密封式翻轉(zhuǎn)窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計

鄧玉萍，李國軍，崔群，張毅寧

(鞍山師范學(xué)院物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧鞍山114007)

隨著現(xiàn)代社會的不斷進(jìn)步和科技的不斷發(fā)展，百姓的日常生活中出現(xiàn)越來越多的機(jī)械裝置，以滿足人們的需要．翻轉(zhuǎn)窗的設(shè)計主要是為了解決人們擦洗窗戶外玻璃時的不安全問題，尤其是高樓層的戶外玻璃．樓房居民窗戶具有采光和換氣兩大功能，其戶外玻璃清潔是居室保潔的難點．為了將玻璃徹底擦洗干凈，清洗窗戶朝外的一面玻璃時，要在窗框上探頭、伸臂清洗，存在著人身安全風(fēng)險和衛(wèi)生死角的問題，這種清洗方式，樓房住戶的居民是絕對應(yīng)該避免采用的．為了保證人身安全，將窗戶外側(cè)玻璃翻轉(zhuǎn)到室內(nèi)清潔，具有很強的實用意義．

1 翻轉(zhuǎn)窗要解決的問題

(1)樓房住戶的居民，站在外面去擦洗窗戶外玻璃，存在人身不安全和清潔死角問題，需要把窗戶外面的玻璃翻轉(zhuǎn)到室內(nèi)清洗．

(2)翻轉(zhuǎn)過來的窗戶應(yīng)該固定，不能偏轉(zhuǎn)．翻轉(zhuǎn)窗戶應(yīng)具有鎖緊裝置，保證清洗窗戶時安全、可靠．

(3)翻轉(zhuǎn)窗應(yīng)保證窗戶具有嚴(yán)實的密封，達(dá)到房間保溫和防塵的效果．

2 翻轉(zhuǎn)窗結(jié)構(gòu)設(shè)計方案［1－3］

2．1 翻轉(zhuǎn)窗窗戶翻轉(zhuǎn)和鎖緊的實現(xiàn)

本翻轉(zhuǎn)窗是以采光為主的密封窗作為主要設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計方案示意圖如圖1所示［4］:主要結(jié)構(gòu)由1－渦輪;2－蝸桿;3－固定外框;4－凸輪軸;5－活動密封條;6－定位銷;7－翻轉(zhuǎn)窗扇;8－玻璃等件組成．

圖2［4］為翻轉(zhuǎn)窗橫截面示意圖，圖中可以看出固定外框的左右兩側(cè)框的內(nèi)部設(shè)計成圓弧形凹面結(jié)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)窗扇和凸輪軸的側(cè)面設(shè)計成圓弧形凸面結(jié)構(gòu)，活動密封條的兩側(cè)面設(shè)計成圓弧形凹面結(jié)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)窗扇的一側(cè)圓弧形凸面與固定外框圓弧形凹面相配合，翻轉(zhuǎn)窗扇的另一側(cè)圓弧形凸面與活動密封條的圓弧形凹面相配合，活動密封條的另一個側(cè)面圓弧形凹面與凸輪軸的圓弧形凸面相配合，凸輪軸的另一側(cè)圓弧形凸面與固定外框圓弧形凹面相配合．安裝時固定外框用水泥固定在窗洞中，翻轉(zhuǎn)窗扇通過上下兩個豎向銷軸，安裝在固定框的圖1所示位置，銷軸起到旋轉(zhuǎn)、定位作用，凸輪軸上部與固定窗框通過銷軸連接，凸輪軸底部與渦輪通過平鍵、軸連接，蝸輪蝸桿安裝在固定外框中，如圖1所示．

圖1 翻轉(zhuǎn)窗結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 翻轉(zhuǎn)窗橫截面示意圖

