家用车库门设计计算说明书

家用汽车车库门机构设计说明书

负责人：

学号：

团队成员：

学号：

时间：2012年6月3日

目录

摘要

第 1章问题的提出

1.1选题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及研究方法

第 2 章车库门方案的选型设计

2.1 车库门设计要求

2.2车库门类型的确定

2.2.1 翻板式开门机构（最终设计机构）

2.2.2 卷帘式开门机构（此机构不理想未进行详尽计算并仿真）

2.3 车库门构件的运动简图

2.3.1翻板式车库门运动机构及简图

2.3.2卷帘式车库门运动机构及简图

第3 章车库门机构的尺寸设计

3.1翻板式开门机构

3.1.1机构的尺寸设计方法

3.1.2 机构的三维建模

3.2 卷帘式开门机构

3.2.1 机构的尺寸设计方法

3.2.1 机构的三维建模

第4 章车库门机构的运动分析和动力分析

4.1 翻板式车门机构

4.1.1 基于ADAMS的详细分析过程

4.1.2翻板式开门机构动态静力分析

4.1.3翻板式开门机构运动分析

4.2 卷帘式车库门机构

4.2.1 逐级分析机构的运动特性

4.2.2 简要计算减速机构的速度及角速度 4.2.3 误差计算与分析

第5章车库门机构的动力设计

5.1翻板式车库门机构

5.1.1 机构故障分析

5.1.2 预防措施

5.2 卷帘式车库门机构

5.2.1带传动的受力分析

5.2.2 2K-H周转轮系的受力分析

第6章结束语

◆工作总结

◆分工情况

◆收获体会

◆致谢

参考文献附录

附录一附录二附录三

第1章问题的提出

1.1 选题背景及研究意义

改革开放之后我国经济日新月异,国家经济显著增强,人民生活水平不断提高，进入21世纪后，物质水平更是得到前所未有的提高，人们的购买能力也随之增强。为了出行便捷以及自身品位的提升,越来越多的人购买了属于自己的汽车，汽车的使用在现阶段变得相当普遍。随着私家车的增多，车库门的需求量也越来越大。因而得到人们的广泛重视,而如何确保车库门的设计质量，使之在使用过程中安全可靠，则把越来越多人的目光吸引到对车库门的研究。

1.2 国内外研究现状

我国车库门诞生于上个世纪70年代末，当时主要是木头制成，开启形式也多以平开和上翻为主。之后出现更多的是卷帘门，它基本上占了市场的80%。随着人类社会科学技术的发展，人们对车库门的要求也越来越高，对门的要求也已不仅仅着眼于安全方面的考虑，归结起来其主要原则：简便、美观、耐用、安全可靠。

由于我国对车库门研究起步晚，虽然近些年来国产技术水平在不断模仿和创新中有很大的提高也有了长足的发展但与国外一些知名品牌相比还存在一定的差距；其实，再从门的整体性能上看我们就大为逊色了。受到地缘因素的影响,我国国产车库门在市场上价格有很大的优势,而车库门的整体性能上,我国技术就相对落后很多。这也是进口产品价位高却仍占据主要市场份额的原因之一。而且虽然很多国内的研究机构也开始重视对车库门的研究,但仍缺乏一种统一的行业标准参考准则,均各自设计自己的产品,使得国内产品缺乏互换性和通用性,这对自身的品牌设计非常不利。

目前车库门行业中比较成功的有德国的霍曼门、特威盾门。

目前主要的车库门类型有滑板式、翻板式、卷帘式三种见图1-1。

都可以通过无线遥控方式来控制门的启闭都具有相应的安全防撞功能只是在开启方式上有所不同。国内不少科研部门对车库门的一些功能模块进行了研究。其中遥控、感应、电动都可统称为自动车库门。手动车库门和自动车库门主要区别是没有电机。自动车库门现在主要分类为：翻板车库门与卷帘车库门，以优泰自动门的车库门举例。卷帘车库门则有：普通卷帘车库门、不锈钢卷帘车库门、铝合金卷帘车库门、发泡卷帘门、无机布防火卷帘门等等。市面上最为常见的卷帘车库门为铝合金挤压型材制作而成，表面经过静电粉末喷涂、氟碳喷涂等处理工艺，达到抗腐蚀、耐酸碱、不生锈、抗划伤等特性，耐久性强，使用寿命较长，强度大，具有防盗、防护等性能，因此运用范围最为广泛。翻板车库门有：彩钢板车门车库门、罗普斯金车库门、木纹门车库门、实木车库门。车库门可以安装防盗、安全系统：如降遇阻力反弹系统，该设施能让门体遇阻力停止，既保护人身与车辆进出安全，又保护门的可靠使用；红外线传感器控制系统，有效保障人、车辆、宠物的进出安全；防盗报警系统，当有人撬门时高音喇叭将发出警报，保护安全。同时设有停电备用电池工作功能，停电后无需手动开门。

