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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)
作 者：
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專(zhuān) 業(yè)：
題 目： 軌道車(chē)輛塞拉門(mén)傳動(dòng)及攜門(mén)裝置設(shè)計(jì)
指導(dǎo)者：
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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要
本項(xiàng)目涉及的是一種軌道車(chē)輛的塞拉門(mén)的傳動(dòng)及塞拉門(mén)的攜門(mén)裝置。由于我國(guó)高速鐵路事業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)車(chē)對(duì)高速車(chē)的門(mén)系統(tǒng)的可靠性、安全性提出了較高的要求，因此開(kāi)發(fā)出更新?lián)Q代的新產(chǎn)品已經(jīng)成為了必然。本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外塞拉門(mén)的發(fā)展?fàn)顩r作了簡(jiǎn)要的介紹；然后對(duì)塞拉門(mén)的工作方式，工作原理，及主要部件做了詳細(xì)說(shuō)明；在第三章，對(duì)塞拉門(mén)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，采用塞拉門(mén)齒帶雙軸導(dǎo)桿槽型凸輪組合空間機(jī)構(gòu)。該裝置主要利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪帶動(dòng)同步齒形帶，在同步齒形帶上裝有上下齒夾，從而帶動(dòng)門(mén)板運(yùn)動(dòng)，通過(guò)雙軸導(dǎo)桿槽型凸輪組合空間機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)門(mén)的塞拉和直線運(yùn)動(dòng)。在第四章，主要對(duì)塞拉門(mén)承載裝置進(jìn)行了分析和計(jì)算。最后進(jìn)行的是塞拉門(mén)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真。
關(guān)鍵詞 塞拉門(mén) 導(dǎo)軌 齒形帶 雙軸導(dǎo)桿
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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要
Title Rail vehicle plug door in Sierra gate drive to bring the gate device design
Abstract
This project involves is a rail vehicle plug door design and plug door of Tooth belt transmission. Because China's high-speed rail cause of the rapid development of high-speed car, motorcycle door systems of reliability, maintainability, safety put forward higher request, therefore developed renewal of new products has become inevitable. In this paper, first, the development situation of plug doors at home and abroad was briefly introduced; Then plug door way of working, principle of work, and the main parts do a detailed explanation; In chapter 3, focusing on the plug door drive equipment and transmission equipment design, the main use stepping motor driven by tapered gear, synchronous cog belt in synchronous cog equipped with tooth clip on and thus promote nut movement, through the screw mechanism to the door of the sierra and linear motion. In the fourth chapter, mainly to the stepper motor, tooth belt, guide rail, four-bar mechanism is analyzed and calculated. The last is the movement of sliding plug door system simulation
Keywords sliding plug door guide Synchronous belt four-bar
目 錄
前 言 1
第一章 塞拉門(mén)概述 2
1.1國(guó)內(nèi)外塞拉門(mén)現(xiàn)狀 2
1.1.1國(guó)內(nèi)塞拉門(mén)現(xiàn)狀 2
1.1.2國(guó)外塞拉門(mén)現(xiàn)狀 2
1.1.3國(guó)內(nèi)外對(duì)比總結(jié) 3
1.2塞拉門(mén)相關(guān)知識(shí)簡(jiǎn)介 4
1.2.1基本知識(shí) 4
1.2.2構(gòu)造 4
1.2.3關(guān)鍵部件 5
1.2.4塞拉門(mén)基本功能 7
1.2.5塞拉門(mén)基本操作 8
第二章 國(guó)內(nèi)外三種主要塞拉門(mén)結(jié)構(gòu)性能分析 10
2.1 IFE塞拉門(mén) 10
2.1.1 門(mén)板 11
2.1.2 驅(qū)動(dòng)裝置 11
2.1.3 導(dǎo)向裝置 11
2.1.4 鎖閉裝置 11
2.2康尼塞拉門(mén) 11
2.3博得塞拉門(mén) 12
第三章 新型塞拉門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.1設(shè)計(jì)要求 14
3.2傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 14
3.2.1兩種傳動(dòng)裝置方案 14
3.2.2 齒帶與螺桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn) 15
3.2.3 齒帶與螺桿傳動(dòng)的比較 16
3.3門(mén)板 18
3.3.1門(mén)板的結(jié)構(gòu) 18
3.3.2門(mén)窗的結(jié)構(gòu) 19
3.4限位導(dǎo)向槽 20
3.5電機(jī) 22
3.5.1電機(jī)的介紹 22
3.5.2電機(jī)的選擇法案論證 23
3.5.3步進(jìn)電機(jī)的介紹 24
3.5.4步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算 24
3.5.5步進(jìn)電機(jī)的選擇 26
第四章 承載裝置設(shè)計(jì) 28
4.1承載裝置概述 28
4.1.1 國(guó)內(nèi)外承載裝置對(duì)比 28
4.1.2 承載運(yùn)動(dòng)原理 28
4.1.3 承載機(jī)構(gòu)特點(diǎn) 30
4.2攜門(mén)裝置 31
4.3 承載軸的設(shè)計(jì) 32
4.3.1承載軸尺寸。 32
4.3.2承載軸材料的選擇 33
4.3.3承載軸強(qiáng)度與剛度校核 34
第五章UG建模與運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真 37
5.1 使用軟件簡(jiǎn)介 37
5.2 設(shè)計(jì)思路與建模方法 37
5.2.1設(shè)計(jì)思路 37
5.2.2 建模方法 37
5.3仿真思路與方法 42
5.3.1仿真思路 42
5.3.2工作原理 42
5.3.3仿真方法 42
第六章 結(jié)論 46
致 謝 47
參考文獻(xiàn) 48
前 言
隨著鐵路客車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展,塞拉門(mén)的技術(shù)水平有了很大的提高。塞拉門(mén)是客車(chē)車(chē)體的重要組成部分,其安全性、密封性、隔熱性能、隔聲性能等均是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。特別是隨著列車(chē)運(yùn)行速度的提高,安全性及密封性顯得尤為重要。目前,國(guó)內(nèi)塞拉門(mén)的制造、安裝、工藝等方面的技術(shù)水平與日本及歐洲各發(fā)達(dá)國(guó)家相比有一定的差距,相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范不夠完善,設(shè)計(jì)水平相對(duì)較低。因此,結(jié)合我國(guó)的國(guó)情,學(xué)習(xí)國(guó)際國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn),制定適合我國(guó)鐵路制造行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn);同時(shí)吸收國(guó)外的先進(jìn)技術(shù),借鑒國(guó)外的成功經(jīng)驗(yàn),提高我國(guó)鐵路客車(chē)產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)和制造水平,是今后工作的方向。
