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一個(gè)良好的平衡系統(tǒng)，應(yīng)該是在門(mén)運(yùn)行過(guò)程中的任何位置，門(mén)的重量和平衡系統(tǒng)所產(chǎn)生的平
衡力都是相等的，即門(mén)應(yīng)該始終處于平衡狀態(tài)。這樣，門(mén)應(yīng)該可以停留在任何位置，在手動(dòng)
運(yùn)行時(shí)，用很小的力量就可以使門(mén)向上或向下運(yùn)行。

在美國(guó)及歐洲的****，滑升門(mén)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟并且已經(jīng)形成**。在選用**滑升
門(mén)時(shí)，可以采用查表的方式選用相應(yīng)的平衡系統(tǒng)。各廠家的滑升門(mén)和平衡系統(tǒng)可以配套通用。
而在國(guó)內(nèi)，由于滑升門(mén)還沒(méi)有形成統(tǒng)一的**，因此在配置平衡系統(tǒng)時(shí)，通常是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)
來(lái)選用。在遇到問(wèn)題時(shí)，缺乏理論的指導(dǎo)，不知道問(wèn)題出在哪里，常常不能很好的把問(wèn)題解
決。由于滑升門(mén)的平衡系統(tǒng)選用不當(dāng)而使滑升門(mén)不能正常工作的情況更是隨處可見(jiàn)。這正是
我們與國(guó)外**的滑升門(mén)技術(shù)的差距所在。

這里以**提升門(mén)為例，**理論計(jì)算的方法，討論一下在選用平衡系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題，
供大家參考，希望能對(duì)大家在選用平衡系統(tǒng)時(shí)有所幫助。

**提升門(mén)如圖所示，本文中所謂的**提升門(mén)是指：在門(mén)處在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，門(mén)體全部處于
垂直狀態(tài)；門(mén)一經(jīng)開(kāi)啟時(shí)，上部門(mén)體立即轉(zhuǎn)向水平狀態(tài)；在門(mén)處在全部開(kāi)啟時(shí)，門(mén)體全部處
于水平狀態(tài)的滑升門(mén)。

假設(shè)：**滑升門(mén)為理想狀態(tài)，即未被關(guān)閉的門(mén)體部分呈水平狀態(tài)，所產(chǎn)生的重力
被門(mén)的水平軌道所承擔(dān)；而關(guān)閉的門(mén)體部分呈垂直狀態(tài)，所產(chǎn)生的重力**由平衡系統(tǒng)承擔(dān)；
處在彎軌處的門(mén)體部分忽略不計(jì)。

根據(jù)材料力學(xué)中的公式可得彈簧近似計(jì)算公式，

T≈KT·φ                                      公式1

T  ―― 彈簧在被扭轉(zhuǎn)變形后所產(chǎn)生的扭矩，單位為N·mm

KT  ―― 彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度，當(dāng)彈簧被扭轉(zhuǎn)時(shí)，每增加1°扭轉(zhuǎn)角所產(chǎn)生的扭矩，單位
為N·mm/(°)

φ   ―― 彈簧被扭轉(zhuǎn)的角度，單位為(°)

在彈性限度內(nèi)，KT為常數(shù)，彈簧在被扭轉(zhuǎn)變形后所產(chǎn)生的扭矩T與彈簧被扭轉(zhuǎn)的角度φ
成正比。

設(shè)：**提升門(mén)門(mén)高為H，單位是mm，門(mén)的總重量是WD，單位是kg

設(shè)：門(mén)被部分關(guān)閉，關(guān)閉的高度為h，單位是mm

這時(shí)部分關(guān)閉的門(mén)體垂直部分所產(chǎn)生的重量W為

W＝WD·h/H                     公式2

而重量W所產(chǎn)生的扭矩TW為

TW＝W·g·r= [WD·h/H]·g·r        公式3

r――鋼絲繩輪在門(mén)被關(guān)閉高度為h時(shí)的半徑，單位是mm

g――重力加速度，約為9800，單位是mm/s²

當(dāng)**提升門(mén)的平衡系統(tǒng)平衡時(shí)，彈簧在所產(chǎn)生的扭矩T應(yīng)等于門(mén)體垂直部分的重力
所產(chǎn)生的扭矩TW，即：