翻板式

滑板式

卷帘式车库门

图1-1

车库门主要有遥控、感应、电动、手动几种。其中遥控、感应、电动都可称为自动车库门。手动车库门和自动车库门的主要区别是没有电机。自动车库门现在主要分为：卷帘车库门和翻板车库门。

卷帘车库门

卷帘帘片采用高强度6063T5铝合金双（单）层挤压成型。6063是世界通用合金，适用范围广，特别是各种建筑业，用于生产门、窗等轻质构件及卫生、办公用具。以6开头的铝合金表示以镁和硅为主要合金元素，其耐蚀性好，焊接性能强，冷加工性能好，强度适中。

1、帘片厚度双层0.8mm-1.5mm，最大制作高度可达到9米-14米（帘片型号从

60-120），最大制作宽度4米-12米。抗风能力最大达到11级。

2、选用直径为80mm-165mm的轴，80-100mm的6063T5铝合金导轨。

3、表面处理工艺：静电粉末喷涂，抗腐蚀、抗划伤、易清洗、色彩耐久性长。

表面烤漆处理，耐久耐候抗阳光照射，抗雨水、抗腐蚀、抗划伤遇轻微碰撞后可反弹恢复，如外损伤可做到单帘片更换,能在帘片间加入采光型材让您的汽车沐浴阳光。

4、多种安装方式可供选择包括外装、内装,中装安装，对空间的要求不高。不

占用车库门内部空间安装简便施工速度快节省工期外观美观时尚。

5、安全保护装置：可附加安装红外线对射系统与无线遥控装置，优泰卷帘车库

门有自主研发的自动卷帘门防盗连锁装置，门体本身自重实现防盗，更为安全。

6、电动卷帘车库门以交流管状电机或外置电机为驱动，220V或110V，省电、

安全、静音，带有热保护装置。可配置UPS后备电源或手动链条，防止断电

情况下门体也能正常开启。

翻板车库门

翻板车库门属于遥控车库门的一种。

1、微电脑程序控制，使用方便，按遥控手柄即可，且电机自带自动延时照明灯。

2、超级静音，绿色环保。

3、安全、牢固，双层彩钢板，门板总厚度4-5公分，门体中间采用国际公认的保温隔热

隔音材料——聚胺酯。

4、美观、高雅，简洁大方。

5、遇阻反弹，保证人车安全。

6、原理科学，门内置扭簧，扭力和门重量相当，使门体处于“零重量”状态，且在轨道内

靠滑轮运行，故阻力小，耗能少，维修率低，经久耐用。

7、零部件拆卸及更新方便，有利于维护。

门板特点：

1、细纹浮雕门体的表面呈现不规则的粉末喷涂纹理，具有强烈的浮雕效果，既增加了强度，也美观大方。

2、采用高强度的双面优质浸镀锌钢板，且双面喷长寿涂料（纯聚酯），抗腐蚀能力强。

3、优质钢板包缠外端使内部及外侧附着在一起，更好地与两壁密封。

4、夹芯层为高度固体聚氨酯泡沫，可增加保温隔音效果。

5、门底部设有“U”型密封条，更加隔寒防风。

电机特点：

1、自动延时照明灯：在车库门开启或关闭时，照明灯亮2.5-5分钟后自动关闭。

2、免维护直流电机，功率强劲，运转平稳，嗓音最低。

3、环型变压器，节能率70%

4、行星齿轮开关，霍尔元件传感，脉冲。

5、程序控制，操作方便，功能齐全。

五金配件：

1、导轨材质采用1.5mm宝钢产冷轧钢板，表面银色电镀。

2、滚轮采用高强度耐磨聚甲酉全 POM工程塑料，内嵌滚珠轴承。

3、门体合页材质采用1.5mm宝钢产冷轧钢板，表面银色电镀。

4、钢丝线盘采用高强度铝合金构成。

5、膨胀螺丝采用特制的热镀锌。

另外实木车库门（又称为钢木车库门）属于翻板车库门的一种，其特点(防夹手结构)：实木车库门结构采用2.0毫米钢架结构，输入最新防夹手设计元素每一块门板采用上下两条钢板，用冷轧设备加工成防夹手形状，开槽后的实木门板嵌入钢架内，竖档和防夹手钢结构之间采用点焊设备连接，焊点平整牢固。钢木车库门有述优点：

