龔俊杰,楊海菲
(1.廣西大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,廣西 南寧530004;2.廣西大學(xué)公共管理學(xué)院,廣西 南寧530004)
到目前為止,我國(guó)的建筑業(yè)發(fā)展迅猛,建筑門窗的需求量不斷增加,并且對(duì)于各種環(huán)境下的門窗使用要求不一樣,窗戶的品種也在不斷創(chuàng)新。房地產(chǎn)業(yè)不斷向著高端市場(chǎng)發(fā)展,對(duì)門窗的結(jié)構(gòu)和功能也提出了更為嚴(yán)格的要求,不僅要求功能齊全,機(jī)構(gòu)完善,而且還要節(jié)能環(huán)保,給人們營(yíng)造舒適的居住環(huán)境[1,2]。通過市場(chǎng)調(diào)查,目前市面上使用的多功能窗戶主要有以下幾類,對(duì)比分析如表 1 所示[3,4]。
表1 現(xiàn)有窗臺(tái)結(jié)構(gòu)功能對(duì)比分析
通過對(duì)市面上現(xiàn)有產(chǎn)品的分析,窗臺(tái)主要存在以下問題:
(1)功能單一,只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的收縮或折疊,且收縮折疊后沒有附加功能可以使用。
(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,不能靠一個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多種功能。
(3)智能控制窗臺(tái)造價(jià)昂貴,功能單一。
對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的分析,旨在提出一種簡(jiǎn)易折疊的實(shí)用窗臺(tái),對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì),在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加功能,使窗臺(tái)附近的空間利用率更高,為窗臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供一定的指導(dǎo)。
基于上述分析,本文創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái),可普遍適用于小區(qū)家庭使用要求,亦可根據(jù)用戶的使用要求進(jìn)行尺寸放大或縮小,使其適用范圍更廣。該折疊窗臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)便宜,僅靠一個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能(窗戶的本身功能、晾衣架伸展、窗臺(tái)板伸縮),從而達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,多功能組合和合理利用空間的目的[5]。
該簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)的設(shè)計(jì)思路如圖1所示。
圖1 簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)的設(shè)計(jì)流程圖
本文所研究的簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)主要有窗戶、斜拉桿、支撐桿和窗臺(tái)組成。且僅需要推拉窗戶門即可完成整個(gè)折疊窗臺(tái)的功能使用,依靠雙搖桿機(jī)構(gòu)的工作特性,由窗戶門提供雙搖桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力,窗臺(tái)板作為雙搖桿的連桿部分,斜拉桿和晾衣架固聯(lián)。其整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
圖2 簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖
現(xiàn)有的窗臺(tái)有多功能組合窗臺(tái)、推拉式折疊窗臺(tái)和智能控制窗臺(tái),對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行分析后,得到本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)需要解決的問題,本文研究的簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)可實(shí)現(xiàn)三大功能的組合使用。以四桿機(jī)構(gòu)作為窗臺(tái)的結(jié)構(gòu)支撐,配合窗戶門的推拉,只需對(duì)窗戶門施加一個(gè)力矩,即可完成三個(gè)功能的使用[6,7]。
首先在原推拉式窗臺(tái)的基礎(chǔ)上,將一對(duì)錐齒輪安裝于窗戶的轉(zhuǎn)軸中,配合雙搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿,在推動(dòng)窗戶的過程中即可帶動(dòng)搖桿擺動(dòng),支撐桿(即為搖桿)和窗臺(tái)板(連桿)鉸接,搖桿擺動(dòng)即可帶動(dòng)窗臺(tái)板擺動(dòng),完成窗臺(tái)板由豎直放置到水平放置,窗臺(tái)板即完成伸縮,窗臺(tái)板和斜拉桿(搖桿)鉸接,斜拉桿另一端鉸接于墻體,窗臺(tái)板轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中,帶動(dòng)斜拉桿,完成晾衣架的向外伸縮。其中,晾衣架與斜拉桿固聯(lián)。
本文研究的簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)以墻體為支撐點(diǎn),在傳統(tǒng)推拉式窗臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),使其具備三大功能,包括傳統(tǒng)窗戶門的開閉功能、晾衣架的伸展功能和窗臺(tái)板的伸縮功能,從而解決傳統(tǒng)窗戶的單一伸縮或折疊功能。
2.2.1 窗戶門開閉
