自动防盗门开锁机构设计【6张CAD图纸和说明书】

摘要
随着社会物质则富的日益增长，安全防盗已成为社会热点问题自古以来锁就是把守门户的铁将军，是人们则富和安全的忠实守护神。现代社会，人们对防盗锁的要求越来越高，既要安全可靠，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。
随着电子、机电与信息技术的应用，防盗锁已进入电子时代，原有的弹子锁由于结构上的局限已难以满足当前社会管理和防盗要求，本设计在机械锁的基础上加以改进，用机械手控制机械锁，实现开锁的目的；机械手开锁机构锁保密好、使用方便，适用于多种用途，不仅增加了锁的种类，而且传统的制锁业能够应用电气、机电技术而获得新生。

关键词：机械手；开锁机构；机电技术

Design of automatic anti-theft door Unlocking mechanism
Abstract
With the growing social and material wealth, security has become as the hot social issues since accounted for since the lock is guarded portals of iron will The army is the people, rich and safe faithful patron saint. In modern society, people The anti-theft lock of the increasingly high demand, both safe and reliable, but also Easy to use, this is the lock have long development theme. With the Application of electronic, electrical and information technology, has entered the electricity anti-theft lock Age, the original lock because the structure of limitations has been difficult to full.
The current social management and security requirements, this design based on mechanical lock. Improvement, manipulator control mechanical lock, to realize the unlocking purpose; the lock mechanism of manipulator lock good security, easy to use, suitable for a variety of purposes, not only increased the lock type, but 'the traditional The lock can be used electrical, mechanical and electrical technology was born.

Key word: manipulator；Unlocking mechanism；Electromechanical Technology

目  录

1  绪论 1
1.1研究的目的和意义 1
2  自动防盗门开锁机构的机械手设计 2
2.1开锁机构机械手整体的设计要求 2
2.2开锁机构机械手零件的基本要求及参数 2
2.3本章小结 3
3  自动防盗门开锁机构的原理分析、方案确定及材料选择 4
3.1驱动方式 4
3.1.1液压驱动 4
3.1.2电机驱动 4
3.2传动方式 5
3.2.1带传动 5
3.2.2链传动 5
3.2.3齿轮传动 6
3.2.4蜗杆传动 6
3.3开锁机构机械手结构 6
3.4材料选择 8
3.4.1机械材料选用原则 8
3.4.2材料的工艺要求 9
3.4.3零部件材料选择要求 10
3.5本章小结 11
4  开锁机构的机械手计算 12
4.1机械手零件尺寸及强度计算及校核 12
4.1.1 开锁力的估算 12
4.1.2机械手爪的受力分析 12
4.1.3丝杠的尺寸计算 13
4.2齿轮的选择及计算 13
4.2.1选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数 13
4.2.2按齿面接触强度设计 14
4.2.3按齿根弯曲强度设计 15
4.2.4几何尺寸计算 16
4.3本章小结 17
5  开锁机构机械手锥齿轮几何尺寸设计计算 18
5.1大端模数 18
5.2其他参数 18
5.3本章小结 19
6  开锁机构机械手轴设计 20
6.1初步估算中间轴的最小直径 20
6.2求轴上的载荷 21
6.3画弯矩图、转矩图 22
6.4按第三强度理论进行强度校核 22
6.5校核轴的疲劳强度 23
6.6轴的疲劳强度安全系数校核 24
6.7轴的刚度校核 26
6.8蜗轮蜗杆的计算及校核 27
6.9本章小结 27
7  轴承选取与寿命计算 28
7.1初选轴承型号 28
7.2计算轴承的径向载荷 28
7.3计算轴承的轴向载荷 28
7.4轴承当量载荷计算 28
7.5计算轴承的基本额定寿命 29
7.6本章小结 29
8  总结 31
致  谢 32
参考文献 33

1  绪论
1.1研究的目的和意义
小区管理最为重要的内容之一是确保住宅、住户安全。现代居住的格局，邻里之间的来往越来越少，家庭生活隐密性、封闭性越来越强。所以说，防盗门成为生活中不可缺少的一部分。现在一般居民住宅的主要防盗措施仅限于防盗窗、防盗门，虽有一定的防盗作用，在灾害发生的情况下，使逃生更加困难。目前家用防盗门和办公室防盗门大多数为手动打开，为了更加方便人们的生活，特此设计了防盗门自动开锁机构，利用机械手来代替人力，通过机械手爪夹持门把手，由限位开关控制旋转角度，带动门把手旋转一定角度，再由机械手腕部的左右摆动拉动门打开，从而实现开锁开门的目的。

