基于CREO運動骨架的金庫門反鎖裝置的優(yōu)化設(shè)計

摘要：目前市場上的金庫門產(chǎn)品反鎖機構(gòu)形式多樣，但采用齒輪齒條結(jié)構(gòu)的還是居多。雖然齒輪加工日趨容易，但成本還是高的。本例以雙曲柄滑塊機構(gòu)簡單可行地同時達(dá)到反鎖和鎖死的功能。并以運動骨架建模的方式先創(chuàng)建機構(gòu)運動簡圖，再創(chuàng)建機構(gòu)運動分析，在分析反鎖機構(gòu)行程之后，利用敏感度分析找出影響行程要求的參數(shù)范圍，然后執(zhí)行可行性分析找到所需行程的合適參數(shù)解，最終得到滿足要求的各桿參數(shù)。

關(guān)鍵詞：反鎖機構(gòu)；雙曲柄滑塊；敏感度；可行性

中圖分類號：TH693.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Optimization design of the locking device of vault door based on CREO motion sheleton

Abstract：At present，there are various form of locking device of vault door in the market，but the gear and rack structure is still in the majority.Although gear processing is becoming easier，the cost is still high. In this case，the double crank slider mechanism achieves the function of locking the door and transmission mechanism at the same time easily and feasibly.Firstly，establish the kinematic diagram of mechanism by means of motion skeleton modeling，secondly，establish a movement analysis ， find out the range of parameters that affect the stroke requirement of the lock mechanism by feasibility analysis，then run the feasibility analysis to find the appropriate parameters，finaly get the required bars parameters.

Keywords：lockingdevice；duble crank slider mechanism；sensitivity；feasibility.

1 研究背景

參考文獻(xiàn)中要求金庫門使用過程中要有反鎖功能，在反鎖以后，外面的人不能通過外部操作機構(gòu)進(jìn)行鎖門，此外還不能從縫隙撬開機構(gòu)開門。由此提出在公司現(xiàn)有金庫門的基礎(chǔ)上加裝反鎖機構(gòu)，本例用雙曲柄滑塊機構(gòu)來反鎖門體和鎖定外部操作機構(gòu)。傳統(tǒng)的曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計多采用試湊法得出，而對于桿件參數(shù)的優(yōu)化，工程師通常需要花費大量精力去完成，且往往得不到最優(yōu)化的機構(gòu)參數(shù)，CREO Parameter的運動骨架建模使得曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化有一個很好的解決辦法。這種方法不僅能提高設(shè)計效率，還能在合適范圍找到滿足要求的最優(yōu)解，使得機構(gòu)運行可靠，節(jié)省人力物力，為企業(yè)降低成本，也為工程師提供了一個很好的設(shè)計方法。

2 設(shè)計要求

根據(jù)公司目前生產(chǎn)的金庫門結(jié)構(gòu)及人機功能學(xué)原理，反鎖位置宜排不在天地鎖與門芯開合側(cè)部位，其放置空間左右范圍在190～200mm，上下空間不限，但以最小化為優(yōu)，利用雙曲柄結(jié)構(gòu)達(dá)到同時鎖閉金庫門和天地鎖的功能，其中鎖閉金庫門側(cè)的行程要求在80～90mm之間，鎖閉天地鎖的行程要求在20～25之間，其中小的左右空間對應(yīng)大的行程要求。且在鎖閉之后，鎖閉金庫門側(cè)的曲柄滑塊必須過死點，已達(dá)到防撬功能。

3 創(chuàng)建運動骨架模型

3.1基礎(chǔ)建模

運動骨架的創(chuàng)建方法在此不再敖述（相關(guān)教程都有詳細(xì)步驟），在運動骨架下創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)骨架，并草繪機構(gòu)的大致運動簡圖如下：

圖示位置為未鎖閉狀態(tài)，其中O點作為回轉(zhuǎn)中心，桿DOA作為曲柄旋轉(zhuǎn)方向為順時針，轉(zhuǎn)動角度范圍為150°～-10°（可以看出當(dāng)OD桿與DE桿重合時為鎖閉金庫門側(cè)的死點位置，到達(dá)-10°時已經(jīng)完全超過死點），分為兩部分OA桿和OD桿，分別帶動連桿AB和連桿DE運動，BC桿和EF桿作為滑塊，M和N兩個小方塊是作為滑道示意便于運動骨架識別滑塊約束而建立的輔助圖元。調(diào)整圖元尺寸到近似要求位置，下面以圖1所示尺寸為例進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3.2運動機構(gòu)

完成標(biāo)準(zhǔn)骨架建模后，分別創(chuàng)建各主體項（創(chuàng)建方法不再敖述），創(chuàng)建主體項時軟件會自動識別機構(gòu)連接。我們進(jìn)入機構(gòu)模塊后，添加伺服電動機，我們創(chuàng)建的位置類型的機構(gòu)分析時間為10s，轉(zhuǎn)動角度為160°，可將伺服電動機的轉(zhuǎn)速設(shè)為16°/s。

4 機構(gòu)運動分析

創(chuàng)建機構(gòu)分析，類型選擇為位置。運行運動分析后，分別創(chuàng)建兩個行程的測量特征，類型選擇為位置，命名為S1和S2，得到結(jié)果如下

從圖中可以看到S1和S2的最大值已經(jīng)超出所需范圍。

5敏感度分析

進(jìn)入敏感度分析，研究曲柄OA和OD分別對行程S1和S2的影響程度。計算之后可以得到如下圖的計算結(jié)果，可以看出，要使S1在所要求的范圍之內(nèi)，OA桿的長度不能大于12.3mm，要使S2在所要求的的行程范圍內(nèi)OD桿的長度不能大于48.3mm。

6可行性分析

通過對上圖的分析可以得到所需行程的桿長范圍，我們設(shè)定所需行程S1=24mm，行程S2=85mm，創(chuàng)建可行性分析，其中設(shè)計約束即為所需行程，設(shè)計變量即為桿長OA和OD，變化范圍參照敏感度計算結(jié)果圖示，分別為11.5～12.3和45～47，計算后就找到可行解決方案。

7 組件細(xì)節(jié)設(shè)計

對曲柄長度優(yōu)化以后，還可以對其他的桿進(jìn)行尺寸優(yōu)化，比如連桿長度AB和DE以及偏心高度H1和H2，通過優(yōu)化設(shè)計得到各桿的理想長度后我們就可以對各零件進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計，完成后的最終裝配圖如下所示：

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國金融行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JR/T 0001-2000金庫門》.

[2]中華人民共和國公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《GA/T 143-1996金庫門通用技術(shù)條件》.

[3]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 50396-2007出入口控制系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》.

作者簡介：袁豐軍（1987--），男，學(xué)士，機械工程師，研究方向：機械工程