1 绪论1.1 旋转门的课题背景 自动旋转门是楼宇设备中的光机电一体化技术产品，它给人以亲切大方的感觉，同时营造出奢华的气氛，其全新的概念，宽敞的开放门面和高格调的设计，堪称建筑物的点睛之笔，立足于建筑时代大潮的*前端。大厦在需要持续不断的人流出入的同时，又要保持建筑物内良好的空气循环及环境的优美，这是建筑师所遇到的一大难题，而旋转门为大厦提供了理想的解决方案，它可有效地防风、防尘和隔音，从而改善了大厦入口附近的环境。旋转门的**优点在于它quot永远开门，又永远关门quot，即对于行人来说，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其动态密封效果较好。因此，自动旋转门在功能方面具有独特的发展。 自动旋转门的**优点在于它“永远开门，又永远关门”，即对于人员来说，门总可以打开，可对于建筑物来说门又总是关着。因此，自动旋转门在保安功能方面具有独到的发展，但在人员流量方面自动旋转门却没有优势，因为门的转速是固定的，每个门翼之间可容纳的人员也是有限的。每种自动旋转门都有标定的人员流量数值。自动旋转门由于其永远开启的同时又永远关闭的特点，使其动态密封效果在经常使用的条件下相对于其他自动门要好。由于自动旋转门的人流量有限，通常在自动旋转门两侧另设自动或手动平开门，一方面增加通行能力，另一方面当自动旋转门出现故障时，不影响人的通过。但在静态密封效果方面，自动旋转门远不如其他自动门，因为其门体运动方式决定着只能使用毛条密封。1.2 国内外旋转门发展现状1.2.1 国外旋转门发展现状 自 1903 年宝盾公司在荷兰出**座旋转门，旋转门至今已有一百年的历史，发展到今天，旋转门已具有可靠的**系统和先进的驱动技术，其智能化高格调的设计为现代化楼宇建筑的确入口提供了**的选择。国外**厂家有：荷兰的 B00N EDAM 瑞典的 BESAM 德国的多玛、盖泽 日本的纳博克、寺冈等。 由于国外自动旋转门发展较早，其技术也较为成熟。自动旋转门的传动系统技术具有节能、低噪声、传动平稳、寿命长、性能可靠等优点；控制系统采用数字化设计的系统作为控制中枢，有功能更强大，操作更简便等优点；检测**系统采用先进的红外与微波感应技术，用于感知物体的移动，操纵门体的动行，使.用各种**检测传感器，实现防挤、防夹和防撞功能。与此同时某些厂家的自动旋转门还具有远程控制和液晶显示。利用当前先进的通信和网络技术，使自动门的维护不再受时间、地域和维护技术的限制，制造商可通过 internet与设备进行实时交流，校正偏差，让自动门达到**运行状态。当出现异常时，可准确传回故障信息，实现远程维护，缩短维护、保养时间；采用液晶显示屏，进行可视化设计，**显示门体转速、状态和故障等信息。1.2.2 国内旋转门发展现状 ①我国旋转门技术的发展：我国的全自动旋转门技术来源于荷兰、瑞典、日本等国。90 年代后期旋转门开始在我国建筑领域中拥有迅速推广和广泛的使用。旋转门的厂家：国内厂家：北京有凯必盛、宝盾、青木、智辉、巨方圆、信步等。外省市有上海康育、广州盛维、沈阳金海、青岛帝盟等。 ②旋转门在我国的市场前景：随着我国国民经济持续稳定地增长，2008 年北京申奥成功和 WTO 的加入。从本世纪开始，我国进入了**建设小康社会的新阶段，创造美好生活环境是装饰业发展的巨大推动力。现代城市建筑物装饰装修中，将高科技应用到建筑物的外观形象上，使城市建筑的入口体现出智能化。对门的选择由单一的功用型向个性化、品位化发展，旋转门以其全新的概念，宽敞开放的门面和高格调的设计，自然成为当代的建筑装饰的主流，无可质疑的必选设施。堪称建筑物的点睛之笔。但是**对自动门产品质量、**性、节能性、噪音、施工质量、售后服务还没有统一的标准，所有国内建筑业院校都没有相关的或课程，也没有权威的咨询机构，自动门市场的管理尚处于无序状态。随着国内建筑业的发展，这一状况一定会有所改变。. 2 方案的确定 旋转门主要设计是从门体传动系统控制系统，检测系统**系统等几个方面进行考虑。从上面几个方面具体分析可以设计两种方案。2.1 方案一的设计 ①框架总成： 分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。