KT·φ＝[WD·h/H]·g·r             公式4

當(dāng)門(mén)全部開(kāi)啟時(shí)，即h＝0時(shí)，滑升門(mén)全部處于水平狀態(tài)，這時(shí)門(mén)體垂直部分所產(chǎn)生的
重力為0，即平衡彈簧處于自由狀態(tài)，即φ＝0。

當(dāng)門(mén)被部分關(guān)閉，關(guān)閉的高度為h時(shí)，平衡彈簧被扭轉(zhuǎn)的角度φ應(yīng)該為長(zhǎng)度為h的鋼絲
繩在鋼絲繩輪上纏繞的圈數(shù)乘以360°

  根據(jù)公式3我們可以看出：TW與h·r呈線(xiàn)性關(guān)系，而當(dāng)r不變時(shí)，TW與h呈線(xiàn)性關(guān)系。

當(dāng)r不變時(shí)，平衡彈簧被扭轉(zhuǎn)的角度

φ＝360°·h/2πr              公式5

π―― 圓周率，約為3.14

φ與h也呈線(xiàn)性關(guān)系

將公式5代入公式4即得到：

KT·360°·h/2πr＝[WD·h/H]·g·r     公式6

因此

KT＝2πr²·g·WD/（360°·H）         公式7

可以看出，彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度KT與門(mén)的部分開(kāi)啟高度h無(wú)關(guān)。因此，如果彈簧的扭轉(zhuǎn)
剛度KT按公式7計(jì)算，在彈簧的彈性限度內(nèi)，如果WD、r及H不變，門(mén)無(wú)論開(kāi)啟到任何位
置，門(mén)都會(huì)處于平衡狀態(tài)。而在**提升門(mén)確定之后，WD、r及H就已經(jīng)確定，因此，計(jì)
算并加工出具有相應(yīng)的彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度KT的彈簧是至關(guān)重要的。

由此也可以證明為什么在**提升門(mén)的平衡系統(tǒng)中我們采用直徑不變的鋼絲繩輪。

因?yàn)?π、360°、g為常數(shù)，所以

我們所需要的平衡系統(tǒng)彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度KT應(yīng)與門(mén)的總重量WD及平衡系統(tǒng)鋼絲繩輪的
半徑r的平方成正比；與門(mén)的高度H成反比。

由此還可以看出，在門(mén)的總重量WD一定時(shí)，我們所需要的平衡彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度KT與
門(mén)的寬度無(wú)關(guān)。

因此，在選用或采購(gòu)**提升門(mén)的平衡系統(tǒng)彈簧時(shí)，必須要向彈簧生產(chǎn)廠家提供以
下參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)計(jì)算彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度。

