黃東陽(yáng)

（廈門宏泰科技研究院有限公司，福建 廈門361000）

按照使用場(chǎng)所的不同，鎖具可以分為門鎖、窗鎖、車鎖、家具鎖和箱包鎖等等，而家具鎖又可分為抽屜鎖和櫥柜鎖等。按照控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)啟閉方式的不同，鎖具可以分為傳統(tǒng)機(jī)械鎖和電子智能鎖。電子智能櫥柜鎖是一種以電子方式識(shí)別處理網(wǎng)絡(luò)通訊、生物特征、電子數(shù)據(jù)等信息并控制機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)施啟、閉，使用在櫥窗、櫥柜等家具上的鎖。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是通信信息和生物識(shí)別等技術(shù)的更新?lián)Q代，電子智能鎖的功能越來越完善，接入的生活場(chǎng)景也越來越多。目前，國(guó)內(nèi)電子智能鎖大多見于防盜門和特殊用途的地方，在櫥柜上比較少見。而在國(guó)外，很多家庭已經(jīng)開始使用電子櫥柜鎖；在一些像洗浴中心、健身房、醫(yī)院和體育館等等公共場(chǎng)所，更是得到廣泛使用。電子智能櫥柜鎖具有使用方便和管理高效等優(yōu)點(diǎn)，而相比電子智能防盜門鎖，又具有價(jià)格低廉、安裝方便和需求量大等優(yōu)勢(shì)。因此，在現(xiàn)階段開發(fā)制造電子櫥柜鎖具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)效益。本文根據(jù)櫥柜鎖的使用場(chǎng)景和安裝方式，設(shè)計(jì)了一個(gè)可以采用各種電子信息和生物特征作為載體控制的鎖體，可以滿足國(guó)標(biāo)的相關(guān)要求，可以適用左、右開門模式，可以方便產(chǎn)品的衍生或升級(jí)。只需更換外置識(shí)讀面板就可以滿足不同的外觀和功能需求，如衍生為卡片式、密碼按鍵式和網(wǎng)絡(luò)控制式等等不同型式的電子智能鎖。

1 電子智能櫥柜鎖鎖體的設(shè)計(jì)任務(wù)

根據(jù)實(shí)際使用情況，并參考國(guó)標(biāo)中關(guān)于家具鎖的相關(guān)要求，確定所要設(shè)計(jì)鎖體的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)為：鎖舌伸出長(zhǎng)度不少于6mm，以保證鎖閉的可靠性；鎖舌完全伸出或收縮時(shí)間不大于1s，以避免降低使用體驗(yàn)；當(dāng)鎖舌承受不大于2kgf的側(cè)向載荷時(shí)，仍可縮回，以保證當(dāng)柜子塞滿或其他異常導(dǎo)致門板被卡緊時(shí)，仍可正常開鎖；鎖舌所能承受的最大側(cè)向靜載荷不小于40kgf，以保證足夠的鎖閉強(qiáng)度；使用壽命不少于20000次。

2 電子智能櫥柜鎖鎖體的設(shè)計(jì)方案

為了達(dá)到采用各種載體控制鎖體實(shí)現(xiàn)鎖閉的目的，鎖體應(yīng)包含原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制部分和輔助部分等五個(gè)模塊。

圖1是實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)和要求的鎖體結(jié)構(gòu)方案圖，其工作原理如下。

2.1 原動(dòng)機(jī)

圖1中的3為鎖體的原動(dòng)機(jī)，采用微型電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源。通過電池供電，微型電動(dòng)機(jī)呈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，并輸出一定的轉(zhuǎn)矩，以驅(qū)動(dòng)鎖體完成啟閉功能。

2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖1中的1為鎖體的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用的是齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。首先，通過微型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，蝸桿與小雙聯(lián)齒輪中的大齒輪嚙合，完成第一級(jí)減速；接著，小雙聯(lián)齒輪中小齒輪與大雙聯(lián)齒輪中的大齒輪嚙合，完成第二級(jí)減速；最后，大雙聯(lián)齒輪中的小齒輪與齒條嚙合，完成第三級(jí)減速，并最終完成將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，小轉(zhuǎn)矩變?yōu)榇筠D(zhuǎn)矩的目的。

2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

圖1中的2為鎖體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也就是常說的鎖舌，采用的是斜舌部件。通過2個(gè)壓縮彈簧來連接斜舌部件與齒條，以達(dá)到柔性連接的目的。通過柔性連接，當(dāng)關(guān)門的時(shí)候，斜舌可以自動(dòng)伸縮；當(dāng)斜舌被卡住或超過行程時(shí)，電機(jī)仍可正常運(yùn)行，而不會(huì)引起過載；當(dāng)異常排除后，斜舌可自動(dòng)復(fù)位。