在歐洲鐵路各種類(lèi)型客車(chē)上,塞拉門(mén)已經(jīng)被廣泛采用。近年來(lái),隨著客車(chē)的高速化和現(xiàn)代化,要求車(chē)門(mén):關(guān)門(mén)時(shí)車(chē)體外觀平滑美觀;能降低車(chē)輛運(yùn)行時(shí)受到的空氣阻力及其產(chǎn)生的噪聲;要求提高室內(nèi)隔聲性及氣密性,以滿(mǎn)足舒適要求。為此,塞拉門(mén)受到人們的高度重視。
本文著重對(duì)塞拉門(mén)的設(shè)計(jì)，采用全新的塞拉門(mén)傳動(dòng)方式及攜門(mén)機(jī)構(gòu)，使其總質(zhì)量最輕，且能夠滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)承載能力，實(shí)現(xiàn)塞拉門(mén)的塞拉動(dòng)作，保證門(mén)扇的密封性，安全性。
第一章 塞拉門(mén)概述
1.1國(guó)內(nèi)外塞拉門(mén)現(xiàn)狀
1.1.1國(guó)內(nèi)塞拉門(mén)現(xiàn)狀
自20世紀(jì)90年代中期我國(guó)引進(jìn)塞拉門(mén)以來(lái),經(jīng)過(guò)幾年的消化吸收,現(xiàn)國(guó)產(chǎn)塞拉門(mén)已大量應(yīng)用于鐵路客車(chē)上?，F(xiàn)有國(guó)產(chǎn)塞拉門(mén)有以下幾種:
(1)用于25T型客車(chē)及160 km/h速度級(jí)各動(dòng)車(chē)組上的電控氣動(dòng)塞拉門(mén)。此類(lèi)塞拉門(mén)基本為仿制第1批進(jìn)口塞拉門(mén),結(jié)構(gòu)形式及基本性能與原進(jìn)口產(chǎn)品近似。
(2)用于200 km/h動(dòng)車(chē)組的電控氣動(dòng)塞拉門(mén)。此類(lèi)塞拉門(mén)主要針對(duì)200 km/h動(dòng)車(chē)組設(shè)計(jì),相對(duì)上述電控氣動(dòng)塞拉門(mén),其斷面形式進(jìn)行了重新調(diào)整,增加了鎖閉點(diǎn),腳蹬踏板結(jié)構(gòu)根據(jù)相應(yīng)站臺(tái)高度情況進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。
(3)手動(dòng)塞拉門(mén)。此類(lèi)塞拉門(mén)主要應(yīng)用于25G型客車(chē),它在電控氣動(dòng)塞拉門(mén)的基礎(chǔ)上取消了電控氣動(dòng)裝置及翻板腳踏裝置并加裝了鎖閉定位裝置。
(4)充氣密封塞拉門(mén)。此類(lèi)塞拉門(mén)是針對(duì)270km/h動(dòng)車(chē)組項(xiàng)目研制的,借鑒了法國(guó)TGV車(chē)門(mén)密封形式,采用充氣密封膠條密封及門(mén)前三點(diǎn)定位、門(mén)后三點(diǎn)鎖閉的鎖閉形式,同時(shí)在門(mén)板的結(jié)構(gòu)形式上做了改進(jìn)。試驗(yàn)證明,此門(mén)在密封、強(qiáng)度、隔熱、隔聲等性能上都有很大提高,但充氣密封膠條的壽命僅為1·5年,未裝車(chē)運(yùn)用。
綜上所述,我國(guó)160 km/h速度級(jí)客車(chē)用電控氣動(dòng)塞拉門(mén)與國(guó)外相應(yīng)塞拉門(mén)為同類(lèi)產(chǎn)品,經(jīng)多年裝車(chē)運(yùn)用技術(shù)已基本成熟,但在密封性能、電控系統(tǒng)可靠性等方面還有待完善。而200 km/h及以上速度級(jí)客車(chē)用塞拉門(mén)目前尚無(wú)成熟可靠的產(chǎn)品。
1.1.2國(guó)外塞拉門(mén)現(xiàn)狀
國(guó)外高速車(chē)用塞拉門(mén)按密封形式分為雙唇膠條密封、充氣密封及壓緊密封3類(lèi)。
(1)雙唇膠條密封。以德國(guó)ICE車(chē)用BODE公司為代表的塞拉門(mén)采用雙唇膠條密封,即采用雙唇膠條,保證在車(chē)內(nèi)外有正負(fù)壓差時(shí)均能壓緊膠條,實(shí)現(xiàn)門(mén)的密封,同時(shí),對(duì)門(mén)體多點(diǎn)鎖閉定位,以保證門(mén)的強(qiáng)度及列車(chē)交會(huì)時(shí)的密封。我國(guó)270 km/h動(dòng)車(chē)組曾采用過(guò)該種車(chē)門(mén)。
(2)充氣密封。以法國(guó)TGV車(chē)用FAIVELY公司為代表的塞拉門(mén)采用充氣密封,即在門(mén)邊采用雙層膠條,外層為普通的初級(jí)密封條,內(nèi)層為可充氣密封膠條。車(chē)門(mén)關(guān)閉后,向可充氣密封膠條充氣,車(chē)速超過(guò)10 km/h后,充氣壓力達(dá)到150 kPa,此時(shí)膠條脹開(kāi),實(shí)現(xiàn)與門(mén)框的壓力密封。門(mén)體鎖閉形式為后門(mén)框兩點(diǎn)鎖閉。傳動(dòng)形式為氣動(dòng)馬達(dá)齒輪齒條傳動(dòng)。
(3)壓緊密封。日本新干線采用的NABTESCO公司的塞拉門(mén)均采用壓緊密封,即門(mén)周邊采用O形膠條,在門(mén)關(guān)閉時(shí),壓緊裝置通過(guò)壓門(mén)板使膠條與門(mén)框壓緊,實(shí)現(xiàn)密封;在門(mén)關(guān)閉后,壓緊裝置保持壓力。此種密封形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,密封補(bǔ)償量大,安全可靠。
國(guó)外客車(chē)塞拉門(mén)已經(jīng)過(guò)數(shù)十年的運(yùn)用考驗(yàn),技術(shù)成熟可靠,尤其是高速車(chē)塞拉門(mén),值得我國(guó)學(xué)習(xí)、借鑒。
1.1.3國(guó)內(nèi)外對(duì)比總結(jié)
國(guó)內(nèi)劣勢(shì)與優(yōu)勢(shì)：第一，國(guó)內(nèi)地鐵塞拉門(mén)寬約為1.5m左右，而整個(gè)塞拉門(mén)系統(tǒng)尺寸過(guò)大，甚至達(dá)到2m以上，結(jié)構(gòu)較國(guó)外松散，空間利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外塞拉門(mén)系統(tǒng)。
第二，由于尺寸過(guò)大，直接導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)塞拉門(mén)的重量過(guò)大，整體重量一般約為75kg，無(wú)形當(dāng)中需要更大的電機(jī)帶動(dòng)，消耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)外塞拉門(mén)系統(tǒng)。
第三，國(guó)內(nèi)塞拉門(mén)的運(yùn)動(dòng)噪聲大于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的60分唄，大約為75分貝。
第四，國(guó)內(nèi)塞拉門(mén)價(jià)格相對(duì)便宜，適用于發(fā)展中國(guó)家的現(xiàn)階段發(fā)展。
國(guó)外劣勢(shì)與優(yōu)勢(shì)：第一，在保證塞拉門(mén)寬為1.5m左右的同時(shí)，整個(gè)塞拉門(mén)系統(tǒng)總體尺寸保持在1.7m內(nèi)，合理利用空間，結(jié)構(gòu)緊湊。
第二，采用合理的復(fù)合材料和精簡(jiǎn)的零件，在提高強(qiáng)度剛度和可靠性的同時(shí)，重量相對(duì)較輕，系統(tǒng)總僅為48kg左右，大大減少了驅(qū)動(dòng)力的要求，節(jié)約了能量。
第三，門(mén)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的噪音低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的60分唄。
第四，由于多處零件采用復(fù)合材料，且對(duì)各個(gè)零件的精度要求高，造價(jià)遠(yuǎn)高于我國(guó)自主生產(chǎn)的塞拉門(mén)系統(tǒng)，從而直接導(dǎo)致在大大提高技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力的同時(shí)，也大大削弱了價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。
1.2塞拉門(mén)相關(guān)知識(shí)簡(jiǎn)介
1.2.1基本知識(shí)
