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一、前言
提升推拉門五金系統(tǒng)廣泛應用于鋁合金、塑料和實木等不同的型材門上 ，本文以鋁合金提升推拉門（詞條“推拉門”由行業(yè)大百科提供）為例展開闡述;提升推拉門五金系統(tǒng)是由提升機構、傳動機構、鎖閉部件等組成的，可以使門具有升降、推拉、鎖閉等功能的五金系統(tǒng)。隨著生活水平的提高，人們家里的陽臺門、陽光門、隔斷門等對提升推拉門應用不斷增多，對提升推拉門的功能和性能要求也日益提高，如開啟扇大尺寸、大重量，操作輕便、靈活等，提升推拉門關鍵的結構是提升機構和鎖閉部件，下面對關鍵結構進行力學分析。
二、技術分析
一)傳動部分
1、系統(tǒng)傳動機構選擇
門扇的提升與下降功能是通過給執(zhí)手施加扭矩，驅動曲柄滑塊機構，帶動傳動桿，輪組座沿著輪組提升機構方向運動，實現(xiàn)門扇的提升與下降功能。
三種提升推拉型材門的型材配合槽口如圖1，由圖可知鋁合金提升推拉門搭接為8mm，所以將輪組提升機構提升的高度設計為8mm;
系統(tǒng)傳動可選擇連桿傳動機構，連桿機構構件間用轉動低副連接，傳動可靠，承載力大，耐磨性能好。連桿機構能實現(xiàn)多種運動形式的變換和多種運動規(guī)律的輸出，構件中的運動副元素多為圓柱或平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供），加工方便，精度容易保證。圖2為系統(tǒng)傳動原理圖;圖3為輪組提升機構原理圖。
圖1 型材截面圖
圖2 系統(tǒng)傳動原理圖
圖3 輪組提升機構原理圖
按圖3所示分析，機構提升8mm，在水平方向傳動距離L為未知， 角越大，整個門扇下降越快，執(zhí)手的反應是快速反彈，很容易造成執(zhí)手傷人;當 角過小，可能整個門扇無法下降，需要用力旋轉執(zhí)手，才能完成機構下降功能。
2、機構下降時，輪組提升機構的力學分析
機構下降時，輪組提升機構力學模型如圖4。
圖4 機構下降時，輪組提升機構力學模型
F為水平方向的驅動力，f為摩擦力， 為摩擦系數(shù)， 為摩擦角;
假設下降階段為勻速，根據(jù)力的平衡方程得：
3、機構提升時，輪組提升機構的力學分析
當機構提升時，輪組提升機構的力學模型如圖5：
圖5 機構提升時，輪組提升機構的力學模型
4、輪組提升機構傾斜角度 和水平傳動距離 L 的計算
6、方孔中心到曲柄滑塊運動軌跡間的距離h，即曲柄力臂的計算
按JG/T 308-2011建筑門用提升推拉五金系統(tǒng)第5.4.1規(guī)定：提升推拉五金系統(tǒng)初始執(zhí)手操作力不應大于100N。執(zhí)手的操作力要求垂直手柄中心線，距離執(zhí)手旋轉中心230mm處施加100N，如圖6。
圖6 執(zhí)手的操作力示意圖
可用圖解法設計出曲柄滑塊機構原理圖，校核 h值，見圖7。
圖7 曲柄滑塊機構原理圖
以上具體的數(shù)值計算和分析為門扇質量300kg對五金件承重要求苛刻的情況。按標準JG/T 308-2011 5.4.1條款：單個活動扇質量不大于200kg時，系統(tǒng)初始操作力不應大于100N;單扇活動扇質量大于200kg,供需雙方商定。門扇質量200kg相關數(shù)值的計算和分析與上述方法一樣，在這就不再累贅。
二)、零件強度計算和材質選用
1、機構提升時輪軸的受力計算及材料的選取
圖8為輪子受力分析示意圖，兩組輪組，四個輪子承受300kg質量的重力。
圖8 輪子受力分析示意圖
2、機構提升時轉角（詞條“轉角”由行業(yè)大百科提供）塊處各受力連接軸的受力計算及材料的選取
結合制造工藝和裝配工藝，可以算出各受力軸的設計尺寸。
圖9 機構提升狀態(tài)示意圖
3、前輪組固定板的強度計算
兩滑輪之間為可抽象為兩端固定的梁，力學模型如圖10
圖10 兩端固定的梁力學模型
圖11 輪組固定板橫截面示意圖
4、轉角連接處零件“轉角塊”的強度計算及材料的選用
應用可同時解決線性和非線性復雜問題的工程模擬有限元分析軟件ABAQUS進行力學分析：在門扇300kg質量的重力作用下，機構提升時所需驅動力 =1483N，應力分析結果如圖12：
圖12
5、曲柄滑塊機構的曲柄零件轉動器的強度計算和材料選用
圖13
6、塑料輪材料的選擇和尺寸設計
接觸應力是指兩個接觸物體相互擠壓時在接觸區(qū)及其附近產(chǎn)生的應力。因輪子與軌道間實際不是面接觸，所以輪子與軌道的運動副為高副，如果輪子的材料選擇和尺寸設計不當，會在接觸表面的局部區(qū)域產(chǎn)生剝落，形成麻點或凹坑，使運轉噪聲增大，振動加劇，溫度升高，磨損（詞條“磨損”由行業(yè)大百科提供）加快，最后導致零件失效。
三、在實際工作中的應用
提升推拉五金系統(tǒng)在建筑當中優(yōu)點較多，各種型材，如鋁合金型材、塑料型材、實木型材所要求的槽口尺寸基本一致，槽口形式基本就是槽口大、小兩種，配件比較通用。使用上，由于采用了膠條（詞條“膠條”由行業(yè)大百科提供）密封，所以比傳統(tǒng)普通推拉門物理性能要好的多;并且避免了傳統(tǒng)的普通推拉門晃動較大的問題。與推拉折疊門相比，雖然通過空間相對推拉折疊門較小，但比較穩(wěn)定，安裝之后的效果及壽命更好。
行業(yè)中，目前提升推拉門五金系統(tǒng)生產(chǎn)廠家比較多，但由于技術設計和制作工藝的問題，良莠不齊，問題較多。
通過本文的上述分析，我們已經(jīng)比較清楚地了解了提升推拉門五金系統(tǒng)設計中的理論分析和結構分析的方法，那么今后在實際應用中，我們應該對結構進行詳細分析，得出最合理的方案。
行業(yè)內不少廠家只是拿相似的配件進行逆向設計，不去深入考慮其應用方面的問題，結果設計制作后問題多多，造成很多不良影響。
四、結論
通過對提升推拉五金系統(tǒng)的提升原理、結構分析、強度分析，我們對提升推拉門五金系統(tǒng)中的技術理論分析有了初步的印象。相信大家對提升推拉五金系統(tǒng)的設計理念有了更深層次的了解，希望提高行業(yè)的整體設計水平，對五金系統(tǒng)的整體制作水平能有提高。
參考資料
[1] 《大學物理》 高等教育出版社
[2] 《理論力學》 高等教育出版社
[3] 《材料力學》 高等教育出版社
[4] 《機械設計手冊》 機械工業(yè)出版社