為解決簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)窗戶門和四桿機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng),設(shè)計(jì)時(shí),將窗戶門的轉(zhuǎn)軸加長(zhǎng),并在窗戶門的轉(zhuǎn)軸下部安裝一個(gè)錐齒輪,另一個(gè)錐齒輪則安裝在支撐桿的一端,兩齒輪相互嚙合,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)窗戶門時(shí),轉(zhuǎn)軸的錐齒輪則帶動(dòng)支撐桿的錐齒輪,支撐桿擺動(dòng),動(dòng)力再傳遞至窗臺(tái)。因此,只需要推動(dòng)或拉動(dòng)窗戶門,即可完成動(dòng)力的傳遞,使窗戶外的桿件支架得以支撐或收縮。其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖和結(jié)構(gòu)圖示意圖如圖3所示。
圖3 簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)
根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),查知本文研究的簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)的窗戶門為1 000 mm,轉(zhuǎn)軸至錐齒輪的距離為233 mm,設(shè)計(jì)的支撐桿長(zhǎng)度為252 mm,窗臺(tái)板寬度為406 mm,根據(jù)作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)度,即斜拉桿的長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)過程如圖4所示。
圖4 作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)搖桿長(zhǎng)度
其中,AB1C1D即為所設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu),AD桿對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)的墻體,AB1桿對(duì)應(yīng)簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)的支撐桿,B1C1對(duì)應(yīng)窗臺(tái)板,C1D對(duì)應(yīng)斜拉桿,其長(zhǎng)度為1 084 mm。
2.2.2 窗臺(tái)板收縮
窗臺(tái)板與傳統(tǒng)固定式窗臺(tái)板不同,本文設(shè)計(jì)的窗臺(tái)板可收縮折疊,窗戶門打開,窗臺(tái)板伸展,窗戶門關(guān)閉,窗臺(tái)板收縮。其中,兩扇窗戶門的轉(zhuǎn)軸均設(shè)置有錐齒輪傳動(dòng),如圖3(b)所示,窗臺(tái)兩邊各設(shè)置有一套雙搖桿機(jī)構(gòu),窗臺(tái)板充當(dāng)雙搖桿機(jī)構(gòu)的連桿,當(dāng)窗戶門推開至垂直于墻體時(shí),窗臺(tái)板剛好到達(dá)水平位置,且垂直于窗戶門和墻體,此時(shí)為簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)的展開狀態(tài),如圖2(b)所示。
當(dāng)拉動(dòng)窗戶門,使之關(guān)閉,窗戶門與墻體位于同一水平面,窗戶門轉(zhuǎn)軸處的錐齒輪反轉(zhuǎn),支撐桿的轉(zhuǎn)動(dòng)沿著支撐桿與墻體成鈍角的方向轉(zhuǎn)動(dòng),窗臺(tái)板的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與支撐桿轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,窗臺(tái)板收縮至與墻體處于同一平面,支撐桿收縮至墻體內(nèi)部,此時(shí)即為窗臺(tái)的收縮狀態(tài),其各連接件轉(zhuǎn)動(dòng)方向示意圖如圖5所示。
圖5 簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)收縮過程中各連接件轉(zhuǎn)動(dòng)方向示意圖
2.2.3 晾衣架伸展
晾衣桿兩端分別固聯(lián)于兩根斜拉桿上,于斜拉桿一同運(yùn)動(dòng),當(dāng)窗臺(tái)由收縮折疊狀態(tài)至展開狀態(tài),窗臺(tái)與斜拉桿相連處向外運(yùn)動(dòng),晾衣桿則向外運(yùn)動(dòng),使晾衣桿與窗臺(tái)板之間的距離增大,方便收晾衣物。
當(dāng)窗臺(tái)板由展開狀態(tài)至折疊狀態(tài),晾衣桿與窗臺(tái)板相連處的鉸鏈向里運(yùn)動(dòng),晾衣桿隨之向里運(yùn)動(dòng),減小與墻體之間的距離,可以減小衣物受風(fēng)面積,不易掉落。
對(duì)市面上已有的產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析,根據(jù)現(xiàn)有產(chǎn)品的功能進(jìn)行組合,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一款簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái),其具有以下三個(gè)創(chuàng)新點(diǎn):
(1)在傳統(tǒng)推拉開閉式窗戶門的基礎(chǔ)上,將收縮式活動(dòng)窗臺(tái)板融入本文的設(shè)計(jì)中,并將晾衣桿和斜拉桿固聯(lián),增加晾曬衣服的功能。
(2)采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu),配合窗戶門的轉(zhuǎn)軸,僅用一個(gè)機(jī)構(gòu)便可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)的三大功能。
(3)采用簡(jiǎn)單易操作的純機(jī)械結(jié)構(gòu),僅需要推動(dòng)窗戶門即可完成整個(gè)窗戶的伸縮折疊功能。