毕业设计无锁孔门锁机构设计.docx
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毕业设计无锁孔门锁机构设计
毕业设计（论文）
题目：
无锁孔门锁机构设计
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摘要
无锁孔门锁是一种全新的门锁形式，它不采纳传统的钥匙开门，门面板无锁孔，使针对锁眼的歹意开锁方法失效，同时也幸免了指纹锁易被破环和密码锁易被破解的短处。
该锁以微型电动机为动力源，通过丝杆带动锁销座运动，并利用中控板操纵来实现门锁的开合，从而保障了锁销开合的稳固性和靠得住性。
锁的承载板和外壳均采纳不锈钢的钣金件，减轻了重量。
同时针对主电机故障、紧急情形下的开门逃生，专门设计了备用电机等保障机构，平安便利。
关键词：
无锁孔门锁，丝杆传动，电动机，备用电机
ABSTRACT
Nokeyholelockisanewlykindofbrand-newlocksforms,itisnotappliedonthetraditionalkey,andappearanceboardhavenolockforkeyholemaliciousunlockmeasures,avoidingthefailureofthefingerprintlockseasilybrokenandthedrawbacksofcombinationlockscracked.Micro-motorsisusedasthepowersourceinthelock,drivinglockingpinsocketsmovethroughthescrewtransmissionandcentralboardcontrolsisappliedtoachievelocksopenandclose,thussafeguardingthelatchopening-closingstabilityandreliability.Thebearingplateandshelladoptsstainlesssteelsheetmetalparts,reducingtheweight.Consideringthemainmotorfaultoranemergencyexit,anothermotorforspareandasafeandconvenientprotectionagencyaredesignedspecially.
Keywords:
nokeyholelocks,screwtransmission,motors,sparemotor
第一章绪论
防盗门锁的进展现状及进展趋势
随着社会物质财富的日趋增加和人们生活水平的提高,平安成为现代居民最关切的问题之一。
近几年，国内各大中城市有关“全能钥匙”能轻易打开防盗门的事件屡见报端；各地公布销售“七种开锁武器”（十字开锁器、电动开锁器、折叠开锁器、管状开锁工具、开锁包、全能钥匙包等）的网站触目皆是；提供锁具培训、出售开锁讲义、训练教材、示范光盘的网站数不胜数。
防盗门不防盗成了消费者投诉的热点问题。
而锁自古以来确实是把守门户的铁将军,人们对它要求甚高,1989年防盗门的问世，市场对所配置的锁具的防盗性要求也随之提高，即要平安靠得住地防盗,又要利用方便,这也是制锁者长期以来研制的主题。
传统的门锁既要备有大量的钥匙,又要担忧钥匙丢失后的麻烦。
另外,如宾馆、办公大楼、仓库、保险柜等由于人员的变更,开锁的钥匙也再也不是只有一人拥有。
购得新居的家庭,由于装修施工等入住时也要把原有的锁胆改换,何况钥匙随身携带也诸多不便。
随着单片机的问世,显现了带微处置器的智能密码锁,现现在还引人了智能化治理、专家分析系统等功能,从而使密码锁具有很高的平安性、靠得住性，同时伴随着生物识别系统的显现，指纹锁也有了进一步的进展。
