一种三向锁紧装置及包含该三向锁紧装置的电控半自动锁的制作方法

本发明涉及一种锁，特别涉及一种电控用的三向锁紧装置，还涉及包含该三向锁紧装置的电控半自动锁。

背景技术：
目前，电动锁已在人们的生活中广泛使用，它一般包括电子控制模块和机械锁紧装置，电子控制模块通过控制锁紧装置动作实现电动锁的上锁和开锁。现有电动锁的锁紧装置分为全电动锁紧装置和半电动锁紧装置，该两种装置的工作过程明显不同，其中，全电动锁紧装置是电子控制模块直接驱动锁紧装置开锁，而半电动锁紧装置则只是由电子控制模块松开锁栓限位机构，然后，再通过手动门外执手驱动锁紧装置来打开锁栓，从而实现开锁。全电动锁紧装置虽然能够实现全自动上锁与开锁，使用方便，但是该种锁紧装置的结构一般都比较复杂，制造成本较高，电能消耗较大，导致消费人群较少。在现有技术中，上述两种锁紧装置多采用单向锁控方式，即只在单一方向上设置锁栓，如设置单一的横向锁栓或者单一的竖向锁栓，这种单一方向的锁紧装置结构虽然简单，但是，由于锁栓只在一个方向上起作用，锁点较少，导致不安全因素大大增加。近年来，在单向锁控方式的基础上逐步发展出了能够实现三向锁控的锁紧装置，该装置是在原有的单向锁控基础上增加了两向锁控，当上锁时，三条锁栓可同时运动达到上、下双竖向与横向同时锁紧的目的，实现多方位的上锁功能，三向锁控方式大大增强了门、柜等的安全性能，然而，随着另两向锁控的增设，锁紧装置的内部结构也变得较为复杂，现有的三向锁控结构一般采用滑杆、摇臂等组成的传动机构来控制横向和竖向锁栓的运动，由于组成的零部件增多，大大提高了锁的制造成本。专利号为201010293743.4的中国发明专利《三向锁紧装置及其采用电控操作的三向锁栓电控半自动锁》公开了一种三向电控锁，它的锁栓运动机构为齿轮传动机构，齿轮传动机构包括竖向传动件、横向传动件、铰接在盒体内的锁芯及安装在锁芯上的上、下两个齿轮，横向传动件和竖向传动件均有一内段具有齿条结构，分别用于与上、下齿轮相啮合，它们均有一外段伸出盒体之外用于分别连接横向锁栓及竖向锁栓，锁芯转动旋钮而带动两齿轮转动，令上、下齿轮分别带动横向传动件和竖向传动件作直线运动，使横向锁栓和竖向锁栓或是外伸或是内缩。 但是，该电控锁还存在以下缺陷：⑴采用齿轮齿条式传动结构较为复杂，加工精度要求高，成本高；⑵开锁的操作是，锁芯转动旋钮，旋钮通过上、下齿轮带动具有齿条的横、竖向传动件移动，再加上旋钮的复位力矩由弹片提供，一方面加大了与相关传动机构之间的摩擦力，另一方面造成力度不方便控制，使得开锁用力较大，手感不佳；⑶在抗暴力开锁的情况下，由于没有打滑功能，锁芯会遭到暴力破坏，导致失去原有的上锁功能，丧失防盗功能，从而影响锁的安全性和可靠性。

技术实现要素：
本发明的第一个目的在于提供一种电控用的工作可靠且结构简单、性价比较高的三向锁紧装置。本发明的第一个目的通过以下的技术措施来实现：一种电控用的工作可靠且结构简单、性价比较高的三向锁紧装置，包括横向锁栓、竖向锁栓、锁栓运动机构，其特征在于所述锁栓运动机构包括竖向传动件、横向传动件、底座、扭矩机构，所述底座具有将锁栓运动机构安装在锁体上的安装结构，同时，还具有一用于安装扭矩机构的筒形内腔，所述扭矩机构轴向限位在底座的筒形内腔中，所述扭矩机构用于传递扭矩给横向传动件，其上设置有与横向传动件滑动连接的滑动连接件；所述横向传动件和竖向传动件均具有相互滑动连接的内段和与锁栓连接的外段，所述横向传动件的内段分别与竖向传动件的内段、扭矩机构滑动连接，所述横向传动件和竖向传动件的外段分别用于连接横向锁栓和竖向锁栓，扭矩机构转动，通过滑动连接机构带动横向传动件做横向直线运动，而横向传动件则在使横向锁栓外伸或内缩的同时，通过与竖向传动件的滑动连接带动竖向传动件作竖向直线运动，使竖向锁栓外伸或内缩。