F 为水平方向的驱动力，f 为摩擦力，μ为摩擦系数，ψ 为摩擦角。

假设提升阶段为匀速，根据力的平衡方程得：

(图片来源：中建门窗供稿，侵删)

综合（4）（5）（6）式得：

(图片来源：中建门窗供稿，侵删)

化简得：

F =G· tan（θ + ψ）

由上式可知：ψ由两接触物体的材质决定，为常量；θ角度不能太大，θ角度越大，F 就越大，从而导致执手操作的力增大，机构在下降过程中也会加快；如果在300kg 的质量门扇作用下会产生很大的动量，易造成零件的损坏，体现执手上是快速反弹，容易造成执手伤人。

综上述（4）（8） 可得结论：θ>ψ ， 且θ 接近于ψ。

3 机构下降时，轮组提升机构的力学分析

机构下降时，轮组提升机构力学模型如图4。

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图4 机构下降时，轮组提升机构力学模型

F 为水平方向的驱动力，f 为摩擦力，μ为摩擦系数，ψ 为摩擦角。假设下降阶段为匀速，根据力的平衡方程得：

N=G·Cosθ-F·Sinθ（1）

F·Cosθ+ G·Sinθ=μ · N（2）

根据摩擦角与摩擦系数的关系：

μ = tan ψ（3）

综合（1）（2）（3）得：

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化简得：

F =G· tan（θ- ψ）（4）

当θ−ψ= 0时，F=0 ，这时构件产生自锁，无论F力多大，不能驱动门扇下降。

构件下降必须满足的条件：θ>ψ。

4 提升驱动力F 的计算

由上述可知，机构提升时的驱动力大于机构下降时的驱动力，以机构提升驱动力F 为研究：

F =G· tan（θ + ψ）

由上式可知，θ越大，提升驱动力F 越大。

执手施加扭矩驱动曲柄滑块机构，使滑块产生提升驱动力F，滑块将F 传递给传动杆，F 通过转角连接传递到提升机构；曲柄滑块机构竖直方向的移动距离L 等于轮组水平传动距离。考虑到锁盒的长度、高度尺寸不宜太大，这里取L=29.8mm，即取θ=15°。

5 轮组提升机构倾斜角度θ 和水平传动距离L 的计算

因ψ= arctanμ ，μ 为不锈钢 304和锌合金YX041 的摩擦系数，ψ 为摩擦角。查机械设计手册可得：μ= 0.2

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θ>ψ ， 且θ 接近于ψ。

根据图3 的三角形关系，可求出轮组水平传动距离L

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由上式可知，θ越大，L 越小。

6 方孔中心到曲柄滑块运动轨迹间的距离h，即曲柄力臂的计算

按JG/T 308-2011 建筑门用提升推拉五金系统第5.4.1 规定：提升推拉五金系统初始执手操作力不应大于100N。执手的操作力要求垂直手柄中心线，距离执手旋转中心230mm 处施加100N，如图6。

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图6 执手的操作力示意图

执手驱动力矩M_驱最大值：

M_驱= F_旋× 230 =100× 230 = 23000N⋅mm

要使系统提升，执手受到的阻力矩M_阻需满足：

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h 为方孔中心到滑块运动轨迹间的距离，由上式可知，θ越大，h 越小。考虑到锁盒的长度、高度尺寸的合理性及与型材的配合，这里取L=29.8mm，即取θ=15°，执手旋转180°；这里分析对五金件承重要求苛刻的情况，假设门扇质量m =300kg，g =10m/s 2，G=mg =300×10=3000N。得力臂h <15.5mm。

可用图解法设计出曲柄滑块机构原理图，校核h 值，见图7。

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图7 曲柄滑块机构原理图

可以求出h =14.2m ，小于15.5mm，符合要求。如果θ取其他符合要求的角度，也可以用上述方法进行计算和校核。

当执手旋转180°，门扇被提升后、系统只受门的重力作用时，力传递作用在滑块上，图中曲柄和连杆处于同一直线，滑块无法启动曲柄滑块机构，起到机构自锁作用，门扇不会自动下降，只有通过执手才能开启。

7 执手手柄长度最小值的计算

门扇提升时需要的开启力矩等于M_阻

M_阻=F · h=1483 × 14.2

=21058.6N · mm

M_阻小于许用最大力矩M_驱=23000N·mm ，符合要求。

要实现机构的提升，需克服M_阻，可求出手柄长度最小值，设手柄长度最小值为L' 。

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L' 为手心作用力的位置，根据人操作执手的习惯，手柄末端的实际长度应比L' 更长，通常取加长20mm 才能符合要求。

以上具体的数值计算和分析为门扇质量300kg 对五金件承重要求苛刻的情况。按标准JG/T 308-2011 5.4.1 条款：单个活动扇质量不大于200kg 时，系统初始操作力不应大于100N；单扇活动扇质量大于200kg，供需双方商定。门扇质量200kg 相关数值的计算和分析与上述方法一样，在这就不再累赘。

02、“结论”

＊　实践证明，本文理论计算和力学分析得出的结果，符合产品实际情况。对提升推拉门五金系统的设计和选型时，可参考本文的方法，先对相关零部件建立正确的力学模型，画出机构原理图，对规则的零部件，用传统理论公式进行力学计算；对不规则、特征参数变化的零部件，用权威的有限元软件进行仿真。此方法几乎适用于所有机械机构的设计。

通过对提升推拉五金系统的提升原理、结构分析、强度分析，我们对提升推拉门五金系统中的技术理论分析有了初步的印象。相信大家对提升推拉五金系统的设计理念有更深层次的了解。为了保证设计产品的严谨性、可靠性，技术人员必须具备较高的综合开发能力，我们不但会对产品的关键结构进行技术选型、理论公式计算，还需会使用有限元力学分析软件进行仿真。当今客户个性订做五金系统的需求日益增多、开发周期越来越短、质量要求越来越高的行业大趋势下，对产品的承重、功能、性能要求势必日益苛刻。这对设计人员的专业技术水平要求越来越高。通过本文的分析，希望提高五金系统的整体制作水平和行业的整体设计水平。

(文章来源：中建门窗供稿，侵删)