塞拉門(mén)是高速旅客列車(chē)使用的系列化外擺塞拉門(mén)，門(mén)扇為直型，有左右之分。驅(qū)動(dòng)方式為氣動(dòng)，控制方式為電控，因此稱(chēng)之為電控氣動(dòng)塞拉門(mén)，廠家有康尼，博德，歐特美等等。廣泛用于25K、25T型客車(chē)雙管供風(fēng)的車(chē)輛，以空氣為動(dòng)力，推動(dòng)無(wú)桿風(fēng)缸并帶動(dòng)門(mén)扇形成開(kāi)關(guān)門(mén)動(dòng)作，其風(fēng)源來(lái)自雙管供風(fēng)列車(chē)的總風(fēng)管，氣壓為0.45-0.6Mpa。
1.2.2構(gòu)造
1．基礎(chǔ)部件：（1）上、下滑道、密封件由門(mén)框前壓條，后壓條，上壓條，下防護(hù)罩和膠條等組成（在車(chē)門(mén)關(guān)閉是實(shí)現(xiàn)門(mén)頁(yè)與車(chē)體的密封），導(dǎo)向件由上下導(dǎo)軌組成，門(mén)頁(yè)導(dǎo)向輪在導(dǎo)軌內(nèi)實(shí)現(xiàn)車(chē)門(mén)的擺塞運(yùn)動(dòng)。定位緩沖通過(guò)橡膠緩沖頭克服車(chē)門(mén)在開(kāi)關(guān)終了位置的沖擊。門(mén)扇由門(mén)頁(yè)（含橡膠密封膠條），鎖扣，隔離鎖，攜門(mén)架和下支架組成。翻轉(zhuǎn)腳蹬傳動(dòng)桿：下拉桿，接桿，套，氣缸支架及氣缸組成。翻轉(zhuǎn)腳蹬：翻轉(zhuǎn)腳蹬由轉(zhuǎn)軸箱，支撐架和翻轉(zhuǎn)板組成，翻轉(zhuǎn)踏板在車(chē)門(mén)關(guān)閉時(shí)收起，車(chē)門(mén)打開(kāi)是落下。
2．承載驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：承載驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由支架，長(zhǎng)導(dǎo)柱，短導(dǎo)柱，直線軸承和驅(qū)動(dòng)氣缸等組成。承載機(jī)構(gòu)承受門(mén)扇的所有垂直重量，門(mén)扇在驅(qū)動(dòng)氣缸的作用下通過(guò)直線軸承在長(zhǎng)，短導(dǎo)柱上的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)車(chē)門(mén)的擺塞運(yùn)動(dòng)。
3．操縱裝置：由內(nèi)操作裝置，外操作裝置，連動(dòng)機(jī)構(gòu)和手控開(kāi)關(guān)裝置（緊急解鎖）組成。
4.氣路系統(tǒng)：由無(wú)桿氣缸，氣路組成，過(guò)濾減壓閥組件，球閥（作氣閥開(kāi)關(guān)用），氣排氣閥，節(jié)流閥，氣管等組成。
如圖1.1
圖1.1 氣路系統(tǒng)原理圖
5.門(mén)控系統(tǒng)：控制系統(tǒng)的核心，是由門(mén)控器，電源保護(hù)，電源轉(zhuǎn)換，接線端子等元件組成，每節(jié)車(chē)箱分別在一位端，二位端各設(shè)一套控制系統(tǒng)，每個(gè)控制單元分別控制箱的輸入，輸出信號(hào)端子排上門(mén)控系統(tǒng)系統(tǒng)具有：1）通訊；2）內(nèi)，外操作裝置電控開(kāi)/關(guān)門(mén)；3）緊急解鎖裝置切斷控制電源實(shí)現(xiàn)解鎖后手動(dòng)開(kāi)/關(guān)門(mén)；4）防擠壓；5）隔離鎖隔離車(chē)門(mén)，屏蔽控制信號(hào)；6）車(chē)速≥5km/h字的關(guān)門(mén)；7）自診斷；8）腳蹬翻版位置檢測(cè)；9）集中控制等功能。
1.2.3關(guān)鍵部件
1.內(nèi)操作裝置（車(chē)內(nèi)電控鎖）：
①內(nèi)操作裝置為電控開(kāi)關(guān)，沒(méi)有手動(dòng)開(kāi)門(mén)的功能。
②有電有氣，無(wú)集控信號(hào)或集控開(kāi)門(mén)狀態(tài)時(shí)，內(nèi)操作裝置可實(shí)現(xiàn)正常電控開(kāi)/關(guān)門(mén)。
③有電有氣，集控關(guān)門(mén)狀態(tài)時(shí)，操作內(nèi)操作裝置無(wú)效。
2．外操作裝置（車(chē)外手動(dòng)，電控雙功能鎖）：
①有電有氣，無(wú)集控信號(hào)或集控開(kāi)門(mén)狀態(tài)時(shí)，外操作裝置可實(shí)現(xiàn)正常電控開(kāi)/關(guān)門(mén)。
②有電有氣，集控關(guān)門(mén)狀態(tài)時(shí)，操作外操作裝置無(wú)效。
3.保險(xiǎn)鎖（隔離鎖）：
保險(xiǎn)鎖采用行程開(kāi)關(guān)，當(dāng)關(guān)閉此門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)，門(mén)保持關(guān)門(mén)狀態(tài)，控制信號(hào)被隔離，所有手動(dòng)，自動(dòng)，緊急解鎖集中控制功能失效，狀態(tài)指示燈滅。系統(tǒng)處于開(kāi)門(mén)狀態(tài)時(shí)，壓下保險(xiǎn)鎖開(kāi)關(guān)時(shí)間大于0.5秒，門(mén)扇執(zhí)行關(guān)門(mén)動(dòng)作，系統(tǒng)切換為關(guān)門(mén)狀態(tài)；壓下保險(xiǎn)鎖開(kāi)關(guān)時(shí)間小于0.5秒，門(mén)扇不動(dòng)作。如圖1.2所示。
圖1.2 保險(xiǎn)鎖結(jié)構(gòu)示意圖
4．緊急解鎖裝置（車(chē)內(nèi)手動(dòng)鎖）：
除非保險(xiǎn)鎖被鎖閉，其他任何情況下緊急解鎖裝置都能手動(dòng)解鎖，解鎖后開(kāi)、關(guān)電磁閥斷電，蜂鳴器長(zhǎng)音報(bào)警。
5.門(mén)鎖（二級(jí)鎖）：
門(mén)鎖采用氣動(dòng)鎖閉/氣動(dòng)解鎖裝置和手動(dòng)解鎖裝置，門(mén)鎖可在任何情況下解鎖，安全可靠。在有電有氣的情況下，開(kāi)鎖氣缸動(dòng)作實(shí)現(xiàn)門(mén)鎖解鎖。在有電有氣的情況下，閉鎖氣缸動(dòng)作實(shí)現(xiàn)門(mén)鎖二級(jí)鎖閉。無(wú)氣源時(shí)，手動(dòng)關(guān)門(mén)，應(yīng)使鎖叉處在二級(jí)嚙合位置，通過(guò)操作緊急解鎖裝置（手動(dòng)鎖）、外操作裝置（手動(dòng)、電控雙功能鎖）都應(yīng)能把門(mén)打開(kāi)。
6.防擠壓壓力開(kāi)關(guān)：
防擠壓壓力開(kāi)關(guān)采用壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)，檢測(cè)開(kāi)關(guān)時(shí)無(wú)桿氣缸關(guān)門(mén)端的壓力。關(guān)門(mén)時(shí)，工作壓力大于設(shè)定值時(shí)，壓力開(kāi)關(guān)輸出防擠壓信號(hào)。當(dāng)車(chē)速<5km/h時(shí)，正常關(guān)門(mén)過(guò)程中，若車(chē)門(mén)遇有100-150N的阻力時(shí)，門(mén)能自動(dòng)打開(kāi)，延時(shí)10秒后，門(mén)重新自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)車(chē)速≥5km/h時(shí)，關(guān)門(mén)遇到障礙，門(mén)停在原處，5秒后門(mén)繼續(xù)關(guān)閉。
7.防擠壓壓力波開(kāi)關(guān)：
壓力波開(kāi)關(guān)所起的作用與壓力開(kāi)關(guān)的作用一樣，它檢測(cè)門(mén)板膠條氣囊內(nèi)壓力。關(guān)門(mén)時(shí)如遇障礙物，門(mén)板膠條受到擠壓，氣囊內(nèi)產(chǎn)生一突變壓力，使壓力波開(kāi)關(guān)動(dòng)作，輸出防擠壓信號(hào)。
8.98%位置開(kāi)關(guān)：
98%位置開(kāi)關(guān)安裝在無(wú)桿氣缸上，當(dāng)門(mén)關(guān)閉到全行程的98%的位置是，98%開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，此信號(hào)用來(lái)屏蔽防擠壓信號(hào)。因此在門(mén)關(guān)閉到98%開(kāi)關(guān)位置以后，沒(méi)有防擠壓功能。如圖1.3所示。
圖1.3 位置開(kāi)關(guān)示意圖
9.“關(guān)門(mén)到位”開(kāi)關(guān)：
“關(guān)門(mén)到位”開(kāi)關(guān)采用行程開(kāi)關(guān)，常開(kāi)—常閉觸點(diǎn)?！瓣P(guān)門(mén)到位”開(kāi)關(guān)安裝在門(mén)鎖鎖體上部塑料防護(hù)罩內(nèi)，調(diào)整時(shí)取下塑料防護(hù)罩，關(guān)上車(chē)門(mén)，使開(kāi)關(guān)處于完全松開(kāi)狀態(tài)，打開(kāi)車(chē)門(mén)使開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)可靠接觸。
10.腳蹬位置開(kāi)關(guān)：
采用微動(dòng)開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)腳蹬位置。壓下此開(kāi)關(guān)，腳蹬位置指示燈熄滅，表示腳蹬已收起。調(diào)整此開(kāi)關(guān)時(shí)，應(yīng)注意腳蹬翻版收起時(shí)，微動(dòng)開(kāi)關(guān)應(yīng)可靠壓下；腳蹬翻版落下，微動(dòng)開(kāi)關(guān)應(yīng)處于自然狀態(tài)。
