。從本世紀(jì)開始，我國進(jìn)入了**建設(shè)小康社會的新階段，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。對門的選擇由單一的功用型向個性化、品位化發(fā)展，旋轉(zhuǎn)門以其全新的概念，寬敞開放的門面和高格調(diào)的設(shè)計，自然成為當(dāng)代的建筑裝飾的主流，無可質(zhì)疑的必選設(shè)施?？胺Q建筑物的點睛之筆。但是***對自動門產(chǎn)品質(zhì)量、**性、節(jié)能性、噪音、施工質(zhì)量、售后服務(wù)還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所有國內(nèi)建筑業(yè)院校都沒有相關(guān)的或課程，也沒有權(quán)威的咨詢機(jī)構(gòu)，自動門市場的管理尚處于無序狀態(tài)。隨著國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展，這一狀況一定會有所改變。. 2 方案的確定 旋轉(zhuǎn)門主要設(shè)計是從門體傳動系統(tǒng)控制系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)**系統(tǒng)等幾個方面進(jìn)行考慮。從上面幾個方面具體分析可以設(shè)計兩種方案。2.1 方案一的設(shè)計 ①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、門扉一般采用高強(qiáng)度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡潔，精密牢固。圓周導(dǎo)軌懸掛整個旋轉(zhuǎn)門體及其驅(qū)動設(shè)計，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(tài)門扉玻璃采用（33）夾膠玻璃或 6mm厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用（44）夾膠玻璃，**可靠。 ②傳動系統(tǒng)：由二個三相交流電機(jī)提供動力，用減速器帶動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤驅(qū)動。 ③控制系統(tǒng)：由單片機(jī)、變頻器、功能開關(guān)組成。由可編程控制器 PLC、變頻器、功能開關(guān)組成。 ④檢測系統(tǒng)：由紅外傳感器實現(xiàn)有無人自動檢測，自動對電機(jī)啟停進(jìn)行操作。 ⑤**系統(tǒng)：主要有接觸和非接觸**感應(yīng)器。 旋轉(zhuǎn)門入口立柱均裝有**膠條，防止行人夾傷，自動門入口右側(cè)立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應(yīng)器，如受擠壓門扉即馬上停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動轉(zhuǎn)動每扇門扉底邊膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應(yīng)器，碰到物體或行人門扉立即停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動轉(zhuǎn)動。2.2 方案二的設(shè)計 ①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、門扉一般采用高強(qiáng)度鋁合金型材，結(jié)構(gòu)簡潔，精密牢固。采用中心門軸結(jié)構(gòu)安裝和驅(qū)動旋轉(zhuǎn)門體設(shè)計，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(tài)門扉玻璃采用（33）夾膠玻璃或 6MM厚鋼化玻璃，曲壁玻璃一般采用（44）夾膠玻璃，**可靠。 ②驅(qū)動系統(tǒng)：由一個三相交流電機(jī)提供動力，用減速器帶動中心門軸驅(qū)動。 ③控制系統(tǒng)：由可編程控制器 PLC、變頻器、功能開關(guān)組成。 ④檢測系統(tǒng)：由紅外傳感器實現(xiàn)有無人自動檢測，自動對電機(jī)啟停進(jìn)行操作。 ⑤**系統(tǒng)：主要有接觸和非接觸**感應(yīng)器。 旋轉(zhuǎn)門入口立柱均裝有**膠條，防止行人夾傷，自動門入口右側(cè)立柱膠條內(nèi)裝有內(nèi)藏式防夾感應(yīng)器，如受擠壓門扉即馬上停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動轉(zhuǎn)動每扇門扉底邊膠條.內(nèi)裝有內(nèi)藏式防碰感應(yīng)器，碰到物體或行人門扉立即停止運轉(zhuǎn)。膠條恢復(fù)正常，門扉則自動轉(zhuǎn)動。2.3 方案選擇 三翼旋轉(zhuǎn)門采用方案二這種結(jié)構(gòu)，即中心門軸通過軸承機(jī)構(gòu)垂直安裝于地面，三個呈發(fā)散式固定在中心門軸上，各門扇之間的角度相等。中心門軸的上方安裝電動機(jī)及其他電氣控制部件，再配以感應(yīng)裝置和**裝置，就成為一個完整的自動旋轉(zhuǎn)門。但是，這種旋轉(zhuǎn)門門翼與中心軸的固定方式?jīng)Q定了門扇寬度不能太大，所以這種旋轉(zhuǎn)門的直徑**只有約 4m。為了解決這一問題，工程師們將中心門軸設(shè)計成了門扇固定在大鋼管上面，相對減小了門扇寬度，增加了電機(jī)對門中心的旋轉(zhuǎn)作用力矩，使這種旋轉(zhuǎn)門的**直徑擴(kuò)大到 6m。