塑料門窗五金鋼帶的設計與應用

　　【摘要】本文本著不影響五金件的使用性能，而又能降低生產(chǎn)成本，降低材料的消耗的目的，僅就制造動桿和靜桿鋼帶的規(guī)格、使用、性能進行淺顯的探討。

　　【關鍵詞】滑動板(動桿);聯(lián)動板(靜桿);抗彎強度;抗彎力;扭力;鎖點;傳動力;剪應力

　　塑料門窗五金件鋼帶規(guī)格的設計與應用，一直是一個大家較關心的熱門話題。近幾年來，用于生產(chǎn)塑窗五金配件的材料價格不斷上漲，致使很多廠家為降低生產(chǎn)成本，而作了很多嘗試，究其效果不是十分明確。塑料門窗主要是由塑料PVC擠出型材、密封膠條、密封毛條、增強型鋼、玻璃及五金配件等部分組成，其門窗的開啟與關閉是靠五金配件來控制完成的。五金配件的組成：一是傳動部件;二是固定部件;三是承重(合頁、滑撐)部件;四是控制部件等部件所組成。

　　用于傳動及固定的部件——滑動板(動桿)和聯(lián)動板(靜桿)是五金件的重要組成部分之一。滑動板及聯(lián)動板所使用鋼帶材料消耗的降低，是降低生產(chǎn)成本的重要手段之一�；瑒影寮奥�(lián)動板的寬度尺寸，是裝配于歐標槽口的配合尺寸，因歐標槽口是型材擠出的標準要求，故該方向的尺寸是不能減小或擴大的。厚度尺寸是用來承受傳動力的，是與其他五金配件裝配使用，所以，可采用改動其他配件裝配尺寸的方法，以達到合理的配合。故滑動板及聯(lián)動板的厚度尺寸是可以減小或擴大的，達到既降低鋼帶材料消耗，又保證五金件在門窗使用中其剛度及強度的最基本需求。

　　1.理論分析及試驗驗證

　　1.1新設計規(guī)格鋼帶尺寸及原規(guī)格

　　鋼帶尺寸滑動板新設計規(guī)格為：10×2.4(mm);原規(guī)格為10×2.7(mm)。聯(lián)動板新設計規(guī)格為：16×2.2(mm);原規(guī)格為16×2.5(mm)。

　　1.2新規(guī)格鋼帶與原規(guī)格鋼帶的抗彎強度計算

　　根據(jù)西北工業(yè)大學出版的《機械設計》中有關彎曲力的計算公式規(guī)定，彎曲力受材料性能、彎曲方法等多種因素影響，用理論公式來計算不但計算復雜，且不一定準確。因此，經(jīng)工作實際總結出一套理論與實踐相結合的經(jīng)驗公式，可做一般設計依據(jù)。

　　1.2.1滑動板

　　新設計規(guī)格的鋼帶抗彎力：(10×2.4mm)221102.443544343.252.4BtbppNRt•∂××====++原規(guī)格的鋼帶抗彎力：(10×2.7mm)221102.743553293.252.7BtbppNRt•∂××====++1.2.2聯(lián)動板新設計規(guī)格的鋼帶抗彎力：(16×2.2mm)221162.243561803.252.2BtbppNRt•∂××====++原規(guī)格的鋼帶抗彎力：(16×2.5mm)221162.543575653.252.5BtbppNRt•∂××====++式中：B——材料有效寬度;t——材料有效厚度;δb——抗拉強度系數(shù)，此處選擇中值435N;R——彎曲半徑。

　　1.3試驗驗證。

　　1.3.1滑動板抗彎力

　　取新設計規(guī)格鋼帶10×2.4及原規(guī)格鋼帶10×2.7各3組樣件，在實驗機上分別作彎曲實驗，獲得以下數(shù)據(jù)：新設計規(guī)格鋼帶：樣件1：1020N;樣件2：1050N;樣件3：1030N;新設計規(guī)格鋼帶平均值：1033.3N;原規(guī)格鋼帶：樣件1：1360N;樣件2：1380N;樣件3：1330N;原規(guī)格鋼帶平均值：1356.7N。1.3.2聯(lián)動板抗彎力取新設計規(guī)格鋼帶16×2.2及原規(guī)格鋼帶16×2.5各3組樣件，在實驗機上分別作彎曲實驗，獲得以下數(shù)據(jù)：新設計規(guī)格鋼帶：樣件1：1400N;樣件2：1450N;樣件3：1430N;新設計規(guī)格鋼帶平均值：1426.7N原規(guī)格鋼帶：樣件1：1810N;樣件2：1840N;樣件3：1780N;原規(guī)格鋼帶平均值：1810N。