本发明采用扭矩机构通过滑动连接结构控制横向锁栓伸缩并联动竖向传动件伸缩，零部件较少，结构简单，制造成本低，各零部件之间的动作配合关系也较为简单，能够确保整个锁紧装置的正常运作，工作可靠性强。本发明可以有以下的改进措施和推荐的实施方式：作为本发明的一种实施方式，所述扭矩机构上所设有的与横向传动件滑动连接的滑动连接件为位于扭矩机构上表面上的滑动柱，所述横向传动件的内段上设有沿竖向延伸的竖滑槽，所述滑动柱位于所述竖滑槽中形成扭矩机构与横向传动件的滑动连接；所述竖向传动件的内段上设有斜于竖向的长形斜滑槽，所述横向传 动件的内段两端对称设有导向柱，所述导向柱与所述斜滑槽配合形成所述横向传动件与所述竖向传动件的滑动连接。本发明所述底座的筒形内腔由上小下大的两个同心异径通腔组成，所述底座筒形内腔的变径部位是使扭矩机构轴向定位在底座上的要素之一。所述扭矩机构由可传递扭矩的转盘、转动轴及轴向定位五金件构成，其中，所述转盘纵截面为“T”形，上部为面积大于下部的可覆盖于底座筒形体上端面的盘面，所述转盘的盘面中部向下凸出一圆柱体，用于插入所述底座的筒形内腔中，所述转盘的圆柱体下端面具有与转动轴作端面啮合的传递扭矩结构，以实现转动轴与转盘相互啮合传递扭矩，如端面齿轮啮合副或者类似凹凸配合的端面啮合副，同时转盘中心具有一中心定位用的安装孔。所述转动轴是一个在轴体的中部具有传递扭矩的环形啮合盘的转矩轴，所述啮合盘与所述转盘的圆柱体下端面啮合构成端面啮合副，该转矩轴位于所述啮合盘上方的上轴体用于穿入转盘的安装孔并在其端部用五金件作轴向定位，啮合盘下方的下轴体则用于与外力传递件连接，以便传导外力转动转盘。作为本发明的一种改进，所述的转动轴可以由转轴和柱形的连接轴组合而成，所述转轴作为转动轴啮合盘及上轴体部分由转轴体与位于转轴体下端的啮合盘一体构成，其中心具有一与传动轴连接的连接孔；所述连接轴则是作为转动轴的下轴体，其上下两端均具有非圆形接头，以便与所连接的零部件传递扭矩，所述连接轴上接头用于伸入转轴的连接孔，以便使转轴可随连接轴转动。本发明可以进一步做以下改进：所述转轴的转轴体上端伸出所述转盘的盘面并通过在该轴端上安装轴向定位五金件，以实现对转盘和转动轴构成的扭矩机构在底盘上的轴向限位；还可以进一步在所述转动轴的上轴体端加装弹簧，所述弹簧位于轴向定位五金件与转盘的盘面之间，所述弹簧在竖向上发生形变的位移至少等于转动轴啮合盘与转盘下端面脱开啮合的位移，以使扭矩机构在遭遇强大外力破坏时，强加的外作用力在破坏了锁栓限位机构的限位后，虽然可以驱动转轴转动，但同时也会导致所述弹簧变形而导致转动轴与转盘的端面啮合副打滑，无法传递扭矩，从而提高电控半自动锁的防盗能力。本发明所述轴向定位五金件可采用卡簧或螺母或起类似作用的轴向固定件，所述弹簧可选用压缩弹簧或者波纹片或起类似作用的其他弹簧。为了使扭矩机构中转动轴与转盘之间的端面啮合副在强大外力下容易打滑，端面啮合副上下接合的啮合面采用圆弧面。作为本发明的进一步做出的改进，所述底座与转盘之间设有限位机构，所述限位机构由在所述底座的连接板的边沿上设置的夹角为90°的两个限位块和所述转盘的外侧边一端径向伸出的挡块组成，所述挡块位于所述两个限位块之间以限定转盘的转动角度为90°；相应地，所述转盘上的滑动柱在所述横向传动件的竖滑槽中运动一个单程，同时所述横向传动件的导向柱在竖向传动件的斜滑槽中从其一端运动至另一端。