1.      門(mén)的重量WD

2.      門(mén)的高度H

3.      平衡系統(tǒng)鋼絲繩輪的半徑r或直徑D

在彈簧做好以后，**以隨意改變這三個(gè)參數(shù)或未加以計(jì)算就用于其它的門(mén)。

而在實(shí)際應(yīng)用中，**提升門(mén)并不是處于先前所假設(shè)的理想狀態(tài)，有以下幾個(gè)問(wèn)題需要注意：

1.    在門(mén)剛剛開(kāi)啟(或接近**關(guān)閉)時(shí)，上部門(mén)體并不是立即轉(zhuǎn)向水平狀態(tài)，而是經(jīng)
過(guò)部分垂直的直軌然后經(jīng)過(guò)彎軌（也許沒(méi)有直軌，直接經(jīng)過(guò)彎軌）轉(zhuǎn)向水平狀態(tài)，
所以我們有時(shí)使用的鋼絲繩輪的**外邊一兩圈的繞線(xiàn)半徑是由大變小的，這是用來(lái)
平衡在開(kāi)門(mén)后在洞口高度以上的部分垂直的直軌和彎軌上的門(mén)板所產(chǎn)生的重力。因
此這一兩圈鋼絲繩輪對(duì)于平衡門(mén)在接近關(guān)閉狀態(tài)部分是非常重要的。而在實(shí)際安裝
中，如果所用的鋼絲繩過(guò)長(zhǎng)，有很多門(mén)在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)仍有幾圈鋼絲繩纏繞在鋼絲繩
輪上，這時(shí)鋼絲繩輪的**外邊一兩圈就失去了作用。而這樣會(huì)造成如果門(mén)在接近地
面時(shí)門(mén)可以平衡，而門(mén)在開(kāi)啟到上部時(shí)彈簧的力量就不足以使門(mén)保持平衡；如果門(mén)
在開(kāi)啟到上部時(shí)門(mén)可以平衡，而門(mén)在接近地面時(shí)彈簧的力量就顯得過(guò)大。

2.    在門(mén)開(kāi)啟到洞口高度時(shí)并不是全部門(mén)體都轉(zhuǎn)變?yōu)樗�平狀態(tài)，還有部分門(mén)體停留在
垂直狀態(tài)或停留在彎軌部分，仍需要彈簧來(lái)保持平衡；而且在門(mén)全部開(kāi)啟時(shí)為保持
鋼絲繩仍處于繃緊狀態(tài)，彈簧也不能**處于自由狀態(tài)。根據(jù)國(guó)外的資料，一般取
彈簧處于1到1.25圈的盤(pán)緊狀態(tài)。因此在計(jì)算彈簧時(shí)，在門(mén)處于**關(guān)閉的狀態(tài)，
彈簧盤(pán)緊的圈數(shù)應(yīng)為H/2πr＋1.25，而不是H/2πr圈。這在計(jì)算彈簧時(shí)應(yīng)加以考慮。
在彈簧計(jì)算加工無(wú)誤的情況下，在安裝時(shí)，應(yīng)先將門(mén)安裝好并使門(mén)處于**關(guān)閉狀
態(tài)。然后將彈簧盤(pán)緊H/2πr＋1.25圈，這時(shí)門(mén)在任何位置都應(yīng)處于平衡狀態(tài)，且在
門(mén)**開(kāi)啟時(shí)，彈簧仍處于1.25圈的盤(pán)緊狀態(tài)。

3.    如果水平軌道不**水平安裝，應(yīng)該考慮水平軌道傾斜的角度。

4.    如果鋼絲繩較粗，在計(jì)算扭矩時(shí)也應(yīng)該考慮鋼絲繩的半徑。

在彈簧計(jì)算時(shí)，還應(yīng)該根據(jù)門(mén)的工作頻率考慮彈簧的工作載荷次數(shù)（彈簧的疲勞次數(shù)）
、彈簧的拉伸強(qiáng)度**限和許用彎曲應(yīng)力，并綜合考慮彈簧的穩(wěn)定性，這也是彈簧能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定
工作的保證。

以此類(lèi)推，我們還可以討論垂直提升門(mén)和高位提升門(mén)的平衡系統(tǒng)。所不同的是：垂直提
升門(mén)平衡系統(tǒng)中的鋼絲繩輪應(yīng)采用圓錐型塔輪（即隨著門(mén)的提升高度變化，鋼絲繩輪的直徑也
隨之變化）；而高位提升門(mén)平衡系統(tǒng)中的鋼絲繩輪應(yīng)采用圓錐型塔輪和平輪的相結(jié)合的組合輪
（即在門(mén)處于垂直提升狀態(tài)時(shí)，鋼絲繩輪應(yīng)處于圓錐型塔輪部分而當(dāng)門(mén)轉(zhuǎn)化為**提升狀態(tài)后，
鋼絲繩輪應(yīng)處于平輪部分）。這些理論計(jì)算對(duì)鋼絲繩輪的設(shè)計(jì)也同樣具有指導(dǎo)意義。

本人并非從事機(jī)械設(shè)計(jì)，**知識(shí)有限，文中錯(cuò)誤在所難免，希望讀者批評(píng)指正！

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