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建筑门窗传动器锁闭性能分析

来源:建筑门窗配套件委员会专家组 　作者:王洪涛 姚建宁 　日期:2007-4-23 　页面功能【字体：大 中 小】【打印】【投稿】【评论】
　　通过对门窗三性的大量检测工作，作者发现，影响门窗抗风压性能、气密性能以及水密性能的因素有很多，但是对于使用传动锁闭器的门窗系统而言，锁闭器在其中起到了相当重要的作用。门窗的整体性能，不仅与锁闭器锁点个数有关，而且其锁闭位置的选择对提高性能也至关重要。本文通过对传动锁闭器实际使用中的受力状态进行力
　　通过对门窗三性的大量检测工作，作者发现，影响门窗抗风压性能、气密性能以及水密性能的因素有很多，但是对于使用传动锁闭器的门窗系统而言，锁闭器在其中起到了相当重要的作用。门窗的整体性能，不仅与锁闭器锁点个数有关，而且其锁闭位置的选择对提高性能也至关重要。本文通过对传动锁闭器实际使用中的受力状态进行力学分析，总结出了不同锁点时其锁柱位置的布置原则，同时，根据门窗配套件委员会提出的单锁柱承载力的规定，对锁点个数的选择也进行了深入的分析阐述。


关键字：传动锁闭器 力学分析 锁点位置 门窗

前言

　　我们知道，影响门窗三性的因素有很多，除了型材框料和玻璃等主要材料之外，其五金配件也起到了很大的影响。目前，门窗常用的锁闭机构大致分为两类，一类为简单的单柄单点锁，另外一类是单柄多锁点，传动锁闭器应属于后一类。虽然使用传动器锁闭的门窗较使用半圆锁锁闭的门窗在造价上有很大的增加，但是随着国内的经济水平的提高，使用传动锁闭器的门窗正日益成为锁闭系统的主流。


　　所谓传动锁闭器，就是指通过转动执手而实现对门窗多点锁闭功能的装置。其原理是在窗扇上通过连杆连接多个圆柱形锁点，在旋转把手的操作下，使传动锁闭器上若干锁柱同时移动，锁柱滑入固定在窗框上的锁体中，从而实现对门窗的多点锁闭作用。随着技术的发展，如今，可以通过角连接件的使用，可以使窗的四面都用一个、两个或更多个锁点锁住。多点锁闭器的使用，彻底改变了传统的锁定窗户的体系。手柄旋转方向的不同，锁点组合方式的不同，均使得门窗不仅在开启方向，甚至在开启方式上也发生了改变。这种连杆加锁点方案不仅能够提高门窗系统的抗风压性能、气密性能以及水密性能，同时也提高了门窗的防盗等级。目前，市场上流行多种形式的传动锁闭器，其功能和外观也进行着不断的更新和改进。但不管怎样，充分发挥锁闭器对门窗实施锁闭功能，在提高门窗的基本性能的同时，进一步改善门窗的使用功能，永远是科研人员其最根本的宗旨。


　　为了通过改善传动锁闭器而提高门窗的整体性能，通常的做法是通过增加锁点的数量来达到改善质量的目的。的确，从理论上讲，由于锁点均摊作用力的缘故，锁闭点个数越多，门窗整体性能越好。但是，因此产生的成本增加也是不容忽视的。如何在不提高成本的情况下，科学合理地利用传动锁闭器，使其充分地发挥其应有的功能，是无论生产企业，还是使用单位都非常关心的问题。在大量的实际检测工作的基础上，结合理论上的力学分析，本文对传动锁闭器锁点位置的分布，以及不同规格的窗体对锁点个数的要求，给出了结论性的建议。


　　一、传动锁闭器锁柱位置的分布

　　（一）中点挠度与最大挠度

　　在杆件受任意位置的集中力作用时，其杆件中点的挠度值公式为：

　　 （1）

　　杆件最大挠度值公式为：

　　　（2）

　　式中：

　fmax ：杆件最大挠度值；

　f中点 ：杆件中点挠度值；

　a ：集中荷载距离杆件端部较大的距离；

　b ：集中荷载距离杆件端部较小的距离；

　L ：杆件长度；

　P ：集中荷载大小；

　E ：杆件材料弹性模量；

　I ：杆件截面惯性矩；


　　作者通过编程计算得出，二者不仅在位置上十分接近，而且由于挠曲线为一圆滑曲线，在数值上二者也十分接近。因此，在实际计算过程中，无论作用力的作用位置和大小，都可以完全用各个作用力在杆件中点的挠度值的和来替代最大值的和。而且，由于理论上各个作用力产生的最大挠度值的位置不是完全相同，所以，用相同位置（即中点），在同一直线上的挠度值进行代数叠加才有实际意义。


　　当受力杆件有两个任意集中载荷，大小相等而且对称，则有公式：

　　　（3）

　　该公式进一步验证了上面的观点，即两个集中力产生的实际最大挠度值（也为中点挠度值），等于两个任意集中（大小相等位置对称）载荷分别对中点产生的挠度值之和，而不等于两个任意集中载荷分别计算的挠度值相加，尽管差别不大。（参考资料1）

　　（二）锁柱位置分析

　　1、传动锁闭器有两个锁点时的情况：


　　建立力学模型，如图一所示：


　　

图一 两锁点传动器力学模型图


　　按照简支梁理论，分别计算悬端与跨中的挠度值，为：



　　　　　　　　　（4）

　　　　　　　　　（5）


　　为了充分利用扇料型材，同时保持各项性能优良，应该使各个最大挠度位置的挠度值接近或相等，所以，将（4）和（5）两式联立，解方程得：


　　　　　　b = 0.2195*l （6）

　　此关系说明，当传动锁闭器存在两个锁柱时，锁柱对称分布传动器的两边，距离端部为传动器总长的0.2195倍最佳。


　　2、传动锁闭器有三个锁点时的情况：


　　建立力学模型，如图二所示：

　　

图二 三锁点传动器力学模型图

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