1.2.4塞拉門(mén)基本功能
塞拉門(mén)在關(guān)閉時(shí)，門(mén)相對(duì)于車(chē)體起著塞緊的功能。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)使用氣缸和上、下導(dǎo)軌產(chǎn)生塞入動(dòng)作。塞拉門(mén)基本功能包括:
1.車(chē)門(mén)的開(kāi)關(guān)
門(mén)的開(kāi)關(guān)在正常情況下可以由車(chē)上的開(kāi)關(guān)按鈕控制，同時(shí)設(shè)置緊急開(kāi)關(guān)，緊急開(kāi)關(guān)在車(chē)輛行駛中不起作用。
2.車(chē)門(mén)的鎖閉門(mén)的鎖閉依靠鎖閉裝置實(shí)現(xiàn)，包括:鎖鉤、閉鎖凸輪、控制風(fēng)缸和閉鎖氣缸等零部件。關(guān)門(mén)時(shí)，安裝在門(mén)板上的鎖銷(xiāo)將逐漸進(jìn)入鎖鉤槽中，當(dāng)門(mén)完全關(guān)閉后，控制氣缸驅(qū)動(dòng)鎖鉤將鎖銷(xiāo)緊緊鉤住，閉鎖凸輪在閉鎖氣缸內(nèi)的彈簧作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，與鎖鉤形成棘輪機(jī)構(gòu)，防止列車(chē)失風(fēng)時(shí)車(chē)門(mén)自動(dòng)解鎖而打開(kāi)。當(dāng)開(kāi)門(mén)時(shí)，閉鎖氣缸先動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)閉鎖凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使鎖閉機(jī)構(gòu)先解鎖，然后控制風(fēng)缸使鎖鉤銷(xiāo)脫離，在驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下將車(chē)門(mén)打開(kāi)。緊急情況時(shí)，可扳動(dòng)緊急開(kāi)關(guān)，與緊急開(kāi)關(guān)相連接的手動(dòng)解鎖鋼絲驅(qū)動(dòng)閉鎖凸輪，使鎖閉裝置解鎖。
3.車(chē)門(mén)的手動(dòng)鎖門(mén)在門(mén)上安裝手動(dòng)鑰匙鎖，乘務(wù)員用鑰匙從門(mén)內(nèi)或門(mén)外均可將門(mén)鎖住。門(mén)鎖住后再不受其它控制信號(hào)控制，處于關(guān)閉狀態(tài)，直到乘務(wù)員用鑰匙將其打開(kāi)。
4，自動(dòng)關(guān)門(mén)功能當(dāng)列車(chē)速度低于設(shè)定速度時(shí)，車(chē)門(mén)的開(kāi)門(mén)信號(hào)才有效;當(dāng)速度超過(guò)設(shè)定時(shí)，將自動(dòng)關(guān)閉所有未關(guān)的車(chē)門(mén)。
5.密封及防擠壓裝置車(chē)門(mén)上安裝的密封件抗壓強(qiáng)度應(yīng)保證空氣動(dòng)力學(xué)作用下的密封效果;防擠壓裝置在低于設(shè)定速度時(shí)的車(chē)門(mén)關(guān)閉過(guò)程中具有防擠壓功能。
1.2.5塞拉門(mén)基本操作
1.手動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)（沒(méi)電沒(méi)氣、有電有氣、沒(méi)電有氣）
（1）開(kāi)門(mén)：用專(zhuān)用三角鑰匙按緊急解鎖裝置（或外操作裝置），標(biāo)記上箭頭所指方向（順時(shí)針）轉(zhuǎn)動(dòng)裝置上的三角頭轉(zhuǎn)軸約45度，實(shí)現(xiàn)解鎖后，用手動(dòng)拉門(mén)扇即可實(shí)現(xiàn)開(kāi)門(mén)。
注意：手動(dòng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)軸經(jīng)緊急解鎖后應(yīng)及時(shí)復(fù)位。注：操作者雖進(jìn)行了解鎖操作，但如遇到非正常情況松開(kāi)鑰匙后扔不能拉動(dòng)門(mén)扇，此時(shí)操作者可一手進(jìn)行解鎖操作，同時(shí)另一手拉動(dòng)門(mén)扇即可將門(mén)打開(kāi)。
（2）開(kāi)門(mén)：用手拉動(dòng)門(mén)扇直至關(guān)閉位，當(dāng)聽(tīng)到鎖的二級(jí)閉鎖動(dòng)作發(fā)出聲響，即認(rèn)定門(mén)已經(jīng)被可靠關(guān)閉并鎖定，若只聽(tīng)到一級(jí)閉鎖動(dòng)作聲響則應(yīng)開(kāi)門(mén)重新關(guān)門(mén)，直到實(shí)現(xiàn)二級(jí)鎖閉。手動(dòng)關(guān)上車(chē)門(mén)至二級(jí)鎖閉裝置，用三角鑰匙操作隔離鎖，將長(zhǎng)插銷(xiāo)舌端穩(wěn)妥地插入鎖檔。
2.電控氣動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)（有電有氣）
3.集控開(kāi)關(guān)門(mén)
4.車(chē)門(mén)隔離：車(chē)門(mén)再現(xiàn)故障，鎖閉隔離鎖，將車(chē)門(mén)隔離，該車(chē)門(mén)的狀態(tài)不影響集控“門(mén)未關(guān)到位”指示燈的正常指示。隔離鎖鎖閉后，集控操作信號(hào)，單門(mén)操作信號(hào)均被屏蔽，隔離鎖鎖閉后，門(mén)控系統(tǒng)保持關(guān)閉狀態(tài)。
5.正常狀態(tài)
（1）控制系統(tǒng)上電，門(mén)控器上的5VDC指示燈亮，門(mén)系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行關(guān)門(mén)一次，保持關(guān)門(mén)狀態(tài)。
（2）用三角鑰匙操作內(nèi)操作裝置或外操作裝置，原來(lái)關(guān)閉的門(mén)應(yīng)打開(kāi)，再次動(dòng)作后，開(kāi)著的門(mén)應(yīng)關(guān)閉。
（3）門(mén)在關(guān)閉過(guò)程中，施加100-150N的阻力，門(mén)應(yīng)自動(dòng)返回，延時(shí)10秒后，門(mén)重新自動(dòng)關(guān)閉。
（4）門(mén)鎖到位且腳蹬收到位后，狀態(tài)指示燈滅，保險(xiǎn)鎖鎖閉，狀態(tài)指示燈閃爍。
（5）鎖閉保險(xiǎn)鎖，狀態(tài)指示燈滅，此時(shí)不能開(kāi)關(guān)門(mén)，所有控制開(kāi)關(guān)不起作用。
（6）系統(tǒng)有電時(shí)，緊急解鎖裝置實(shí)行解鎖后，開(kāi)關(guān)門(mén)電磁閥斷，這時(shí)可手動(dòng)開(kāi)/關(guān)門(mén)，同時(shí)，蜂鳴器一直長(zhǎng)音報(bào)警，直至緊急解鎖裝置復(fù)位，復(fù)位后自動(dòng)執(zhí)行關(guān)門(mén)一次。
（7）開(kāi)/關(guān)門(mén)時(shí)，蜂鳴器以短促音提示。
第二章 國(guó)內(nèi)外三種主要塞拉門(mén)結(jié)構(gòu)性能分析
2.1 IFE塞拉門(mén)
1998年,我國(guó)提速客車(chē)首次安裝了IFE公司生產(chǎn)的外擺電控氣動(dòng)式塞拉門(mén),它由門(mén)板、門(mén)框、驅(qū)動(dòng)裝置、導(dǎo)向裝置、鎖閉裝置、車(chē)內(nèi)外操縱裝置、防擠壓裝置、氣路系統(tǒng)及電控系統(tǒng)等組成。此門(mén)沒(méi)有活動(dòng)腳蹬裝置,通過(guò)應(yīng)用實(shí)踐證明,沒(méi)有活動(dòng)腳蹬不便于旅客的上下車(chē)。
圖2.1 IFE塞拉門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖
2.1.1 門(mén)板
門(mén)板采用鋁合金結(jié)構(gòu),厚43 mm。門(mén)板空心部分填加具有阻燃防水性能的蜂窩填充材料,以保證其足夠的平面抗壓強(qiáng)度。門(mén)板與門(mén)體骨架四周做卷邊處理。門(mén)板周邊采用連續(xù)的EPDM膠條與門(mén)框角型材密封,前端邊緣處安裝防擠壓空心橡膠條。
2.1.2 驅(qū)動(dòng)裝置
塞拉門(mén)由驅(qū)動(dòng)裝置提供運(yùn)動(dòng)動(dòng)力,安裝在車(chē)廂門(mén)口上部車(chē)頂內(nèi),主要由無(wú)桿風(fēng)缸、輥式滑車(chē)、承重支架等組成。
車(chē)門(mén)開(kāi)、關(guān)時(shí)間單程為3 s--6 s。車(chē)門(mén)運(yùn)動(dòng)速度可通過(guò)無(wú)桿風(fēng)缸兩端的單向節(jié)流閥調(diào)整,開(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)有緩沖,以使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。導(dǎo)輪嵌入導(dǎo)軌引導(dǎo)支架縱向移動(dòng),使門(mén)板進(jìn)行“塞”動(dòng)作。同樣,門(mén)板底邊導(dǎo)軌使門(mén)板與車(chē)體平行。