可是，现存的锁闭系统对防盗门整体防范性能上还存在着一些不足，在实际应用中，防盗门所用的锁具都经不起一般手工具的破坏：
（1）关于带有锁孔的防盗锁，如将一种胶注入锁孔中，将会造成主人不能用钥匙从门而进的极大困难；
（2）无锁孔门锁上用来识别无孔的界面容易因划痕或污垢而失效；
（3）关于密码锁的利用，在输入密码时，密码容易被盗。
中国无锁孔门锁进展还处于低级时期，进展趋势显示出新一轮的需求。
第一大需求：
耐用化。
自古以来，咱们对门锁的大体认知，即是要求其能够耐用化。
耐用化成为咱们对无锁孔门锁的大体需求。
因为，谁也不想今天方才装上一把锁，明天就迫不及待地从头换上一把新的。
专门是此刻人们生活节拍比较快，头脑已经被忙碌的工作与泛滥的信息所烦琐，若是门锁不耐用，常常显现如此那样的问题，还要大动干戈去换来换去，例如高科技的无锁孔门锁反而会成为一种累赘。
耐用成为咱们选择锁的方法。
第二大需求：
普及化。
此刻，中国无锁孔门锁的市场，要紧应用在工程项目和一些高端的场所。
可是，无锁孔门锁能够成为机械锁、密码锁、感应锁、指纹锁以后另一代门锁的代表，自然会向普及化进展的趋势。
无锁孔门锁之因此有普及化进展趋势，是因为无锁孔门锁与其他机械锁、密码锁、感应锁相较较：
平安性高、不可复制性、可经历性强、可当众开锁、携带性高、永可不能丢失、防盗性强。
何况，无锁孔门锁已经成为高品质生活的象征。
此刻，市场上只要以高端的外国品牌和中低端的国产品牌为主。
相对消费者来讲，无锁孔门锁仍是类似于奢侈品，对无锁孔门锁的认知度还不够高，普遍处于有待教育的时期。
普及化需求尚未激发，给予许多投资商与无锁孔门锁品牌进军的机遇。
把握商机的关键在于无锁孔门锁与机械锁的价钱需求不同：
无锁孔门锁一样比机械锁贵几十倍乃至几百倍，无疑是阻碍无锁孔门锁普及化进展的一道屏障。
可是，无锁孔门锁普及化的趋势是不可逆转的。
第三大需求：
智能化。
在咱们中国，房地产仍是国民经济进展的支柱行业，而房地产提倡的智能化，即是无锁孔门锁向智能化进展的一大需求。
随着中国城市进程不断加速，中国房地产蓬勃进展的势头可不能减弱，而作为房地产配套产品——无锁孔门锁，自然有自己的进展空间。
任何一个房地产项目，都一致性地强调一个概念，那确实是智能化的家居，利用无锁孔门锁，自然会拉高项目的形象，使项目包装执行到细节上，表现出房地产项目品质另一高度。
这是无锁孔门锁在工程项目受欢迎的缘故。
固然，还有智能电话、智能家具等等都在催化了智能化的趋势。
咱们此刻多数有一个如此的认知，感觉智能化的产品就不错，代表了利用者的身份与地位。
第四大需求：
预警化。
矛盾是存在的，咱们不能轻忽矛盾的存在而舍弃防范。
无锁孔门锁的预警化进展尽管不是无锁孔门锁进展最重的因素，可是能够在矛盾产生危险时让咱们做好防范工作。
这即是无锁孔门锁中一项功能的表现。
依照马斯洛的人性需求层次理论表述，平安感是人性的大体需求。
因此，此刻相当多的富人缺乏平安感，需求一些预警化的功能与设置来实现自己的平安保障。
这给无锁孔门锁增添某一项的特殊功能成为必要。
另外，一些自然灾害与不可控的因素存在。
比如房间的温度超越人体可经受的时候，无锁孔门锁具有自然报告与开门的功能等，都表现出人们对无锁孔门锁具有预警化的需求。
第五大需求：
便利化。
便利化已是无锁孔门锁表现出来的优势，可是消费者的需求从实体产品到情景体验上都要感觉到便利化。
这确实是从数量上飞跃到质量上的表现。
无锁孔门锁便利优势从产品上来讲，能够不用随身携带钥匙，辞别了钥匙开门的时期；还有无钥匙了，自然就没有忘记带钥匙、找不到钥匙、把钥匙丢失的麻烦。
但是，消费者希望开关门的刹时，无锁孔门锁能给予消费者更多的便利化体验。
