基于CAE的新型防盗锁中关联弹子和弹片仿真

1 前言

    机械弹子锁从诞生以来由于结构、原理简单就是市面上最常见的锁具类型。初始状态时锁芯弹子与锁芯体弹子的交界面和锁芯与锁芯体交界面错开，当正确钥匙完全插入时，锁芯弹子陷入钥匙上的弹子坑内，使各锁芯弹子与锁芯体弹子的交界面和锁芯与锁芯体交界面齐平，通过钥匙带动锁芯转动方可开启。

    传统的弹子防盗锁每个弹子的运动相互独立、互不关联。这就造成非常容易用撞击弹子法和柔性物填充法进行技术破解。技术开锁的原理是锁芯弹子与锁芯体弹子可以在锁芯弹子孔中可以独立自由移动，借助技术工具使锁芯弹子同锁芯体弹子的交界面与锁芯同锁芯体的交界面一致，使得锁芯体无法被闩住。例如单勾技术性开启就是利用锁具零件公差达到错位，将上弹子拨到分界线上，上弹子就失去了制栓作用, 再对弹子一个一个地“对位”，就成功技术性开启锁具，解锁时间不超过5秒。

    针对这种现状，设计出一种关联弹子锁芯。其结构原理如图1、图2所示。初始时锁芯弹子7-12均不动，直到正确的钥匙完全插入时，前后触发弹子7、12上圆弧凸台共同才会推动锁芯卡块1克服弓形弹片3所给作用力而移动，同时锁芯卡块1带动U型弹簧2移动，U形弹簧被锁芯中半圆凸台4挡住而将会张开，中间4个锁芯弹子才会落入钥匙弹子坑中，进而才能保证使用钥匙开启锁芯。

图1 锁芯关联性移动原理图
1-锁芯卡块2-U型弹簧3-弓形弹片4-半圆凸台（锁芯体）
5-锁芯体6-下锁芯7、12-触发弹子8～11-锁芯弹子

图2 钥匙逐步插入时1、3位置变化过程

    整个设计中关键件为件3弓形弹片。其必须有足够的刚度以抑制件1的运动，但又不能有非常大的轴向抗力，否者需要用非常大的气力拉拔钥匙，不方便使用且锁芯易磨损。弓形弹片采用厚度b=0.25mm、深度h=1.4mm的65Mn弹簧片制成，经淬火和中温回火热处理，技术要求：弓形弹片最大受力小于2N，且推动触发联动弹子的轴向抗力小于4N。

    本文通过理论计算、CAE仿真和试验测试三项对比研究，先得到弓形弹片的弹簧刚度，再用ADAMS软件对钥匙开锁过程进行计算，求得联动弹子和弹片共同作用下的钥匙拉拔力，以对该防盗锁进行仿真评估。

2 弓形弹片的刚度研究

    2.1 理论计算

    考虑弓形弹片与其他零件之间的运动关系，受力模型可简化为一端简支，一端有一个平移自由度，如图3所示。

图2 弓形弹片受力模型