工程師聯盟科普系列 鎖的工作原理大揭密, 開鎖這點事

2021-02-18 泊松比

工盟提示:鎖和鑰匙有著各種各樣分類的方法,這裡主要按照鎖頭結構來分類介紹。現在在使用的鎖,主要可以分成凸塊鎖、杆鎖、圓柱鎖、生物鎖以及其他幾種。

鎖和匙是保管著我們的財產與生命的重要的東西,因此掌握有關鎖和鑰匙的正確的知識,對於安全安心地生活來說就是非常重要的了。

鎖的歷史

鎖最早的原型要追溯到公元前,據傳中國在仰韶文化的遺址中就發現過木鎖,西方最早的鎖是埃及鎖,屬於彈子鎖的一種。雖然現在最常見的是圓柱鎖,但是在中世紀的歐洲比較常用的是凸塊鎖,以這種結構製成的簡單的掛鎖現在也常用。

大約5000年前的埃及鎖,現在被視為是最古老的鎖。

鎖和鑰匙有著各種各樣分類的方法,這裡主要按照鎖頭結構來分類介紹。現在在使用的鎖,主要可以分成凸塊鎖、杆鎖、圓柱鎖以及其他幾種。

凸塊鎖

凸塊鎖是古代羅馬時期製作出來的,現在在掛鎖,還有簡單的背包上的鎖仍然在使用。

說到構造的話,鎖內部有一個叫做凸塊的障礙,如果是正確的鑰匙,就可以通過鑰匙上的空隙形狀,不碰到凸塊順利地轉動。


凸塊鎖結構

凸塊鎖的原理非常簡單,如果形狀過於簡單,那麼很容易就會打開鎖,也很容易製作備用鑰匙,甚至製作萬能鑰匙也不是什麼難事。因此為了讓撬鎖和複製鑰匙變得困難,就不得不讓凸塊鎖的形狀變得更加複雜。


15~16世紀義大利製造的凸塊鎖

杆鎖

杆鎖是18世紀左右,英國人發明的。現在在掛鎖、抽屜還有比較早期的自動門都還在使用。

鎖內部有名為杆鎖簧的板狀障礙,鎖簧上有凹槽,同時還有一個H形槽,門閂中有一個凸起部分,就收在這個槽裡。

鑰匙插進鎖孔,旋轉鑰匙,鑰匙上的凸起就會頂起杆鎖簧,繼續旋轉鑰匙,就可以讓門閂上的凸起通過H槽,從而讓門閂移動。如果不是正確的鑰匙的話,就沒有辦法讓凸起順利地通過H槽,也就無法打開了。

一般有3片杆鎖簧就算比較多的,達到5片就是非常安全了。

圓柱鎖

圓柱鎖分成外筒跟內筒,外筒固定鎖芯,而內筒設置鎖孔,在兩個筒之間設置障子,沒有鑰匙或者鑰匙錯誤的情況下,內筒無法旋轉,只有所有障子全部位在了正確的位置,內筒才能夠旋轉。

圓柱鎖根據障子的形狀、動作的原理,又分為好幾種。有代表性的包括葉片鎖、彈子鎖、旋轉盤鎖、磁力鎖

葉片鎖

是使用簧片作為障子的圓柱鎖,最早的葉片鎖的簧片是圓的,形狀和原理類似於後面講到的旋轉盤鎖,跟現在的葉片鎖略有不同,另外在英文中管現在的葉片鎖叫 Wafer tumbler lock。

葉片鎖在沒有插入鑰匙的時候,簧片卡在內筒與外筒中間,只有插入正確的鑰匙之後,才能讓簧片下降(或上升,也有有升有降的)到內筒中,從而旋轉內筒。

葉片鎖構造比較簡單,安全性也較低,同時又廣泛使用(抽屜鎖、信箱鎖),所以是小偷比較偏愛的鎖種。

彈子鎖

可以說是目前使用最為廣泛的鎖種。一般分為上下兩個彈子,彈簧在外筒上頂住兩個彈子,卡住內筒和外筒。插入正確的鑰匙之後,上下彈子的縫隙會跟內外筒的縫隙對齊,此時就可以旋轉內筒。

彈子鎖的彈子越多,開鎖難度就越大,因此為了製造防範性更好的鎖,會在多個方向上放置多排彈子,形成現在比較常見的十字鑰匙、圓柱鑰匙。

另外為了提升彈子鎖防技術性開鎖的性能,會改變上彈子的形狀(也有改變下彈子形狀的),做成工字型或者蘑菇形之類的異形彈子。最近製造的彈子鎖,大都是這種了。

旋轉盤(Rotary Disc)

鎖中間的障子是旋轉盤,旋轉盤上有凹槽,而內外筒之間有鎖柱。當插入合適的鑰匙之後,旋轉盤上的凹槽就會對應到鎖柱的位置,然後讓鎖柱落入內筒。

旋轉盤鎖的撬鎖是比較困難的,因為葉片鎖和彈子鎖很容易從手感上獲知簧片、彈子對齊的情況,只要一個一個地將其對齊即可。而旋轉盤鎖要將所有的凹槽都對齊鎖柱,但是什麼時候哪個盤和鎖柱對上了,撬鎖者很難從手感或者聲音中得到反饋,更別說要把所有的盤和鎖柱對應上。

磁力鎖

用磁石取代了彈子的彈子鎖,利用磁鐵異性相吸,同性相斥的特性開鎖。鑰匙上也有磁鐵,插入正確的鑰匙之後,所有的磁鐵都會退回到外筒,從而旋轉內筒。

磁力鎖的優點是可以不讓彈子與鑰匙進行物理性的接觸,因此從鎖孔裡看不到彈子的情況,因此使用傳統的方法開鎖是完全不可能的了。但是因為磁鐵只有兩個磁極,不能像彈子鎖那樣通過調整彈子的高度製造出不同的組合,從而使組合性下降。因此也有將磁力鎖和彈子鎖結合使用的情況。不過,還可能有磁鐵脫落、磁力減弱等等情況,導致就算有鑰匙也打不開門的情況發生。

特殊的鎖

除了上述幾種常見的鎖之外,還有使用最新技術而製造出來的防範性和便利性都更高的鎖。主要有密碼鎖、卡片鎖、IC卡鎖、生物認證鎖

鎖是一個很敏感的東西,大家生活都離不開它,但是它也沒有「那麼可靠」,人言:防君子不防小人,最早指的就是鎖

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