这是无锁孔门锁企业必然重视的，专门是在开辟民用市场上，若是没有注重需求的便利化的存在，那么在形象专卖店里没有渲染出情景体验的功能，消费者就无法认知到无锁孔门锁带来的附加价值。
第六大需求：
品牌化。
品牌消费是必然的趋势，无锁孔门锁也不例外。
由于近时期大多数无锁孔门锁品牌都聚焦在工程项目上，但工程项目大多数依托的是关系营销，因此，大多数无锁孔门锁企业对品牌化都不力。
品牌是以后，无锁孔门锁是以后，需求也是以后。
希望中国无锁孔门锁企业能把握需求，打造无锁孔门锁品牌的以后。
无锁孔门锁研究的意义和价值
无锁孔门锁是一种全新的门锁形式，它不采纳传统的钥匙开门，门面板无锁孔，使针对锁眼的歹意开锁方法失效，同时也幸免了无锁孔门锁易被破环和密码锁易被破解的短处，这让利用者能够安心它的平安性。
该门锁的锁销能在中控板的操纵下靠得住动作实现门锁的开合，关于慌忙出门工作的人们少了门是不是关牢的顾虑，同时要针对主电机故障、紧急情形下的开门逃生设计相应的保障机构，也使民众无锁坏开不了门的后顾之忧。
无锁孔门锁将会引来防盗锁进展史上一场新的革命。
第二章无锁孔门锁的方案设计与整体设计
无锁孔门锁系统的方案设计
课题研究的设计任务是，完成无锁孔门锁机构锁芯的驱动机构，锁芯驱动机构能驱动锁头做伸缩运动，完成门锁的开关动作。
同时，该驱动机构必需有备份机构，以防主驱动机构失效的情形下启用备份机构一样能完成门锁的开关。
通过度析确信其工作原理为：
通过与电机连接的丝杆传动带动锁销运动，实现锁的开启和闭合。
依照负载的重量和工作台及零部件的重量较小，因此选用的电机的功率较小，可选用一般的直流电机，结合丝杠的转矩可选择所需的电机。
由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故设计滑动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动稳固性。
由于所要经受的负载的重量较小，而且导轨的行程比较小，因此依照负载的重量可设计矩形工作台。
依照所选用的电机的转轴的尺寸和丝杆的尺寸，能够选择适合的联轴器。
由于在转动进程中，所受的轴向力和径向力均比较小，因此可选直线导轨。
选取的技术线路：
（1）查阅资料，了解现有智能门锁驱动机构的内部结构；以一种新型家庭密码锁为例，它的执行机构的设计是当密码输入正确，单片机发出执行信号后，固态继电器闭合，线圈中通过电流产生磁场，因为线圈1和线圈2绕向相同，因此线圈2中衔铁同时也是锁具的销被吸起，利用手动可将门打开，当单片机的执行信号终止后，磁场消失，线圈2中衔铁在自重和连在它上面的弹簧作用下下落，从头卡死锁簧，销紧锁具，考虑到剩磁作用，他选用了线圈1中衔铁为硅钢，线圈2中的衔铁材料为45号钢，见图。
其机械设计的整体图为5
（2）依照锁头动作的要求设计主驱动和备份驱动机构；锁头是平动的，只需要直线前行或倒退，考虑到锁头的运动平稳、靠得住和传动机构尽可能简短，以降低故障率，故采纳电机带动丝杆进行传动的主驱动和备驱动机构。
又因整个防盗锁的机构的厚度在50mm之内比较方便安装，综合考虑，要选用径向尺寸小于35mm的电机。
无锁孔门锁的整体设计
（1）整体布置设计；确信各零部件之间的相对位置及联系尺寸、运动和动力的传递方式及要紧设计参数，并绘制整体布置图（图一、图2）。
以直流电机作为动力源，通过套筒式联轴器和丝杆相连接，丝杆带动托板运动，以光杆作为导向机构保证插销运动的方向的直线度，实现锁合。
整体布置的大体要求：
保证功能的良好实现；保证机构运动的稳固性和靠得住性；充分考虑产品系列化和进展；结构紧凑，层次分明；装配，操作，维修方便。
图1图2
（2）整体要紧参数的确信
整体的要紧参数包括尺寸参数、运动参数和动力参数。