2.1.3 導(dǎo)向裝置
車(chē)門(mén)的導(dǎo)向由上下導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn),導(dǎo)向裝置在門(mén)關(guān)閉后不外露
2.1.4 鎖閉裝置
鎖閉裝置主要由安裝在側(cè)門(mén)框上的閉鎖風(fēng)缸、解鎖風(fēng)缸、旋轉(zhuǎn)鎖舌、固定鎖舌、鎖定凸輪等組成的旋轉(zhuǎn)鎖機(jī)構(gòu)組成。鎖閉裝置產(chǎn)生機(jī)械閉鎖力,防止車(chē)門(mén)電器、壓縮空氣發(fā)生故障時(shí)車(chē)門(mén)自動(dòng)開(kāi)啟。車(chē)門(mén)設(shè)雙重鎖閉裝置,門(mén)鎖閉時(shí)車(chē)門(mén)受力均勻。正常情況通過(guò)電控解鎖,緊急情況下,可通過(guò)手動(dòng)三角鑰匙解鎖。
2.2康尼塞拉門(mén)
此門(mén)系統(tǒng)是由江蘇康尼機(jī)電新技術(shù)公司生產(chǎn)的,于1999年首次運(yùn)用在各廠生產(chǎn)的提速客車(chē)上?？的崛T(mén)的組成與結(jié)構(gòu)基本與IFE塞拉門(mén)相同,但又有以下幾點(diǎn)不同:
(1)驅(qū)動(dòng)裝置中的無(wú)桿風(fēng)缸、輥式滑車(chē)的形式不同,導(dǎo)致了車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)的吊裝結(jié)構(gòu)不同。
(2)將所有氣動(dòng)元件組成一個(gè)氣路控制板,使安裝、維護(hù)保養(yǎng)及門(mén)開(kāi)閉時(shí)間的調(diào)整非常方便。
(3)將DCU門(mén)控器與接線端子組成一個(gè)電氣箱安裝在走廊通過(guò)臺(tái)的內(nèi)端墻上,這樣,當(dāng)門(mén)發(fā)生故障時(shí)便于檢查和維護(hù)。
(4)隔離鎖在門(mén)板上的位置及隔離鎖形式不同,使乘務(wù)員便于操作,隔離鎖性能可靠。結(jié)構(gòu)圖如圖2.2。
圖2.2 康尼塞拉門(mén)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意圖
2.3博得塞拉門(mén)
此門(mén)系統(tǒng)是由北京博得交通設(shè)備有限公司生產(chǎn)的,于2000年運(yùn)用在各廠生產(chǎn)的提速客車(chē)上。其形式也為外擺式電控塞拉門(mén),單個(gè)門(mén)系統(tǒng)由基礎(chǔ)安裝部分、驅(qū)動(dòng)裝置、門(mén)板、門(mén)板附件、鎖閉裝置、活動(dòng)腳蹬、氣路系統(tǒng)及電控系統(tǒng)組成。
博得門(mén)與IFE和康尼門(mén)相比,雖然組成門(mén)的幾大系統(tǒng)及其功能相同,但零件結(jié)構(gòu)形式完全不同。此外,此系統(tǒng)在門(mén)板上設(shè)置了內(nèi)解鎖把手、外解鎖扣手、中央鎖機(jī)構(gòu)、解鎖撥桿,它的下導(dǎo)軌設(shè)置在門(mén)板上,通過(guò)安裝在門(mén)框上的下擺臂來(lái)引導(dǎo)門(mén)板的運(yùn)動(dòng),同時(shí)驅(qū)動(dòng)腳踏板風(fēng)缸的活塞拉桿帶動(dòng)下擺臂繞固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),固定轉(zhuǎn)軸再通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)腳踏板繞腳踏板轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)腳踏板的打開(kāi)和收起。這種機(jī)構(gòu)決定了不管是手動(dòng)開(kāi)門(mén)還是自動(dòng)開(kāi)門(mén),腳踏板都隨著門(mén)的開(kāi)閉而打開(kāi)和收起,因此,手動(dòng)開(kāi)門(mén)時(shí)開(kāi)啟力較大。在門(mén)板前端的下部還裝有滾輪碰座,并在門(mén)框上裝有碰接座,這樣,門(mén)在關(guān)閉狀態(tài)下,滾輪碰座始終受碰接座拉向車(chē)內(nèi)的力,使門(mén)板牢牢的壓在門(mén)框和前端膠條上,提高了車(chē)門(mén)的密封性。結(jié)構(gòu)圖如圖2.3。
圖2.3 北京博得塞拉門(mén)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖
第三章 新型塞拉門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)要求
第一，由于高速列車(chē)所承受的工況遠(yuǎn)比普通低速列車(chē)惡劣，車(chē)門(mén)在滿(mǎn)足乘客上下通道這一基本功能外，還應(yīng)該盡量提高車(chē)輛的密封性能。因此僅從結(jié)構(gòu)方面考慮就要求車(chē)門(mén)結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足以下要求：
1.可靠，使用壽命長(zhǎng)。機(jī)構(gòu)的使用壽命一般應(yīng)能滿(mǎn)足正常啟、閉150000次的要求，密封膠條應(yīng)能滿(mǎn)足2年內(nèi)啟、閉20000次的正常運(yùn)行要求。
2.密封性能好。在正負(fù)壓力下均能保持良好的密封效果，泄漏時(shí)間大于設(shè)定空間。
第二，針對(duì)列車(chē)可靠性和實(shí)用性要求，響應(yīng)國(guó)家低碳經(jīng)濟(jì)的要求，列車(chē)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：
1.針對(duì)列車(chē)的能耗需要，要求整個(gè)門(mén)系統(tǒng)的重量盡可能輕，占有空間小。
2.列車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的噪音分貝需要降低。
3.2傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
3.2.1兩種傳動(dòng)裝置方案
目前塞拉門(mén)主要有兩種傳動(dòng)方式：一種是齒帶傳動(dòng)，一種是螺桿傳動(dòng)
方案一：齒帶傳動(dòng)
圖 3.1 齒帶傳動(dòng)原理圖
齒帶傳動(dòng)是指自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的左、右兩扇門(mén)頁(yè)分別通過(guò)齒帶夾板與齒帶兩側(cè)相連，齒帶兩端有齒帶輪架，使得齒帶形成一個(gè)閉環(huán)；通過(guò)驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)，使齒帶繞著齒帶輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)兩扇門(mén)頁(yè)做相反方向的運(yùn)動(dòng)，達(dá)到兩扇門(mén)頁(yè)同步運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。
方案二：螺桿傳動(dòng)
圖 3.2 螺桿傳動(dòng)原理圖
螺桿傳動(dòng)是指自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)的左、右兩扇門(mén)頁(yè)分別通過(guò)螺母組件與螺桿相連，螺桿為左旋和右旋對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)通過(guò)驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng),使螺桿做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)兩扇 門(mén)頁(yè)的螺母組件做相反方向的運(yùn)動(dòng)達(dá)到兩扇門(mén)頁(yè)同步運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)
3.2.2 齒帶與螺桿傳動(dòng)的主要特點(diǎn)
1、齒帶傳動(dòng)特點(diǎn)
齒帶傳動(dòng)主要的部件為齒形同步帶—同步帶背襯鋼絲。其傳動(dòng)綜合了齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn),克服了其它各種帶打滑和伸長(zhǎng)等缺點(diǎn),構(gòu)成一種獨(dú)特的傳動(dòng)形式。同步帶具有傳動(dòng)準(zhǔn)確、平衡、噪聲少、無(wú)滑差又節(jié)能、承載能力高、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)噪聲低、帶齒受力均勻合理、具有最小膨脹系數(shù)和最大可靠性等特點(diǎn)。同步齒帶可獲得恒定的速比,且速比范圍大,一般可達(dá)10；允許的線速度高,可達(dá)50m/s，其傳遞功率可從幾瓦到數(shù)百千瓦,傳動(dòng)效率可達(dá)0.98（三角帶傳動(dòng)最高為0.95）,并且結(jié)構(gòu)緊湊,具有耐油、耐潮、不需 潤(rùn)滑 等優(yōu)點(diǎn),可在有污染和環(huán)境較為惡劣的場(chǎng)合下工作
2、螺桿傳動(dòng)特點(diǎn)
