一種新型電子機(jī)械鎖芯的設(shè)計(jì)

曹小霞

（中山市基信鎖芯有限公司，廣東中山 528415）

0 引言

中國(guó)鎖具歷史久遠(yuǎn)，韶文化遺址發(fā)現(xiàn)了木鎖，西周出現(xiàn)了青銅鎖，到了東漢已普遍生產(chǎn)、使用金屬鎖。隨著時(shí)代進(jìn)步，人們對(duì)于鎖具的需求也開始變化，從最初的傳統(tǒng)金屬鎖向智能鎖、電子鎖轉(zhuǎn)變[1]。當(dāng)前，由于市面上的電子鎖多數(shù)是在鎖體上加上電子部分，在通電狀態(tài)下工作，當(dāng)出現(xiàn)電池沒(méi)電或者停電狀況時(shí)，才使用鑰匙開門。故配置的機(jī)械鎖芯的結(jié)構(gòu)也都是普通的，很容易打開，防盜性能極差[2]。針對(duì)此情況，本文設(shè)計(jì)了一款將電子部分植入鎖芯內(nèi)部，將鎖芯的機(jī)械部分和電子部分結(jié)合起來(lái)，同時(shí)工作時(shí)才能打開門。在外觀上跟普通鎖芯幾乎一樣，但在安全性上有了更大的提高。

1 電子鎖芯的特點(diǎn)

以插芯鎖為例，普通坑型的插芯鎖的組成如圖1所示。

圖1 普通坑型的插芯鎖鎖芯

普通坑型的插芯鎖大多數(shù)都是單排的，大部分都不能防挑撥，用簡(jiǎn)單的工具就能把鎖打開，防盜性能較差[3]。針對(duì)現(xiàn)目前電子鎖的這一弊端，將其電子模塊植入到機(jī)械鎖芯中，使電子模塊與機(jī)械部分同時(shí)發(fā)生作用。這種鎖芯具有如下特點(diǎn)：

（1）鎖膽坑型是我們常見的普通坑型；

（2）1排平珠中的大概中間位置的平珠或者靠后位置的平珠設(shè)計(jì)成T型，采用鐵材質(zhì)，易于導(dǎo)電；

（3）能適用于各種形狀的坑形，不管是普通鑰匙，電腦鑰匙或是其它鑰匙的鎖芯，都可適用于此種結(jié)構(gòu)；

（4）根據(jù)不同的場(chǎng)景判斷是否為正常開啟；

（5）外觀與機(jī)械鎖芯一樣，不易被識(shí)別；

（6）只需更換1個(gè)電子鎖芯，即可實(shí)現(xiàn)電子與機(jī)械防盜，無(wú)需更換門、鎖體。

當(dāng)用錯(cuò)誤的鑰匙或者用簡(jiǎn)單工具開鎖時(shí)，T型平珠和活動(dòng)珠的接觸，如圖2所示，至少會(huì)持續(xù)幾秒以上，只要T型平珠和活動(dòng)珠一接觸，計(jì)時(shí)器就會(huì)開始工作；當(dāng)接觸時(shí)間超過(guò)計(jì)時(shí)器設(shè)定的時(shí)間后，報(bào)警裝置就會(huì)開始工作，發(fā)出報(bào)警聲音，使小偷慌亂，同時(shí)也提醒周圍的人，使小偷無(wú)法在報(bào)警聲音中繼續(xù)挑平T型平珠后面的平珠，從而開不了鎖；而平常用正確的鑰匙開鎖時(shí)，一般只會(huì)用2～3 s就可以開鎖了，不會(huì)超過(guò)計(jì)時(shí)器設(shè)定的時(shí)間限制，所以報(bào)警鈴是不會(huì)響的。

2 電子鎖芯的原理

通過(guò)分析常規(guī)的鎖芯的結(jié)構(gòu)形狀以及各部分功能以后，電子鎖芯是在原有普通平珠的結(jié)構(gòu)上，將大概中間位置的或者靠后的平珠設(shè)計(jì)成由T型平珠和活動(dòng)珠組成，活動(dòng)珠與計(jì)時(shí)器相連接，計(jì)時(shí)器靠電池供電，耗電量小[4]。

