一種電磁輔助鎖的設計*

陳晶晶，陳田力，朱澤偉，牛海俠

（安徽三聯學院機械工程學院，安徽 合肥 230601）

中國作為鎖具的發源地之一，其歷史悠久。 隨著科技的進步，鎖具的設計也越來越復雜：從材質上看，鎖具基本上分為木鎖和金屬鎖；從造型上看，有方圓形鎖、文字鎖、密碼鎖、枕頭鎖、人物動物鎖、暗門鎖等。 外國鎖具也在不斷發展，到1848年，美國人耶爾發明的采用圓柱形鎖栓的彈子鎖，目前已成為世界上使用最為廣泛的鎖種，自此人類進入到現代鎖的時代[1]。

1 研究背景

中國擁有世界最大的老齡人群，助老機械的出現讓機器的設計與發展要更多的考慮到老人的需求。 以助老為目的，本款鎖具針對老人健忘的現象，有時忘記帶鑰匙的問題提出的一種解決方案，為老人生活帶來方便。

當前鎖具主要以機械鎖和電控鎖為主，機械鎖構造簡單、穩定性高、成本低廉。 而電控鎖具有方便安全等特點，是未來鎖具的發展方向，本文旨在從機器構成和電路控制兩方面介紹這一款集提示和自鎖為一體的電磁輔助鎖。 本裝置的創新如下：利用插拔鑰匙的形式，得到鑰匙存放的權力，配合蜂鳴器和提示燈，有效提示老人出門不要忘記帶鑰匙。 利用“電磁鐵—連桿—插銷”機構對門上鎖與解鎖； 另外采取按壓式開關達到進出門裝置的開啟和關閉的目的[2-5]。

2 電磁鎖主要功能

2.1 電磁鎖的主要功能

在鑰匙未插入含有鑰匙槽的開關內（即未形成電流通路時），電磁鎖失去磁性，無法吸引電磁鐵端面上方的鐵片。 與鐵片相連的杠桿型插銷因重力作用縱向向下移動，此時插銷離開斜舌上的鎖孔，可以扭動門鎖手柄開門。

在鑰匙插入含有鑰匙槽的開關內 （即形成電流通路時），電磁鐵恢復磁性，形成因磁場產生的吸力，吸力吸引電磁鐵端面上方的貼片并貼合至端面。 與鐵片相連的杠桿型插銷因一端受到吸力，有插銷的一端被抬起，此時插銷進入斜舌上的鎖孔，人無法扭動門鎖手柄開門。

2.2 鑰匙插槽開關的主要功能

在鑰匙插入含有鑰匙插槽的開關時，形成通向電磁鐵的電流通路，并斷開通向提示燈和蜂鳴器的電流。 在鑰匙未插入含有鑰匙插槽的開關時，通向電磁鐵的電路斷開，電流通向提示燈和蜂鳴器。

2.3 按壓式開關的主要功能

該開關裝在門鎖的方舌彈出處，當人為將方舌彈出，方舌會推動按壓式開關，使整個裝置的電路斷開。 當人為將方舌縮出，方舌會松開按壓式開關，使整個裝置的電路形成通路。

3 集提示和自鎖為一體的電磁輔助鎖結構設計

3.1 總體外觀設計

本裝置整個機構分成三部分： 第一部分是電源和帶有鑰匙插槽的開關以及提示燈、蜂鳴器結合在一起，外觀做成盒狀；第二部分是由電磁鐵和杠桿式插銷組合在一起，外觀為拐杖形狀；第三部分是按壓式開關，外觀為扁平盒狀。

3.2 傳動機構和杠桿型插銷裝置

杠桿式插銷是由三個螺栓、一個杠桿、插銷以及鐵片組成，鐵片與插銷分別固定在杠桿的兩端，插銷由兩部分組成，上部分為強度剛度都很高的金屬或塑料構成；下部分則由一段密度高的金屬構成，形成上部分輕，下部分重的效果，此時密度高重量大的下部分充當重錘，迫使整根插銷在運動過程中一直保持豎直狀態，為插銷能夠準確插入鎖孔提供了第一重保證。 鐵片是通過兩塊打孔的半圓板固定起來，鐵片水平放置，兩塊半圓板垂直于鐵片并間隔一段距離結合在一起，這隔開的一段距離是為了方便用螺栓與杠桿連在一起。

圖1 通過杠桿放大行程

電磁鐵的行程不超過8mm，因此設定門鎖打開的行程為3mm。 如圖1 所示，所以杠桿的支點不可以在中部，需要向鐵片的一端移動，而支點正是第三根螺栓的位置所在。 杠桿的長度以及支點移動的距離可以在裝置安裝時進行調節，以此來適應門框的長度限制等各種因素影響。

3.3 各部分結構介紹

3.3.1 按壓式開關

按壓式開關是由兩個小金屬塊、 一只彈簧和一塊長方形金屬薄片組成，兩個小金屬塊是連接導線以及方便接觸到金屬薄片，彈簧與長方形金屬薄片結合在一起構成T 形，整體結構如圖2 所示。

圖2 按壓式開關結構

3.3.2 含有鑰匙插槽的開關

此開關由2 個導電塊、一個按壓式開關、蜂鳴器與提示燈（兩者可看作一體）構成，上端的兩個較大的導電塊之間的距離等于被插入鑰匙的距離，當鑰匙插入槽內，因自身有導電性，充作導電塊，使上面的電路通路，隨著鑰匙的全部插入，鑰匙尖端擠壓T 型塊，彈簧被壓縮，T 型塊下移，讓大導電塊與小導電塊分離，電路斷路，蜂鳴器與提示燈斷電。 如圖3 所示。

圖3 含有鑰匙插銷的開關，黑色部分為導電塊

4 集提示和自鎖為一體的電磁輔助鎖安全性能測試

人關門（此時人在室內），開始測試，打開電源，提示燈和蜂鳴器正常工作，發出亮光和聲音提示將鑰匙插入鑰匙槽開關，如圖4 所示。將鑰匙插入開關，提示燈和蜂鳴器立即停止工作，當扭動門鎖手柄不動時，說明電磁鐵和杠桿型插銷正常運作。如圖4 所示。拔下鑰匙，提示燈和蜂鳴器又開始工作，用手扭動門鎖手柄轉動，如圖5 所示。 打開門，走出室外，關門，此時依舊可以聽到蜂鳴器的聲音，把鑰匙插入鎖孔，人為上鎖，彈出方舌后，聽不見蜂鳴器的聲音，說明按壓式開關運轉正常，如圖6 所示。 當解鎖開門時，蜂鳴器與提示燈開始工作，直到人進入室內，將鑰匙插入鑰匙槽內，彈出方舌整個裝置關閉。 如圖7 所示。

圖4 插入鑰匙，方舌彈出

圖5 未插入鑰匙且方舌未彈出狀態

圖6 未插入鑰匙，方舌彈出，電路斷路

圖7 插入鑰匙，方舌未彈出

5 結束語

本文設計了一款電磁輔助鎖。 通過電磁鐵的通電與斷電行為，對門進行上鎖與開鎖。 整個裝置的重點在于電磁鐵與杠桿的配合以及含有鑰匙插槽開關的設計。 能夠在一定程度上解決老人因為出門忘記帶鑰匙或者忘記關門等問題，該裝置可以為研究助老機械提供一個思路。