圆周导轨悬挂整个旋转门体及其驱动设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态门扉玻璃采用（33）夹胶玻璃或 6mm厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（44）夹胶玻璃，**可靠。 ②传动系统：由二个三相交流电机提供动力，用减速器带动旋转转盘驱动。 ③控制系统：由单片机、变频器、功能开关组成。由可编程控制器 PLC、变频器、功能开关组成。 ④检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。 ⑤**系统：主要有接触和非接触**感应器。 旋转门入口立柱均装有**胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动每扇门扉底边胶条内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。2.2 方案二的设计 ①框架总成：分为固定部分和旋转部分，均由铝型材框架和玻璃等组成。立柱、曲壁、门扉一般采用高强度铝合金型材，结构简洁，精密牢固。采用中心门轴结构安装和驱动旋转门体设计，每扉门三面安装密封毛条与地面天花及曲壁紧密接触，使门扉在任何位置均处于密闭状态门扉玻璃采用（33）夹胶玻璃或 6MM厚钢化玻璃，曲壁玻璃一般采用（44）夹胶玻璃，**可靠。 ②驱动系统：由一个三相交流电机提供动力，用减速器带动中心门轴驱动。 ③控制系统：由可编程控制器 PLC、变频器、功能开关组成。 ④检测系统：由红外传感器实现有无人自动检测，自动对电机启停进行操作。 ⑤**系统：主要有接触和非接触**感应器。 旋转门入口立柱均装有**胶条，防止行人夹伤，自动门入口右侧立柱胶条内装有内藏式防夹感应器，如受挤压门扉即马上停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动每扇门扉底边胶条.内装有内藏式防碰感应器，碰到物体或行人门扉立即停止运转。胶条恢复正常，门扉则自动转动。2.3 方案选择 三翼旋转门采用方案二这种结构，即中心门轴通过轴承机构垂直安装于地面，三个呈发散式固定在中心门轴上，各门扇之间的角度相等。中心门轴的上方安装电动机及其他电气控制部件，再配以感应装置和**装置，就成为一个完整的自动旋转门。但是，这种旋转门门翼与中心轴的固定方式决定了门扇宽度不能太大，所以这种旋转门的直径**只有约 4m。为了解决这一问题，工程师们将中心门轴设计成了门扇固定在大钢管上面，相对减小了门扇宽度，增加了电机对门中心的旋转作用力矩，使这种旋转门的**直径扩大到 6m。这种结构是稳定性，使用的可靠性很高，使用寿命长。考虑到旋转门在停止时一定耍密封，所以三翼旋转门的每个分隔可以容纳更多的人，可是门的净开口宽度较小。而方案一由于采用两个电机驱动也给驱动系统带来了许多麻烦，同时也不利于节能。在控制系统上，由于单片机的程序设计和接口设计较为繁杂，只利于大批量，不适于单件设计。综合两种方案进行比较，可以看出**种方案在具体设计中更具有实用性，完善性。故选择**种方案。. 3 门结构的设计 三翼自动旋转门的尺寸可以根据 文献7 可以确定其尺寸，其具体尺寸如下所示； 表 3.1 门体尺寸 门旋转直径 3200mm 门净高 A 2400mm 门总高 B 2710mm 门出入口尺寸 C 1430mm 门外径 D 3360mm 单扇门半径 DW 1315mm 图 3.1 门体结构简图3.1 门结构材料的选用 门体主要包括门体骨架的材料和门体玻璃。 ①根据相关门体标准可按 90 系列的推门进行设计。门体骨架采用 90 系列推.拉门专用铝型材，根据 文献7 中可以确定门体骨架铝型材； 三翼旋转门门扇 左边框 选代号 L090704 右边框 选代号 L090704 上横 选代号 L090706 下横 选代号 L090707 图 3.2 L090706 型铝型材 图 3.3 L090707 型铝型材. 图 3.4 L090704 型铝型材 ②门体玻璃的选用 门扉玻璃一般有几种选择，一是防弹玻璃，二是夹胶玻璃，三是钢化玻璃。由于自动旋转门一般用于**的宾馆，写字楼等**场所一般无特殊要求。由于防弹玻璃价格较为昂贵，并且无多大实际用处，而夹胶玻璃它安装的透光性不是较好。