整体轮廓尺寸是长160mm,宽156mm，高32mm,销前后运动的的距离为25mm,备用机构中的丝杆的长度不小于50mm,小钣金距离大钣金的前后距离不小于25ｍｍ，以保证能够在主电机损毁不能工作的情形下，实现锁的开合。
选择直线导轨作为导向机构，利用光杆和嵌套的配合保证精度，钣金的厚度定在１－２ｍｍ之间，因此采纳内六角螺钉连接。
丝杆的螺距选择为２ｍｍ，锁销从启动到锁合的时刻定为３秒之内，那么要求电动机的转速至少为２００ｒｐｍ。
第三章无锁孔门锁的载荷特性和动力机选择
工作机械的载荷和工作制
无锁孔门锁的锁销受到的力为切向力和轴向的摩擦力，和自身的重力。
其重力载荷W=mg（m为物体的质量，g为重力加速度）;移动部份的惯性载荷F=ma（m为物体的质量，a为物体的加速度）；物体所受的摩擦载荷F=μFn（μ为摩擦因数，Fn为正压力）等。
依照其转矩M和转速n之间的关系，确信其负载特性是恒功率，即功率为常数，M值增大，n减小或M减小，n增大。
电动机的选择
一、电动机类型的选择：
微型直流电动机
二、电动机功率选择
（1）传动设置的总功率：
η总=η联轴器×η丝杆=×=
（2）电动机所需的公作功率：
假设所受的正压力为80N，45号钢的摩擦系数为，那么受力
Fmax=80×=40NV=10mm/s
P工作=FV/1000η总=40×10/1000×=
3、确信电动机转速
丝杆的螺距p=4mm,那么电动机的转速为n=150r/min
通过网络查询可知，市场中有销售符合该要求的电动机，其性能参数和尺寸参数如下（图3、图4）：
图3尺寸参数
图4性能参数
通过计算和查阅资料决定选择电动机型为13490-50，考虑到各类平安和不确信因素，选择第一种微型直流电动机。
技术特性如下表：
表13490-50技术特性
型号
额定功率（W）
额定转速（r/min）
轴端直径（mm）
13490-50
3
180
5
轴中心线高度（mm）
外形尺寸
伸出端安装长度（mm）
螺栓孔直径
长24最大外圆
110
12
第四章执行系统和传动系统的设计
滑动摩擦导轨
直线运动导轨的作用是用来支承和引导运动部件按给定的方向作往复直线运动。
选择光杆和嵌套相配合作为其导向机构，光杆和嵌套直接接触，在小钣金双侧各安装导向机构（如图5）。
其优势是结构简单、接触刚度大；缺点是摩擦阻力大、磨损快、低速运动时易产生爬行现象。
图5
依照机械运动学原理，一个刚体在空间有六个自由度，即沿x、y、z轴移动和绕它们转动（图3-29a）。
关于直线运动导轨，必需限制运动件的五个自由度，仅保留沿一个方向移动的自由度。
导轨的导向面有棱柱面和圆柱面两种大体型式。
图3-29导轨的导向原理
以棱柱面相接触的零件只有沿一个方向移动的自由度，如图3-29b、c、d所示的棱柱面导轨，运动件只能沿x方向移动。
棱柱面由几个平面组成，但从便于制造、装配和查验动身，平面的数量应尽可能少，图中的棱柱面导轨由两个窄长导向平面组成。
限制运动件自由度的面，能够集中在一根导轨上，但为提高导轨的承载能力和抗击倾复力矩的能力，绝大多数情形是采纳两根导轨。
以圆柱面相配合的两个零件，有绕圆柱面轴线转动及沿此轴线移动的两个自由度，在限制转动这一自由度后，那么只有沿其轴线方向移动的自由度（图3-29e）。
一、选择直线导轨的缘故：
（1）、导向精度高。
导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确程度，它要紧取决于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。
导轨的几何精度可用线值或角值表示。
图3-30导轨的几何角度
（2）、运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。
导轨运动的不平稳性要紧表此刻低速运动时导轨速度的不均匀，使运动件显现时快时慢、时动时停的爬行现象。