這種結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定性，使用的可靠性很高，使用壽命長?？紤]到旋轉(zhuǎn)門在停止時一定耍密封，所以三翼旋轉(zhuǎn)門的每個分隔可以容納更多的人，可是門的凈開口寬度較小。而方案一由于采用兩個電機(jī)驅(qū)動也給驅(qū)動系統(tǒng)帶來了許多麻煩，同時也不利于節(jié)能。在控制系統(tǒng)上，由于單片機(jī)的程序設(shè)計和接口設(shè)計較為繁雜，只利于大批量，不適于單件設(shè)計。綜合兩種方案進(jìn)行比較，可以看出**種方案在具體設(shè)計中更具有實用性，完善性。故選擇**種方案。. 3 門結(jié)構(gòu)的設(shè)計 三翼自動旋轉(zhuǎn)門的尺寸可以根據(jù) 文獻(xiàn)7 可以確定其尺寸，其具體尺寸如下所示； 表 3.1 門體尺寸 門旋轉(zhuǎn)直徑 3200mm 門凈高 A 2400mm 門總高 B 2710mm 門出入口尺寸 C 1430mm 門外徑 D 3360mm 單扇門半徑 DW 1315mm 圖 3.1 門體結(jié)構(gòu)簡圖3.1 門結(jié)構(gòu)材料的選用 門體主要包括門體骨架的材料和門體玻璃。 ①根據(jù)相關(guān)門體標(biāo)準(zhǔn)可按 90 系列的推門進(jìn)行設(shè)計。門體骨架采用 90 系列推.拉門專用鋁型材，根據(jù) 文獻(xiàn)7 中可以確定門體骨架鋁型材； 三翼旋轉(zhuǎn)門門扇 左邊框 選代號 L090704 右邊框 選代號 L090704 上橫 選代號 L090706 下橫 選代號 L090707 圖 3.2 L090706 型鋁型材 圖 3.3 L090707 型鋁型材. 圖 3.4 L090704 型鋁型材 ②門體玻璃的選用 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。由于自動旋轉(zhuǎn)門一般用于**的賓館，寫字樓等**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*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 門結(jié)構(gòu)尺寸的確定 根據(jù)前面的總體設(shè)計可知，三翼旋轉(zhuǎn)門的結(jié)構(gòu)尺寸可參照 文獻(xiàn)7 中 90 系列 （尺寸高度為 2400mm一扇門寬度為 1315mm）進(jìn)行設(shè)計。 根據(jù)以上節(jié)點可以計算單扇門的相關(guān)尺寸為： 左邊框和右邊框的高度為： H 邊框 A 2 門體上下的間隙 式3.1 2400-2 25 2350mm 式中： H 邊框 為門扇邊框高度尺寸， A 為門凈高度。 上橫和下橫的寬度為： B橫 DW 式3.2 1315mm 式中： DW 為門扇寬度。 玻璃的實際高度為： H l邊框 b上橫 b下橫 2 12 式3.3 2350 50.8 76.2 2 12 2247mm 式中： l邊框 為玻璃外顯示尺寸， b上橫 ， b下橫 玻璃上下門邊尺寸。. 實際寬度為： b玻 b橫 2 b邊框 2 12 式3.4 1315-2 64 2 12 1211mm 式中： b橫 門扇上邊框安裝玻璃的寬度， b邊框 玻璃邊框?qū)嶋H尺寸。3.3 中間軸的設(shè)計與軸承的選用 ①中間軸的設(shè)計 軸的直徑為： D軸 2 DW 2 l間隙 2 l膠條 式3.5 3200-2 1315-2 3-2 16 532mm式中： 為門體旋轉(zhuǎn)直徑， l間隙 為門扇邊框安裝膠條與曲壁之間的間隙， l膠條 為扇門邊框安裝膠條的寬度。 由于軸是用來安裝軸承、齒輪、門扇的，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 0Cr18Ni9 制造，以熱處理狀態(tài)交貨的半徑為532mm壁厚為 8mm定尺長度為 3000mm中間軸在安裝軸承的兩端要車削 1mm，并且達(dá)到 530mm，尺寸精度為普通級。 ②軸承的選用 為了使軸承能很好的固定，**使用軸承座。由于要使用兩個軸承，則軸承座也要使用兩個，上下各一個。對于軸承座，其內(nèi)徑為軸承的外徑，其厚度**滿足強(qiáng)度要求。因為軸所計算的直徑為 532mm兩端車削后直徑為 530mm，故選用雙列圓錐滾子軸承，根據(jù)GB/T-22-1995選型號為 35000 型，代號為 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，故需在門安裝地面設(shè)計一個凹型臺，防止軸的向下滑動和安裝時防止其他雜質(zhì)進(jìn)入軸襯內(nèi)。 圖 3.5 下軸承座.3.4 曲壁部分設(shè)計 曲壁由 4 根 75 75 10 角鋼做為支撐體，每 2 根構(gòu)成一邊曲壁體。角鋼豎在水泥板上，進(jìn)出口各布置 2 根，然后頂部又用一圓形角鋼將 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。 ①材料的選用 曲壁上圓弧梁選用 6063 專用弧形材。頂部用 50 50 10 的角鋼彎曲成一個圓弧，由四段構(gòu)成，便于加工。玻璃的選用 8mm 彎鋼化玻璃。 ②材料尺寸的確定 由于圓的內(nèi)圓半徑為 1600mm門口對應(yīng)的圓角為 48 360 48 2 則兩邊曲壁各對應(yīng)的圓心角應(yīng)： 曲 132 式3.6 2 132 2 1600 3.14 所以兩邊曲壁對應(yīng)的弧長： L曲 360 式3.7 2 1934.24mm 玻璃尺寸的確定 132 2 1600 20 3.14 4 25 玻璃的弧長： L玻 360 2 式3.8 2 986.2mm 玻璃的高度： h 2400 76.2 50.8 2 12 2297 mm 式3.9 曲壁立柱（ 75 75 10 ）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： H 角 2400 100 10 2710mm 式3.10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)圓弧長為： L全 d 3.14 3200 10048mm 式3.11 式中：d 為旋轉(zhuǎn)門的旋轉(zhuǎn)直徑。 