关于智能窗户的机械系统设计Word格式.docx

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它是智能家庭的重要组成部分。

随着科技的发展，在未来几年智能窗户会在普通家庭中得到普及。

本文着重介绍了一种智能窗户机械部分的结构，它和现有的智能窗户比较，在结构和功能上有一些改动和创新。

本次设计对机构尺寸的选择，轴的设计计算，强度刚度的校核计算，都给出了详细的说明，还包括典型零件的加工与机构模型的制作，并通过专业三维软件绘出机构的3D图以及装配方式。

关键词:

窗户；

智能；

结构设计。

Intelligentwindowofmechanicalsystemdesign

Abstract

Windowsasachannelofcommunicationwiththeoutside-world.Itiscloselyrelatedtopeople'

shealthylife.Andtheemergenceofintelligentwindow,bringtopeople'

slifemoreconvenientandsafe.Itisanimportantpartofintelligentfamily.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,smartWindowsinthecomingyearswillgetpopularinordinaryfamilies.ThispaperintroducesthestructureofthemechanicalpartofasmartWindows,compareitwithexistingintelligentwindow,therearesomechangesonthestructureandfunctionandinnovation.Thedesignfortheselectionofbodysize,checkthestrengthstiffness,thecalculationinthedesignofshaft,alldetailsaregiven,italsoincludetheestablishmentoftypicalpartsprocessingandproductionofthemodel.Through3Dsoftwaretodrewthedrawingandassemblymethods.

KeyWords:

Thewindow;

Smart;

Thestructuredesign.

1绪论

1.1前言

时间进入到21世纪以来，科技水平提高的速度十分迅猛。

随着环保、节能日益受到重视，能源的合理利用、节能产品的研制和开发取得很大的进展。

人们对生活所在的家居条件要求越来越高，在这种情况下智能窗户也就应运而生。

智能家居系统在经历了早期混乱的概念纷争之后，目前已经逐渐进入理性时代。

如今的智能家居市场已经不再是海尔、微软等专业家电控制和IT厂家的天下，越来越多的楼房对讲厂商开始涉及并深入到智能家居行业，猛烈的冲击着楼房对讲市场格局，从而使得市场竞争更加激烈。

尽管这样，用户的需求仍是第一位的，所以各厂家的产品研发主要以市场需求为导向。

随着我国房地产行业的迅速发展，这就带动了我国门窗幕墙行业的迅速发展，消费者生活水平的提高，使智能化的产品如雨后春笋，正逐步发展和壮大。

而智能窗户就是在这样的环境下应运而生的，因此具有广阔的市场空间和应用前景。

1.2研究背景及意义

窗户是房屋不可缺少的构成部分。

早在春秋时期人们就学会了筑屋开窗。

《诗经·

幽风·

鸥鹃》写老鸟筑巢养雏就有这样的诗句:

“彻彼桑土，绸缪牗户。

“牗”就是窗的古称。

不过那时的“牗”也只是些墙壁上的小洞罢了。

到后来，权贵们用牛角薄片来遮住这样的洞孔，穷苦人家就用破瓮堵塞牗洞借以抵挡寒风冷雨。

用木扉为窗扇则是秦代以后的事了，那时的窗扇是从下往上推开的。

东汉纸张出现后，人们就用几根木条做成窗权，然后糊上纸，挂在窗孔上方处，依然是往上推开的，必须有根木棍撑住才行，很麻烦。

到了明代窗户才改进成从中间开缝向两边推开，这就方便了许多。

一直到了14世纪，第一面玻璃窗才由法国的技师克莱发明出来。

玻璃窗传入中国也就更晚了。

现代的窗式样越来越多了，通常都安装了玻璃。

有人为了好看，窗户的边缘镶上金边，还在玻璃上刻画漂亮的图案，配上色泽协调的窗帘就更加美观了。

随着高新科技的发展，窗也越发现代化了。

有人用上了自动窗。

只要一德电钮，窗就会自动开启;