　　1.4結論

　　塑料門窗在實現(xiàn)啟閉時各部件傳動力應符合門窗啟閉力不應大于“50N的要求，且滿足JG/T126-2007《建筑門窗五金件傳動鎖閉器》標準之規(guī)定，鎖點抗剪力1800N的要求，為使其性能更加得以保證，現(xiàn)增加一倍的安全系數(shù)為：50N×2=100N。通過以上計算數(shù)據(jù)可知，新設計規(guī)格鋼帶抗彎力：滑動板：4434N、聯(lián)動板：6180N。而原設計規(guī)格鋼帶抗彎力：滑動板：5329N，聯(lián)動板：7565N。由此可知：雖然新設計規(guī)格小于原規(guī)格鋼帶抗彎力，但是均遠遠大于安全系數(shù)大一倍的啟閉力“100N”及鎖點抗剪力“1800N”的要求。結論：能夠滿足塑料門窗傳動力的要求。

　　2.啟閉傳動力及鎖點抗剪力應小于新規(guī)格帶鋼最薄弱位置的抗彎力及拉力

　　現(xiàn)標準規(guī)定啟閉力為“50N”的數(shù)據(jù)包括：a)門窗啟閉時膠條的回彈力或壓縮力;b)啟閉時各鎖點與鎖塊的摩擦力;c)啟閉時滑動板與聯(lián)動板的摩擦力;d)其余傳動部件的摩擦力等。

　　2.1計算

　　新規(guī)格鋼帶：滑動板及聯(lián)動板最薄弱位置截面�；瑒影遄钚〗孛娴目箯澚Γ篜1=(B·t2·δb)/(R+t)=(4.8×2.42×435)/(2.4+2.4)=2505N聯(lián)動板最小截面的抗彎力：P2=(B·t2·δb)/(R+t)=(9×2.22×435)/(2.2+2.2)=3915N

　　2.2試驗驗證

　　取按照最小截面尺寸的鋼帶樣件各6組，在實驗機上分別作滑動板及聯(lián)動板的拉力試驗及彎曲試驗，獲得以下數(shù)據(jù)：滑動板的抗拉力：樣件1：13500N;樣件2：14300;樣件3：14800N;平均值為：14200N�？箯澚Γ簶蛹�1：730N;樣件2：690N;樣件3：715N;平均值為：711.7N。聯(lián)動板的抗拉力：樣件1：≥9800N;樣件2：≥9800N;樣件3：≥9800;平均值為≥9800N�？箯澚Γ簶蛹�1：960N;樣件2：980N;樣件3：970N;平均值為：970N。(注：材料：Q235;硬度：HRB90～95;狀態(tài)：冷軋;)

　　2.3結論

　　理論計算：滑動板的抗彎力:2505N大于50N的啟閉力及1800N鎖點抗剪力。聯(lián)動板的抗彎力：3915N大于50N的啟閉力及1800N鎖點抗剪力。試驗驗證：滑動板平均抗拉力：14200N，抗彎力：711.7N均大于50N的啟閉力;聯(lián)動板平均抗拉力：≥9800N，抗彎力：970N均大于50N的啟閉力;結論：根據(jù)以上計算及試驗的各種數(shù)據(jù)，能滿足塑料門窗使用性能要求。

