[发明专利]具有辅助平衡的门组件

说明书

本发明涉及非垂直铰接的门及相关的平衡机构。更为特别地，它所涉及的平衡机构基本上可精确平衡门在整个回转圆弧所有角度上的重量。

有许多用途的门是用非垂直绞轴线装配的，并且需要平衡。车顶窗口的舱盖，与地面齐平安装的人行道盖板，以及在室外的地下室入口门盖都包括在这类用途之中。

这些用途的门盖，为了强固和耐用起见，常用金属制作，因而可能很重。平衡使门盖开闭较为容易，且减少了松手时门盖关闭快猛和开启时很费力的倾向，从而提高安全性。

典型的部分平衡是从一根或多根扭转杆，弹簧，气缸或重物获得的。扭转杆尤其得到广泛的采用，因为它所提供的平衡转矩是由于杆的一端相对于另一端转动的结果。因此，可把扭转杆的两端分别接到门和门框上，构成一种简单可靠的平衡机构。通过适当选择扭转杆的直径和长度，各种各样不同重量和尺寸的门可用这种直接连接方法大致得到平衡。

扭转杆还另有优点，其扁长的形状使它能装在门框厚度范围以内或侧后，因而制成的门组件库存时所占空间最小，且容易通过运销渠道运输。加之，扭转杆非常结实可靠，这对经常用于由外入内或置于室外的门来说是一种重要的因素。

然而，门和门框之间单纯直接连接的扭转杆平衡结构并没有达到完全平衡。这是因为在通常的操作范围内，扭转杆提供的平衡转矩与其上的转动量或扭转量成线性比例。可是，非垂直铰接门需要的平衡转矩与门的开启角非线性相关。非垂直绞轴线没有撑起的门重按开启角的正弦函数关系增大。

结果，用扭转杆直接连接门和门框的平衡系统仅在二个不同的开启角时给门提供恰当的平衡。在转矩(以绞轴线为轴度量)与开启角(以关闭时作零度)为坐标轴的曲线图上，扭转杆(产生平衡扭矩)的特性线与未受支撑的门重引起的转矩余弦曲线的相交点即可找到这些平衡角。对水平铰接门而言，门刚打开时门的全重没有受到铰链支撑，而在全开时(90°位置)，全部重量由铰链支撑。

尽管在线性平衡系统中使门得到严格平衡的两个特殊开启角是设计人员掌握的，但他们通常选择接近全开和全闭位置。在全开位置，不需要平衡转矩，因而扭转杆不受扭转，在全闭位置，扭转杆被调整到正好提供门的全重所需的平衡转矩。令人遗憾的是，除了这两个角度外，门得不到充分的平衡，因而如果松手，门就会开始转动。

为了改进这一缺点，以后设计的平衡系统采用了有单根或多根扭转杆的凸轮系统，能在整个运动范围内几乎精确与门平衡。这些设计中的扭转杆并不直接连接门和门框，而是通过凸轮动作，凸轮改变扭转杆产生的线性转矩，使之与平衡门重所需的正弦转矩一致。具有基于凸轮类型的平衡机构的门可查阅美国专利4873791及5136811号。    

在这种基于凸轮的结构中，门的全部平衡力通过凸轮机构施加。但本发明采用了直接连接/基于凸轮的混合设计。一部分平衡转矩由一根或多根直接连接门和门框的扭转杆产生，其余部分平衡转矩(辅助转矩)通过凸轮机构由另加的一根或多根扭转杆提供，那是提供接近完全的正弦形平衡所必需的。

由于直接连接扭转杆产生大部分平衡转矩，所以通过凸轮系统的力较小，这与早期的设计相比，减轻了磨擦和磨损。另一优点是直接连接/基于凸轮混合式扭转杆设计可有选择的灵活性。因为扭转杆常常只能获得标准直径的，所以就难以满足某些门的平衡要求。有了混合式设计，不同尺寸的扭转杆可以组合起来，最佳地满足各种各样门的平衡要求。

还有一优点在于辅助扭转杆平衡系统可按厂内装配方案装到门上，还可以与只有直接连接的扭转杆平衡系统一起出售，或者可用作现有的直接平衡门附加的现场装配附件。

考虑到上述内容，因此本发明的目的就是提供一种新型并经过改进的平衡门及平衡组件，它的平衡的实现部分依靠线性的平衡机构，部分通过辅助平衡机构，从而在整个回转圆弧上平衡门。

本发明包括使部分平衡的门增加其平衡的平衡组件以及包括此平衡组件的全套门组件。门组件包括：门框；沿非垂直铰链轴铰接到门框上的门(铰链使门能从开位转到闭位)；及在门和门框之间连接的主平衡装置(它提供绕铰链轴的一部分平衡转矩)。主平衡装置可包括扭转杆，或者其它任何线性平衡机构，并且可直接连接在门和门框之间，或者连接在与门铰接的铰链机构铰链片之间。

门组件还包括辅助平衡系统，它包括有凸轮表面的凸轮及辅助平衡装置，后者施力于凸轮表面以产生绕门铰链轴的辅助平衡转矩，主平衡机构产生的部分平衡转矩和辅助平衡转矩之和与处在开位和闭位之间的门相平衡。