本发明还可以再做以下改进，所述底座与转盘之间设有扭簧，所述扭簧的一端固定在底座的连接板上，并与其中一个限位块位于同一条直径线上且相对圆心的另一边处，所述扭簧的另一端则固定在转盘的滑动柱处，以使转盘转动至45°时，扭簧承受扭矩负荷并在转盘转动超过45°时，对转盘施加推力转动至90°。具体的，当转盘转动没有超过45°时，若此时撤销外力，扭簧提供回复力使转盘恢复至0°原始位置，当转盘转动至45°时，扭簧提供助力推动转盘转动至90°终止位置。力度易控制，且开锁手感十分好。作为本发明的一种优选方式，所述的横向传动件为“H”字形，它主要由内竖杆、外竖杆和横板组成，其中，所述外竖杆的两端与横向锁栓相连，所述竖滑槽位于所述内竖杆上，所述导向柱位于所述内竖杆的两端部的下表面上。本发明的第二个目的在于提供一种包含上述三向锁紧装置的电控半自动锁。本发明的目的通过以下的技术措施来实现：一种包含上述三向锁紧装置的电控半自动锁，包括面板、壳体和电控锁体，所述电控锁体包括电子控制模块及与其电连接的锁栓限位机构和锁紧装置，所述面板上设有旋钮，其特征在于：所述锁紧装置为上文所述三向锁紧装置，它包括横向锁栓、竖向锁栓及位于壳体内的锁栓运动机构；所述锁栓运动机构包括竖向传动件、横向传动件、底座、扭矩机构，所述锁栓限位机构由电磁挡杆和设置在所述扭矩机构上锁时对应电磁挡杆伸出端位置上的限位卡口组成，所述电磁挡杆由电磁线圈、活动铁芯和与铁芯同轴连接的挡杆构成，利用磁力生成或撤销而使铁芯伸缩，从而带动挡杆伸缩，所述电磁挡杆伸出与所述扭矩机构上的限位卡口配合使扭转机构无法转动，电磁挡杆缩回则撤销限位作用而使锁栓运动机构处于可运动的状态。本发明所述的电控半自动锁的工作过程是：开锁时，电磁挡杆接收电子控制模块的开锁信号后，电磁挡杆通电而收缩，撤销对所述扭矩机构的限位作用，然后，手动旋转面板上的旋钮，带动扭矩机构转动轴扭矩机构再利用滑动连接机构带动横向传动件向壳体内横向运动，横向锁栓缩回壳体内，同时，横向传动件与竖向 传动件的滑动连接使得竖向传动件也向壳体内运动，竖向锁栓缩回壳体内，从而实现三向锁控开锁；上锁时，手动向相反方向转动旋钮，横向、竖向锁栓同时伸出达到锁定位置，与此同时，电磁挡杆接收电子控制模块的上锁信号，再次限位而实现锁紧。为了增强锁栓限位机构的可靠与安全性，本发明可以进一步做以下改进，所述底座由筒形体与位于筒形体下端周缘上的连接板以及与连接板相接的安装结构组成，所述筒形体的内腔即为所述底座的筒形内腔，所述转盘的盘面覆盖在所述底座的筒形体的上端，所述盘面一部分的周缘向下沿着筒形体的外壁延伸成为转盘的外侧边，所述限位卡口设置在所述外侧边上，且在转盘做开锁转动时使所述限位卡口离开限位点后转移的行程所对应转盘边缘均为所述的外侧边，该段外侧边的弧长所对应的弧度相当于横向锁栓回缩行程所需的弧度，称为外侧边的开锁段，用于在上锁回转转盘前保持限位失效状态，即使电磁挡杆再次伸出，所述开锁段也会抵住挡杆，无法限位，直到上锁回转转盘使限位卡口回到限位点为止；同时，电子控制模块设计为仅控制电磁挡杆短时间从限位卡口缩回的动作，开锁者随即转动转动轴而带动转盘转动后，所述开锁段就开始起保持限位失效的作用，使锁栓限位机构在重新上锁前都无法对转盘限位；但若开锁者没有在电磁挡杆缩回期间及时转动转盘开启锁栓，则电磁挡杆会重新伸出卡在所述限位卡口内，从而又锁死转盘。