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一、前言
提升推拉門五金系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于鋁合金、塑料和實(shí)木等不同的型材門上 ，本文以鋁合金提升推拉門（詞條“推拉門”由行業(yè)大百科提供）為例展開闡述;提升推拉門五金系統(tǒng)是由提升機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鎖閉部件等組成的，可以使門具有升降、推拉、鎖閉等功能的五金系統(tǒng)。隨著生活水平的提高，人們家里的陽(yáng)臺(tái)門、陽(yáng)光門、隔斷門等對(duì)提升推拉門應(yīng)用不斷增多，對(duì)提升推拉門的功能和性能要求也日益提高，如開啟扇大尺寸、大重量，操作輕便、靈活等，提升推拉門關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)是提升機(jī)構(gòu)和鎖閉部件，下面對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析。
二、技術(shù)分析
一)傳動(dòng)部分
1、系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇
門扇的提升與下降功能是通過(guò)給執(zhí)手施加扭矩，驅(qū)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)傳動(dòng)桿，輪組座沿著輪組提升機(jī)構(gòu)方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)門扇的提升與下降功能。
三種提升推拉型材門的型材配合槽口如圖1，由圖可知鋁合金提升推拉門搭接為8mm，所以將輪組提升機(jī)構(gòu)提升的高度設(shè)計(jì)為8mm;
系統(tǒng)傳動(dòng)可選擇連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件間用轉(zhuǎn)動(dòng)低副連接，傳動(dòng)可靠，承載力大，耐磨性能好。連桿機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式的變換和多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律的輸出，構(gòu)件中的運(yùn)動(dòng)副元素多為圓柱或平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供），加工方便，精度容易保證。圖2為系統(tǒng)傳動(dòng)原理圖;圖3為輪組提升機(jī)構(gòu)原理圖。
圖1 型材截面圖
圖2 系統(tǒng)傳動(dòng)原理圖
圖3 輪組提升機(jī)構(gòu)原理圖
按圖3所示分析，機(jī)構(gòu)提升8mm，在水平方向傳動(dòng)距離L為未知， 角越大，整個(gè)門扇下降越快，執(zhí)手的反應(yīng)是快速反彈，很容易造成執(zhí)手傷人;當(dāng) 角過(guò)小，可能整個(gè)門扇無(wú)法下降，需要用力旋轉(zhuǎn)執(zhí)手，才能完成機(jī)構(gòu)下降功能。
2、機(jī)構(gòu)下降時(shí)，輪組提升機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析
機(jī)構(gòu)下降時(shí)，輪組提升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型如圖4。
圖4 機(jī)構(gòu)下降時(shí)，輪組提升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型
F為水平方向的驅(qū)動(dòng)力，f為摩擦力， 為摩擦系數(shù)， 為摩擦角;
假設(shè)下降階段為勻速，根據(jù)力的平衡方程得：
3、機(jī)構(gòu)提升時(shí)，輪組提升機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析
當(dāng)機(jī)構(gòu)提升時(shí)，輪組提升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型如圖5：
圖5 機(jī)構(gòu)提升時(shí)，輪組提升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型
4、輪組提升機(jī)構(gòu)傾斜角度 和水平傳動(dòng)距離 L 的計(jì)算
6、方孔中心到曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)軌跡間的距離h，即曲柄力臂的計(jì)算
按JG/T 308-2011建筑門用提升推拉五金系統(tǒng)第5.4.1規(guī)定：提升推拉五金系統(tǒng)初始執(zhí)手操作力不應(yīng)大于100N。執(zhí)手的操作力要求垂直手柄中心線，距離執(zhí)手旋轉(zhuǎn)中心230mm處施加100N，如圖6。
圖6 執(zhí)手的操作力示意圖
可用圖解法設(shè)計(jì)出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖，校核 h值，見圖7。