電子鎖芯的開啟原理：用鑰匙將所有彈珠的頂部與鎖膽外圓齊平，就能開鎖。如圖2所示。

圖2 電子鎖芯原理圖

（1）當(dāng)用非正確鑰匙或者簡(jiǎn)單工具時(shí)，彈珠會(huì)在鑰匙或工具向上的力的作用下，往上移動(dòng)，從而推動(dòng)T型平珠向上移動(dòng)；當(dāng)移動(dòng)到與活動(dòng)珠接觸時(shí)，彈珠頂部與鎖膽外圓齊平，這時(shí)整個(gè)線路就接通了，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。由于T型平珠后面還有平珠2或者更多的平珠沒(méi)挑，所以還要繼續(xù)挑T型平珠后面的平珠，需要一定的時(shí)間；當(dāng)時(shí)間達(dá)到計(jì)時(shí)器的限制時(shí)間時(shí)，報(bào)警鈴就開始報(bào)警了，小偷會(huì)慌亂，越慌亂越不易挑平，同時(shí)報(bào)警鈴響也會(huì)提醒周圍的人，所以起到防盜的作用[5]。

（2）當(dāng)用正確鑰匙時(shí)，彈珠會(huì)在鑰匙向上的力的作用下，往上移動(dòng)，從而推動(dòng)T型平珠向上移動(dòng)；當(dāng)移動(dòng)到與活動(dòng)珠接觸時(shí)，彈珠頂部就與鎖膽外圓齊平了，這時(shí)整個(gè)線路就接通了，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)。鑰匙插到位后，停留的時(shí)間幾乎不及秒，就會(huì)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)鎖膽，開啟門，整個(gè)過(guò)程中，T型平珠活動(dòng)珠接觸的時(shí)間只有2～3 s，沒(méi)有達(dá)到計(jì)時(shí)器的限制時(shí)間，報(bào)警器是不會(huì)受到信號(hào)的，所以報(bào)警鈴不會(huì)響[6]。

3 電子鎖芯的結(jié)構(gòu)

3.1 T型平珠

電子鎖芯T型平珠材質(zhì)采用鐵材質(zhì)，導(dǎo)電性能好。形狀為T型，大頭是在鎖殼，鎖膽珠孔中，大小是根據(jù)常規(guī)彈珠直徑的設(shè)計(jì)；小頭是根據(jù)鎖殼珠孔的大小設(shè)計(jì)的，T型珠的內(nèi)圈中保護(hù)中，上下移動(dòng)，不傾斜。小頭圓弧R為了讓T型平珠與活動(dòng)珠充分接觸。如圖3所示。

圖3 T型平珠結(jié)構(gòu)圖

圖4 活動(dòng)珠結(jié)構(gòu)圖

3.2 活動(dòng)珠

活動(dòng)珠直徑大小是根據(jù)鎖殼珠孔大小來(lái)設(shè)計(jì)，通常設(shè)計(jì)是凹圓弧內(nèi)孔，目的是讓T型平珠的圓弧面與活動(dòng)珠充分接觸；深度0.5 mm，鎖定狀態(tài)下T型平珠與活動(dòng)珠的分離距離是0.3 mm，所以凹圓弧的深度必須大于0.3 mm，才能保證T型平珠與活動(dòng)珠的接觸部分為0.3 mm。如圖4所示。

3.3 塑料封珠

塑料封珠主起到絕緣不導(dǎo)電作用，中間有個(gè)直孔主要為引線用，大小根據(jù)線徑設(shè)計(jì)，保證線在孔中能順暢的上下移動(dòng)。如圖5所示。

圖5 塑料封珠結(jié)構(gòu)圖

圖6 塑料絕緣套結(jié)構(gòu)

