CNS-I抽屉锁耐用度测试仪

 

原理及结构分析

 

中国日用五金技术开发中心

程继波

 

三 锁具结构及附加结构分析

最后确定的本测试仪传动原理及结构如图5所示。

 

该测试仪的工作是这样运行的：电机开始后（见图5）带动A轴转动。A轴通过齿轮2带动惰轮5使得B轴正转（见图3空间布置）。B轴转过一周后，不完全齿轮3与主轴齿轮6啮合实现反转一周。之后，凸轮4与圆盘7接触，使得B轴作轴向运动。B轴向左运动也就是拔出钥匙后，由复位弹簧8使其复位，此时，钥匙插入。这样，完成一个测试周期。当工作中发生意外时，牙嵌式离合器动作，使主轴与电机脱离接触，同时，控制系统将使电机停车并发出报警，计数器停止计数并保留所记数字。

图5中的10为钢球及弹簧定位系统（见图6）。主轴在正反转360度之后，由于惯性，它停止的位置是不定的。更重要的是端面凸轮在运动中对所接触的圆盘有切向力（下面将叙述）。切向力将使主轴有旋转之趋势。主轴在作轴向运动时，不允许有转动。因此，主轴必须有定位装置。因而采用了钢球弹簧定位装置。该装置特点是简单适用（见图6）。

 

图5中的4与7为端面凸轮和圆盘，由于它们之间的相对运动，使主轴作轴向运动。当主轴拔出钥匙，圆盘在端面凸轮的斜面推动下主轴向左运动（即拔出钥匙见图7）。当端凸转过一定角度后，圆盘又在弹簧8（见图5）压力下沿端面凸轮另一斜面下降（即钥匙插入）。由图7看出：圆盘受力可分解为F水与F轴。由此可见，凸轮升角越小轴向力越大。凸轮升角应尽可能地小。

图5中的11为自动定心夹头（见图8）。它同时采用左旋右旋螺纹，转动旋钮上下夹体可同时张开或闭合，可将钥匙迅速准确装夹在主轴旋转中心面上。它结构简单，易于制造，定位精度可以满足钥匙旋转需要。该夹头作为锁具耐用度钥匙装夹装置是首创。

图5中的12为锁体装夹调整装置。抽屉锁放入夹体中，转动旋钮即可夹紧锁体。拧动转轮，锁体与夹体一起可以上下调整（详见图9）。

四 运动分配

根据部标准，抽屉锁寿命试验为24次/分。这就要求主轴在60/24=2.5秒中内完成正反转360°插入拔出动作。按本机传动原理，输入轴转一周，主轴必须实现上述四种动作。这样主轴

 

与输入轴速比必须大于2。经过推算周期T=2.5，这里考虑了凸轮插拔钥匙时间。为了结构需要，主轴齿轮及惰轮应尽可能小。选主轴齿轮数为24模数m=1.5mm，输入轴大齿轮齿数Z大=2.5Χ24=60。

下面将分析各运动的分配

由前述，输入轴大齿轮转一周，主轴齿轮转2.5周。由本测试仪原理，输入轴两个大齿轮为不完全齿轮，它们分别于主轴齿轮及惰齿啮合，使其各转一周，而后它们都不啮合（为插拔钥匙时间）。因此，确定不完全齿轮齿数如下：

主轴齿轮及惰轮节径  d1=24Χ1.5=36mm

不完全齿轮节径  d2=60Χ1.5=90mm

那么，若使主轴齿轮转一周，不完全齿轮转过多少齿呢？表面上看，不完全齿轮转过24齿，角度是  α=24/60Χ360=144°。但是实际不是这样。现在我们看图10，并由其中得出以下几点：

由于齿轮啮合不是理想的节园摩擦滚动，而是轮齿在两齿轮齿顶园交点进入啮合在另一交点处脱离啮合。也就是说大齿轮的第24齿与主轴齿轮的第24齿刚进入啮合时，主轴齿轮已经转过一周了。由于进入啮合的首齿位置和末齿脱离啮合有一段非正常啮合及重叠系数  等原因，本测试仪只需22齿的不完全齿轮便可。

主轴齿轮及惰轮与不完全齿轮齿顶园交点E、F与O点连线OE与OF夹角为11°（通过计算得到）。这表明当正转不完全齿轮在F点与惰轮脱离啮合时，若要反转齿轮立刻进入啮合，正转齿轮与反转齿轮要有11°的重合区。如图10中阴影区OA′B.

 由图10中可以看出：由于有11°的弧BA’ 重和区和弧AA′、弧BB′两个啮合区，故当反转的最后一点B’脱离啮合时，正转齿轮上的A点距离啮合还有如下转角：360-132Χ2-11+11+22Χ2=52°这个转角52°就是主轴齿轮和惰轮与两不完全齿轮全部脱离啮合的空行程。

上述空行程就是端面凸轮转角。凸轮转角越大，在特定轴向位移下的凸轮给圆盘的轴向分力越大，而径向力越小。由结构所限，本测试仪凸轮转角位52°。根据计算，凸轮升角72°时反锁，本测试仪选用升角r =45°。由于采用不完全齿轮，存在首齿干涉问题。对此，有两种方法解决，第一种是在设计加工完全齿轮时考虑齿槽和键槽，键槽和该轴停转位置之间的相对位置关系。第二种是在调试仪器中如发现干涉现象，采用首齿高度降低的方法和异形键的方法予以解决。另外还有一点需要说明：本测试仪的主轴轴向复位之所以不用槽形凸轮是因为：抽屉锁经过长时间测试后，个别锁锁头松动并移位。如用槽形凸轮，则钥匙硬性插入，会造成钥匙锁体破坏。而用弹簧复位则不存在这个问题。

五 综  述

    通过以上较为详尽的分析，我们不难看出该测试仪有很多特点：其一，它采用了不完全齿轮换向和端面凸轮相结合的方式。这种独特的构成方式在一些典型的传动结构中尚未看到。其二，整个传动部分体积仅为长x宽x高150Χ100Χ200。正是由于这种特殊结构，在锁具耐用度测试仪中，它的体积是最小的。其三，还有一些简单结构在这台仪器中得到较佳组合，致使这台仪器结构紧凑，原理先进，夹头及夹座运转灵活、适用、装卡方便。在电气控制上，采用自动断电同时报警装置，并由自动计数功能。由于这些特点这台仪器在原理上结构上具有新颖性，先进性和合理性。

参考文献：

《机械原理》————————天津大学主编。

 

《机构》——————C.H柯热夫尼柯夫等著。

 

《机械传动设计手册》—————江耕华等编。

 

《夹具设计》 ——————————李家宝编

 

《机械设计手册》—————化学工业出版社。