六桿式車庫翻轉(zhuǎn)門的設(shè)計

西安思源學院 郭生瀚 張 寬 徐成揚 李 燚 雷鴻春

針對目前常見的車庫用電動卷簾門在停電狀況下無法正常啟閉的弊端，本文設(shè)計了一款不需要電力驅(qū)動的翻轉(zhuǎn)門，該翻轉(zhuǎn)門利用六桿機構(gòu)傳動，只需要很輕的人力推動，即可實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)門的開閉。翻轉(zhuǎn)門操作方便、省力，并可以實現(xiàn)在任意位置停留，方便車輛、物料等的進出。翻轉(zhuǎn)門的結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉。該翻轉(zhuǎn)門也可用于鋪面、倉庫等場合，具有很好的推廣價值。

隨著人們生活水平的提高，汽車已經(jīng)逐步走進千家萬戶，成為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活不可或缺的交通工具，隨之而來的獨立車庫也漸漸被引進小區(qū)或獨棟別墅中。日常使用的車庫門多數(shù)為卷簾門，多數(shù)卷簾門在使用過程中需要人工抬起或關(guān)閉，且在鎖門時還需腳踩，而后俯身鎖門，在此過程中極容易造成人員受傷，最常遇到的情況就是夾傷手指。有些卷簾門雖然設(shè)計了自動裝置靠電動機帶動，但其使用噪音大且停電時無法使用。有些車庫也使用翻板門，但目前使用的翻板門大多是需要多層門體導軌和連桿結(jié)構(gòu)，開門時易產(chǎn)生死點，運動不暢，造價較高，也會造成很大噪音。

針對以上車庫門的弊端，本文設(shè)計了一款六桿機構(gòu)傳動的翻轉(zhuǎn)車庫門，該翻轉(zhuǎn)車庫門結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉，在運動的過程中可以在任意位置實現(xiàn)啟停，并且翻轉(zhuǎn)門開啟時不占車庫空間，能有效利用車庫的狹窄空間，使用壽命長，安裝方便，易于維護。

1 六桿式翻轉(zhuǎn)門的結(jié)構(gòu)及工作原理

六桿式翻轉(zhuǎn)門結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

圖1 六桿式翻轉(zhuǎn)門結(jié)構(gòu)簡圖

車庫門由門框1、連桿2、連桿3、連桿4、連桿5、門6以及彈簧組成。

門6的D點和C點各設(shè)置一個鉸鏈，分別與連桿4和連桿5相連；連桿4在B點和BO點各設(shè)置一個鉸鏈，分別與連桿3和門框1相連；連桿5設(shè)置一個鉸鏈分別與連桿2、連桿3相連；連桿2設(shè)置一個鉸鏈與門框1的AO點相連。連桿4的E點與彈簧一端相連，彈簧另一端與門框1上的EO點相連。

連桿5、連桿3、連桿4、門6組成四桿機構(gòu)，可以實現(xiàn)門的900翻轉(zhuǎn)動作，連桿4和連桿2與門框1通過鉸鏈相連，可實現(xiàn)門在900翻轉(zhuǎn)時提升門的高度，并使門貼近房頂移動，以實現(xiàn)開門的功能，與連桿4和門框1相連的彈簧主要起平衡作用，使開關(guān)門均省力。

工作原理如下：

車庫門由門框1、連桿2、連桿3、連桿4、連桿5、門6組成六桿機構(gòu)，有五個運動構(gòu)件。假設(shè)此機構(gòu)的各構(gòu)件均未與通過運動副相連，它們相對于機架有3×5個自由度，在該機構(gòu)中門6中D點和C點設(shè)置有兩個鉸鏈；連桿4中B點和BO點有兩個鉸鏈；門框中AO點設(shè)置有一個鉸鏈，這五兩個鉸鏈都是低副，各引入了2個約束，共限制10個自由度；連桿5設(shè)置一個鉸鏈A分別與連桿2、連桿3相連，該鉸鏈是三個構(gòu)件同時在一處用轉(zhuǎn)動副相連，屬于復合鉸鏈，相當于2個轉(zhuǎn)動副，引入了4個約束，共有14個約束。因此，該機構(gòu)具有唯一的一個自由度，符合運動要求。連桿4中BOE點長度與彈簧結(jié)構(gòu)有關(guān)，需要合理確定。