本发明所述的电控半自动锁具有以下的实施方式，所述壳体由上壳和下壳对接而成，所述下壳具有内凹的腔室，该腔室内设有用于定位所述旋钮、底座、电磁铁及电子控制模块的卡位，所述横向传动件的内段上设有限位柱，所述上壳的内面上设有与限位柱滑动配合的限位孔，所述横向传动件的横杆上设有横向定向横滑孔，所述下壳的内面上设有与横滑孔滑动连接的定位柱，共同配合限定横向传动件将转盘的转动改变为横向直线运动。与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：⑴本发明的锁紧装置与现有依靠滑杆、摇臂、齿轮等组成的传动机构进行锁控的运动相比，组成的零部件大大减少，从而大大简化了锁紧装置的结构，既提高了性价比，又有助于改善了可靠性。⑵各零部件的结构也相对比较简单，易于加工制造，可大大降低企业的制造成本。⑶本发明可利用弹簧特别是波纹片的变形空间使扭矩机构进行打滑，避免强 行开锁时锁紧装置被破坏，导致失去锁的功能，从而进一步提高了锁的安全性和可靠性。⑷本发明在扭矩机构与底座之间设置扭簧，以提供回复力或推力，能够提高旋钮的开锁手感。⑸本发明采用所述三向锁紧装置的电控半自动锁，仅控制电磁挡杆短时间缩回的动作，所耗费的电能较少，环保节能，电磁挡杆常态是处于失电锁紧状态，不会因电池无电或者电源断电而导致锁栓限位机构失效，使用更为方便安全可靠。⑹本发明各零部件之间的动作配合关系较为简单，与现有技术的锁紧装置相比，工作可靠性强，维修成本也大大减小。⑺本发明容易实现、实用性较强，不仅可安装在保密柜的柜体、门体上，还适用于其它保密性要求较高的场所。附图说明下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。图1是本发明三向锁紧装置的结构爆炸示意图；图2是本发明扭矩机构的结构爆炸示意图；图3是本发明三向锁紧装置正面的结构立体图；图4是本发明三向锁紧装置背面的结构立体图；图5是本发明三向锁紧装置关锁时正面结构示意图；图6是沿图4中A-A线剖视图(放大)；图7是本发明三向锁紧装置开锁时正面结构示意图；图8是本发明三向锁紧装置处于开锁状态的俯视图(去除横向传动件和竖向传动件)；图9是本发明三向锁紧装置处于开锁状态的立体结构图(去除横向传动件和竖向传动件)；图10是本发明三向锁紧装置处于关锁状态的俯视图(去除横向传动件和竖向传动件)；图11是本发明电控半自动锁的结构爆炸示意图。具体实施方式如图1～10所示，是本发明一种电控用的三向锁紧装置，包括横向锁栓32、竖向锁栓(图中未画出)、锁栓运动机构；其中，锁栓运动机构包括竖向传动件6、 横向传动件5、底座1、扭矩机构，底座1具有将锁栓运动机构安装在锁体上的安装结构，底座1还具有一用于安装扭矩机构的筒形内腔，扭矩机构轴向限位在底座1的筒形内腔中，扭矩机构用于传递扭矩给横向传动件，其上设置有与横向传动件滑动连接的滑动连接件。横向传动件5和竖向传动件6均具有相互滑动连接的内段和与锁栓连接的外段，横向传动件5的内段分别与竖向传动件6的内段、扭矩机构滑动连接，横向传动件5和竖向传动件6的外段分别用于连接横向锁栓32和竖向锁栓，扭矩机构转动，通过滑动连接机构带动横向传动件5做横向直线运动，而横向传动件5则在使横向锁栓32外伸或内缩的同时，通过与竖向传动件6的滑动连接带动竖向传动件6作竖向直线运动，使竖向锁栓外伸或内缩。