　　3.鎖閉時的鎖閉力應小于新設計鋼帶與鎖點鉚合的剪應力

　　塑窗鎖閉時的鎖閉力包括：a)門窗啟閉力;b)門窗鎖閉時的1/2抗風壓力。

　　3.1門窗啟閉力

　　按行業(yè)標準“門窗啟閉力不應大于50N”的規(guī)定，門窗啟閉力在計算中增加一倍的安全系數(shù)，可按50N×2=100N力計。

　　3.2門窗鎖閉時的1/2抗風壓力

　　按國家GB/T7106-2008《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》標準的規(guī)定，在抗風壓力為6級時，風壓為：4000Pa，若窗扇面積為1m2時，則承壓力為4000N，門窗在鎖閉時，設定風向為垂直門窗正面，則鉸鏈及鎖點的鉚合銷與五金鋼帶的鉚合點各承受近1/2的風壓壓力，故可設定為：4000/2=2000N，因為門窗鎖閉力Fs包括：門窗啟閉力Fq和1/2抗風壓力Fy，設窗扇受風面積為1m2時：Fs=Fq+Fy=2000+100=2100(N)設窗扇受風面積為1.5m2時，風壓力按P=2000N作用在塑窗上的總壓力為：Fz=1.5×2000=3000(N)支點載荷：窗上設有鉸鏈2個、鎖點3個、設鎖點均勻受力，各點承載力Fh=1/2×1/3×Fz=1/6×3000=500(N)

　　3.3新設計鋼帶與鎖點鉚合剪應力

　　3.3.1計算

　　滑動板與聯(lián)動板裝配鉚合后，聯(lián)動板與鎖點的剪應力：設扭矩為M=500×4=2000N.m時，在扭矩M的作用下，滑動板和聯(lián)動板組合體所承受的剪應力ττ=M/Wh≤[τ]就滿足塑窗的性能要求[τ]為需用抗剪應力，不易查到，一般可用材料抗拉屈服強度(δs或δ0.2)之半乘以安全系數(shù)n。例如：低碳鋼δs=200N/mm2，則[τ]=n×δs/2=n×100=2.25×100=225(N/mm2)n為安全系數(shù)，可取2～2.5，本計算中取2.25中值;Mh為抗扭截面模數(shù)，其計算較繁鎖，結合本結構計算，如圖4：γ1=2(2.2/2)[(74.5)/2]++=5.85mmγ2=22(7/2)(2.4/2)+=3.7mmMh=2(5.85×4.5×2.2+3.7×3×2.4)=169mm3τ=M/Wh=525/169=3.1N/mm23.3.2結論τ=3.1N/mm2遠小于[τ]=225N/mm2;故其抗剪切應力，可滿足塑窗的使用性能要求。

　　4.結束語

　　通過以上對塑料門窗五金鋼帶三個受力點的計算及實驗驗證，將門窗五金鋼帶改為新設計規(guī)格，能滿足門窗的使用性能要求，是基本合理的。達到了既不影響門窗的使用性能，又降低了鋼材的消耗，進而達到降低生產(chǎn)成本的目的。因此建議：新設計規(guī)格鋼帶可適用于：常規(guī)窗型產(chǎn)品(高度在：2000mm，寬度在1500mm以下的窗型)。非常規(guī)格窗型產(chǎn)品：可采用原規(guī)格鋼帶。同時可考慮特殊地區(qū)、特殊情況可特殊對待。門用鋼帶建議還使用原規(guī)格鋼帶，可考慮有以下幾個原因：(1)門的啟閉頻率高;(2)門的靜載荷相對窗來講要大得多;(3)門在啟閉時所承受的力相對窗來講要大;(4)國產(chǎn)圓鋼材質(zhì)與國外鋼材相比因含錳量稍稍偏低，如再降低規(guī)格，其受力狀況可能受到影響。

　　參考文獻

　　[1]《機械設計手冊(第六版)》.化學工業(yè)出版社，2016.3

　　[2]《公差與配合手冊》.機械工業(yè)出版社，2013.3

　　[3]《建筑門窗五金件通用要求》GB/T32223-2015

　　[4]《建筑門窗五金件傳動鎖閉器》JG/T126-2017

　　[5]《建筑門窗五金件多點鎖閉器》JG/T215-2017

　　建筑論文投稿刊物：《門窗》(月刊)創(chuàng)刊于1979年，由建筑材料工業(yè)技術監(jiān)督研究中心主辦。雜志是經(jīng)國家新聞出版總署批準公開出版發(fā)行，是目前國內(nèi)門窗幕墻行業(yè)唯一一本公開發(fā)行的正式專業(yè)期刊。

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