1、钢木库门门板正面为实木，实木门板的背面为“田”字形钢架，结合了钢的牢固，实木的自然风格，提升别墅档次，与别墅的风格自然融为一体。

2、钢木车库门的受力点全部在钢架上，实木面板嵌入钢架内，在大大增加了钢木车库门的使用寿命。

3、钢木车库门的实木门板是通过开槽后，嵌入到钢架上，且每一块实木板之间也是有凸凹结构，榫接为一体。车库门整体为无钉固定结构，既解决了实木的变形问题，也防止了因钉子的生锈而应响门板联接。

4、在门板所有结构中，门板之间及钢架与门板之间全部为无钉结构，在门板运动中，不会因产生松动、变型，门板结构牢固、合理。

5、实木门板表油漆采用户外耐候漆，可以根据别墅特点，选用风格相配的色彩，钢实车库门门板造形也可适合别墅的定位，整体可以做到有机结合为一体，为别墅增添价值。

实木结构门门板厚度为20㎜，门体整体厚度55㎜，面板采用防腐处理和高温脱水处理的优质实木，设计新颖，美观大方，又不失实用性。天然的木纹纹理和色泽，透着古典风格，对崇尚回归自然的装修风格的家庭来说，无疑是最佳的选择。实木门

自古以来就透着一种温情，不仅外观华丽，雕刻精美，而且款式多样，个性化的设计可以满足不同的客户需要。

木材的选择：老美松、桤木、胡桃木、沙比利等进口实木。

但是实木门容易开裂。而让实木门不开裂方案如下：

1、首先是有设置遮雨篷，雨水可以直接淋到门上；

2、门板涨缩除了受自然环境的影响以外，还与材料本身的变形程度有关；

3、可以采用变形较小的材料，并且控制好材料的含水率；

4、根据当地的自然气候条件，我们生产门扇的木材要进行烘干处理，并且要回潮一周以上，给材料足够的养生期，使材料的含水率稳定在12%左右，然后再开始开料加

5、另外生产过程中材料的含水率也要控制好，从开料到半成品直至较交油漆前均需保证材率料不吸潮，含水率不上升。这就需要材料及时放入恒温房以保持木材的含水率不上升。

6、在制作工艺上，通过不同结的的隼接结构，在门结构最重要的地可以变形地方，加入防变形胶条，这样把变形变为最小。不会应响取门的外观及使用。

1.3 研究内容及方法

基于翻板式、卷帘式车库门的普适性，本文旨在研究这两类车库门结构，并对提出的机构进行设计与分析。

针对翻板式车库门，本来可通过解析几何的方法确定连杆的尺寸和铰接位置,这虽然可以确定门板的运动轨迹,但并不易对其动力学进行分析研究,为了克服这一困难本论文给出了提升机构的ADAMS建模过程,对模型进行了仿真分析,并在此基础上,通过对数据作进一步分析与比较,对机构进行了故障分析并给出相应的解决方案；

由于卷帘门减速机构在操作上的复杂性，我们没有进行ADAMS仿真，而是简要的计算了减速机构中各构件的转速和角速度。

第2 章车库门方案的选型设计

2.1 车库门的设计要求

如今，城市居民建筑集中在小区内，对空间的要求较高。所以车库门的设计主要解决的问题是：在简便、耐用、安全可靠基础上要节省空间，保证在尽量小的空间内完成工作。为此，要求车库门打开时，就不能像普通房门一样，朝外或者朝内翻转。

2.2 车库门类型的确定

综合以上车库门的设计要求，并从安装车库门的空间大小及门本身结构设计要求等诸多方面的考虑确定要研究车库门的基本类型：翻板式车库门，卷帘式车库门。

2.2.1 翻板式车库门（最终设计机构）

车库门门板是一块整体的刚性板。门开启时通过一定的提升机构将门板上翻提升，但是提升的过程必须满足一定的特殊条件，门板必须有足够的提升高度且门板外伸的距离也不能太大。

翻板式车库门提升机构所实现的功能就是将门板由竖直状态提升至水平或近似水平状态将车库门打开。提升机构是主要的实现机构，机构的设计要能实现畅通的运动轨迹又要力求简单同时还须满足力学上的要求。

2.2.2卷帘式开门机构（此机构不理想未进行详尽计算并仿真）

卷帘门是以多关节活动的门片串联在一起，在固定的滑道内，以门上方卷轴为中心转动上下的门。卷帘门同墙的作用一样起到水平分隔，它由帘板、座板、导轨、支座、卷轴、箱体、控制箱、卷门机、限位器，门楣、手动速放开关装置、按钮开关和保险装置等13个部分组成，一般安装在不便采用墙分隔的部位。卷帘门适用于商业门面、车库、商场、医院、厂矿企业等公共场所或住宅。尤其是门洞较大，不便安装地面门体的地方起到方便、快捷开启作用。如用于车库门、商场防火卷帘门、飞机库门等。