在確定門框、門和各連桿長度時，首先確定基礎(chǔ)條件。

第一個基礎(chǔ)條件是首先確定車庫門高度，門框高度根據(jù)設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)確定。門框上BO點鉸鏈位置從門框底向上二分之一門高處確定，AO點鉸鏈位置從BO點鉸鏈位置向上二分之一門高處確定；連桿4上BO點鉸鏈位置到C點鉸鏈設(shè)置長度為二分之一門高；門閉狀態(tài)下所有連桿應(yīng)均處于門框豎直位置并重疊.

此時，連桿2、連桿3、連桿4上相關(guān)鉸鏈點間長度有以下關(guān)系：

第二個基礎(chǔ)條件是在門開啟時，車庫門上端應(yīng)貼近車庫頂近似平移，以便使車停放位置具有最大空間。為達到此目的，必須合理確定AAO、BOB、CD鉸鏈點間長度，使之能滿足第二個基礎(chǔ)條件。AAO、BOB、CD鉸鏈點間長度確定后，DA、AB鉸鏈點間長度即可確定。

為合理確定AAO、BOB、CD鉸鏈點間長度,可采用圖解法、解析法或?qū)嶒灧ㄔO(shè)計。

車庫門使用方法如下：

翻轉(zhuǎn)門在開啟的時候，只需有人在門外或在門內(nèi)輕輕將門沿下側(cè)向上提起，在六桿機構(gòu)的支撐作用下，門就可以向上開啟；輕輕將門沿下側(cè)向下拉動，門即可實現(xiàn)關(guān)閉。在開啟和關(guān)閉的過程中，門6在連桿2、連桿3、連桿4以及連桿6的作用可以在任意位置停止，方便物品的進出。

2 實例

制作一小型轎車車庫門，門尺寸寬2m，高2.7m。門采用角鋼焊接門框，門框兩對角用兩角鋼交叉焊接，加強門的剛度，再用0.5mm鋼板覆蓋焊接在門框上，整個鋼結(jié)構(gòu)門的重心要保持在門的中心。

設(shè)計門1高2.7m。門框高度根據(jù)設(shè)計的具體結(jié)構(gòu)確定為2.778m。

根據(jù)第一個基礎(chǔ)條件，門框1上方下移78mm至AO點設(shè)置第一個鉸鏈位置，從門框1AO點下移1350mm至BO點設(shè)置第二個鉸鏈位置；連桿4上BOC點鉸鏈間距1350mm。

第二個基礎(chǔ)條件是在門開啟時，車庫門上端應(yīng)貼近車庫頂近似平移。采用圖解法設(shè)計。連桿2上AO、A兩點AAO鉸鏈點間長度確定為966mm，連桿4上BO、B兩點BOB鉸鏈點間長度確定為437mm，門6上C、D兩點CD鉸鏈點間長度確定為1184.5mm。通過作圖確定連桿5上D、A兩點DA鉸鏈點間長度為621 mm，連桿3上B、A兩點AB鉸鏈點間長度為920mm。

在連桿4上距BO點448mm的E點處打掛彈簧孔；在門框1下方EO點處打掛彈簧孔；在門中部位置設(shè)一門栓，掛鎖。

經(jīng)實驗，該車庫門運動順暢，操作方便，省力，結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉。

結(jié)語：該翻轉(zhuǎn)門針對現(xiàn)有的車庫門存在的弊端，做了大幅度的改進和完善，可以讓使用者在不需要電力供應(yīng)的前提下，可以方便、快捷、省力、自如的啟閉車庫門，該翻轉(zhuǎn)門制作簡單，成本低廉，操作方便，具有很好的推廣價值。