因此选择钢化玻璃是*合适的。根据参考其他相关产品的选择情况，可以选 6mm 的钢化透明玻璃。 3.2 门结构尺寸的确定 根据前面的总体设计可知，三翼旋转门的结构尺寸可参照 文献7 中 90 系列 （尺寸高度为 2400mm一扇门宽度为 1315mm）进行设计。 根据以上节点可以计算单扇门的相关尺寸为： 左边框和右边框的高度为： H 边框 A 2 门体上下的间隙 式3.1 2400-2 25 2350mm 式中： H 边框 为门扇边框高度尺寸， A 为门净高度。 上横和下横的宽度为： B横 DW 式3.2 1315mm 式中： DW 为门扇宽度。 玻璃的实际高度为： H l边框 b上横 b下横 2 12 式3.3 2350 50.8 76.2 2 12 2247mm 式中： l边框 为玻璃外显示尺寸， b上横 ， b下横 玻璃上下门边尺寸。. 实际宽度为： b玻 b横 2 b边框 2 12 式3.4 1315-2 64 2 12 1211mm 式中： b横 门扇上边框安装玻璃的宽度， b边框 玻璃边框实际尺寸。3.3 中间轴的设计与轴承的选用 ①中间轴的设计 轴的直径为： D轴 2 DW 2 l间隙 2 l胶条 式3.5 3200-2 1315-2 3-2 16 532mm式中： 为门体旋转直径， l间隙 为门扇边框安装胶条与曲壁之间的间隙， l胶条 为扇门边框安装胶条的宽度。 由于轴是用来安装轴承、齿轮、门扇的，并且在轴向受到力不大。所以选用结构用不锈钢焊接钢管。用牌号 0Cr18Ni9 制造，以热处理状态交货的半径为532mm壁厚为 8mm定尺长度为 3000mm中间轴在安装轴承的两端要车削 1mm，并且达到 530mm，尺寸精度为普通级。 ②轴承的选用 为了使轴承能很好的固定，**使用轴承座。由于要使用两个轴承，则轴承座也要使用两个，上下各一个。对于轴承座，其内径为轴承的外径，其厚度**满足强度要求。因为轴所计算的直径为 532mm两端车削后直径为 530mm，故选用双列圆锥滚子轴承，根据GB/T-22-1995选型号为 35000 型，代号为 3519/530。安装在轴上的轴承主要受轴向力。并且轴承受到的轴向力比较大，故需在门安装地面设计一个凹型台，防止轴的向下滑动和安装时防止其他杂质进入轴衬内。 图 3.5 下轴承座.3.4 曲壁部分设计 曲壁由 4 根 75 75 10 角钢做为支撑体，每 2 根构成一边曲壁体。角钢竖在水泥板上，进出口各布置 2 根，然后顶部又用一圆形角钢将 4 根角钢固定在一起。形成曲壁的整体框架，然后安装铝合金玻璃壁。曲壁由 2 块相同的圆弧玻璃组成。 ①材料的选用 曲壁上圆弧梁选用 6063 专用弧形材。顶部用 50 50 10 的角钢弯曲成一个圆弧，由四段构成，便于加工。玻璃的选用 8mm 弯钢化玻璃。 ②材料尺寸的确定 由于圆的内圆半径为 1600mm门口对应的圆角为 48 360 48 2 则两边曲壁各对应的圆心角应： 曲 132 式3.6 2 132 2 1600 3.14 所以两边曲壁对应的弧长： L曲 360 式3.7 2 1934.24mm 玻璃尺寸的确定 132 2 1600 20 3.14 4 25 玻璃的弧长： 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 ）角钢尺寸确定： 由于要保持角钢的稳定性，预埋在地下的角钢尺寸为 100mm。则角钢的高度可估算为： H 角 2400 100 10 2710mm 式3.10顶部圆周钢材尺寸的确定： 顶部周钢材的内直径为 3200mm分为两半圆角钢用螺栓固定在立柱角钢上则圆周角钢内圆弧长为： L全 d 3.14 3200 10048mm 式3.11 式中：d 为旋转门的旋转直径。 10048 则每段内圆弧长： L半 5024mm 式3.12 23.5 华盖的设计 华盖部分是用来安装驱动系统和控制系统的部分，其主要由和型材框架和薄金属版构成一个圆柱形体。其主要安装轴承，电机，控制装置等。 由于华盖要用来安装电机，电机的有一定重量。为了保证电机在工作时不发生振动现象，故选择的钢架结构要求其刚度比较高。故选择热扎钢板。其厚度为.2 毫米，直径为 3360mm 的圆形，上下各一张。