1. 前言
隨著人們生活品質的提高，人們對門窗功能也提出更高的要求。從最初的采光通風功能到現在的內平開下懸、平開限位、電動開啟窗等。現代建筑逐步向智能化管理發展，閉門器的發明更是成為現代建筑智能化管理的一個不可忽視的執行部分。它的設計核心思想在于實現對關門過程的控制，使關門的各種功能能夠按照人的需要進行調節。閉門器的意義不僅在于將門自動關閉，還能保護門框和門扇(平穩關閉)。目前在鋁合金門窗市場上平開門想要實現自動關閉功能都要安裝液壓閉門器，但是閉門器是安裝在門扇的上方，從外觀上看是整體凸出、刺眼且破壞了門扇的整體美。由此引發了思考，設計一款具有閉門器功能的鋁合金平開門鉸鏈，使得平開門鉸鏈與閉門器的功能集成，既節省了成本又縮短了安裝工時。并且省了外裝閉門器使門的整體更加簡潔美觀。
2. 設計說明
2.1 在設計之初對普通平開門鉸鏈+閉門器和液壓鉸鏈進行了比較(見表1)。由此可見液壓鉸鏈整體優勢高于普通門鉸鏈與傳統閉門器的組合。
2.2 液壓鉸鏈的工作原理
2.2.1 開門時內部活塞下移，閉門時活塞上升，通過液壓油回流速度調節，達到閉門速度的調節。
2.2.2 開門時，扭簧加力，閉門時釋放扭力，達到閉門動力。
2.2.3 當門扇開啟角度大于90°時可在設定位置保持靜止狀態即駐持功能。
2.3 結構與功能尺寸分析
液壓鉸鏈的結構與功能尺寸主要是各零件之間的配合尺寸和鉸鏈與門框、扇型材的配合尺寸。此鉸鏈適用的型材必須為歐標C20 槽口，其重要尺寸為扇槽底寬20mm，扇槽口寬15±0.2mm，扇槽深3mm，扇槽高4.5mm，五金件活動空間11.5mm(圖2)。
2.3.1 鉸鏈與框扇連接的結構
鋁合金窗是一種薄壁型材，一般壁厚≤ 2mm，且鋁合金的材質硬度要比鋼制螺釘低( 相差3 倍)，所以鋁合金窗合頁一般不采用直接螺紋連接式安裝。夾持式(C 槽型) 安裝采用無自攻螺釘的安裝方式。壓板
采用優質不銹鋼304材質沖壓成型，獨特的邊緣毛刺型設計，確保與型材的抓合力更強( 圖3)，框、扇壓板均采用預裝式即在框、扇組角前將壓板放入槽口中。
2.3.2 鉸鏈液壓緩沖結構設計
活塞連接套筒采用雙S凸輪設計，保證磨損最小，動力最大。門扇開啟過程中帶動套筒轉動，活塞沿雙S 滑軌運動(圖4)，通過液壓油回流實現關閉時的緩沖效果。并且通過調節調速螺釘可以對門關閉的速度進行調節。精密的活塞液壓運動能有效的吸收沖擊，保證關門更輕柔、更安全。當某種外力(如強風)突然施加于門時，鉸鏈能瞬間啟動緩沖功能。
門扇在啟閉過程中，活塞的運動方向( 見圖5)，在門扇開啟時，活塞位置下移，液壓油通過單向節流孔進入到活塞內腔。在門扇關閉時，因為壓強作用，節流孔內的鋼珠堵住油孔使液壓油只能通過活塞中間Φ2 通孔的環形縫隙進入到液壓缸中，通過調速螺釘頭部的調節桿伸入長度控制流量(見圖6)。根據液壓環形縫隙流公式:
由公式(1)可知，流量Q與環形縫隙量δ成正比關系。調節桿的桿件采取倒錐形設計，當調節桿下移時環形縫隙量δ 減小則流量Q減小，反之則流量Q增大(見圖7)。
同時根據流量的定義公式：
由公式(2) 得出當體積V 一定時，時間t與流量Q成反比關系即流量Q越大所需時間t越小。
2.3.3 自動閉門及駐持功能結構設計高強度的扭簧保證了輸出足夠的扭轉力使鉸鏈可以自動回位。在活塞連接套筒內設有圓柱銷，當圓柱銷處于連接套筒與定位座時，扭簧處于啟用狀態。當圓柱銷處于連接定位座與導向桿時，扭簧處于失效或駐持狀態(見圖8)。
a、 扭簧扭力計算：扭轉彈簧鋼絲主要承受彎曲應力，矩形截面鋼絲比圓截面鋼絲彎曲剛度大，因此矩形截面扭轉彈簧儲能高可以輸出強力扭矩。矩形截面扭簧工作扭矩公式：
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