再媳开关，它又会自动紧紧关闭，甚至连窗帘都是自动开阖的。

有的窗是多功能的，窗面有一层灰色的涂料，可以挡住强烈的光辐射。

有的窗户上可以放录像，只要把放映机镜头对准窗户，影像就活泼生动地显现在窗户上。

有的窗户设置着消音层，可以挡住室外60分贝以下的噪音，保证室内人安静地生活。

窗户的变化真是越来越大，越来越称人心愿。

例如在炎热的夏天，学生更多的是依靠自然通风来降温。

良好的气流组织形式，不但有助于人体健康，提高学习效率，而且可以降低建筑物能耗。

再例如住在机场附近或生活在运输繁忙的公路旁的居民，都有说不尽的烦恼。

频繁起落的飞机和疾驰而过的载重行车会产生噪音。

长期受噪音干扰,有害于身心健康。

对付噪音,人们似乎只有紧闭窗户,把噪音尽量挡在外面。

可是,一直关窗,总是一个消极的办法。

如果有一种窗户能够自动感应噪音，当外界声音分贝达到噪音时能够自然关闭使人能够安心的休息，这样就使窗户的功能得到优化从而改善人们的生活。

还有许多类智能窗户，像可以检测有害气体自动关闭的窗户，检测温度湿度自动开窗调节的窗户，检测刮风下雨自动关闭的窗户等等。

1.3国内外研究现状及发展趋势

随着人们生活水平的提高，智能化、自动化的科技产品被越来越多的应用于人们的日常生活中，而智能门窗就是其中的代表之一。

智门窗产品起源于上世纪70年代的美国，随后逐步被欧美等发达国家所广泛采用。

自21世纪以来，智能门窗产品在新加坡、韩国、日本、及中国等地也开始逐步被用户所采用。

轻轻的一按开关，窗户就变得不透光了，遮阳具有了全新的含义。

这就是所谓的第一代智能窗户，多年来一直处于开发之中，现在终于可以随时向用户提供了。

市场上第一个可用开关控制明暗程度的窗户是美国明尼苏达州沃罗德的Marvin窗户制造公司制造的。

在这种背景下，80年代前期C．M．Lampert、C．G．Granqvist等首先提出将电致变色材料应用于建筑物、汽车、飞机等节能采光系统中，形成能动态调节太阳辐射能透过率的“智能窗”（Smartwindow）。

近年来，智能窗的研究及应用一直是研究的热点。

一种防雨窗户。

不需要改变窗户的结构，不用插电流，一旦沾染水滴，窗户在几秒钟内就会自动关闭。

日前在西安落幕的第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛中，华中农业大学学生设计的“防雨自动窗”荣获一等奖。

指导老师王树才介绍，在窗户上安装防雨自动关窗装置后，当人们打开窗户时弹性元件为关窗储存能量，下雨时，SAP吸水材料遇水膨胀，触发锁紧机构解除锁紧，弹性元件释放能量驱动窗户运动，实现窗子的自动关闭。

“这件作品把现代高分子化学材料与巧妙的机械原理相结合，可以解决雨天不关窗的后顾之忧，再也不用担心无人在家或忘记关窗时遭遇大雨的袭击。

”目前已经有成品制作出来了，安徽电视台给这种智能窗做了一个专访。

详情请看这个窗户的优点足够智能化，能够检测刮风、下雨、有害气体、防盗等诸多功能，我发现这个产品的一个缺点就是在窗户的智能控制和手动控制之间切换的时候，齿轮和齿条不能准确的啮合，这会造成产品使用寿命变短。