爬行现象要紧取决于导轨副中摩擦力的大小及其稳固性。
为此，设计时应合理选择导轨的类型、材料、配合间隙、配合表面的几何形状精度及润滑方式。
（3）、耐磨性好。
导轨的初始精度由制造保证，而导轨在利用进程中的精度维持性那么与导轨面的耐磨性紧密相关。
导轨的耐磨性要紧取决于导轨的类型、材料。
导轨表面的粗糙度及硬度、润滑状况和导轨表面压强的大小。
（4）、对温度转变的不灵敏性。
即导轨在温度转变的情形下仍能正常工作。
导轨对温度转变的不灵敏性要紧取决于导轨类型、材料及导轨配合间隙等。
（5）、足够的刚度。
在载荷的作用下，导轨的变形不该超过许诺值。
刚度不足不仅会降低导向精度，还会加速导轨面的磨损。
刚度要紧与导轨的类型、尺寸和导轨材料等有关。
（6）、结构工艺性好。
导轨的结构应力求简单、便于制造、查验和调整，从而降低本钱。
二、选用圆柱面导轨的缘故：
按导轨承导面的截面形状，滑动导轨可分为圆柱面导轨和棱柱面导轨（图3-31）。
其中凸形导轨不易积存切屑、脏物，但也不易保留润滑油，故宜作低速导轨，例如车床的床身导轨。
凹形导轨那么相反，可作高速导轨，如磨床的床身导轨，但需有良好的爱惜装置，以防切屑、脏物掉入。
图3-31滑动摩擦导轨截面形状
圆柱面导轨的优势是导轨面的加工和查验比较简单，易于达到较高的精度；缺点是对温度转变比较灵敏，间隙不能调整。
圆柱面导轨的运动件不许诺转动，为此，采纳防转结构。
最简单的防转结构是在运动件和承导件的接触表面上作出平面、凸起或凹槽。
图3-33a、b、c是这种防转结构的几个例子。
利用辅助导向面能够更好地限制运动件的转动（图3-33d），适当增大辅助导向面与大体导向面之间的距离，可减小由导轨间的间隙所引发的转角误差。
当辅助导向面也为圆柱面时，即组成双圆柱面导轨（图3-33e），它既能保证较高的导向精度,又能保证较大的承载能力。
图3-33有防转结构的圆柱面导轨
为了提高圆柱面导轨的精度，选择圆柱面导轨的配合，选用H7／f7配合。
为了保证机构的工作精度，设计时保证导轨的最大弹性变形量不超过许诺值。
进行导轨的刚度计算或验算。
由于导轨要紧受静载荷作用，故导轨的刚度主若是指静刚度。
若是忽略机座变形对导轨刚度的阻碍（假设机座为绝对刚体），那么导轨的刚度要紧取决于在载荷作用下，导轨运动件和承导件的弯曲变形和它们工作面间接触变形的大小。
在计算导轨的弯曲变形时，可将与导轨运动件连成一体的工作台简化成梁，按工程力学中梁的变形公式进行简化计算。
为了提高导轨的刚度，除必要时增大导轨尺寸外，常采纳合理布置增强筋的方法，以达到既保证刚度又减轻重量的目的。
导轨的接触变形可按体会公式估算，关于名义接触面积不超过100～150cm2的钢和铸铁的接触，其接触变形δ（单位为μm）为δ=c
（3-14）
式中p—一接触面间的平均压力（N／cm2）；
c——系数，关于精刮导轨面（每25mm×25mm在16点以上）和磨削导轨面（粗糙度Ra为～μm）为～，研磨表面（粗糙度Ra为～μm）为。
为使导轨在较长的利用期间内维持必然的导向精度，必需提高导轨的耐磨性。
由于磨损速度与材料性质、加工质量、表面压强、润滑及利用保护等因素直接有关。
故用于导轨的材料，应具有耐磨性好，摩擦因数小，并具有良好的加工和热处置性质。
本设计导轨材料应选用45，它具有较好的耐磨性，导轨的硬度较高，为了提高导轨表面硬度，采纳说明淬火工艺，导轨的耐磨性可提高1~3倍。
螺旋传动的设计
（1）依照系统要求，选用丝杆传动机构
滑动螺旋的特点：
①结构简单，加工方便；②易于实现逆行程自锁，工作平安靠得住；③摩擦阻力大，传动效率低；④容易磨损，轴向刚度较差。
滚珠螺旋的特点：
①摩擦阻力小，传动效率高；②磨损小、寿命长、工作靠得住性好；③具有运动的可逆性，应设防逆动装置；④轴向刚度较高，抗冲击性能较差；⑤结构复杂，加工制造较难；⑥预紧后取得很高的定位精度（约达5um/300㎜）和重复定位精度（可达1~2um）。