2.3 车库门构件的运动简图

2.3.1 方案Ⅰ——翻板式开门机构

为满足上述要求，拟设计车库门朝上翻转打开，采用翻板式结构，以下是7种可能的运动方案：

车库门

车库门

车库门

图2-1 运动方案⑴，⑵，⑶

2-2 运动方案 ⑷，⑸，⑹

车库门

车库门

车库门

车库门

原动件

A

F

E

D

C

B

2-3方案（7）

七种运动方案图的简要分析：

图2-3-1：

方案(1)是传统翻板式车库门，采用铰链四杆机构，实现车库门朝上翻转打开，朝下翻转关上。

方案（2）是结合设计思路（2）采用凸轮和连杆组合机构，可以实现车库门垂直朝上打开，这样就节省地面空间。

方案（3）是借鉴《机械原理》书上的连杆机构，是一个Ⅱ级机构。

图2-3-2：

方案（4）很简单，就是摆动从动件凸轮机构。

方案（5）结合了平行四边形机构和滑块架构，由两个滑块带动门，朝内翻转。

方案（6）两个滑块的相背运动可以将门朝上翻转打开，而两个滑块的相向运动可以使门朝下翻转合上。考虑将一个滑块装在车库内，而将另一个滑块安装在车库

外的遮雨棚顶上。

图2-3-3：

方案（7）采用该六杆机构ABCDEF，AB杆表示车库门，BD杆表示原动件；转动原动件BD，AB杆（车库门）能实现两个位置：开门、关门。该机构是六杆机构，七

个转动副，没有高副。综合以上几种方案的分析可知前六个方案都比较简单，

方案(7)有一定的工作量，并且在杆组尺寸计算时具有一定的挑战性。鉴于课

程设计要求工作量，所以我们选择方案（7）。

2.2 方案Ⅱ——卷帘式开门机构（此机构不理想未进行详尽计算并仿真）

卷帘门的核心机构是“电机——减速器——卷筒”。电机的转速一般高达600r/min以上，而门片有一定刚性，要求卷筒的转速较低，一般为20r/min，所以减速器需要很高的减速比。我们采用带传动与周转轮系机构设计了新型卷帘门减速器。带传动采用V带传动，在不增大两带轮直径比的情况下，传动比可以很大，传动效率也较高。2K-H型周转轮系设计卷帘门减速器, 2K-H轮系中有两个太阳轮（2K），H表示系杆。2K-H减速器是应用最为广泛的减速装置，其一级传动比为1.14~12.5，多级可达2500，其机构简图见图2-4。

卷帘式车库门在工程中应用广泛，该机构体积和重量都很小，但是传动比却很大，而且传动效率也比较高。

图2-4 卷帘式车库门机构简图

电机

带传动

2K-H 型周转轮系

滚筒

第3 章 车库门机构的尺寸设计

3.1 翻板式开门机构

3.1.1机构的尺寸设计方法

处理该方案时我们采用图解法进行开门机构的的尺寸设计。具体的设计要求如下： 设计一个六杆机构ABCDEF ，要求杆1（车库门）实现两个位置AB (AB 水平，

090ABC ∠=），''A B (''A B 竖直，''',,A B C 共线）。已知固定铰链点D 的位置（d x ，d y ）。

作图法原理：

首先，根据设计要求，找出机构运动几何尺寸之间的关系；然后利用这些关系按照一定的比例作图；最后，从所作得图中量取所要确定的机构的运动尺寸。 具体作图的原理和步骤见附录一。

3.1.2三维建模

在完成尺寸设计后，我们利用SOLIDWORKS 进行了车库门的三维设计，在接下来的ADAMS

仿真中也要利用到三维设计文件。在设计过程中，关键点在于车库门、门架、杆组的空间结构设计。在SOLIDWORKS 软件界面中很难发现各构件是否形成干涉，所以要求在设计过程中进行一次次的干涉检查与空间调整。此外采用作图法计算的杆组尺寸带有误差，在三维设计时要求尺寸的精度较高，所以在装配过程中经常有安装不到位的问题，所以在作图法的基础上我们又利用SOLIDWORKS 进行了尺寸上的细微调整。下图3-1，3-2，3-3是车库门的三维效果图。

图3-1

图示3-1车库门正在朝下翻转，本设计的创新点在于门板打开和关上的过程中都不会碰到车库天花板。

图3-2

图示车库门处于打开位置，这个时候只要原动件固定，门板就能在这个位置停住，保持

门板

开门机构

门架