螺桿傳動(dòng)主要的部件是螺桿和螺母組件。螺桿一般為金屬材質(zhì),螺母組件采用金屬材質(zhì)或復(fù)合非金屬材質(zhì),有自潤(rùn)滑和人工潤(rùn)滑兩種潤(rùn)滑方式。螺桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)準(zhǔn)確、平衡,扭矩大的特點(diǎn)。
3.2.3 齒帶與螺桿傳動(dòng)的比較
1）尺寸精度要求螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)必須控制門(mén)傳動(dòng)系統(tǒng)的確切尺寸。為了成功地完成車(chē)門(mén)的裝置,必須要有更精確的車(chē)輛制造精度和門(mén)系統(tǒng)制造精度,同時(shí)加工螺桿與螺母組件也需要很高的精度。這必然導(dǎo)致一些附加費(fèi),導(dǎo)致車(chē)輛和門(mén)系統(tǒng)成本的
上升。齒帶傳動(dòng)系統(tǒng)由于是柔性的傳動(dòng)系統(tǒng),故不需要過(guò)高的精度即可以達(dá)到滿(mǎn)足要求的功能。
2）傳動(dòng)力矩的要求螺桿傳動(dòng)需要強(qiáng)大的力矩和強(qiáng)大的傳動(dòng)系統(tǒng)才能完成預(yù)定的動(dòng)作,因此螺桿傳動(dòng)必須占用更多的空間、采用更重的重量和更高代價(jià)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以達(dá)到目標(biāo)。齒帶系統(tǒng)則不需要特殊的力矩要求即可驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，從而減少了空間占用,減輕了結(jié)構(gòu)重量。從能量消耗的角度看,更小的驅(qū)動(dòng)力矩意味著對(duì)于車(chē)輛較小的能量需求，從而減輕了車(chē)輛的負(fù)擔(dān)。
3）維修間隔的要求螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)每隔幾個(gè)月需要定期清洗、潤(rùn)滑,每隔年整個(gè)系統(tǒng)必須全面檢查甚至更換。即螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)需要頻繁的維護(hù)。在日常維護(hù)過(guò)程中,車(chē)輛的最終用戶(hù)分配在車(chē)輛維護(hù)上的時(shí)間間隔已趨向于年,這就給螺桿傳動(dòng)系統(tǒng)提 出了極高的、難以達(dá)到的要求。因?yàn)槁輻U傳動(dòng)的密封一旦有所磨損,灰塵會(huì)進(jìn)人到相對(duì)運(yùn)動(dòng)的高精度配合的螺母與螺桿之間,即使是自潤(rùn)滑系統(tǒng),也會(huì)導(dǎo)致螺母與螺桿的相互摩擦損耗。如果沒(méi)有足夠的維護(hù),整個(gè)螺桿系統(tǒng)將趨向于不穩(wěn)定,從而導(dǎo)致噪聲加大、門(mén)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)等故障。齒形帶則相反,從原理上齒帶就像汽車(chē)輪胎一樣,污垢被齒帶輪推到一邊,它是一個(gè)自然的污垢處理系統(tǒng)。齒帶傳動(dòng)系統(tǒng)已經(jīng)證明在巧年的維護(hù)中總的維修間隔沒(méi)有任何的顯著要求。而維護(hù)工作的增加也意味著車(chē)輛運(yùn)營(yíng)商成本的增加。表1給出了某車(chē)輛不同車(chē)門(mén)傳動(dòng)方式的維修比較。
表 3.1 某齒帶傳動(dòng)與螺桿傳動(dòng)車(chē)門(mén)維修對(duì)比表
綜上所述，為了克服許多現(xiàn)有城軌自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)傳動(dòng)裝置存在的環(huán)境適應(yīng)性差，可靠性不高，車(chē)輛運(yùn)行時(shí)門(mén)系統(tǒng)的維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，目前,北京城鐵13號(hào)線、北京地鐵國(guó)產(chǎn)化新造車(chē)、天津輕軌濱海線、長(zhǎng)春輕軌以及大連輕軌車(chē)輛均采用了齒帶傳動(dòng)的門(mén)系統(tǒng)。在國(guó)外齒帶傳動(dòng)門(mén)系統(tǒng)更是占據(jù)了軌道車(chē)輛的主要市場(chǎng)。因此,齒帶傳動(dòng)更適應(yīng)未來(lái)市場(chǎng)的需要,是軌道車(chē)輛自動(dòng)門(mén)系統(tǒng)傳動(dòng)方式的發(fā)展趨勢(shì)。
本次設(shè)計(jì)傳動(dòng)方式采用齒帶傳動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖3.3 齒帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖
圖中1、主動(dòng)齒輪 2、齒形帶 3、左門(mén)扇連板 4、十字槽螺釘 5、左被動(dòng)齒6、齒夾7、從動(dòng)輪 8、右被動(dòng)齒9、齒夾
3.3門(mén)板
3.3.1門(mén)板的結(jié)構(gòu)
門(mén)板采用鋁合金復(fù)合結(jié)構(gòu);由一個(gè)由鋁型材焊接而成的框架，內(nèi)、外側(cè)鋁合金蒙板和中填充的有孔鋁蜂窩組成。門(mén)板使用結(jié)構(gòu)膠粘接成一體，采用熱固化工藝制造而成。塞拉門(mén)門(mén)板用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)和型材骨架使門(mén)板自身特點(diǎn)突出，具有很高的比剛度和比強(qiáng)度。同時(shí)鋁蜂窩層合板結(jié)構(gòu)是一種在航空航天工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的復(fù)合材料，具有比剛度和比強(qiáng)度高，振動(dòng)性能、保溫性能和阻燃性好，隔音效果好等優(yōu)點(diǎn)。如圖3.4。門(mén)板結(jié)構(gòu)如圖3.5。
圖 3.4 蜂窩結(jié)構(gòu)示意圖
圖3.5 門(mén)板結(jié)構(gòu)圖
3.3.2門(mén)窗的結(jié)構(gòu)
固定車(chē)窗的基本結(jié)構(gòu)為采用復(fù)合中空玻璃，鑲嵌在鋁框內(nèi)組為一體，安裝時(shí)自車(chē)內(nèi)安裝，采用結(jié)構(gòu)膠粘接實(shí)現(xiàn)彈性安裝，以利于在車(chē)內(nèi)外壓差下車(chē)體變形時(shí)，保持車(chē)窗的相對(duì)穩(wěn)定，同時(shí)采用鋁壓條與預(yù)先固定在車(chē)體上的鋁框用螺釘固定壓緊.安裝時(shí)窗框與車(chē)體外墻板貼緊.四角圓補(bǔ)角為6mm厚減震材料.自車(chē)外用聚硫膠密封.玻璃采用4(吸熱玻璃)+0.3(薄膜)+3(平板玻璃)+9(中空層)+5(鋼化玻璃)。
對(duì)于此窗玻璃所能承受的車(chē)體內(nèi)外壓力差的強(qiáng)度計(jì)算，可以用以下方法得出結(jié)論。以車(chē)體內(nèi)外壓力差820 mmAq(=8 000 Pa)計(jì)算產(chǎn)生的最大應(yīng)力?；诓ＡУ陌惭b結(jié)構(gòu)，可以認(rèn)為用4個(gè)邊簡(jiǎn)單支撐、均等分布載荷，因此用以下公式計(jì)算：
產(chǎn)生的最大應(yīng)力：σmax=β×q×a2×t2
β：根據(jù)縱橫比計(jì)算出來(lái)的系數(shù)=482mm/875mm=0.551
q ： 載荷重量=0.008 MPa(820 mmAq)由內(nèi)外玻璃來(lái)負(fù)擔(dān)該載荷
t ：玻璃厚度=6 mm.
a ：玻璃短邊長(zhǎng)=482 mm
當(dāng)玻璃為雙層玻璃時(shí)，如果外層玻璃與內(nèi)層玻璃的厚度相同，則內(nèi)外層玻璃平均分擔(dān)載荷。由上面公式可得σmax=18.281 N/mm2。
我們已知鋼化玻璃的短期許用應(yīng)力=88.3 N/mm2 (計(jì)算值)，下面以單層6 mm厚的玻璃、雙層6mm厚的玻璃及單層5 mm厚的玻璃計(jì)算出的結(jié)果與許用應(yīng)力做比較
1.雙層6mm厚
β=0.551
q=0.004Mpa
t=6mm
a=482mm
σmax=18.281 N/mm2
2.單層6mm厚
同理，σmax=36.4 N/mm2
3.單層5mm厚
同理，σmax=12.695 N/mm2
綜上所述，對(duì)于門(mén)窗的設(shè)計(jì)，可以采用單層玻璃，無(wú)需再用雙層鋼化玻璃。
圖3.6 門(mén)窗設(shè)計(jì)
門(mén)板是承受外面載荷的主要受力件，由于它是移動(dòng)的，這要求車(chē)門(mén)要承受列車(chē)在會(huì)車(chē)，過(guò)隧道時(shí)產(chǎn)生的壓力。門(mén)的開(kāi)關(guān)在正常情況下可以由車(chē)上的開(kāi)關(guān)按鈕控制，同時(shí)設(shè)置緊急開(kāi)關(guān)，緊急開(kāi)關(guān)在車(chē)輛行駛中不起作用。本設(shè)計(jì)中，車(chē)門(mén)高2046.4mm，寬700mm，厚度32mm，中間由蜂窩結(jié)構(gòu)組成，具體結(jié)構(gòu)參見(jiàn)CAD附圖.
