一种电子智能橱柜锁锁体的设计

黄东阳

（厦门宏泰科技研究院有限公司，福建 厦门361000）

按照使用场所的不同，锁具可以分为门锁、窗锁、车锁、家具锁和箱包锁等等，而家具锁又可分为抽屉锁和橱柜锁等。按照控制执行机构启闭方式的不同，锁具可以分为传统机械锁和电子智能锁。电子智能橱柜锁是一种以电子方式识别处理网络通讯、生物特征、电子数据等信息并控制机械执行机构实施启、闭，使用在橱窗、橱柜等家具上的锁。

随着科学技术的发展，特别是通信信息和生物识别等技术的更新换代，电子智能锁的功能越来越完善，接入的生活场景也越来越多。目前，国内电子智能锁大多见于防盗门和特殊用途的地方，在橱柜上比较少见。而在国外，很多家庭已经开始使用电子橱柜锁；在一些像洗浴中心、健身房、医院和体育馆等等公共场所，更是得到广泛使用。电子智能橱柜锁具有使用方便和管理高效等优点，而相比电子智能防盗门锁，又具有价格低廉、安装方便和需求量大等优势。因此，在现阶段开发制造电子橱柜锁具有一定的现实意义和经济效益。本文根据橱柜锁的使用场景和安装方式，设计了一个可以采用各种电子信息和生物特征作为载体控制的锁体，可以满足国标的相关要求，可以适用左、右开门模式，可以方便产品的衍生或升级。只需更换外置识读面板就可以满足不同的外观和功能需求，如衍生为卡片式、密码按键式和网络控制式等等不同型式的电子智能锁。

1 电子智能橱柜锁锁体的设计任务

根据实际使用情况，并参考国标中关于家具锁的相关要求，确定所要设计锁体的主要结构设计任务为：锁舌伸出长度不少于6mm，以保证锁闭的可靠性；锁舌完全伸出或收缩时间不大于1s，以避免降低使用体验；当锁舌承受不大于2kgf的侧向载荷时，仍可缩回，以保证当柜子塞满或其他异常导致门板被卡紧时，仍可正常开锁；锁舌所能承受的最大侧向静载荷不小于40kgf，以保证足够的锁闭强度；使用寿命不少于20000次。

2 电子智能橱柜锁锁体的设计方案

为了达到采用各种载体控制锁体实现锁闭的目的，锁体应包含原动机、传动机构、执行机构、控制部分和辅助部分等五个模块。

图1是实现上述任务和要求的锁体结构方案图，其工作原理如下。

2.1 原动机

图1中的3为锁体的原动机，采用微型电动机作为动力源。通过电池供电，微型电动机呈旋转运动的状态，并输出一定的转矩，以驱动锁体完成启闭功能。

2.2 传动机构

图1中的1为锁体的传动机构，采用的是齿轮传动机构。首先，通过微型电动机驱动蜗杆，蜗杆与小双联齿轮中的大齿轮啮合，完成第一级减速；接着，小双联齿轮中小齿轮与大双联齿轮中的大齿轮啮合，完成第二级减速；最后，大双联齿轮中的小齿轮与齿条啮合，完成第三级减速，并最终完成将旋转运动变为直线运动，小转矩变为大转矩的目的。

2.3 执行机构

图1中的2为锁体的执行机构，也就是常说的锁舌，采用的是斜舌部件。通过2个压缩弹簧来连接斜舌部件与齿条，以达到柔性连接的目的。通过柔性连接，当关门的时候，斜舌可以自动伸缩；当斜舌被卡住或超过行程时，电机仍可正常运行，而不会引起过载；当异常排除后，斜舌可自动复位。

图1 电子智能橱柜锁锁体结构方案图

2.4 控制部分

图1中的4为锁体的控制电路板，主要包括变压稳压控制芯片，微型电动机控制芯片，以及电感、电阻、电容、二极管、三极管、复位开关和各种连接接口等电子元器件。用于根据外部识别所获得的信息，控制和保证电机正常工作。

2.5 辅助部分

图1中的5为锁体的辅助部分，主要包括锁壳、电池弹簧、连接导线、润滑脂和螺钉等等。其中，锁壳分为三部分，一部分是装载电池弹簧、电池和控制板的电池盒；一部分是定位和紧固电机、传动件和斜舌等活动件，起启闭功能的锁舌盒；一部分是固定电池盒和锁舌盒，并作为安装板的固定壳。将锁壳分开的好处是，可以根据不同部分的功能和强度要求，采用不同的材质和加工工艺，比如电池盒和锁舌盒可以采用塑胶材料，固定壳可以采用金属材料，以降低成本和便于管控；可以将锁舌盒设计成便于拆装的部件，并只须改变其装配方向，就可以满足左开门或右开门的使用要求。

3 电子智能橱柜锁锁体的设计

根据上述设计任务和方案，确定了整机结构和零部件类型，取锁舌伸出长度为13mm；选择微型电动机额定电压为6.0V，满载转速为12000r/min，满载转矩为5.1g·cm；确定传动机构总传动比为100.8，并分配各级传动比；计算运动和动力参数，可得，锁舌完全伸出或缩回所需时间为0.35s，并且在承受最大2.15kgf的侧向载荷时，仍可缩回。

基于上述分析和计算，以及根据各零部件的选材和相应制造工艺，在Creo Parametric设计平台上，按图1所示结构方案，对锁体进行了详细的结构设计，外形效果如图2所示，各零部件的结构如图3所示。

图2 电子智能橱柜锁锁体外形效果图

对各零部件进行手板制作，经实际组装和电机上电测试，证明上述结构设计是可行的。

图3 电子智能橱柜锁锁体爆炸图

4 电子智能橱柜锁锁体样品制作和测试验证

根据上述结构设计，对各注塑零件、压铸零件和冲压零件进行开模制作，对其他零部件进行加工定制或购买，并最终装配成实际样品，如图4（a）所示。使锁舌处于完全伸出状态，采用游标卡尺测量锁舌面板至锁舌顶部距离为13.11mm，并采用秒表记录锁舌完全收缩时间为0.55s。将样品安装于实验柜门板上，符合安装和使用要求，如图4（b）所示。结合专用的测试设备，对锁体进行开、关门模拟测试，20000次循环测试之后，锁体仍能正常使用。

图4 电子智能橱柜锁锁体实际样品示意图

将锁体安装于专用夹具上，锁舌处于完全伸出状态，在距离锁舌面板3±0.2mm处，采用万能材料推拉力机对锁舌施加2kgf的侧向静载荷并保持，如图5所示，此时对锁体进行上电操作，锁舌可正常缩回。进一步增加侧向静载荷，直至锁体破坏，记录极限推力值为47.5kgf。

图5 强度测试

测试验证表明，设计完成的锁体样品完全符合上述设计任务，可以实现预期的使用目的。

5 结束语

本文设计完成的电子智能橱柜锁锁体的外形尺寸协调，总体布局和各零部件的结构合理，运动件之间具有合理的配合关系，可以实现被各种信息控制启、闭的功能，方便安装和使用，具有较高的可靠性，达到了设计的目的。