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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)是由提升機構(gòu)、傳動機構(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，人們家里的陽臺門、陽光門、隔斷門等對提升推拉門應(yīng)用不斷增多，對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)是提升機構(gòu)和鎖閉部件，下面對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進行力學分析。

　　二、技術(shù)分析

　　一)傳動部分

　　1、系統(tǒng)傳動機構(gòu)選擇

　　門扇的提升與下降功能是通過給執(zhí)手施加扭矩，驅(qū)動曲柄滑塊機構(gòu)，帶動傳動桿，輪組座沿著輪組提升機構(gòu)方向運動，實現(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，所以將輪組提升機構(gòu)提升的高度設(shè)計為8mm;

　　系統(tǒng)傳動可選擇連桿傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)構(gòu)件間用轉(zhuǎn)動低副連接，傳動可靠，承載力大，耐磨性能好。連桿機構(gòu)能實現(xiàn)多種運動形式的變換和多種運動規(guī)律的輸出，構(gòu)件中的運動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)傳動原理圖;圖3為輪組提升機構(gòu)原理圖。

圖1 型材截面圖

圖2 系統(tǒng)傳動原理圖

圖3 輪組提升機構(gòu)原理圖

　　按圖3所示分析，機構(gòu)提升8mm，在水平方向傳動距離L為未知， 角越大，整個門扇下降越快，執(zhí)手的反應(yīng)是快速反彈，很容易造成執(zhí)手傷人;當 角過小，可能整個門扇無法下降，需要用力旋轉(zhuǎn)執(zhí)手，才能完成機構(gòu)下降功能。

　　2、機構(gòu)下降時，輪組提升機構(gòu)的力學分析

　　機構(gòu)下降時，輪組提升機構(gòu)力學模型如圖4。

圖4 機構(gòu)下降時，輪組提升機構(gòu)力學模型

　　F為水平方向的驅(qū)動力，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、機構(gòu)提升時，輪組提升機構(gòu)的力學分析

　　當機構(gòu)提升時，輪組提升機構(gòu)的力學模型如圖5：

圖5 機構(gòu)提升時，輪組提升機構(gòu)的力學模型

　　4、輪組提升機構(gòu)傾斜角度 和水平傳動距離 L 的計算

　　6、方孔中心到曲柄滑塊運動軌跡間的距離h，即曲柄力臂的計算

　　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)計出曲柄滑塊機構(gòu)原理圖，校核 h值，見圖7。

圖7 曲柄滑塊機構(gòu)原理圖

　　以上具體的數(shù)值計算和分析為門扇質(zhì)量300kg對五金件承重要求苛刻的情況。按標準JG/T 308-2011 5.4.1條款：單個活動扇質(zhì)量不大于200kg時，系統(tǒng)初始操作力不應(yīng)大于100N;單扇活動扇質(zhì)量大于200kg,供需雙方商定。門扇質(zhì)量200kg相關(guān)數(shù)值的計算和分析與上述方法一樣，在這就不再累贅。

　　二)、零件強度計算和材質(zhì)選用

　　1、機構(gòu)提升時輪軸的受力計算及材料的選取

　　圖8為輪子受力分析示意圖，兩組輪組，四個輪子承受300kg質(zhì)量的重力。

圖8 輪子受力分析示意圖

　　2、機構(gòu)提升時轉(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)計尺寸。

圖9 機構(gòu)提升狀態(tài)示意圖

　　3、前輪組固定板的強度計算

　　兩滑輪之間為可抽象為兩端固定的梁，力學模型如圖10

圖10 兩端固定的梁力學模型

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”的強度計算及材料的選用

　　應(yīng)用可同時解決線性和非線性復雜問題的工程模擬有限元分析軟件ABAQUS進行力學分析：在門扇300kg質(zhì)量的重力作用下，機構(gòu)提升時所需驅(qū)動力 =1483N，應(yīng)力分析結(jié)果如圖12：

圖12

　　5、曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄零件轉(zhuǎn)動器的強度計算和材料選用

圖13

　　6、塑料輪材料的選擇和尺寸設(shè)計

　　接觸應(yīng)力是指兩個接觸物體相互擠壓時在接觸區(qū)及其附近產(chǎn)生的應(yīng)力。因輪子與軌道間實際不是面接觸，所以輪子與軌道的運動副為高副，如果輪子的材料選擇和尺寸設(shè)計不當，會在接觸表面的局部區(qū)域產(chǎn)生剝落，形成麻點或凹坑，使運轉(zhuǎn)噪聲增大，振動加劇，溫度升高，磨損（詞條“磨損”由行業(yè)大百科提供）加快，最后導致零件失效。

　　三、在實際工作中的應(yīng)用

　　提升推拉五金系統(tǒng)在建筑當中優(yōu)點較多，各種型材，如鋁合金型材、塑料型材、實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)的普通推拉門晃動較大的問題。與推拉折疊門相比，雖然通過空間相對推拉折疊門較小，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)計和制作工藝的問題，良莠不齊，問題較多。

　　通過本文的上述分析，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)計中的理論分析和結(jié)構(gòu)分析的方法，那么今后在實際應(yīng)用中，我們應(yīng)該對結(jié)構(gòu)進行詳細分析，得出最合理的方案。

　　行業(yè)內(nèi)不少廠家只是拿相似的配件進行逆向設(shè)計，不去深入考慮其應(yīng)用方面的問題，結(jié)果設(shè)計制作后問題多多，造成很多不良影響。

　　四、結(jié)論

　　通過對提升推拉五金系統(tǒng)的提升原理、結(jié)構(gòu)分析、強度分析，我們對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。相信大家對提升推拉五金系統(tǒng)的設(shè)計理念有了更深層次的了解，希望提高行業(yè)的整體設(shè)計水平，對五金系統(tǒng)的整體制作水平能有提高。

　　參考資料

　　[1] 《大學物理》 高等教育出版社

　　[2] 《理論力學》 高等教育出版社

　　[3] 《材料力學》 高等教育出版社

　　[4] 《機械設(shè)計手冊》 機械工業(yè)出版社