在本实施例中，扭矩机构上所设有的与横向传动件5滑动连接的滑动连接件为位于扭矩机构上表面上的滑动柱21，横向传动件5的内段上设有沿竖向延伸的竖滑槽51，滑动柱21位于竖滑槽51中形成扭矩机构与横向传动件5的滑动连接；竖向传动件6的内段上设有斜于竖向的长形斜滑槽61，横向传动件5的内段两端对称设有导向柱62，导向柱62与斜滑槽61配合形成横向传动件5与竖向传动件6的滑动连接。底座1的筒形内腔由上小下大的两个同心异径通腔组成，底座1筒形内腔的变径部位是使扭矩机构轴向定位在底座1上的要素之一。扭矩机构由可传递扭矩的转盘2、转动轴34及轴向定位五金件构成，其中，轴向定位五金件采用卡簧7，也可以采用螺母等起类似作用的轴向固定件，转盘2纵截面为“T”形，上部为面积大于下部的可覆盖于底座1筒形体上端面的盘面，转盘2的盘面中部向下凸出一圆柱体2a，用于插入底座1的筒形内腔中，转盘2的圆柱体2a下端面具有与转动轴34作端面啮合的传递扭矩结构，以实现转动轴34与转盘2相互啮合传递扭矩，在本实施例中，采用类似凹凸配合的端面啮合副，在其它实施例中，也可以采用端面齿轮啮合副，为了使扭矩机构中转动轴与转盘2之间的端面啮合副在强大外力下容易打滑，端面啮合副上下接合的啮合面采用圆弧面。转盘2中心具有一中心定位用的安装孔。转动轴34是一个在轴体的中部具有传递扭矩的环形啮合盘36的转矩轴，啮合盘与转盘2的圆柱体下端面啮合构成端面啮合副，该转矩轴位于啮合盘上方的上轴体用于穿入转盘2的安装孔并在其端部用卡簧7作轴向定位，啮合盘下方的下轴体则用于与外力传递件连接，以便传导外力转动转盘。在本实施例中，转动轴由转轴3和柱形的连接轴4组合而成，转轴3作为转动轴啮合盘及上轴体部分由转轴体与位于转轴体下端的啮合盘一体构成，其中心具 有一与传动轴连接的连接孔37；连接轴4则作为转动轴的下轴体，其上下两端均具有非圆形接头，以便与所连接的零部件传递扭矩，连接轴4上接头41用于伸入转轴的连接孔，以便使转轴可随连接轴转动。转轴3的转轴体上端伸出转盘2的盘面并通过在该轴端的卡槽31上安装卡簧7，以实现对转盘2和转动轴构成的扭矩机构在底盘上的轴向限位。在转动轴的上轴体端加装弹簧，在本实施例中，弹簧采用波纹片8，在其它实施例中，也可以采用压缩弹簧或起类似作用的其他弹簧，波纹片8位于卡簧7与转盘2的盘面之间，平垫片15位于波纹片8与卡簧7之间，波纹片8在竖向上发生形变的位移至少等于转动轴啮合盘与转盘2下端面脱开啮合的位移，以使扭矩机构在遭遇强大外力破坏时，强加的外作用力在破坏了锁栓限位机构的限位后，虽然可以驱动转轴转动，但同时也会导致波纹片变形而导致转动轴与转盘的端面啮合副打滑，无法传递扭矩，从而提高电控半自动锁的防盗能力。底座1与转盘2之间设有限位机构，限位机构由在底座1的连接板的边沿上设置的夹角为90°的两个限位块11、12和转盘2的外侧边一端径向伸出的挡块22组成，挡块22位于两个限位块11、12之间以限定转盘2的转动角度为90°；相应地，转盘2上的滑动柱21在横向传动件5的竖滑槽51中运动一个单程，同时横向传动件5的导向柱62在竖向传动件6的斜滑槽61中从其一端运动至另一端。底座1与转盘2之间设有扭簧9，扭簧9的一端固定在底座1的连接板上，并与其中一个限位块位于同一条直径线上且相对圆心的另一边处，扭簧9的另一端则固定在转盘2的滑动柱21处，以使转盘转动至45°时，扭簧9承受扭矩负荷并在转盘2转动超过45°时，对转盘2施加推力转动至90°。具体的，当转盘2转动没有超过45°时，若此时撤销外力，扭簧9提供回复力使转盘2恢复至0°原始位置，当转盘2转动至45°时，扭簧9提供助力推动转盘2转动至90°终止位置。