圖1 電子智能櫥柜鎖鎖體結(jié)構(gòu)方案圖

2.4 控制部分

圖1中的4為鎖體的控制電路板，主要包括變壓穩(wěn)壓控制芯片，微型電動(dòng)機(jī)控制芯片，以及電感、電阻、電容、二極管、三極管、復(fù)位開關(guān)和各種連接接口等電子元器件。用于根據(jù)外部識(shí)別所獲得的信息，控制和保證電機(jī)正常工作。

2.5 輔助部分

圖1中的5為鎖體的輔助部分，主要包括鎖殼、電池彈簧、連接導(dǎo)線、潤(rùn)滑脂和螺釘?shù)鹊?。其中，鎖殼分為三部分，一部分是裝載電池彈簧、電池和控制板的電池盒；一部分是定位和緊固電機(jī)、傳動(dòng)件和斜舌等活動(dòng)件，起啟閉功能的鎖舌盒；一部分是固定電池盒和鎖舌盒，并作為安裝板的固定殼。將鎖殼分開的好處是，可以根據(jù)不同部分的功能和強(qiáng)度要求，采用不同的材質(zhì)和加工工藝，比如電池盒和鎖舌盒可以采用塑膠材料，固定殼可以采用金屬材料，以降低成本和便于管控；可以將鎖舌盒設(shè)計(jì)成便于拆裝的部件，并只須改變其裝配方向，就可以滿足左開門或右開門的使用要求。

3 電子智能櫥柜鎖鎖體的設(shè)計(jì)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)任務(wù)和方案，確定了整機(jī)結(jié)構(gòu)和零部件類型，取鎖舌伸出長(zhǎng)度為13mm；選擇微型電動(dòng)機(jī)額定電壓為6.0V，滿載轉(zhuǎn)速為12000r/min，滿載轉(zhuǎn)矩為5.1g·cm；確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比為100.8，并分配各級(jí)傳動(dòng)比；計(jì)算運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)，可得，鎖舌完全伸出或縮回所需時(shí)間為0.35s，并且在承受最大2.15kgf的側(cè)向載荷時(shí)，仍可縮回。

基于上述分析和計(jì)算，以及根據(jù)各零部件的選材和相應(yīng)制造工藝，在Creo Parametric設(shè)計(jì)平臺(tái)上，按圖1所示結(jié)構(gòu)方案，對(duì)鎖體進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，外形效果如圖2所示，各零部件的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 電子智能櫥柜鎖鎖體外形效果圖

對(duì)各零部件進(jìn)行手板制作，經(jīng)實(shí)際組裝和電機(jī)上電測(cè)試，證明上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是可行的。

圖3 電子智能櫥柜鎖鎖體爆炸圖

4 電子智能櫥柜鎖鎖體樣品制作和測(cè)試驗(yàn)證

根據(jù)上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)各注塑零件、壓鑄零件和沖壓零件進(jìn)行開模制作，對(duì)其他零部件進(jìn)行加工定制或購(gòu)買，并最終裝配成實(shí)際樣品，如圖4（a）所示。使鎖舌處于完全伸出狀態(tài)，采用游標(biāo)卡尺測(cè)量鎖舌面板至鎖舌頂部距離為13.11mm，并采用秒表記錄鎖舌完全收縮時(shí)間為0.55s。將樣品安裝于實(shí)驗(yàn)柜門板上，符合安裝和使用要求，如圖4（b）所示。結(jié)合專用的測(cè)試設(shè)備，對(duì)鎖體進(jìn)行開、關(guān)門模擬測(cè)試，20000次循環(huán)測(cè)試之后，鎖體仍能正常使用。

圖4 電子智能櫥柜鎖鎖體實(shí)際樣品示意圖

將鎖體安裝于專用夾具上，鎖舌處于完全伸出狀態(tài)，在距離鎖舌面板3±0.2mm處，采用萬能材料推拉力機(jī)對(duì)鎖舌施加2kgf的側(cè)向靜載荷并保持，如圖5所示，此時(shí)對(duì)鎖體進(jìn)行上電操作，鎖舌可正?？s回。進(jìn)一步增加側(cè)向靜載荷，直至鎖體破壞，記錄極限推力值為47.5kgf。

圖5 強(qiáng)度測(cè)試

測(cè)試驗(yàn)證表明，設(shè)計(jì)完成的鎖體樣品完全符合上述設(shè)計(jì)任務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的使用目的。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)完成的電子智能櫥柜鎖鎖體的外形尺寸協(xié)調(diào)，總體布局和各零部件的結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)動(dòng)件之間具有合理的配合關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)被各種信息控制啟、閉的功能，方便安裝和使用，具有較高的可靠性，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。