1. 前言
隨著人們生活品質(zhì)的提高，人們對門窗功能也提出更高的要求。從最初的采光通風(fēng)功能到現(xiàn)在的內(nèi)平開下懸、平開限位、電動開啟窗等。現(xiàn)代建筑逐步向智能化管理發(fā)展，閉門器的發(fā)明更是成為現(xiàn)代建筑智能化管理的一個不可忽視的執(zhí)行部分。它的設(shè)計核心思想在于實(shí)現(xiàn)對關(guān)門過程的控制，使關(guān)門的各種功能能夠按照人的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。閉門器的意義不僅在于將門自動關(guān)閉，還能保護(hù)門框和門扇(平穩(wěn)關(guān)閉)。目前在鋁合金門窗市場上平開門想要實(shí)現(xiàn)自動關(guān)閉功能都要安裝液壓閉門器，但是閉門器是安裝在門扇的上方，從外觀上看是整體凸出、刺眼且破壞了門扇的整體美。由此引發(fā)了思考，設(shè)計一款具有閉門器功能的鋁合金平開門鉸鏈，使得平開門鉸鏈與閉門器的功能集成，既節(jié)省了成本又縮短了安裝工時。并且省了外裝閉門器使門的整體更加簡潔美觀。
2. 設(shè)計說明
2.1 在設(shè)計之初對普通平開門鉸鏈+閉門器和液壓鉸鏈進(jìn)行了比較(見表1)。由此可見液壓鉸鏈整體優(yōu)勢高于普通門鉸鏈與傳統(tǒng)閉門器的組合。
2.2 液壓鉸鏈的工作原理
2.2.1 開門時內(nèi)部活塞下移，閉門時活塞上升，通過液壓油回流速度調(diào)節(jié)，達(dá)到閉門速度的調(diào)節(jié)。
2.2.2 開門時，扭簧加力，閉門時釋放扭力，達(dá)到閉門動力。
2.2.3 當(dāng)門扇開啟角度大于90°時可在設(shè)定位置保持靜止?fàn)顟B(tài)即駐持功能。
2.3 結(jié)構(gòu)與功能尺寸分析
液壓鉸鏈的結(jié)構(gòu)與功能尺寸主要是各零件之間的配合尺寸和鉸鏈與門框、扇型材的配合尺寸。此鉸鏈適用的型材必須為歐標(biāo)C20 槽口，其重要尺寸為扇槽底寬20mm，扇槽口寬15±0.2mm，扇槽深3mm，扇槽高4.5mm，五金件活動空間11.5mm(圖2)。
2.3.1 鉸鏈與框扇連接的結(jié)構(gòu)
鋁合金窗是一種薄壁型材，一般壁厚≤ 2mm，且鋁合金的材質(zhì)硬度要比鋼制螺釘低( 相差3 倍)，所以鋁合金窗合頁一般不采用直接螺紋連接式安裝。夾持式(C 槽型) 安裝采用無自攻螺釘的安裝方式。壓板
采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼304材質(zhì)沖壓成型，獨(dú)特的邊緣毛刺型設(shè)計，確保與型材的抓合力更強(qiáng)( 圖3)，框、扇壓板均采用預(yù)裝式即在框、扇組角前將壓板放入槽口中。
2.3.2 鉸鏈液壓緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計
活塞連接套筒采用雙S凸輪設(shè)計，保證磨損最小，動力最大。門扇開啟過程中帶動套筒轉(zhuǎn)動，活塞沿雙S 滑軌運(yùn)動(圖4)，通過液壓油回流實(shí)現(xiàn)關(guān)閉時的緩沖效果。并且通過調(diào)節(jié)調(diào)速螺釘可以對門關(guān)閉的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。精密的活塞液壓運(yùn)動能有效的吸收沖擊，保證關(guān)門更輕柔、更安全。當(dāng)某種外力(如強(qiáng)風(fēng))突然施加于門時，鉸鏈能瞬間啟動緩沖功能。
門扇在啟閉過程中，活塞的運(yùn)動方向( 見圖5)，在門扇開啟時，活塞位置下移，液壓油通過單向節(jié)流孔進(jìn)入到活塞內(nèi)腔。在門扇關(guān)閉時，因?yàn)閴簭?qiáng)作用，節(jié)流孔內(nèi)的鋼珠堵住油孔使液壓油只能通過活塞中間Φ2 通孔的環(huán)形縫隙進(jìn)入到液壓缸中，通過調(diào)速螺釘頭部的調(diào)節(jié)桿伸入長度控制流量(見圖6)。根據(jù)液壓環(huán)形縫隙流公式:
由公式(1)可知，流量Q與環(huán)形縫隙量δ成正比關(guān)系。調(diào)節(jié)桿的桿件采取倒錐形設(shè)計，當(dāng)調(diào)節(jié)桿下移時環(huán)形縫隙量δ 減小則流量Q減小，反之則流量Q增大(見圖7)。
同時根據(jù)流量的定義公式：
由公式(2) 得出當(dāng)體積V 一定時，時間t與流量Q成反比關(guān)系即流量Q越大所需時間t越小。
2.3.3 自動閉門及駐持功能結(jié)構(gòu)設(shè)計高強(qiáng)度的扭簧保證了輸出足夠的扭轉(zhuǎn)力使鉸鏈可以自動回位。在活塞連接套筒內(nèi)設(shè)有圓柱銷，當(dāng)圓柱銷處于連接套筒與定位座時，扭簧處于啟用狀態(tài)。當(dāng)圓柱銷處于連接定位座與導(dǎo)向桿時，扭簧處于失效或駐持狀態(tài)(見圖8)。
a、 扭簧扭力計算：扭轉(zhuǎn)彈簧鋼絲主要承受彎曲應(yīng)力，矩形截面鋼絲比圓截面鋼絲彎曲剛度大，因此矩形截面扭轉(zhuǎn)彈簧儲能高可以輸出強(qiáng)力扭矩。矩形截面扭簧工作扭矩公式：
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