10048 則每段內(nèi)圓弧長： L半 5024mm 式3.12 23.5 華蓋的設(shè)計 華蓋部分是用來安裝驅(qū)動系統(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)在工作時不發(fā)生振動現(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。①華蓋底部設(shè)計 旋轉(zhuǎn)門的外徑為 3360mm，由于底部要安裝軸承，**在鋼板中間打孔。與此同時角鋼也要穿過鋼板，也**在鋼板上加工槽。 圖 3.6 下華蓋尺寸圖②上華蓋的設(shè)計 旋轉(zhuǎn)門的外徑為 3360mm，由于上面的鋼板要用來安裝電機(jī)，故**在其上面打孔。同時為了保證鋼板用足夠的強(qiáng)度來支撐電機(jī)的重量，則**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. 4 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計4.1 軸和軸承設(shè)計計算4.1.1 軸的尺寸設(shè)計 由于軸承還沒有缺定出來，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，型號為 3519。其寬度為 190 mm。又由于齒輪與軸承**留出一定的距離，一般選擇為 40mm。其具體尺寸如下圖所示： 圖 4.1 軸的結(jié)構(gòu)圖 軸的質(zhì)量計算：由公式 W0.02491D-SS 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） ， 。 MWL L 為鋼管的長度 0.02491 532 8 8 190 2400 190 104 30 103 式4.1 152.73kg4.1.2 軸承的選擇與驗算 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 M 225400徑。其值為 Fr 2 850.6N R 530 軸向力的確定：FaMg m鋼管 4 m門體） 10 152.734 49 10 式4.2 3487.3N 設(shè)定工作時間為 87600 小時10 年 365 天 24 小時 由中間軸兩端按軸承的地方車削后 d530mm，由文獻(xiàn)5中表 6-2-80 預(yù)選雙列圓錐滾子軸承，型號為 3519。其中 e0.41，Y11.6，Y22.5， C Y01.6， r 2390KN。 Fa 3487.3 當(dāng) 4.1 大于 0.41 時 Fr 850.6. 當(dāng)量動載荷 Pr 0.45Fr YFa 0.45×850.62.5×3487.3 式4.3 9101.02N 查文獻(xiàn)3中表 10-5 得 YY22.5 查文獻(xiàn)5中表 6-2-86-2-11 得 fh2.0fn1.435fd1.1fT0.9fm1 fm 根據(jù)式 C fh ×fd× ×fT ×Pe fn 1 2×1.1× ×0.9 ×9101.2 式4.4 1.435 12557.8N 軸承 Cr2390000Ngt12557.8N，故合適。4.2 軸的校核 在確定軸承的支點位置時，由文獻(xiàn)5中查取 a 值。對于雙列圓錐滾子軸承，由文獻(xiàn)5中查得 a 95mm 。作簡支梁的軸的支承跨距 l 24002 952590mm 。根據(jù)軸的計算簡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 是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出軸的受力情況： ①水平面的受力分析 支反力 FNV 1 FNV 2 850.6 式4.5 ②垂直面受力 支反力 FNH 1 FNH 2 3487.3 式4.6 ③彎矩的計算. M z FNH1 L2 850.6 2.592203.1N .m 式4.7 ④扭矩的計算 T225.4 N .m 式4.8 按彎扭合成應(yīng)力校核的軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時，只需對軸上承受**彎矩和扭矩的截面（即危險截面 C）的強(qiáng)度。由文獻(xiàn)3中公式 15—5 及上表中的數(shù)值，并取 a 0.6 ，軸的計算應(yīng)力 M 2 aT 2 ca W 22031002 0.6 225400 2 式4.9 526 4 0.1 5303 1 530 4.68MPa d1 其中 W 為抗彎、抗扭截面系數(shù)，W 0.1d 3 1 4 d1 ， 為鋼管的內(nèi)徑， dd 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 15—1 查得 1 60MPa 。因此 ca 1 ，故**。4.3 電機(jī)的確定4.3.1 確定各扇門的質(zhì)量 由于轉(zhuǎn)軸中心兩端是對稱的，以一邊門體計算即可。 鋁型材密度： 代號為 L090704 的線密度為 0.966 代號為 L090706 的線密度為 0.836 代號為 L090707 的線密度為 1.152 每扇門框的質(zhì)量： m鋁 2400 40 2 1 1315 2 1315 3 2.