兩種公交車門機構科普展品的研制

井大喜

兩種公交車門機構科普展品的研制

井大喜

（蚌埠市科學技術館，安徽 蚌埠 233000）

為了進一步落實《全民科學素質行動計劃綱要》精神，促進中國中小科技館展品創新研發能力提升，蚌埠市科學技術館品研發部門設計并制作了兩種公交車門機構科普展品，因此，介紹了兩種公交車門機構科普展品的研制。

科普展品；公交車門機構；乘客；曲柄

1 概述

隨著人們更多地選擇公共交通的出行方式，如何讓公眾更多地了解公交車門的開閉，科技館展品研發部門把復雜的公交車門機構制作成公眾更易理解的科普展品，采用直觀演示的方法展示相關原理，這也是科技館研發部門展品創新研發能力的提升。

公交車門機構種類很多，比較常見的兩種是內擺式氣動門，如圖1所示，以及外擺平行移動式乘客門，如圖2所示。內擺式氣動門具有不占用路寬、不影響交通、不易碰傷候車人、造價低、實用性強、維護方便等優點。外擺平行移動式乘客門具有上下車方便、開啟靈活、整車動力性、舒適性好（噪聲小、密封好等）等優點。

圖1 內擺式氣動門

圖2 外擺平行移動式乘客門

2 機構運動原理的分析

2.1 內擺式氣（電）動門原理

內擺式氣動門主要工作原理是曲柄滑塊機構，如圖3所示，是用曲柄和滑塊來實現轉動和移動相互轉換的平面連桿機構。曲柄滑塊機構中與機架構成移動副的構件為滑塊C，通過轉動副A、B聯接曲柄和滑塊的構件為連桿，滑塊C為主動件，桿AB和桿BC為曲柄，構成了內擺式氣動門車門系統，如圖4所示。

內擺式氣（電）動門是將滑塊的往復直線運動變換為回轉運動（車門開閉）。因科普展品對展品噪聲有要求，設計時考慮把氣缸改為無噪聲的電動直線推桿，汽車車門開啟時，電動推桿帶動滑塊C直線移動，推動AB桿繞A點轉動。車門相當于曲柄滑塊機構的連桿BC，滑塊C上固定桿在滑道內移動，作為連桿的兩扇車門做平面運動可由閉合狀態到開啟狀態。

圖3 曲柄滑塊機構

圖4 內擺式門機構簡圖

2.2 外擺平行移動式乘客門原理

外擺平行移動式乘客門的工作原理，相當于一個平面四連桿機構的運動原理，如圖5所示。在這個平面四連桿機構中，桿長AB=CD，四桿形成一個平行四邊形機構。當桿CD繞D點轉動時，桿AB也按桿CD同一方向轉動，而連桿BC則作平行移動。

外擺平行移動式乘客門就是利用平面四連桿機構的運動原理，如果將連桿BC作為車門，桿CD為主動臂，桿AB為約束臂，就構成了外擺平行移動式乘客門車門系統。桿CD設計為異形“L”形，能有效地避開車體?？紤]到科普展品的互動性和趣味性，把主動臂CD的旋轉驅動部件由電機帶動改為手動旋轉操作手輪。旋轉操作手輪，帶動主動臂CD旋轉，四連桿結構帶動車門做平移運動，雖然車門是一個空間立體，但在啟閉過程中門上任意一個面都作平行移動，實現了車門繞車架做旋轉平移，實現車門的開啟、關閉，如圖6所示。

圖5 平面四連桿機構

圖6 外擺平行移動式乘客門機構簡圖

3 機構的結構設計與制作

3.1 內擺式電動門結構設計

內擺式電動門是采用曲柄滑塊機構有軌道擺動式車門，主要包括電動直線推桿、滑塊軸、上固定板、車門、軸承組件、上連桿、主立柱、車門、下連桿、下固定板等部件，如圖7所示。

圖7 內擺式電動門關鍵機構

車門、上（下）連桿、滑塊軸構成了一個曲柄滑塊機構。通過按動開門、關門按鈕，控制電動直線推桿直線運動，帶動滑塊軸在軌道內直線運動，作為連桿的兩扇車門做平面運動可由閉合狀態到開啟狀態。設計時需注意滑塊為主動件，且曲柄與連桿共線時，機構會出現死點，如圖3中A點與C點的位置關系，需要把機構設計為偏置的曲柄滑塊機構。

3.2 外擺平行移動式乘客門結構設計

外擺平行移動式乘客門是采用平面四連桿機構的無軌道擺動式車門，主要包括車門、主軸、操作手輪、主軸下支座、皮帶輪、皮帶、上主動臂、下主動臂、約束臂、主軸上支座等部件，如圖8所示。

圖8 外擺平行移動式乘客門關鍵機構

車門、上（下）主動臂、約束臂構成了一個平面四連桿機構。通過手動旋轉操作手輪，帶動皮帶輪轉動，皮帶輪帶動主軸和上（下）主動臂驅動車門，使其在水平面內作近似平行移動，從而完成車門的開啟和閉合運動。設計時考慮科普展品的耐用性，動力傳動選擇皮帶傳動，能在車門開閉到限定位置時繼續轉動手輪，皮帶在輪上打滑，可以防止其他零件損壞，起到保護作用。

3.3 制作

考慮到主要零部件的形狀、強度和精度要求，機構主要材質采用有機玻璃，它很容易被切割和雕刻，能夠加工成各式各樣的形狀，成本相對也是比較低。上（下）主動臂、約束臂、車門等采用壓克力激光雕刻，尤其上（下）主動臂為異形“L”，部分有機玻璃激光雕刻零件如圖9所示，確保主動臂及約束臂孔距尺寸，滿足機構運行要求。設計各轉動副孔、軸都是圓形零件，并采用軸承配合，加工時可以達到很高的精度配合，使得車門的擺動幅度很小，簡單可靠。

圖9 部分有機玻璃激光雕刻零件圖

按上述設計制作的內擺式電動門和外擺平行移動式門，安裝和維修方便，成本較低。在實際制作完成后，取得了很好的展示效果，如圖10和圖11所示。

圖10 內擺式電動門展品實物

圖11 外擺平行移動式乘客門展品實物

4 總結與展望

以上僅就兩種公交車門機構科普展品結構和制作作了一般性的介紹。本文主要介紹曲柄滑塊機構、平面四連桿機構的運動原理具體在兩種車門機構科普展品中的應用，并提供了關節部件的設計和制作方法，為將來其他種類的機械運動類科普展品研制提供了借鑒。

曲柄滑塊機構、平面四連桿機構兩種機構在現實生活中應用較為廣泛，除了上述兩種機構外，還有許多經典的機械結構能夠轉化為科普展品，通過生動、趣味的形式把科學知識展示出來，從而實現科學文化知識的普及；另一方面，展品創新與研發制作是每個科技館的一項長期工作，科技館研發部門通過展品科普展品的研發設計制作，不斷提升展品研發人員的專業素質和設計能力。

U463.834

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.16.021

2095－6835（2019）16－0052－02

井大喜（1970—），男，安徽蚌埠人，畢業于合肥工業大學機電一體化專業，學士，高級工程師，主要從事科普展品方面的研發工作。

〔編輯：張思楠〕