一種簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

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）

0 前言

到目前為止，我國(guó)的建筑業(yè)發(fā)展迅猛，建筑門(mén)窗的需求量不斷增加，并且對(duì)于各種環(huán)境下的門(mén)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(mén)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(guò)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(lèi)，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(guò)對(duì)市面上現(xiàn)有產(chǎn)品的分析，窗臺(tái)主要存在以下問(wèn)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(méi)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)。

1 簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)的設(shè)計(jì)思路

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(mén)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(mén)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

2 簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

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(wèn)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(mén)的推拉，只需對(duì)窗戶門(mén)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(guò)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(guò)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)。

2.2 功能實(shí)現(xiàn)

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(mén)的開(kāi)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(mén)開(kāi)閉

為解決簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)窗戶門(mén)和四桿機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)，將窗戶門(mén)的轉(zhuǎn)軸加長(zhǎng)，并在窗戶門(mén)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(mén)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(mén)，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(mén)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(guò)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(mén)打開(kāi)，窗臺(tái)板伸展，窗戶門(mén)關(guān)閉，窗臺(tái)板收縮。其中，兩扇窗戶門(mén)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(mén)推開(kāi)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(mén)和墻體，此時(shí)為簡(jiǎn)易折疊窗臺(tái)的展開(kāi)狀態(tài)，如圖2（b）所示。

當(dāng)拉動(dòng)窗戶門(mén)，使之關(guān)閉，窗戶門(mén)與墻體位于同一水平面，窗戶門(mén)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(guò)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(kāi)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(kāi)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。

3 結(jié)論

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(kāi)閉式窗戶門(mén)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(mén)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(mén)即可完成整個(gè)窗戶的伸縮折疊功能。