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自动门装置设计

摘要：自动门装置是机械原理课程设计的重要内容之一，在课程设计中也占有较

大比重。它是一种可以实现人的移动，并且由系统控制的自动门，能很好地体现

出机械原理课程设计的实践性特点。其关键技术是门体自动旋转机构，其运动原

理是电动机通过轴上的齿轮机构带动转子旋转。当电机运转时，转动机构通过传

动杆带动门体旋转。自动门装置结构简单、工作可靠、操作方便，能适应各种气

候环境，实现自动启闭，而且操作方便、节能环保，应用领域非常广泛。本文从

机械原理课程设计的角度出发，介绍了一种新型的自动门装置，该装置具有很好

的实用价值和发展前景。

1.引言

在当今社会，人们的生活和工作都离不开门，人们使用门的频率也越来越高。

随着人们对门的需求越来越多，人们对自动门的要求也越来越高。目前市场上常

用的自动门装置有手动门和电动门。手动门一般采用人力推动，其结构简单、可

靠性好、价格便宜。但是它操作起来比较麻烦，需要先把手动转到一定的角度，

然后再转动门把手，由于转动门把手的时间比较长，所以它的灵活性就比较差。

电动自动门是由电动机带动转动机构带动转子旋转而实现自动启闭的一种装置，

它能方便地实现人的移动。但是电动自动门价格相对比较贵，并且在寒冷的冬季

或其他气候环境下无法使用。因此如何研制一种经济适用、结构简单、操作方便、

性能稳定、节能环保的自动门装置是值得研究和探讨的。

2.机构设计

根据以上要求，本设计采用三轴自动门的形式，三个轴分别为驱动轴、传动

轴、门体。驱动轴上有两个齿轮机构，一为主动齿轮，另一为从动齿轮，主动齿

轮与从动齿轮啮合。当电机运转时，通过传动杆带动主动齿轮转动，从而带动从

动齿轮转动，从而带动门体转动。

驱动轴上的两个齿轮机构用来驱动门体转动，它分别通过驱动轴承和传动杆

连接于门体的上下端。两个驱动轴承通过轴承座固定在门体上。当门开启时，主

动轮和从动轮之间有一定距离，当人进入门内时，由于两个驱动轴承的作用，主

动轮和从动轮之间产生一定的速度差和旋转角速度差。门体旋转时，带动主动轮

和从动轮旋转的距离大于门体与门之间的距离时，带动主动轮和从动轮之间产生

一定的转矩。

3.结构分析

在机械原理课程设计中，一般用齿轮机构作为传动机构，在传动中可以增加

变速机构和齿轮机构。该装置由门体、传动杆、自动旋转装置组成。门体包括前

后两个端面，端面上安装有由4个圆柱齿轮组成的齿条，在其两端分别设有一对

传动杆，该传动杆通过一个圆柱销固定在端面上。当电机运转时，带动齿轮机构

转动，使齿条沿齿条槽旋转。当门体旋转一定角度后，带动传动杆移动一段距离

后，再利用带动的齿轮机构使门体旋转一定角度后停止，这样就实现了自动门的

自动开闭。该装置的优点是结构简单、安装方便、使用灵活、维护简单。缺点是

结构复杂、成本较高，需要专业的设计人员才能进行设计和生产。

4.运动过程分析

本装置的运动过程可以用图1所示。该运动过程包括以下几个阶段：当电动

机输出轴转速为0的时候，传动杆上的齿轮机构在传动杆的带动下作等速转动。

此时，传动杆处于自由状态。当电动机输出轴转速达到一定值时，传动杆在电动

机输出轴的带动下作等速转动。这个过程中，传动杆上的齿轮机构是保持不动的。

当电动机输出轴转速达到一定值时，传动杆上的齿轮机构开始受力，传动杆受到

压力作用而被拉紧，从而带动门体转动。当电动机输出轴转速降低到一定值时，

传动杆上的齿轮机构在传动杆和电动机输出轴之间又开始受力，直至电动机输出

轴转速降低到零度以下时为止。然后自动门装置又开始向前运动。这个过程中，

传动杆一直处于自由状态，一直保持着相对静止的状态。

当电动机输出轴转速降到零度以下时，传动杆在电动机输出轴和传动杆之间

受到了一个作用力，这个作用力使传动杆被拉紧，带动门体转动。

在这一运动过程中，由于电动机输出轴转速为零度以下时，传动杆处在自由

状态。

由于传动杆和门体的转动都是由电动机输出轴带动的，所以二者之间必然会

产生一个相对运动。

在这个相对运动过程中，由于两个机构中的一个机构是具有一定惯性的机构，

因此其惯性力必然会使另一个机构产生一定的反作用力。

如果这两个反作用力大于传动杆上的齿轮机构所能承受的最大扭矩的话，那

么传动杆上的齿轮机构就会被拉断而发生危险。为了避免这一危险发生，当电动

机输出轴转速降到零度以下时，传动杆上的齿轮机构就不能再受到力矩的作用而

产生反力了。为了克服这一反作用力，使得门体能够继续