圖7 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖
以上具體的數(shù)值計(jì)算和分析為門扇質(zhì)量300kg對(duì)五金件承重要求苛刻的情況。按標(biāo)準(zhǔn)JG/T 308-2011 5.4.1條款：?jiǎn)蝹�(gè)活動(dòng)扇質(zhì)量不大于200kg時(shí)，系統(tǒng)初始操作力不應(yīng)大于100N;單扇活動(dòng)扇質(zhì)量大于200kg,供需雙方商定。門扇質(zhì)量200kg相關(guān)數(shù)值的計(jì)算和分析與上述方法一樣，在這就不再累贅。
二)、零件強(qiáng)度計(jì)算和材質(zhì)選用
1、機(jī)構(gòu)提升時(shí)輪軸的受力計(jì)算及材料的選取
圖8為輪子受力分析示意圖，兩組輪組，四個(gè)輪子承受300kg質(zhì)量的重力。
圖8 輪子受力分析示意圖
2、機(jī)構(gòu)提升時(shí)轉(zhuǎn)角（詞條“轉(zhuǎn)角”由行業(yè)大百科提供）塊處各受力連接軸的受力計(jì)算及材料的選取
結(jié)合制造工藝和裝配工藝，可以算出各受力軸的設(shè)計(jì)尺寸。
圖9 機(jī)構(gòu)提升狀態(tài)示意圖
3、前輪組固定板的強(qiáng)度計(jì)算
兩滑輪之間為可抽象為兩端固定的梁，力學(xué)模型如圖10
圖10 兩端固定的梁力學(xué)模型
圖11 輪組固定板橫截面示意圖
4、轉(zhuǎn)角連接處零件“轉(zhuǎn)角塊”的強(qiáng)度計(jì)算及材料的選用
應(yīng)用可同時(shí)解決線性和非線性復(fù)雜問(wèn)題的工程模擬有限元分析軟件ABAQUS進(jìn)行力學(xué)分析：在門扇300kg質(zhì)量的重力作用下，機(jī)構(gòu)提升時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力 =1483N，應(yīng)力分析結(jié)果如圖12：
圖12
5、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄零件轉(zhuǎn)動(dòng)器的強(qiáng)度計(jì)算和材料選用
圖13
6、塑料輪材料的選擇和尺寸設(shè)計(jì)
接觸應(yīng)力是指兩個(gè)接觸物體相互擠壓時(shí)在接觸區(qū)及其附近產(chǎn)生的應(yīng)力。因輪子與軌道間實(shí)際不是面接觸，所以輪子與軌道的運(yùn)動(dòng)副為高副，如果輪子的材料選擇和尺寸設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)在接觸表面的局部區(qū)域產(chǎn)生剝落，形成麻點(diǎn)或凹坑，使運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲增大，振動(dòng)加劇，溫度升高，磨損（詞條“磨損”由行業(yè)大百科提供）加快，最后導(dǎo)致零件失效。
三、在實(shí)際工作中的應(yīng)用
提升推拉五金系統(tǒng)在建筑當(dāng)中優(yōu)點(diǎn)較多，各種型材，如鋁合金型材、塑料型材、實(shí)木型材所要求的槽口尺寸基本一致，槽口形式基本就是槽口大、小兩種，配件比較通用。使用上，由于采用了膠條（詞條“膠條”由行業(yè)大百科提供）密封，所以比傳統(tǒng)普通推拉門物理性能要好的多;并且避免了傳統(tǒng)的普通推拉門晃動(dòng)較大的問(wèn)題。與推拉折疊門相比，雖然通過(guò)空間相對(duì)推拉折疊門較小，但比較穩(wěn)定，安裝之后的效果及壽命更好。
行業(yè)中，目前提升推拉門五金系統(tǒng)生產(chǎn)廠家比較多，但由于技術(shù)設(shè)計(jì)和制作工藝的問(wèn)題，良莠不齊，問(wèn)題較多。
通過(guò)本文的上述分析，我們已經(jīng)比較清楚地了解了提升推拉門五金系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的理論分析和結(jié)構(gòu)分析的方法，那么今后在實(shí)際應(yīng)用中，我們應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，得出最合理的方案。
行業(yè)內(nèi)不少?gòu)S家只是拿相似的配件進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，不去深入考慮其應(yīng)用方面的問(wèn)題，結(jié)果設(shè)計(jì)制作后問(wèn)題多多，造成很多不良影響。
四、結(jié)論
通過(guò)對(duì)提升推拉五金系統(tǒng)的提升原理、結(jié)構(gòu)分析、強(qiáng)度分析，我們對(duì)提升推拉門五金系統(tǒng)中的技術(shù)理論分析有了初步的印象。相信大家對(duì)提升推拉五金系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念有了更深層次的了解，希望提高行業(yè)的整體設(shè)計(jì)水平，對(duì)五金系統(tǒng)的整體制作水平能有提高。
參考資料
[1] 《大學(xué)物理》 高等教育出版社
[2] 《理論力學(xué)》 高等教育出版社
[3] 《材料力學(xué)》 高等教育出版社
[4] 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社