其結(jié)構(gòu)放大圖如圖3［4］．設(shè)計采用蝸桿渦輪傳動［3］，通過手動旋轉(zhuǎn)蝸桿，帶動渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪軸通過平鍵帶動凸輪軸旋轉(zhuǎn)，當(dāng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)到短軸位置時，凸輪軸與活動密封條松開，翻轉(zhuǎn)窗扇與固定外框之間是松配合，通過手動方式旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)窗扇180°，將房屋外側(cè)的玻璃翻轉(zhuǎn)到房間內(nèi)，再通過手動旋轉(zhuǎn)蝸桿，帶動渦輪轉(zhuǎn)動，使凸輪軸轉(zhuǎn)到長軸的位置，凸輪軸壓緊活動密封條，翻轉(zhuǎn)窗扇與固定外框之間是緊密配合，蝸輪蝸桿具有自鎖功能，可以實現(xiàn)窗戶的鎖緊和密封．保證了用戶在房間內(nèi)擦洗玻璃時，翻轉(zhuǎn)窗扇固定不偏轉(zhuǎn)，保證清洗窗戶玻璃安全、可靠、操作快捷．

圖3 凸輪軸動力機(jī)構(gòu)－蝸輪蝸桿放大圖

2．2 窗戶密封的實現(xiàn)

翻轉(zhuǎn)窗的密封實現(xiàn)主要由固定密封條、活動密封條密封，在翻轉(zhuǎn)窗扇的外框上端、下端分別安裝固定密封條，翻轉(zhuǎn)窗扇與固定外框上端、下端之間形成緊密配合，實現(xiàn)窗戶上下端的密封．翻轉(zhuǎn)窗扇與凸輪軸之間安裝活動密封條，起到定位與密封的作用，凸輪軸旋轉(zhuǎn)到長軸位置時，翻轉(zhuǎn)窗扇與窗戶固定外框橫向之間通過凸輪軸壓緊活動密封條，形成緊密配合，實現(xiàn)固定外框、翻轉(zhuǎn)窗與凸輪軸之間橫向的密封．翻轉(zhuǎn)窗扇旋轉(zhuǎn)180°的兩個位置都可以實現(xiàn)清洗結(jié)束后的日常密封定位狀態(tài)，保證正常的采光和密封．翻轉(zhuǎn)窗的主要制造材料為現(xiàn)行常用的彩鋁型材［5］，按結(jié)構(gòu)分別制作成獨立的散件，在現(xiàn)場膠接組裝．其中的渦輪蝸桿套件可以制作在一個獨立的盒體內(nèi)，現(xiàn)場安裝在彩鋁型材的配合孔中．各個獨立散件的具體結(jié)構(gòu)從批量生產(chǎn)的角度看全部可以實現(xiàn)．

3 結(jié)論

翻轉(zhuǎn)窗的設(shè)計方案，翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)相對比較簡單，不過分增加現(xiàn)有密封窗的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如果選擇合適的材料實現(xiàn)批量生產(chǎn)，應(yīng)具有一定的實用價值和經(jīng)濟(jì)效益．可達(dá)到安全清洗窗戶的目的．其中需要嚴(yán)密處理的問題是活動窗扇與固定窗扇之間的密封問題能否達(dá)到原有密封窗的密封狀態(tài)，可以通過實踐制作出翻轉(zhuǎn)窗模型，檢驗預(yù)期的翻轉(zhuǎn)功能和密封功能．下一個設(shè)計目標(biāo)，是在此結(jié)構(gòu)上增加換氣窗扇，可以同時完成采光與換氣功能．

［1］徐灝．新編機(jī)械設(shè)計師手冊［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1995．

［2］中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5824－2008［S］．南京:鳳凰出版社，2008．

［3］段志堅，徐來春．機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012．

［4］姜勇，程俊峰，郭英文．AUTOCAD 2007基礎(chǔ)教程［M］．北京:人民郵電出版社，2007．

［5］希伯萊，武建華．材料力學(xué)［M］．重慶:重慶大學(xué)出版社，2012．