①华盖底部设计 旋转门的外径为 3360mm，由于底部要安装轴承，**在钢板中间打孔。与此同时角钢也要穿过钢板，也**在钢板上加工槽。 图 3.6 下华盖尺寸图②上华盖的设计 旋转门的外径为 3360mm，由于上面的钢板要用来安装电机，故**在其上面打孔。同时为了保证钢板用足够的强度来支撑电机的重量，则**在钢板上打钢架。钢架与钢板焊接在一起。由于电机的重量不大，故用一般方钢。其具体尺寸如下图所示：. 图 3.7 上华盖尺寸图. 4 驱动系统设计4.1 轴和轴承设计计算4.1.1 轴的尺寸设计 由于轴承还没有缺定出来，但是轴的直径已知。并且旋转轴在径向受力不大主要受到径向力的作用，故可以选择圆锥滚子轴承。根据文献5中预选双列圆锥滚子轴承，型号为 3519。其宽度为 190 mm。又由于齿轮与轴承**留出一定的距离，一般选择为 40mm。其具体尺寸如下图所示： 图 4.1 轴的结构图 轴的质量计算：由公式 W0.02491D-SS 其中 W 为钢管的线密度（kg/m）D 为钢管的外径（mm） S 为钢管的壁厚（mm） ， 。 MWL L 为钢管的长度 0.02491 532 8 8 190 2400 190 104 30 103 式4.1 152.73kg4.1.2 轴承的选择与验算 径向力确定：轴承受到的径向力为减速器输出的转矩除以大齿轮的分度圆半 M 225400径。其值为 Fr 2 850.6N R 530 轴向力的确定：FaMg m钢管 4 m门体） 10 152.734 49 10 式4.2 3487.3N 设定工作时间为 87600 小时10 年 365 天 24 小时 由中间轴两端按轴承的地方车削后 d530mm，由文献5中表 6-2-80 预选双列圆锥滚子轴承，型号为 3519。其中 e0.41，Y11.6，Y22.5， C Y01.6， r 2390KN。 Fa 3487.3 当 4.1 大于 0.41 时 Fr 850.6. 当量动载荷 Pr 0.45Fr YFa 0.45×850.62.5×3487.3 式4.3 9101.02N 查文献3中表 10-5 得 YY22.5 查文献5中表 6-2-86-2-11 得 fh2.0fn1.435fd1.1fT0.9fm1 fm 根据式 C fh ×fd× ×fT ×Pe fn 1 2×1.1× ×0.9 ×9101.2 式4.4 1.435 12557.8N 轴承 Cr2390000Ngt12557.8N，故合适。4.2 轴的校核 在确定轴承的支点位置时，由文献5中查取 a 值。对于双列圆锥滚子轴承，由文献5中查得 a 95mm 。作简支梁的轴的支承跨距 l 24002 952590mm 。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。. 图 4.2 中间轴受力图 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 C 是轴的危险截面。现将计算出轴的受力情况： 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弯矩的计算. M z FNH1 L2 850.6 2.592203.1N .m 式4.7 ④扭矩的计算 T225.4 N .m 式4.8 按弯扭合成应力校核的轴的强度进行校核时，只需对轴上承受**弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。由文献3中公式 15—5 及上表中的数值，并取 a 0.6 ，轴的计算应力 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 为抗弯、抗扭截面系数，W 0.1d 3 1 4 d1 ， 为钢管的内径， dd 为钢管的外径。 前面已选定轴的材料为 0Cr18Ni9，调质处理，由文献3 中表 15—1 查得 1 60MPa 。因此 ca 1 ，故**。4.3 电机的确定4.3.1 确定各扇门的质量 由于转轴中心两端是对称的，以一边门体计算即可。 铝型材密度： 代号为 L090704 的线密度为 0.966 代号为 L090706 的线密度为 0.836 代号为 L090707 的线密度为 1.152 每扇门框的质量