六杆式车库翻转门的设计

西安思源学院 郭生瀚 张 宽 徐成扬 李 燚 雷鸿春

针对目前常见的车库用电动卷帘门在停电状况下无法正常启闭的弊端，本文设计了一款不需要电力驱动的翻转门，该翻转门利用六杆机构传动，只需要很轻的人力推动，即可实现翻转门的开闭。翻转门操作方便、省力，并可以实现在任意位置停留，方便车辆、物料等的进出。翻转门的结构简单、工作可靠、价格低廉。该翻转门也可用于铺面、仓库等场合，具有很好的推广价值。

随着人们生活水平的提高，汽车已经逐步走进千家万户，成为人们日常生产生活不可或缺的交通工具，随之而来的独立车库也渐渐被引进小区或独栋别墅中。日常使用的车库门多数为卷帘门，多数卷帘门在使用过程中需要人工抬起或关闭，且在锁门时还需脚踩，而后俯身锁门，在此过程中极容易造成人员受伤，最常遇到的情况就是夹伤手指。有些卷帘门虽然设计了自动装置靠电动机带动，但其使用噪音大且停电时无法使用。有些车库也使用翻板门，但目前使用的翻板门大多是需要多层门体导轨和连杆结构，开门时易产生死点，运动不畅，造价较高，也会造成很大噪音。

针对以上车库门的弊端，本文设计了一款六杆机构传动的翻转车库门，该翻转车库门结构简单、工作可靠、价格低廉，在运动的过程中可以在任意位置实现启停，并且翻转门开启时不占车库空间，能有效利用车库的狭窄空间，使用寿命长，安装方便，易于维护。

1 六杆式翻转门的结构及工作原理

六杆式翻转门结构简图如图1所示。

图1 六杆式翻转门结构简图

车库门由门框1、连杆2、连杆3、连杆4、连杆5、门6以及弹簧组成。

门6的D点和C点各设置一个铰链，分别与连杆4和连杆5相连；连杆4在B点和BO点各设置一个铰链，分别与连杆3和门框1相连；连杆5设置一个铰链分别与连杆2、连杆3相连；连杆2设置一个铰链与门框1的AO点相连。连杆4的E点与弹簧一端相连，弹簧另一端与门框1上的EO点相连。

连杆5、连杆3、连杆4、门6组成四杆机构，可以实现门的900翻转动作，连杆4和连杆2与门框1通过铰链相连，可实现门在900翻转时提升门的高度，并使门贴近房顶移动，以实现开门的功能，与连杆4和门框1相连的弹簧主要起平衡作用，使开关门均省力。

工作原理如下：

车库门由门框1、连杆2、连杆3、连杆4、连杆5、门6组成六杆机构，有五个运动构件。假设此机构的各构件均未与通过运动副相连，它们相对于机架有3×5个自由度，在该机构中门6中D点和C点设置有两个铰链；连杆4中B点和BO点有两个铰链；门框中AO点设置有一个铰链，这五两个铰链都是低副，各引入了2个约束，共限制10个自由度；连杆5设置一个铰链A分别与连杆2、连杆3相连，该铰链是三个构件同时在一处用转动副相连，属于复合铰链，相当于2个转动副，引入了4个约束，共有14个约束。因此，该机构具有唯一的一个自由度，符合运动要求。连杆4中BOE点长度与弹簧结构有关，需要合理确定。

在确定门框、门和各连杆长度时，首先确定基础条件。

第一个基础条件是首先确定车库门高度，门框高度根据设计的具体结构确定。门框上BO点铰链位置从门框底向上二分之一门高处确定，AO点铰链位置从BO点铰链位置向上二分之一门高处确定；连杆4上BO点铰链位置到C点铰链设置长度为二分之一门高；门闭状态下所有连杆应均处于门框竖直位置并重叠.

此时，连杆2、连杆3、连杆4上相关铰链点间长度有以下关系：

第二个基础条件是在门开启时，车库门上端应贴近车库顶近似平移，以便使车停放位置具有最大空间。为达到此目的，必须合理确定AAO、BOB、CD铰链点间长度，使之能满足第二个基础条件。AAO、BOB、CD铰链点间长度确定后，DA、AB铰链点间长度即可确定。

为合理确定AAO、BOB、CD铰链点间长度,可采用图解法、解析法或实验法设计。

车库门使用方法如下：

翻转门在开启的时候，只需有人在门外或在门内轻轻将门沿下侧向上提起，在六杆机构的支撑作用下，门就可以向上开启；轻轻将门沿下侧向下拉动，门即可实现关闭。在开启和关闭的过程中，门6在连杆2、连杆3、连杆4以及连杆6的作用可以在任意位置停止，方便物品的进出。

2 实例

制作一小型轿车车库门，门尺寸宽2m，高2.7m。门采用角钢焊接门框，门框两对角用两角钢交叉焊接，加强门的刚度，再用0.5mm钢板覆盖焊接在门框上，整个钢结构门的重心要保持在门的中心。

设计门1高2.7m。门框高度根据设计的具体结构确定为2.778m。

根据第一个基础条件，门框1上方下移78mm至AO点设置第一个铰链位置，从门框1AO点下移1350mm至BO点设置第二个铰链位置；连杆4上BOC点铰链间距1350mm。

第二个基础条件是在门开启时，车库门上端应贴近车库顶近似平移。采用图解法设计。连杆2上AO、A两点AAO铰链点间长度确定为966mm，连杆4上BO、B两点BOB铰链点间长度确定为437mm，门6上C、D两点CD铰链点间长度确定为1184.5mm。通过作图确定连杆5上D、A两点DA铰链点间长度为621 mm，连杆3上B、A两点AB铰链点间长度为920mm。

在连杆4上距BO点448mm的E点处打挂弹簧孔；在门框1下方EO点处打挂弹簧孔；在门中部位置设一门栓，挂锁。

经实验，该车库门运动顺畅，操作方便，省力，结构简单、工作可靠、价格低廉。

结语：该翻转门针对现有的车库门存在的弊端，做了大幅度的改进和完善，可以让使用者在不需要电力供应的前提下，可以方便、快捷、省力、自如的启闭车库门，该翻转门制作简单，成本低廉，操作方便，具有很好的推广价值。