謝瑞龍　姚順　穆仕強(qiáng)　金鑫　潘國林

摘 要：門一直在人類發(fā)展史上起著重要的作用，能夠使人與外部環(huán)境向隔離以達(dá)到一些目的，比如說取暖，防御等重要作用。隨著社會(huì)的發(fā)展，門也經(jīng)歷的許多變化。從最開始的木門到現(xiàn)在的鐵門經(jīng)過許多的變化，逐漸到了一個(gè)成熟的類型。但開門的機(jī)制還是以拉動(dòng)門栓而到達(dá)目的的結(jié)構(gòu)，還出現(xiàn)了許多基于電信號(hào)來控制開門的裝置，比如：遙控，指紋，人臉識(shí)別等。

關(guān)鍵詞：曲柄連桿;電機(jī)開鎖;設(shè)計(jì)

隨著人們生活條件的提升，越來越多的自動(dòng)開門裝置出現(xiàn)在了我們的眼前。有些自動(dòng)開門的裝置既方便又美觀，贏得了廣大消費(fèi)者的喜愛。但是面對(duì)琳瑯滿目的自動(dòng)開門裝置該如何選擇，讓消費(fèi)者們感到茫然。對(duì)此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)專門應(yīng)用于學(xué)生宿舍的開門裝置。這個(gè)開門裝置的想法來源于我們?cè)谌粘Ｔ趯W(xué)校的生活中，各個(gè)宿舍的同學(xué)之間熟悉起，互相逛寢室也成為了一種習(xí)慣。但是，寢室門不是隨時(shí)都開著的，敲門自然要去開門，但如果我們正在忙一些走不開的事情呢？如果這時(shí)有人來，開不開門就成了一個(gè)難題，去開門又會(huì)耽誤我們此刻手上的工作，宿舍門的開關(guān)成為了我們目前的一個(gè)難題。所以這個(gè)想法就是為了我們?cè)谧銎渌虑榈臅r(shí)候能夠更快速地為他們開門。

一、基本原理

通過大量的分析和實(shí)際的考察，我們選擇連桿機(jī)構(gòu)和皮帶輪機(jī)構(gòu)來作為動(dòng)力裝置。

二、拉動(dòng)門栓機(jī)構(gòu)（皮帶輪機(jī)構(gòu)）

我們最初選擇凸輪機(jī)構(gòu)和輪帶機(jī)構(gòu)。根據(jù)不同環(huán)境的分析，我們最終選擇了最適合我們裝置的皮帶輪機(jī)構(gòu)。凸輪雖然能夠高效的完成目的，但要求精度很高，一旦達(dá)不到這種精度，就不能夠完成工作。同步輪雖然能夠較好的完成工作，但是相對(duì)的所占的體積也會(huì)變大。但輪帶的容錯(cuò)性相對(duì)于凸輪而言比較高，沒有太高的精度要求，而且能夠簡單的完成拉動(dòng)門的工作。主體結(jié)構(gòu)如圖2、圖3。

如圖4，在輪中央打一帶鍵槽的孔，以達(dá)到將輪與電機(jī)相互固定的目的。

如圖5，在輪上打一通孔，將皮帶用自攻螺絲固定于槽中，達(dá)到輪與皮帶同步轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。

三、拉動(dòng)門裝置（連桿機(jī)構(gòu)）

對(duì)與裝置的執(zhí)行開關(guān)門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。最先提出的小車方案：在門上安裝小車，利用小車的前進(jìn)或者后退來帶動(dòng)門的旋轉(zhuǎn)，以此來達(dá)到開關(guān)門的目的;這種方案有著明顯的缺點(diǎn)。

（1）小車與門的連接困難。

（2）小車與地面的接觸程度難以調(diào)整，可能不能提供足夠的供小車移動(dòng)帶動(dòng)門旋轉(zhuǎn)摩擦力。

（3）小車在復(fù)雜凹凸類型地面的移動(dòng)不理想。

（4）方案設(shè)計(jì)復(fù)雜。

（5）成本過高。

因此，開門執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用連桿機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿）;通過在門頂部與墻體間安裝曲柄連桿機(jī)構(gòu)來達(dá)到門的開關(guān)動(dòng)作。如圖6。

連桿與門連接處到門框的水平距離為曲柄（整轉(zhuǎn)副），與電機(jī)連接的桿與搖桿（擺動(dòng)副），電機(jī)與搖桿的連接點(diǎn)到門框的水平距離為機(jī)架連接曲柄和搖桿的桿在運(yùn)動(dòng)過程中做平面一般運(yùn)動(dòng)。當(dāng)門鎖打開后與搖桿連接的電機(jī)通電開始運(yùn)作，搖桿開始做擺動(dòng)，開門時(shí)電機(jī)帶動(dòng)搖桿朝遠(yuǎn)離門的方向緩慢擺動(dòng);關(guān)門時(shí)電機(jī)帶動(dòng)搖桿緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)回到原來的的位置。再通過連桿的傳動(dòng)后曲柄做一定角度的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)的角度區(qū)間位于0到180之間。

利用CAD繪制出執(zhí)行機(jī)構(gòu)簡圖如圖8。

AD為機(jī)架;AB為曲柄（門的一部分）;BC為連桿;CD為搖桿。圖中θ為門旋轉(zhuǎn)的角度，門在閉合的狀態(tài)時(shí)用圖中紅色連桿表示;門在開啟狀態(tài)時(shí)用圖中的黃色連桿表示。

為了便于安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須做到所占空間盡可能地小，經(jīng)過實(shí)地測量門的各種數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)機(jī)架AD的距離為40cm;曲柄AB的距離為15cm，設(shè)計(jì)其為四桿中最短桿。在實(shí)際生活中θ不用到達(dá)180°，所以取θ最大角度為150°則此時(shí)搖桿與墻體垂直。

得到：

因這平面四連桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿所以連桿最長為35cm。

根據(jù)四連桿有曲柄的約束條件：最長桿長度+最短桿長度≦其余兩桿長度之和。

則：

在圖中黃色連桿所構(gòu)成的三角形中，由幾何關(guān)系知：

四、結(jié)語

總的來說，自動(dòng)化裝置的設(shè)計(jì)多樣化在一定的程度上是來源于自動(dòng)化技術(shù)的興起。而自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展?jié)摿涂臻g非常廣泛，在外觀、細(xì)節(jié)、功能和技術(shù)等方面上都可以得到更多的提升，在這些可變的前提下才能滿足更多當(dāng)代人的需求。因此我國在未來發(fā)展的方向中，需要不斷地在自動(dòng)化方向中去創(chuàng)新，去探索，為自動(dòng)化的發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力。