3.4限位導(dǎo)向槽
限位導(dǎo)向槽的作用是限制導(dǎo)向輪的移動(dòng)，從而帶動(dòng)門(mén)扇作直線運(yùn)動(dòng)。
限位導(dǎo)向槽的設(shè)計(jì)可以分成三種。
第一種：全部為直線部分。這種設(shè)計(jì)能快速實(shí)現(xiàn)門(mén)扇的運(yùn)動(dòng)，使其關(guān)閉。但其缺點(diǎn)是無(wú)塞拉動(dòng)作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)門(mén)扇的密封，無(wú)法抗擊車(chē)輛會(huì)車(chē)，出入隧道時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)壓，進(jìn)而無(wú)法保護(hù)車(chē)內(nèi)的乘客。
圖3.7 直線導(dǎo)向槽
第二種：直線部分和塞拉部分有很小的過(guò)渡圓角。該設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)門(mén)扇的塞拉運(yùn)動(dòng)，但由于過(guò)渡圓角過(guò)于小，使運(yùn)動(dòng)的方向改變的時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致門(mén)扇的動(dòng)載荷過(guò)大，產(chǎn)生一定的噪音和振動(dòng)，增大磨損，降低門(mén)扇的壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使倒槽斷裂，造成人員傷亡。
圖3.8 小圓角導(dǎo)向槽
第三種：直線部分和塞拉部分有較大的過(guò)渡圓角。該設(shè)計(jì)不但能保證門(mén)扇的塞拉作用，而且還綜合了上述兩種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，能快速平穩(wěn)的實(shí)現(xiàn)門(mén)扇的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，而且還能克服第二種設(shè)計(jì)產(chǎn)生的噪音，減少動(dòng)載荷的產(chǎn)生，保證列車(chē)內(nèi)人員安全，在車(chē)輛運(yùn)動(dòng)中更加平穩(wěn)。
圖3.9 大圓角導(dǎo)向槽
因此我們選用第三種設(shè)計(jì)方案。
3.5電機(jī)
3.5.1電機(jī)的介紹
1．按工作電源種類(lèi)劃分：可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可劃分：永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。電磁直流電動(dòng)機(jī)劃分：串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)劃分：稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。其中交流電機(jī)還可分：?jiǎn)蜗嚯姍C(jī)和三相電機(jī)。
2．按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分：可分為直流電動(dòng)機(jī)、異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)。 同步電機(jī)可劃分：永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī)。異步電機(jī)可劃分：感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可劃分：三相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)和罩極異步電動(dòng)機(jī)等。交流換向器電動(dòng)機(jī)可劃分：?jiǎn)蜗啻畡?lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。
3．按起動(dòng)與運(yùn)行方式劃分：電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)、電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)和分相式單相異步電動(dòng)機(jī)。
4．按用途劃分：驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)劃分：電動(dòng)工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開(kāi)槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動(dòng)機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動(dòng)剃須刀等）用電動(dòng)機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動(dòng)機(jī)?？刂朴秒妱?dòng)機(jī)又劃分：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。
5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)劃分：籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為繞線型異步電動(dòng)機(jī)）。
6．按運(yùn)轉(zhuǎn)速度劃分：高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。低速電動(dòng)機(jī)又分為齒輪減速電動(dòng)機(jī)、電磁減速電動(dòng)機(jī)、力矩電動(dòng)機(jī)和爪極同步電動(dòng)機(jī)等。調(diào)速電動(dòng)機(jī)除可分為有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、無(wú)級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、有級(jí)變速電動(dòng)機(jī)和無(wú)級(jí)變速電動(dòng)機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速。同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無(wú)關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速
3.5.2電機(jī)的選擇法案論證
按照現(xiàn)行的常用電機(jī)，有以下幾種選擇方案
方案一：采用伺服電機(jī)。伺服電機(jī)具有反饋功能，可以對(duì)塞拉門(mén)的即時(shí)運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行反饋，可以保證運(yùn)動(dòng)的精度，但是伺服電機(jī)造價(jià)昂貴，一般運(yùn)用于數(shù)控加工機(jī)床或者對(duì)運(yùn)動(dòng)精度要求高的場(chǎng)合下，此處無(wú)需保證過(guò)高的精度，此處使用經(jīng)濟(jì)型差。
方案二：采用鼠籠式三項(xiàng)異步電機(jī)，此種電機(jī)型號(hào)繁多，鄭磊齊全，價(jià)格最低，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都有很大的可供選擇性，但是此類(lèi)電機(jī)最大的缺點(diǎn)便是重量過(guò)大，占地空間大，不符合塞拉門(mén)傳動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量輕的需求。
方案三：采用步進(jìn)電機(jī)，此種型號(hào)的電機(jī)，雖然一般不具有反饋的功能，但是能夠完全滿(mǎn)足塞拉門(mén)傳動(dòng)系統(tǒng)的需求，質(zhì)量較輕，價(jià)格適中，性?xún)r(jià)比最高。
根據(jù)要求，在滿(mǎn)足承載能力的同時(shí)，要保持良好的同步性，又由于步進(jìn)電機(jī)具有效率高，能耗少、噪聲低、振動(dòng)小、重量輕、體積小、性能優(yōu)良，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，我們最終選擇步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。
3.5.3步進(jìn)電機(jī)的介紹
步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。
步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿(mǎn)足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說(shuō)最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿(mǎn)足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。
3.5.4步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算
已知的參數(shù)：
兩扇門(mén)總質(zhì)量80kg，其余零件總質(zhì)量75kg，門(mén)的開(kāi)合速度為0.72m/s，大致取齒輪直徑為75mm。
【1】.計(jì)算電機(jī)的輸出功率
G1=800N，G2=750N，G總=1550N
其中80％都在承載光桿上
G3=1550×0.8=1240N
軸采用45鋼
查表得鋼在潤(rùn)滑情況下的摩擦系數(shù)可取0.1~0.12（靜）0.05~0.1（動(dòng)），取0.12來(lái)計(jì)算。
f=G3×0.12=148.8N
P=f×V=148.8×0.72m/s=107.136w
取安全系數(shù)為3
P輸出=107.136×3=321.408w
【2】.計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速
齒輪直徑為75mm
2πR×n=0.72m
n=3r/s=180r/min
【3】.計(jì)算電機(jī)輸出的總轉(zhuǎn)矩
由于是同步齒帶，所以齒輪的減速比為i=1；
1).計(jì)算齒輪折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩
m=7.85×103kg/m3×3.14×(0.0752-0.022)×0.0203=2.62kg
Jt=m(R12+R22)/2=2.62×(7.52+22)/2=79.1kg·cm2
2).計(jì)算導(dǎo)軌摩擦力折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)矩
傳動(dòng)效率去0.7
T=148.8×0.02/0.7
=4.25N·m
3).總的轉(zhuǎn)矩
一般情況下所選電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為所算轉(zhuǎn)矩的2到3倍，這里取2倍
3.5.5步進(jìn)電機(jī)的選擇
電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、0.6度/1.2度（三相電機(jī)）等。
根據(jù)要求步進(jìn)角不宜過(guò)大和過(guò)小，過(guò)大則傳動(dòng)不平穩(wěn)，過(guò)小則傳動(dòng)過(guò)慢，本設(shè)計(jì)選用三相混合式步進(jìn)電機(jī)，因此步進(jìn)角為0.6度/1.2度。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說(shuō)最大靜力矩Mjmax 大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿(mǎn)足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。
運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。