在本实施例中，横向传动件5为“H”字形，它主要由内竖杆13、外竖杆14和横板17组成，其中，外竖杆14的两端与横向锁栓32相连，竖滑槽51位于内竖杆13上，导向柱62位于内竖杆13的两端部的下表面上。如图11所示，一种包含上述三向锁紧装置的电控半自动锁，包括面板、壳体和电控锁体，电控锁体包括电子控制模块18及与其电连接的锁栓限位机构和锁紧装置，面板上设有旋钮30，锁紧装置为三向锁紧装置，它包括横向锁栓32、竖向锁栓及位于壳体内的锁栓运动机构；锁栓运动机构包括竖向传动件6、横向传动件5、底座1、扭矩机构，锁栓限位机构由电磁挡杆10和设置在扭矩机构上锁时对应 电磁挡杆10伸出端位置上的限位卡口23组成，电磁挡杆10由电磁线圈、活动铁芯和与铁芯同轴连接的挡杆16构成，利用磁力生成或撤销而使铁芯伸缩，从而带动挡杆16伸缩，电磁挡杆10伸出与扭矩机构上的限位卡口23配合使扭转机构无法转动，电磁挡杆10缩回则撤销限位作用而使锁栓运动机构处于可运动的状态。底座1由筒形体1b与位于筒形体下端周缘上的连接板以及与连接板相接的安装结构组成，筒形体的内腔即为底座1的筒形内腔，转盘2的盘面覆盖在底座的筒形体的上端，盘面一部分的周缘向下沿着筒形体的外壁延伸成为转盘2的外侧边38，限位卡口23设置在外侧边上，且在转盘2做开锁转动时使限位卡口23离开限位点后转移的行程所对应转盘边缘均为外侧边，该段外侧边的弧长所对应的弧度相当于横向锁栓32回缩行程所需的弧度，称为外侧边的开锁段，用于在上锁回转转盘前保持限位失效状态，即使电磁挡杆再次伸出，开锁段也会抵住挡杆，无法限位，直到上锁回转转盘使限位卡口回到限位点为止；同时，电子控制模块18设计为仅控制电磁挡杆10短时间从限位卡口23缩回的动作，开锁者随即转动转动轴而带动转盘转动后，开锁段就开始起保持限位失效的作用，使锁栓限位机构在重新上锁前都无法对转盘限位；但若开锁者没有在电磁挡杆10缩回期间及时转动转盘开启锁栓，则电磁挡杆10会重新伸出卡在限位卡口23内，从而又锁死转盘2。壳体由上壳19和下壳20对接而成，下壳20具有内凹的腔室，该腔室内设有用于定位旋钮、底座、电磁铁及电子控制模块的卡位，横向传动件的内段上设有限位柱25，上壳19的内面上设有与限位柱25滑动配合的限位孔，横向传动件的横杆上设有横向定向横滑孔27，下壳20的内面上设有与横滑孔27滑动连接的定位柱28，共同配合限定横向传动件将转盘2的转动改变为横向直线运动。底座1的连接板圆周向上伸出四个安装脚35，与上壳19、下壳20上的定位柱相对应，通过螺钉连接固定在外壳上。电控半自动锁的工作过程是：如图7～9所示，开锁时，电磁挡杆接收电子控制模块的开锁信号后，电磁挡杆通电而收缩，撤销对所述扭矩机构的限位作用，然后，手动旋转面板上的旋钮，带动扭矩机构转动轴扭矩机构再利用滑动连接机构带动横向传动件向壳体内横向运动，横向锁栓缩回壳体内，同时，横向传动件与竖向传动件的滑动连接使得竖向传动件也向壳体内运动，竖向锁栓缩回壳体内，从而实现三向锁控开锁；如图5和10所示，上锁时，手动向相反方向转动旋钮，横向、竖向锁栓同时伸出达到锁定位置，与此同时，电磁挡杆接收电子控制模块 的上锁信号，再次限位而实现锁紧。本发明的电子控制模块的开锁和上锁信号可通过密码及生物采集控制器等形式进行控制。本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。