密封式翻转窗的结构设计

邓玉萍，李国军，崔群，张毅宁

(鞍山师范学院物理科学与技术学院，辽宁鞍山114007)

随着现代社会的不断进步和科技的不断发展，百姓的日常生活中出现越来越多的机械装置，以满足人们的需要．翻转窗的设计主要是为了解决人们擦洗窗户外玻璃时的不安全问题，尤其是高楼层的户外玻璃．楼房居民窗户具有采光和换气两大功能，其户外玻璃清洁是居室保洁的难点．为了将玻璃彻底擦洗干净，清洗窗户朝外的一面玻璃时，要在窗框上探头、伸臂清洗，存在着人身安全风险和卫生死角的问题，这种清洗方式，楼房住户的居民是绝对应该避免采用的．为了保证人身安全，将窗户外侧玻璃翻转到室内清洁，具有很强的实用意义．

1 翻转窗要解决的问题

(1)楼房住户的居民，站在外面去擦洗窗户外玻璃，存在人身不安全和清洁死角问题，需要把窗户外面的玻璃翻转到室内清洗．

(2)翻转过来的窗户应该固定，不能偏转．翻转窗户应具有锁紧装置，保证清洗窗户时安全、可靠．

(3)翻转窗应保证窗户具有严实的密封，达到房间保温和防尘的效果．

2 翻转窗结构设计方案［1－3］

2．1 翻转窗窗户翻转和锁紧的实现

本翻转窗是以采光为主的密封窗作为主要设计目标，设计方案示意图如图1所示［4］:主要结构由1－涡轮;2－蜗杆;3－固定外框;4－凸轮轴;5－活动密封条;6－定位销;7－翻转窗扇;8－玻璃等件组成．

图2［4］为翻转窗横截面示意图，图中可以看出固定外框的左右两侧框的内部设计成圆弧形凹面结构，翻转窗扇和凸轮轴的侧面设计成圆弧形凸面结构，活动密封条的两侧面设计成圆弧形凹面结构，翻转窗扇的一侧圆弧形凸面与固定外框圆弧形凹面相配合，翻转窗扇的另一侧圆弧形凸面与活动密封条的圆弧形凹面相配合，活动密封条的另一个侧面圆弧形凹面与凸轮轴的圆弧形凸面相配合，凸轮轴的另一侧圆弧形凸面与固定外框圆弧形凹面相配合．安装时固定外框用水泥固定在窗洞中，翻转窗扇通过上下两个竖向销轴，安装在固定框的图1所示位置，销轴起到旋转、定位作用，凸轮轴上部与固定窗框通过销轴连接，凸轮轴底部与涡轮通过平键、轴连接，蜗轮蜗杆安装在固定外框中，如图1所示．

图1 翻转窗结构示意图

图2 翻转窗横截面示意图

其结构放大图如图3［4］．设计采用蜗杆涡轮传动［3］，通过手动旋转蜗杆，带动涡轮转动，涡轮轴通过平键带动凸轮轴旋转，当凸轮轴旋转到短轴位置时，凸轮轴与活动密封条松开，翻转窗扇与固定外框之间是松配合，通过手动方式旋转翻转窗扇180°，将房屋外侧的玻璃翻转到房间内，再通过手动旋转蜗杆，带动涡轮转动，使凸轮轴转到长轴的位置，凸轮轴压紧活动密封条，翻转窗扇与固定外框之间是紧密配合，蜗轮蜗杆具有自锁功能，可以实现窗户的锁紧和密封．保证了用户在房间内擦洗玻璃时，翻转窗扇固定不偏转，保证清洗窗户玻璃安全、可靠、操作快捷．

图3 凸轮轴动力机构－蜗轮蜗杆放大图

2．2 窗户密封的实现

翻转窗的密封实现主要由固定密封条、活动密封条密封，在翻转窗扇的外框上端、下端分别安装固定密封条，翻转窗扇与固定外框上端、下端之间形成紧密配合，实现窗户上下端的密封．翻转窗扇与凸轮轴之间安装活动密封条，起到定位与密封的作用，凸轮轴旋转到长轴位置时，翻转窗扇与窗户固定外框横向之间通过凸轮轴压紧活动密封条，形成紧密配合，实现固定外框、翻转窗与凸轮轴之间横向的密封．翻转窗扇旋转180°的两个位置都可以实现清洗结束后的日常密封定位状态，保证正常的采光和密封．翻转窗的主要制造材料为现行常用的彩铝型材［5］，按结构分别制作成独立的散件，在现场胶接组装．其中的涡轮蜗杆套件可以制作在一个独立的盒体内，现场安装在彩铝型材的配合孔中．各个独立散件的具体结构从批量生产的角度看全部可以实现．

3 结论

翻转窗的设计方案，翻转结构相对比较简单，不过分增加现有密封窗的机械结构，如果选择合适的材料实现批量生产，应具有一定的实用价值和经济效益．可达到安全清洗窗户的目的．其中需要严密处理的问题是活动窗扇与固定窗扇之间的密封问题能否达到原有密封窗的密封状态，可以通过实践制作出翻转窗模型，检验预期的翻转功能和密封功能．下一个设计目标，是在此结构上增加换气窗扇，可以同时完成采光与换气功能．

［1］徐灏．新编机械设计师手册［M］．北京:机械工业出版社，1995．

［2］中华人民共和国国家标准GB/T5824－2008［S］．南京:凤凰出版社，2008．

［3］段志坚，徐来春．机械设计基础［M］．北京:机械工业出版社，2012．

［4］姜勇，程俊峰，郭英文．AUTOCAD 2007基础教程［M］．北京:人民邮电出版社，2007．

［5］希伯莱，武建华．材料力学［M］．重庆:重庆大学出版社，2012．