一种简易折叠窗台结构创新设计

龚俊杰，杨海菲

（1.广西大学 机械工程学院，广西 南宁530004；2.广西大学公共管理学院，广西 南宁530004）

0 前言

到目前为止，我国的建筑业发展迅猛，建筑门窗的需求量不断增加，并且对于各种环境下的门窗使用要求不一样，窗户的品种也在不断创新。房地产业不断向着高端市场发展，对门窗的结构和功能也提出了更为严格的要求，不仅要求功能齐全，机构完善，而且还要节能环保，给人们营造舒适的居住环境[1，2]。通过市场调查，目前市面上使用的多功能窗户主要有以下几类，对比分析如表 1 所示[3，4]。

表1 现有窗台结构功能对比分析

通过对市面上现有产品的分析，窗台主要存在以下问题：

（1）功能单一，只能进行简单的收缩或折叠，且收缩折叠后没有附加功能可以使用。

（2）机械结构简单，不能靠一个机构实现多种功能。

（3）智能控制窗台造价昂贵，功能单一。

对现有产品的分析，旨在提出一种简易折叠的实用窗台，对其进行结构创新设计，在现有基础上增加功能，使窗台附近的空间利用率更高，为窗台结构设计领域提供一定的指导。

1 简易折叠窗台的设计思路

基于上述分析，本文创新设计了一款简易折叠窗台，可普遍适用于小区家庭使用要求，亦可根据用户的使用要求进行尺寸放大或缩小，使其适用范围更广。该折叠窗台结构简单，造价便宜，仅靠一个机构实现三个功能（窗户的本身功能、晾衣架伸展、窗台板伸缩），从而达到结构简单，多功能组合和合理利用空间的目的[5]。

该简易折叠窗台的设计思路如图1所示。

图1 简易折叠窗台的设计流程图

本文所研究的简易折叠窗台主要有窗户、斜拉杆、支撑杆和窗台组成。且仅需要推拉窗户门即可完成整个折叠窗台的功能使用，依靠双摇杆机构的工作特性，由窗户门提供双摇杆机构的动力，窗台板作为双摇杆的连杆部分，斜拉杆和晾衣架固联。其整体结构示意图如图2所示。

图2 简易折叠窗台结构示意图

2 简易折叠窗台结构设计

2.1 总体方案设计

现有的窗台有多功能组合窗台、推拉式折叠窗台和智能控制窗台，对现有产品进行分析后，得到本文设计的简易折叠窗台需要解决的问题，本文研究的简易折叠窗台可实现三大功能的组合使用。以四杆机构作为窗台的结构支撑，配合窗户门的推拉，只需对窗户门施加一个力矩，即可完成三个功能的使用[6，7]。

首先在原推拉式窗台的基础上，将一对锥齿轮安装于窗户的转轴中，配合双摇杆机构的摇杆，在推动窗户的过程中即可带动摇杆摆动，支撑杆（即为摇杆）和窗台板（连杆）铰接，摇杆摆动即可带动窗台板摆动，完成窗台板由竖直放置到水平放置，窗台板即完成伸缩，窗台板和斜拉杆（摇杆）铰接，斜拉杆另一端铰接于墙体，窗台板转动的过程中，带动斜拉杆，完成晾衣架的向外伸缩。其中，晾衣架与斜拉杆固联。

2.2 功能实现

本文研究的简易折叠窗台以墙体为支撑点，在传统推拉式窗台的基础上进行改进，使其具备三大功能，包括传统窗户门的开闭功能、晾衣架的伸展功能和窗台板的伸缩功能，从而解决传统窗户的单一伸缩或折叠功能。

2.2.1 窗户门开闭

为解决简易折叠窗台窗户门和四杆机构的联动，设计时，将窗户门的转轴加长，并在窗户门的转轴下部安装一个锥齿轮，另一个锥齿轮则安装在支撑杆的一端，两齿轮相互啮合，当转动窗户门时，转轴的锥齿轮则带动支撑杆的锥齿轮，支撑杆摆动，动力再传递至窗台。因此，只需要推动或拉动窗户门，即可完成动力的传递，使窗户外的杆件支架得以支撑或收缩。其机构简图和结构图示意图如图3所示。

图3 简易折叠窗台

根据行业标准，查知本文研究的简易折叠窗台的窗户门为1 000 mm，转轴至锥齿轮的距离为233 mm，设计的支撑杆长度为252 mm，窗台板宽度为406 mm，根据作图法设计四杆机构的长度，即斜拉杆的长度。设计过程如图4所示。

图4 作图法设计四杆机构摇杆长度

其中，AB1C1D即为所设计的四杆机构，AD杆对应简易折叠窗台的墙体，AB1杆对应简易折叠窗台的支撑杆，B1C1对应窗台板，C1D对应斜拉杆，其长度为1 084 mm。

2.2.2 窗台板收缩

窗台板与传统固定式窗台板不同，本文设计的窗台板可收缩折叠，窗户门打开，窗台板伸展，窗户门关闭，窗台板收缩。其中，两扇窗户门的转轴均设置有锥齿轮传动，如图3（b）所示，窗台两边各设置有一套双摇杆机构，窗台板充当双摇杆机构的连杆，当窗户门推开至垂直于墙体时，窗台板刚好到达水平位置，且垂直于窗户门和墙体，此时为简易折叠窗台的展开状态，如图2（b）所示。

当拉动窗户门，使之关闭，窗户门与墙体位于同一水平面，窗户门转轴处的锥齿轮反转，支撑杆的转动沿着支撑杆与墙体成钝角的方向转动，窗台板的转动方向与支撑杆转动方向相反，窗台板收缩至与墙体处于同一平面，支撑杆收缩至墙体内部，此时即为窗台的收缩状态，其各连接件转动方向示意图如图5所示。

图5 简易折叠窗台收缩过程中各连接件转动方向示意图

2.2.3 晾衣架伸展

晾衣杆两端分别固联于两根斜拉杆上，于斜拉杆一同运动，当窗台由收缩折叠状态至展开状态，窗台与斜拉杆相连处向外运动，晾衣杆则向外运动，使晾衣杆与窗台板之间的距离增大，方便收晾衣物。

当窗台板由展开状态至折叠状态，晾衣杆与窗台板相连处的铰链向里运动，晾衣杆随之向里运动，减小与墙体之间的距离，可以减小衣物受风面积，不易掉落。

3 结论

对市面上已有的产品的优缺点进行对比分析，根据现有产品的功能进行组合，创新设计了一款简易折叠窗台，其具有以下三个创新点：

（1）在传统推拉开闭式窗户门的基础上，将收缩式活动窗台板融入本文的设计中，并将晾衣杆和斜拉杆固联，增加晾晒衣服的功能。

（2）采用曲柄摇杆机构，配合窗户门的转轴，仅用一个机构便可实现简易折叠窗台的三大功能。

（3）采用简单易操作的纯机械结构，仅需要推动窗户门即可完成整个窗户的伸缩折叠功能。