查表3.2選用110BYG350DH-0501型電機(jī)，步距角0.6，最大靜轉(zhuǎn)矩16N·m，慣量17.4kg·cm2，電壓220V，重11.1kg。
表3.2 三相混合式步進(jìn)電機(jī)
第四章 承載裝置設(shè)計(jì)
4.1承載裝置概述
4.1.1 國(guó)內(nèi)外承載裝置對(duì)比
塞拉門(mén)的承載裝置主要為承載軸，承受了塞拉門(mén)80%-90%的重量，另外，齒帶也承受了一部分重量，大概為10%-20%。為了滿(mǎn)足塞拉門(mén)的運(yùn)動(dòng)承載能力，必須要保證承載軸的承載能力。
在設(shè)計(jì)承載軸的結(jié)構(gòu)中，必要要綜合考慮到承載軸的形狀，材料，尺寸等，達(dá)到最優(yōu)化，質(zhì)量最輕，承載能力最好。
在國(guó)內(nèi)的塞拉門(mén)中，承載裝置設(shè)計(jì)的很不合理：承載部件多,切復(fù)雜，重量大，而且承載軸移動(dòng)，這樣就導(dǎo)致塞拉門(mén)在移動(dòng)過(guò)程中，定位不準(zhǔn)確，慣性力較大，無(wú)法承受會(huì)車(chē)，進(jìn)出隧道時(shí)產(chǎn)生的超高壓力。
在國(guó)外的塞拉門(mén)中，承載軸是固定住的，而且進(jìn)行了輕量化處理，是總體質(zhì)量大大降低，而且承載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但承載能力好，運(yùn)動(dòng)不太復(fù)雜。能夠承受門(mén)板移動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)載荷，并且變形小，能夠保證門(mén)扇的精確定位與閉合。
本課題所設(shè)計(jì)的承載驅(qū)動(dòng)裝置經(jīng)過(guò)研究對(duì)比，決定選用劉極峰、楊小蘭老師的專(zhuān)利—一種塞拉門(mén)齒帶雙軸導(dǎo)桿槽型凸輪組合空間機(jī)構(gòu)。
4.1.2 承載運(yùn)動(dòng)原理
該機(jī)構(gòu)其特征在于包括門(mén)架、電機(jī)、主動(dòng)輪、齒帶、輔助承載軸、帶夾緊裝置、軸承座、從動(dòng)輪、輔軸套、聯(lián)桿A、主軸套、主承載軸、聯(lián)桿B、聯(lián)桿C、導(dǎo)桿套、滾輪、導(dǎo)向槽、攜門(mén)導(dǎo)桿、槽型凸輪和門(mén)頁(yè)，其中主動(dòng)輪、齒帶、下帶夾、張緊裝置、軸承座、從動(dòng)輪組成齒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；聯(lián)桿A、主軸套、聯(lián)桿B、聯(lián)桿C、導(dǎo)桿套固結(jié)為一體，與主承載軸、輔軸、門(mén)架等組成雙軸導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；主軸套、主軸、聯(lián)桿C又與滾輪、導(dǎo)向槽、攜門(mén)導(dǎo)桿、槽型凸輪、門(mén)頁(yè)及門(mén)架組成雙軸導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，所述齒帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙軸導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和槽型凸輪機(jī)構(gòu)相互連接構(gòu)成塞拉門(mén)齒帶雙軸導(dǎo)桿槽型凸輪組合空間機(jī)構(gòu)?？臻g機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示。
圖4.1 單扇門(mén)雙軸導(dǎo)桿槽型凸輪組合空間機(jī)構(gòu)
圖中：1門(mén)架、2電機(jī)、3主動(dòng)輪、4齒帶、5輔助承載軸、6下帶夾、7張緊裝置、8軸承座、9從動(dòng)輪、10輔軸套、11聯(lián)桿A、12主軸套、13主承載軸、14聯(lián)桿B、15聯(lián)桿C、16導(dǎo)桿套、17滾輪、18導(dǎo)向槽、19攜門(mén)導(dǎo)桿、20槽型凸輪、21門(mén)頁(yè)。
該機(jī)構(gòu)工作原理：塞拉門(mén)的啟閉塞拉密封運(yùn)動(dòng)可按下述過(guò)程實(shí)現(xiàn)。電機(jī)得電通過(guò)主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)齒帶做上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)從動(dòng)輪做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、帶動(dòng)下帶夾沿X方向作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；由于帶夾與輔軸套固結(jié)為一體，且通過(guò)聯(lián)桿A、聯(lián)桿B、聯(lián)桿C與主軸套、導(dǎo)桿套相互固結(jié)，故使得導(dǎo)桿套帶動(dòng)導(dǎo)桿一起沿X方向作直線運(yùn)動(dòng)；又由于導(dǎo)桿上聯(lián)接有滾輪、導(dǎo)向槽、門(mén)頁(yè)，故同時(shí)通過(guò)帶動(dòng)門(mén)頁(yè)沿X方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)門(mén)頁(yè)的開(kāi)與關(guān)；由于導(dǎo)桿與門(mén)頁(yè)是被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其上滾輪受槽型凸輪的運(yùn)動(dòng)限制，故導(dǎo)桿與門(mén)頁(yè)只能沿槽型凸輪運(yùn)動(dòng)。
圖4.2 承載裝置側(cè)視圖
4.1.3 承載機(jī)構(gòu)特點(diǎn)
該機(jī)構(gòu)與國(guó)內(nèi)外塞拉門(mén)機(jī)構(gòu)相比具有以下特點(diǎn)：
1）主副承載軸雙軸兩端均固定在門(mén)架上，與國(guó)產(chǎn)塞拉門(mén)承載軸整體參與運(yùn)動(dòng)情況相比，不僅承載能力大幅提高，整體強(qiáng)度、剛度顯著增加，而且運(yùn)動(dòng)部分零部件數(shù)量、重量明顯下降，可實(shí)現(xiàn)塞拉門(mén)機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)系統(tǒng)的輕量化。
2）與國(guó)外塞拉門(mén)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)大為減少，具有尺寸小、重量輕、成本低的明顯優(yōu)勢(shì)，且運(yùn)動(dòng)時(shí)門(mén)頁(yè)沒(méi)有上下的擺動(dòng)量，使得門(mén)頁(yè)快速開(kāi)關(guān)時(shí)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性明顯提高，具有塞拉密封可靠與門(mén)頁(yè)啟閉迅速的特點(diǎn)。
3）與螺旋傳動(dòng)相比，本發(fā)明的齒帶傳動(dòng)與張緊機(jī)構(gòu)，具有耐油、耐潮、無(wú)需潤(rùn)滑、壽命長(zhǎng)、運(yùn)行可靠、自動(dòng)張緊等優(yōu)點(diǎn)，且允許線速度提高，傳遞功率大，傳動(dòng)效率可達(dá)0.98；塞拉門(mén)螺旋傳動(dòng)噪聲約75dB，而齒帶傳動(dòng)噪聲一般約為55dB，若采用螺旋角8°左右的斜齒帶傳動(dòng)，可達(dá)45dB以下，真正實(shí)現(xiàn)塞拉門(mén)傳動(dòng)系統(tǒng)的低噪聲。
4）因?yàn)閷?dǎo)桿與塞拉門(mén)門(mén)頁(yè)相固結(jié)，需通過(guò)導(dǎo)桿套作塞拉運(yùn)動(dòng)，其所受彎扭應(yīng)力很大，因此機(jī)構(gòu)中巧妙地將主軸套、導(dǎo)桿套、輔軸套相互聯(lián)接，一方面增加了導(dǎo)桿長(zhǎng)度，使其強(qiáng)度、剛度顯著增強(qiáng)；另一方面使主副承載軸手里更趨合理，大大提高了導(dǎo)桿套自身抗彎扭變形的承載能力。
5）為進(jìn)一步提高攜門(mén)導(dǎo)桿、導(dǎo)桿套的承載能力，可將其移動(dòng)副選用花鍵連接，具有定心精度高、應(yīng)力集中小和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。
6）齒帶機(jī)構(gòu)張緊裝置，采用燕尾導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)、彈簧張緊、雙螺母鎖緊與調(diào)節(jié)方式，利用彈簧的適當(dāng)推力，實(shí)現(xiàn)齒帶傳動(dòng)的自動(dòng)張緊。
4.2攜門(mén)裝置
本設(shè)計(jì)中塞拉門(mén)機(jī)構(gòu)攜門(mén)裝置包括攜門(mén)導(dǎo)桿、攜門(mén)導(dǎo)套和攜門(mén)導(dǎo)柱組成。
本設(shè)計(jì)中主要完成攜門(mén)機(jī)構(gòu)，如圖4.3所示
圖 4.3 攜門(mén)機(jī)構(gòu)裝配圖
4.3 承載軸的設(shè)計(jì)
4.3.1承載軸尺寸。
因本次設(shè)計(jì)采用的是雙軸承載，一個(gè)主承載軸，一個(gè)輔承載軸，故對(duì)小尺寸輔承載軸進(jìn)行校核。
方案一：實(shí)心承載軸：
承載軸長(zhǎng)度為0.8m（只對(duì)桿長(zhǎng)的一半進(jìn)行分析）
承載軸直徑為0.04m，如圖4.4
圖4.4 實(shí)心承載軸
方案二：空心承載軸：
承載軸長(zhǎng)度為0.8m（只對(duì)桿長(zhǎng)的一半進(jìn)行分析）
承載軸外徑為0.04m
承載軸內(nèi)徑為0.02m，如圖4.5。
圖4.5 空心承載軸
4.3.2承載軸材料的選擇
1.彈性模量
彈性模量（楊氏模量）是彈性材料的一種最重要、最具特征的力學(xué)性質(zhì)，是物體彈性變形難易程度的表征。單位為E。彈性模量的定義是理想材料有小形變時(shí)應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之比。E以單位面積上承受的力表示，單位為牛/米^2。
模量的性質(zhì)依賴(lài)于形變的性質(zhì)。剪切形變時(shí)的模量稱(chēng)為剪切模量，用G表示；壓縮形變時(shí)的模量稱(chēng)為壓縮模量，用K表示。模量的倒數(shù)稱(chēng)為柔量，用J表示。
彈性模量描述材料的抗應(yīng)變或應(yīng)力形變后恢復(fù)原形的能力。
2. 切變模量
切變模量是剪切應(yīng)力與應(yīng)變的比值。是材料在剪切應(yīng)力作用下，在彈性變形比例極限范圍內(nèi)，切應(yīng)力與切應(yīng)變的比值。它表征材料抵抗切應(yīng)變的能力。模量大，則表示材料的剛性強(qiáng)。切變模量的倒數(shù)稱(chēng)為剪切柔量，是單位剪切力作用下發(fā)生切應(yīng)變的量度，可表示材料剪切變形的難易程度。
3.泊松比
泊松比是材料在單向受拉或受壓時(shí)，橫向正應(yīng)變與軸向正應(yīng)變的絕對(duì)值的比值。它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。
材料的性能和彈性模量，切變模量，泊松比有很大的關(guān)系，下面是一些常見(jiàn)材料的彈性模量及切變模量，泊松比。
表4.1是有些材料的彈性模量，切變模量，?泊松比的對(duì)比：
表4.1 材料的比較
名稱(chēng)
彈性模量E/GPa
?切變模量G/GPa
泊松比μ
灰、白口鑄鐵
115～160
45
0.23～0.27
球墨鑄鐵
151～160
61
0.25～0.29
45鋼
210
81
0.25～0.3
高強(qiáng)度鋁合金
206
83
0.26～0.32
鑄鋼
175
70-84
0.25～0.29
軋制磷青銅
115
42
0.32～0.35
鑄鋁青銅
105
42
0.25
硬鋁合金
71
27
0.3
冷拔黃銅
91～99
35-37
0.32～0.42
由上面的資料可得，我們選擇45鋼。
彈性模量E=210GPa? ??切變模量G=81GPa? ?泊松比μ=0.3