基于CREO運動骨架的金庫門反鎖裝置的優化設計

摘要：目前市場上的金庫門產品反鎖機構形式多樣，但采用齒輪齒條結構的還是居多。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簡單可行地同時達到反鎖和鎖死的功能。并以運動骨架建模的方式先創建機構運動簡圖，再創建機構運動分析，在分析反鎖機構行程之后，利用敏感度分析找出影響行程要求的參數范圍，然后執行可行性分析找到所需行程的合適參數解，最終得到滿足要求的各桿參數。

關鍵詞：反鎖機構；雙曲柄滑塊；敏感度；可行性

中圖分類號：TH693.3 文獻標識碼：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進行鎖門，此外還不能從縫隙撬開機構開門。由此提出在公司現有金庫門的基礎上加裝反鎖機構，本例用雙曲柄滑塊機構來反鎖門體和鎖定外部操作機構。傳統的曲柄滑塊機構的設計多采用試湊法得出，而對于桿件參數的優化，工程師通常需要花費大量精力去完成，且往往得不到最優化的機構參數，CREO Parameter的運動骨架建模使得曲柄滑塊機構的設計和優化有一個很好的解決辦法。這種方法不僅能提高設計效率，還能在合適范圍找到滿足要求的最優解，使得機構運行可靠，節省人力物力，為企業降低成本，也為工程師提供了一個很好的設計方法。

2 設計要求

根據公司目前生產的金庫門結構及人機功能學原理，反鎖位置宜排不在天地鎖與門芯開合側部位，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，利用雙曲柄結構達到同時鎖閉金庫門和天地鎖的功能，其中鎖閉金庫門側的行程要求在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大的行程要求。且在鎖閉之后，鎖閉金庫門側的曲柄滑塊必須過死點，已達到防撬功能。

3 創建運動骨架模型

3.1基礎建模

運動骨架的創建方法在此不再敖述（相關教程都有詳細步驟），在運動骨架下創建一個標準骨架，并草繪機構的大致運動簡圖如下：

圖示位置為未鎖閉狀態，其中O點作為回轉中心，桿DOA作為曲柄旋轉方向為順時針，轉動角度范圍為150°～-10°（可以看出當OD桿與DE桿重合時為鎖閉金庫門側的死點位置，到達-10°時已經完全超過死點），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。調整圖元尺寸到近似要求位置，下面以圖1所示尺寸為例進行優化設計。

3.2運動機構

完成標準骨架建模后，分別創建各主體項（創建方法不再敖述），創建主體項時軟件會自動識別機構連接。我們進入機構模塊后，添加伺服電動機，我們創建的位置類型的機構分析時間為10s，轉動角度為160°，可將伺服電動機的轉速設為16°/s。

4 機構運動分析

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

從圖中可以看到S1和S2的最大值已經超出所需范圍。

5敏感度分析

進入敏感度分析，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果，可以看出，要使S1在所要求的范圍之內，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，我們設定所需行程S1=24mm，行程S2=85mm，創建可行性分析，其中設計約束即為所需行程，設計變量即為桿長OA和OD，變化范圍參照敏感度計算結果圖示，分別為11.5～12.3和45～47，計算后就找到可行解決方案。

7 組件細節設計

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

參考文獻：

[1]中華人民共和國金融行業標準《JR/T 0001-2000金庫門》.

[2]中華人民共和國公共安全行業標準《GA/T 143-1996金庫門通用技術條件》.

[3]中華人民共和國國家標準《GB 50396-2007出入口控制系統工程設計規范》.

作者簡介：袁豐軍（1987--），男，學士，機械工程師，研究方向：機械工程