参照设计要求发觉，滑动螺旋和转动螺旋都可知足要求。
拟选定滑动螺旋。
（2）考虑到意外情形，假设为导轨摩擦力
Fu=6N
u查下表：
经常使用材料的滑动摩擦系数
摩擦副材料
静摩擦系数us
动摩擦系数u
无润滑
有润滑
无润滑
有润滑
钢-钢
~
~
钢-青铜
~
~
（3）预设转动丝杆大体参数
螺纹公称直径——d0=10㎜；
导程——Ph=2㎜；
钢球直径——Dw=;
圈数×列数——i×k=×1；
螺杆滚道曲率——rs=;
转速n=V/Ph=150r/min;
（4）计算动载荷Ca’
Ca’=kh·KF·KH·Kl·Fm/kn=
寿命系数Kh=（Ln/500）1/3
工作寿命Lh查下表：
各类机械预期工作时刻
机械类型
Lh
备注
普通机械
普通机床
数控机床
精密机床
测试机械
航空机械
5000～10000
10000～15000
20000
20000
15000
1000
250（天）×16（h）×10（年）×（开机率）=20000
由于是一般丝杆传动，选Lh=15000h；
又查表得：
载荷系数
载荷性质
无冲击平稳时
一般运行
有冲击和振动
KF
硬度系数
硬度系数
大于等于58
55
50
KH
精度系数
精度系数
1、2、3
4、5
7
KA
由上表知：
载荷系数KF=；动载荷硬度系数KH=;
转速系数Kn=（n）1/3,其中n是丝杆转速；
短行程系数KL=；寿命系数Kh=（Lh/500）1/3。
（5）螺旋导程角λ
λ=arctanPh/лd0==
（6）大体额定载荷校核Ca
Ca=fc（icosa）3Dwwtana=
fc=KF·KH·KA·Fm=
其中fc：
与丝杆副滚道的几何形状制造精度和
材料有关的系数
载荷系数KF=；
动载荷硬度系数KH=;
精度系数KA=;
由上可知：
Ca大于Ca′
（7）大体静载荷Coa′计算
Coa′=KF·KH′·F=*=
KH′——静载荷硬度阻碍系数取KH′=；
KF——载荷系数取KF′=;
F——轴向载荷取F=;
大体额定静载荷Coa=focizDw2sina=5261N
Coa′小于Coa，因此符合要求。
（8）驱动转矩T
T=（F*d0/2）tan（λ+ρ′）=*5*tan（λ+ρ′）
=*mm
（9）当量应力σ
σ=（（4F/лd22）2+3（T/d23）2）1/2=
d2——丝杆的螺纹底径，d2=d0+2e-2rs=10+=
（10）许用应力[σ]
牌号
铸件预计抗拉强度
单铸试棒最小抗拉强度（Mp）
用途举例
铸件壁厚（mm）
抗拉强度
σb≥
（Mp）
大于
小于等于
HT100
10
20
30
10
20
30
40
130
100
90
80
100
适于对强度无要求的零件（外罩、底板）
HT150
10
20
30
10
20
30
40
175
145
130
120
150
适于对强度要求不高的零件（机床底架、轴承座）
HT200
10
20
30
10
20
30
40
220
195
170
160
200
适用于对强度、耐磨性要求较高的零件（气缸、齿轮）
由上表易知：
铸铁抗拉强度最小为100Mp，而且刚的抗拉强度
较之更大，因此σ小于[σ]，设计符合要求。
（11）轴向载荷F产生的轴向变形量δF
丝杆常见的三种安装方式:
1固定——自由
2固定——支撑
3固定——固定
选定③，即固定——固定
δF=FLj（L-Lj）/E*A*L=*10-3mm
其中Lj——丝杆两支撑间距离，Lj=35mm；
L——丝杆计算长度，L=[（35-25）/2]+25
=30mm
E——丝杆材料的弹性模量查表可知：
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