2  自动防盗门开锁机构的机械手设计
2.1开锁机构机械手整体的设计要求
对开锁机构机械手使用方面的要求：事先预定的功能是设计的基本要求，好的使用性能指标是设计的主要目标；另外，操作使用方便，工作安全可靠、体积小、重量轻、效率高、外表美观、噪音低等往往是机械设计说要求的。
对开锁机构机械手经济性能的要求：机械手经济性能主要体现在设计、制造和使用的全过程中，在机械手设计时要全面综合的考虑，设计的经济性主要体现在合理的功能定位、实现功能的简单技术途径和简单合理的结构。
2.2开锁机构机械手零件的基本要求及参数
机械零件是机械手的基本构成，对机械手设计的最终都是通过零件的设计来实现的，所以设计零件时应满足的要求是从机械手功能要求引申出来的，也是从机器人的经济性能和技术性能来考虑的。
要求在预定的期限内安全可靠的工作，从而保证机械手的各种性能在工作期限能内能够可靠的实现，这就要求机械手的各种零件在工作期限内不能产生各种失效形式，即零件的强度、刚度、机械性能的稳定性、耐磨性和温升性能满作必要的条件，这些条件就是判定零件工作能力的准则。
要尽量的降低零件的设计制造成本，这要求从零件的设计制造等多方面加以考虑，设计时合理的选择零件的材料和毛坯的形式，设计简单合理的零件结构，合理的设定零件的共差等级以及认真考虑零件加工工艺性，另外要尽量考虑选用标准件、通用化和系列化的零部件。
任何一部机器都由动力机、传动装置和工作机器组成，动力机是机械的动力来源，可直接利用自然资源（即一次资源）或二次资源转化为机械能，如水轮机、汽轮机、液压马达、电动机等，工作机是机器的执行机构，传动机构是一种中介机构，实现能量的传递和其他作用的装置。下表是机械手的相关参数：

表2.1机械手的基本参数
定位精度 ±3mm
安装方式 地面安装
抓起工件重量 10 kg
控制功能 自动控制/手动控制
状态显示 指示灯
S 轴（回旋） ±180°
U轴（手腕左右摆动） ±60°
B轴（手腕俯仰） ±60°
T轴（手腕回旋） ±180°
2.3本章小结
本章主要介绍了在用于生活中机械手的相关工作需要及参数，工作环境对机械手的尺寸要求，进一步为机械手的设计具体方案产生提供指导，使我们能更好的设计机械手。

3  自动防盗门开锁机构的原理分析、方案确定及材料选择
3.1驱动方式
目前机械手的驱动方式有液压驱动、电器驱动和气压驱动等多种方式，各种启动方式有自己的特点，在工业机器手中液压、气压传动较多。有的机器手才有多种驱动方式并存，机体采用哪一种方式要根据工业要求和机器手具体特点而定，比较各种机器手的特点，选择合适的驱动方式。
3.1.1液压驱动
液压驱动的特点有：
(1) 驱动力和驱动力矩较大，臂力可达100kg；
(2) 速度反映较好，因为工作间的反映速度快慢取决于油液的流速和容积变化，所以在不考虑温度对油液体积地影响时，驱动系统的之后几乎没有变化，驱动系统的部件的重量轻、惯性小、因而他的反应速度快；
(3) 范围大，而且可以无级调速，易使用于各种适用场合；
(4) 平稳，能够使用各种冲击，能够实现各种表较频繁的换向；
(5) 相同的驱动力条件下，液压驱动系统的体积比较小、重量轻、惯性小；
(6) 定位精度比气动高，但比电器驱动低；
(7) 液压系统的泄露对系统的工作稳定性有一定的影响;
(8) 压油中混入气体后，对系统零件的刚度有一定的影响，影响系统的定位精度，容易产生爬行；
(9) 压油的粘度对系统有一定影响。
液压驱动的机械手多应用于传动力矩比较大，传动精度比较低的场合。
3.1.2电机驱动
电机驱动系统按照电机驱动方式分为直流电机驱动系统、交流异步电机驱动系统、无刷直流电机驱动系统、开关磁阻电机驱动系统和多台电机驱动系统等，过电机驱动系统有很大的区别，性能上也存在着很大的差异，在这里不对电机系统作更进一步阐述，只把电机驱动、液压驱动和气压驱动做一比较，说明系统的选择。
电机驱动可以避免电能变换为压力能的中间环节，效率比液压能和气压能都高，电动系统将电动机、测速机、编码器、减速器组成一次加工的壳体中，使得整个电机系统体积小，通用性和稳定性得到提高，另外电动机根据电机的距离算出发出的脉冲
数，并将脉冲数输入计算机，达到非常高的位置准确度，这都是电机驱动的优点；相对的液压驱动和气压驱动的系统繁琐，维护复杂液压气压的系统体积比较大，对于移动机器人来说都是无法实现的问题，对于移动机器人的机械手的位置精度要求，液压、气压系统则无法实现。
综上所述，由于开锁不需要较高的抓重力，但需要较高的精度，所以本机械手选用电器驱动系统作为机械手的驱动方式。