一种简式的遥控开门装置

谢瑞龙　姚顺　穆仕强　金鑫　潘国林

摘 要：门一直在人类发展史上起着重要的作用，能够使人与外部环境向隔离以达到一些目的，比如说取暖，防御等重要作用。随着社会的发展，门也经历的许多变化。从最开始的木门到现在的铁门经过许多的变化，逐渐到了一个成熟的类型。但开门的机制还是以拉动门栓而到达目的的結构，还出现了许多基于电信号来控制开门的装置，比如：遥控，指纹，人脸识别等。

关键词：曲柄连杆;电机开锁;设计

随着人们生活条件的提升，越来越多的自动开门装置出现在了我们的眼前。有些自动开门的装置既方便又美观，赢得了广大消费者的喜爱。但是面对琳琅满目的自动开门装置该如何选择，让消费者们感到茫然。对此，我们设计了一个专门应用于学生宿舍的开门装置。这个开门装置的想法来源于我们在日常在学校的生活中，各个宿舍的同学之间熟悉起，互相逛寝室也成为了一种习惯。但是，寝室门不是随时都开着的，敲门自然要去开门，但如果我们正在忙一些走不开的事情呢？如果这时有人来，开不开门就成了一个难题，去开门又会耽误我们此刻手上的工作，宿舍门的开关成为了我们目前的一个难题。所以这个想法就是为了我们在做其他事情的时候能够更快速地为他们开门。

一、基本原理

通过大量的分析和实际的考察，我们选择连杆机构和皮带轮机构来作为动力装置。

二、拉动门栓机构（皮带轮机构）

我们最初选择凸轮机构和轮带机构。根据不同环境的分析，我们最终选择了最适合我们装置的皮带轮机构。凸轮虽然能够高效的完成目的，但要求精度很高，一旦达不到这种精度，就不能够完成工作。同步轮虽然能够较好的完成工作，但是相对的所占的体积也会变大。但轮带的容错性相对于凸轮而言比较高，没有太高的精度要求，而且能够简单的完成拉动门的工作。主体结构如图2、图3。

如图4，在轮中央打一带键槽的孔，以达到将轮与电机相互固定的目的。

如图5，在轮上打一通孔，将皮带用自攻螺丝固定于槽中，达到轮与皮带同步转动的目的。

三、拉动门装置（连杆机构）

对与装置的执行开关门的执行机构。最先提出的小车方案：在门上安装小车，利用小车的前进或者后退来带动门的旋转，以此来达到开关门的目的;这种方案有着明显的缺点。

（1）小车与门的连接困难。

（2）小车与地面的接触程度难以调整，可能不能提供足够的供小车移动带动门旋转摩擦力。

（3）小车在复杂凹凸类型地面的移动不理想。

（4）方案设计复杂。

（5）成本过高。

因此，开门执行机构采用连杆机构（曲柄摇杆）;通过在门顶部与墙体间安装曲柄连杆机构来达到门的开关动作。如图6。

连杆与门连接处到门框的水平距离为曲柄（整转副），与电机连接的杆与摇杆（摆动副），电机与摇杆的连接点到门框的水平距离为机架连接曲柄和摇杆的杆在运动过程中做平面一般运动。当门锁打开后与摇杆连接的电机通电开始运作，摇杆开始做摆动，开门时电机带动摇杆朝远离门的方向缓慢摆动;关门时电机带动摇杆缓慢转动回到原来的的位置。再通过连杆的传动后曲柄做一定角度的旋转运动，旋转的角度区间位于0到180之间。

利用CAD绘制出执行机构简图如图8。

AD为机架;AB为曲柄（门的一部分）;BC为连杆;CD为摇杆。图中θ为门旋转的角度，门在闭合的状态时用图中红色连杆表示;门在开启状态时用图中的黄色连杆表示。

为了便于安装执行机构必须做到所占空间尽可能地小，经过实地测量门的各种数据设计机架AD的距离为40cm;曲柄AB的距离为15cm，设计其为四杆中最短杆。在实际生活中θ不用到达180°，所以取θ最大角度为150°则此时摇杆与墙体垂直。

得到：

因这平面四连杆机构为曲柄摇杆所以连杆最长为35cm。

根据四连杆有曲柄的约束条件：最长杆长度+最短杆长度≦其余两杆长度之和。

则：

在图中黄色连杆所构成的三角形中，由几何关系知：

四、结语

总的来说，自动化装置的设计多样化在一定的程度上是来源于自动化技术的兴起。而自动化技术的发展潜力和空间非常广泛，在外观、细节、功能和技术等方面上都可以得到更多的提升，在这些可变的前提下才能满足更多当代人的需求。因此我国在未来发展的方向中，需要不断地在自动化方向中去创新，去探索，为自动化的发展提供源源不断的动力。