这个课题我要做的改进地方是在智能和手动切换的时候不用抬起齿轮装置，使用离合器完成智能开启和手动开启的转换，从而减少不必要的磨损，将使用寿命加长。

1.4本课题来源及研究内容

本课题来源于我校与三菱数控系统公司合作建设三菱电机CNC技术培训中心。

2007年6月24日，经北方工业大学和三菱电机双方共同努力正式签署建立“北方工业大学——三菱电机CNC技术培训中心”合作协议。

培训中心位于我校第一实验楼104实验室，占地约为90平方米，配计算机、投影仪等实现多媒体教学，可同时容纳30人。

数控系统由三菱公司赠予我校，控制对象由07中央专项立项，经招标确定北京一川数控设备有限公司作为控制对象的生产厂家，实验室设备及建设于2008年5月下旬配套安装调试完成，并投入教学使用。

并于2008年6月3日举行培训中心落成典礼。

我的这个课题可以改变三菱实验室的窗户打开方式，使它由老式的推拉窗户变成现代化的智能窗户，在刮风或者下雨的天气，如果不能及时的关闭窗户，可能会使实验室里的机床等设备有损坏，所以在使窗户智能化之后，会使机床等设备更加安全，希望这个设计可以为实验室的智能化做出一点点努力。

这次智能窗户的课题共有三人分别完成控制、仿真、机械结构三部分，我这次的任务是完成机械结构部分，下面我对这次设计的机械结构部分做详细的介绍。

2方案设计

2.1分析、拟定传动方案

自动开关床任务分析：

智能窗户的传动任务是由动力源通过传动机构带动窗扇在滑移槽内来回滑动。

齿轮齿条传动较为准确、可靠，并且机械效率高，因此，选定齿轮齿条传动能满足多功能窗传动任务的要求。

传动形式见图1。

图2.1齿轮齿条传动

2.1.1齿轮齿条传动介绍

齿轮齿条是能互相齿合的有齿的机械零件，它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。

现代齿轮技术已达到：

齿轮模数0.004~100毫米；

齿轮直径由1毫米~150米；

传递功率可达十万千瓦；

转速可达十万转/分；

最高的圆周速度达300米/秒。

齿轮齿条简称齿，是齿轮上每一个用于啮合的凸起部分，这些凸起部分一般呈辐射状排列，配对齿轮上的轮齿互相接触，可使齿轮持续啮合运转；

齿槽是齿轮上两相领轮齿之间的空间；

端面是圆柱齿轮或圆柱蜗杆上，垂直于齿轮或蜗杆轴线的平面；

法面指的是垂直于轮齿齿线的平面；

齿顶圆是指齿顶端所在的圆；

齿根圆是指槽底所在的圆；

基圆是形成渐开线的发生线作纯滚动的圆；

分度圆是在端面内计算齿轮几何尺寸的基准圆。

齿轮可按齿形、齿轮外形、齿线形状、轮齿所在的表面和制造方法等分类。

齿轮的齿形包括齿廓曲线、压力角、齿高和变位，渐开线齿轮比较容易制造，因此现代使用的齿轮中，渐开线齿轮占绝对多数，而摆线齿轮和圆弧齿轮应用较少。

在压力角方面，小压力角齿轮的承载能力较小；

而大压力角齿轮，虽然承载能力较高，但在传递转矩相同的情况下轴承的负荷增大，因此仅用于特殊情况。

而齿轮的齿高已标准化，一般均采用标准齿高。

变位齿轮的优点较多，已遍及各类机械设备中。

齿条也分直齿齿条和斜齿齿条，分别与直齿圆柱齿轮和斜齿圆柱齿轮配对使用；

齿条的齿廓为直线而非渐开线（对齿面而言则为平面），相当于分度圆半径为无穷大圆柱齿轮齿条的主要特点

（1）由于齿条齿廓为直线，所以齿廓上各点具有相同的压力角且等于齿廓的倾斜角，此角称为齿形角，标准值为20°

。

（2）与齿顶线平行的任一条直线上具有相同的齿距和模数。

（3）与齿顶线平行且齿厚等于齿槽宽的直线称为分度线