本文摘要：【摘要】本文本著不影響五金件的使用性能，而又能降低生產成本，降低材料的消耗的目的，僅就制造動桿和靜桿鋼帶的規格、使用、性能進行淺顯的探討。 【關鍵詞】滑動板(動桿);聯動板(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格的
【摘要】本文本著不影響五金件的使用性能，而又能降低生產成本，降低材料的消耗的目的，僅就制造動桿和靜桿鋼帶的規格、使用、性能進行淺顯的探討。
【關鍵詞】滑動板(動桿);聯動板(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)和聯動板(靜桿)是五金件的重要組成部分之一�；瑒影寮奥搫影逅褂娩搸Р牧舷牡慕档�，是降低生產成本的重要手段之一�；瑒影寮奥搫影宓膶挾瘸叽�，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新設計規格鋼帶尺寸及原規格
鋼帶尺寸滑動板新設計規格為：10×2.4(mm);原規格為10×2.7(mm)。聯動板新設計規格為：16×2.2(mm);原規格為16×2.5(mm)。
1.2新規格鋼帶與原規格鋼帶的抗彎強度計算
根據西北工業大學出版的《機械設計》中有關彎曲力的計算公式規定，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，經工作實際總結出一套理論與實踐相結合的經驗公式，可做一般設計依據。
1.2.1滑動板
新設計規格的鋼帶抗彎力：(10×2.4mm)221102.443544343.252.4BtbppNRt•∂××====++原規格的鋼帶抗彎力：(10×2.7mm)221102.743553293.252.7BtbppNRt•∂××====++1.2.2聯動板新設計規格的鋼帶抗彎力：(16×2.2mm)221162.243561803.252.2BtbppNRt•∂××====++原規格的鋼帶抗彎力：(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，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
取新設計規格鋼帶10×2.4及原規格鋼帶10×2.7各3組樣件，在實驗機上分別作彎曲實驗，獲得以下數據：新設計規格鋼帶：樣件1：1020N;樣件2：1050N;樣件3：1030N;新設計規格鋼帶平均值：1033.3N;原規格鋼帶：樣件1：1360N;樣件2：1380N;樣件3：1330N;原規格鋼帶平均值：1356.7N。1.3.2聯動板抗彎力取新設計規格鋼帶16×2.2及原規格鋼帶16×2.5各3組樣件，在實驗機上分別作彎曲實驗，獲得以下數據：新設計規格鋼帶：樣件1：1400N;樣件2：1450N;樣件3：1430N;新設計規格鋼帶平均值：1426.7N原規格鋼帶：樣件1：1810N;樣件2：1840N;樣件3：1780N;原規格鋼帶平均值：1810N。
1.4結論
塑料門窗在實現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》標準之規定，鎖點抗剪力1800N的要求，為使其性能更加得以保證，現增加一倍的安全系數為：50N×2=100N。通過以上計算數據可知，新設計規格鋼帶抗彎力：滑動板：4434N、聯動板：6180N。而原設計規格鋼帶抗彎力：滑動板：5329N，聯動板：7565N。由此可知：雖然新設計規格小于原規格鋼帶抗彎力，但是均遠遠大于安全系數大一倍的啟閉力“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格帶鋼最薄弱位置的抗彎力及拉力
現標準規定啟閉力為“50N”的數據包括：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)啟閉時滑動板與聯動板的摩擦力;d)其余傳動部件的摩擦力等。
2.1計算
新規格鋼帶：滑動板及聯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動板的拉力試驗及彎曲試驗，獲得以下數據：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。聯動板的抗拉力：樣件1：≥9800N;樣件2：≥9800N;樣件3：≥9800;平均值為≥9800N。抗彎力：樣件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：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;聯動板平均抗拉力：≥9800N，抗彎力：970N均大于50N的啟閉力;結論：根據以上計算及試驗的各種數據，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
按行業標準“門窗啟閉力不應大于50N”的規定，門窗啟閉力在計算中增加一倍的安全系數，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
滑動板與聯動板裝配鉚合后，聯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，可取2～2.5，本計算中取2.25中值;Mh為抗扭截面模數，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，進而達到降低生產成本的目的。因此建議：新設計規格鋼帶可適用于：常規窗型產品(高度在：2000mm，寬度在1500mm以下的窗型)。非常規格窗型產品：可采用原規格鋼帶。同時可考慮特殊地區、特殊情況可特殊對待。門用鋼帶建議還使用原規格鋼帶，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)國產圓鋼材質與國外鋼材相比因含錳量稍稍偏低，如再降低規格，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)》.化學工業出版社，2016.3
[2]《公差與配合手冊》.機械工業出版社，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)創刊于1979年，由建筑材料工業技術監督研究中心主辦。雜志是經國家新聞出版總署批準公開出版發行，是目前國內門窗幕墻行業唯一一本公開發行的正式專業期刊。
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