3.4 塑料絕緣套

塑料絕緣套主要起到絕緣不導(dǎo)電作用，中間大孔用于裝活動(dòng)珠簧，中間小孔用于導(dǎo)向T型珠頭部的上下移動(dòng)。如圖6所示。

3.5 彈珠

彈珠結(jié)構(gòu)形狀為T型，如圖7所示。

圖7 彈珠結(jié)構(gòu)圖

3.6 鎖膽珠孔

鎖膽珠孔是臺(tái)階狀的，保證T型珠與活動(dòng)的分離距離為0.3 mm。如圖8所示。

圖8 鎖膽珠孔結(jié)構(gòu)圖

3.7 鎖殼珠孔

鎖殼珠孔是臺(tái)階的，讓活動(dòng)珠塑料套不會(huì)往下掉，與動(dòng)珠塑料套是間隙配合。如圖9所示。

3.8 鑰匙

鑰匙的坑型，和打牙都是普通的，沒(méi)有任何的特別之處。如圖10所示。

圖10 鑰匙結(jié)構(gòu)圖

4 電子鎖芯的功能

4.1 T型平珠與活動(dòng)珠接觸狀態(tài)

（1）當(dāng)正確鑰匙插入的過(guò)程中，由于鑰匙的每個(gè)牙的深度是深淺不一的，所以在還沒(méi)插到位的過(guò)程中，T型平珠和活動(dòng)珠會(huì)有接觸，但是是斷斷續(xù)續(xù)的[7]，接觸時(shí)間是很短的，幾乎不及秒。

（2）當(dāng)鑰匙插到位時(shí)，T型平珠和活動(dòng)珠會(huì)完全接觸，但是由于插到位后，停留的時(shí)間幾乎為0，就會(huì)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)鎖膽，轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間最多也就1～2 s時(shí)間就會(huì)開啟門；拔掉鑰匙，T型平珠就與活動(dòng)珠分離，線路斷開，所以報(bào)警系統(tǒng)也是不會(huì)收到信號(hào)的，如圖11所示。

圖11 T型平珠與活動(dòng)珠接觸圖

（3）如果主人忘了拔鑰匙，超過(guò)計(jì)時(shí)器的限制時(shí)間時(shí)，報(bào)警鈴就會(huì)響，這時(shí)主人只需按下門內(nèi)的關(guān)掉報(bào)警鈴的按鈕即可，起到了提醒主人拔鑰匙的功能。

4.2 T型平珠與活動(dòng)珠分離狀態(tài)

（1）當(dāng)沒(méi)插入鑰匙時(shí)，T型平珠和平珠2一部分在鎖膽珠孔中，一部分在鎖殼珠孔中，鎖芯是處于鎖定狀態(tài)。

（2）T型平珠與活動(dòng)珠的分離距離是0.3 mm，之所以設(shè)計(jì)0.3 mm，是因?yàn)槌Ｒ?guī)的彈珠在鎖定狀態(tài)下一般是低于鎖膽外圓0.5 mm左右，也就說(shuō)挑過(guò)程中還未挑平T型平珠時(shí)，線路就接通了，減小了留給挑平后面的平珠的時(shí)間[8]。如圖12所示。

圖12 T型平珠與活動(dòng)珠分離圖

5 主要技術(shù)參數(shù)

設(shè)計(jì)時(shí)主要依據(jù)的鎖芯行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為EN1303標(biāo)準(zhǔn)。電子鎖鎖芯與歐洲EN1303標(biāo)準(zhǔn)中于保密性和安全性相關(guān)的參數(shù)[4]如表1、表2所示。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文在鎖芯原有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了內(nèi)部電子部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、集成度高，安全性高，可用于各種鎖具中，可方便地替換現(xiàn)有機(jī)械鎖芯，更換成本低，具有較大的市場(chǎng)潛力。同時(shí)此鎖芯結(jié)合了機(jī)械和電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了功能的結(jié)合，給人們的生活帶來(lái)了極大的方便，增加了人們財(cái)產(chǎn)的安全性。與高保安的鎖體一起使用，增加了鎖的防盜性。目前還有一些不足之處，例如，鎖殼的珠孔與鎖膽珠孔的同心度要求高，塑料絕緣套的材料要求要有一定硬度，尺寸公差和形位公差較小，但是隨著各種高精度設(shè)備的普及和先進(jìn)加工工藝出現(xiàn)，其加工難度和成本會(huì)大大降低，優(yōu)勢(shì)會(huì)越來(lái)越明顯，競(jìng)爭(zhēng)力會(huì)越來(lái)越強(qiáng)。

表1 鑰匙安全性能

表2 抗損壞性能