陳晶晶，陳田力，朱澤偉，牛海俠

（安徽三聯(lián)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230601）

中國作為鎖具的發(fā)源地之一，其歷史悠久。 隨著科技的進(jìn)步，鎖具的設(shè)計(jì)也越來越復(fù)雜：從材質(zhì)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(dòng)物鎖、暗門鎖等。 外國鎖具也在不斷發(fā)展，到1848年，美國人耶爾發(fā)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(jìn)入到現(xiàn)代鎖的時(shí)代[1]。

1 研究背景

中國擁有世界最大的老齡人群，助老機(jī)械的出現(xiàn)讓機(jī)器的設(shè)計(jì)與發(fā)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(xiàn)象，有時(shí)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(dāng)前鎖具主要以機(jī)械鎖和電控鎖為主，機(jī)械鎖構(gòu)造簡單、穩(wěn)定性高、成本低廉。 而電控鎖具有方便安全等特點(diǎn)，是未來鎖具的發(fā)展方向，本文旨在從機(jī)器構(gòu)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(chuàng)新如下：利用插拔鑰匙的形式，得到鑰匙存放的權(quán)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(jī)構(gòu)對門上鎖與解鎖； 另外采取按壓式開關(guān)達(dá)到進(jìn)出門裝置的開啟和關(guān)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(guān)內(nèi)（即未形成電流通路時(shí)），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(dòng)，此時(shí)插銷離開斜舌上的鎖孔，可以扭動(dòng)門鎖手柄開門。

在鑰匙插入含有鑰匙槽的開關(guān)內(nèi) （即形成電流通路時(shí)），電磁鐵恢復(fù)磁性，形成因磁場產(chǎn)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(shí)插銷進(jìn)入斜舌上的鎖孔，人無法扭動(dòng)門鎖手柄開門。

2.2 鑰匙插槽開關(guān)的主要功能

在鑰匙插入含有鑰匙插槽的開關(guān)時(shí)，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(guān)時(shí)，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(guān)的主要功能

該開關(guān)裝在門鎖的方舌彈出處，當(dāng)人為將方舌彈出，方舌會(huì)推動(dòng)按壓式開關(guān)，使整個(gè)裝置的電路斷開。 當(dāng)人為將方舌縮出，方舌會(huì)松開按壓式開關(guān)，使整個(gè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 總體外觀設(shè)計(jì)

本裝置整個(gè)機(jī)構(gòu)分成三部分： 第一部分是電源和帶有鑰匙插槽的開關(guān)以及提示燈、蜂鳴器結(jié)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(guān)，外觀為扁平盒狀。

3.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和杠桿型插銷裝置

杠桿式插銷是由三個(gè)螺栓、一個(gè)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(qiáng)度剛度都很高的金屬或塑料構(gòu)成；下部分則由一段密度高的金屬構(gòu)成，形成上部分輕，下部分重的效果，此時(shí)密度高重量大的下部分充當(dāng)重錘，迫使整根插銷在運(yùn)動(dòng)過程中一直保持豎直狀態(tài)，為插銷能夠準(zhǔn)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(jié)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(shè)定門鎖打開的行程為3mm。 如圖1 所示，所以杠桿的支點(diǎn)不可以在中部，需要向鐵片的一端移動(dòng)，而支點(diǎn)正是第三根螺栓的位置所在。 杠桿的長度以及支點(diǎn)移動(dòng)的距離可以在裝置安裝時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來適應(yīng)門框的長度限制等各種因素影響。

3.3 各部分結(jié)構(gòu)介紹

3.3.1 按壓式開關(guān)

按壓式開關(guān)是由兩個(gè)小金屬塊、 一只彈簧和一塊長方形金屬薄片組成，兩個(gè)小金屬塊是連接導(dǎo)線以及方便接觸到金屬薄片，彈簧與長方形金屬薄片結(jié)合在一起構(gòu)成T 形，整體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 按壓式開關(guān)結(jié)構(gòu)

3.3.2 含有鑰匙插槽的開關(guān)

此開關(guān)由2 個(gè)導(dǎo)電塊、一個(gè)按壓式開關(guān)、蜂鳴器與提示燈（兩者可看作一體）構(gòu)成，上端的兩個(gè)較大的導(dǎo)電塊之間的距離等于被插入鑰匙的距離，當(dāng)鑰匙插入槽內(nèi)，因自身有導(dǎo)電性，充作導(dǎo)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(dǎo)電塊與小導(dǎo)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(guān)，黑色部分為導(dǎo)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(guān)門（此時(shí)人在室內(nèi)），開始測試，打開電源，提示燈和蜂鳴器正常工作，發(fā)出亮光和聲音提示將鑰匙插入鑰匙槽開關(guān)，如圖4 所示。將鑰匙插入開關(guān)，提示燈和蜂鳴器立即停止工作，當(dāng)扭動(dòng)門鎖手柄不動(dòng)時(shí)，說明電磁鐵和杠桿型插銷正常運(yùn)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(dòng)門鎖手柄轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖5 所示。 打開門，走出室外，關(guān)門，此時(shí)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(guān)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，如圖6 所示。 當(dāng)解鎖開門時(shí)，蜂鳴器與提示燈開始工作，直到人進(jìn)入室內(nèi)，將鑰匙插入鑰匙槽內(nèi)，彈出方舌整個(gè)裝置關(guān)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(tài)

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(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一款電磁輔助鎖。 通過電磁鐵的通電與斷電行為，對門進(jìn)行上鎖與開鎖。 整個(gè)裝置的重點(diǎn)在于電磁鐵與杠桿的配合以及含有鑰匙插槽開關(guān)的設(shè)計(jì)。 能夠在一定程度上解決老人因?yàn)槌鲩T忘記帶鑰匙或者忘記關(guān)門等問題，該裝置可以為研究助老機(jī)械提供一個(gè)思路。