【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 智能控制窗戶關(guān)閉。2. 風(fēng)速傳感器若檢測(cè)到室外的風(fēng)速過(guò)大，智能控制窗戶關(guān)閉。3. 光照傳感器若檢測(cè)到天色已變黑，智能控制窗戶關(guān)閉。4. 煙霧傳感器若檢測(cè)到室內(nèi)有可燃?xì)怏w泄漏，吸煙或者火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧，將通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，并及時(shí)打開(kāi)窗戶。5. 顯示器顯示窗戶的狀態(tài)、時(shí)間、溫度等信息。6. 單片機(jī)可以定時(shí)開(kāi)關(guān)窗戶，使室內(nèi)的空氣保持清新。7. 可通過(guò)按鈕對(duì)窗戶的開(kāi)閉進(jìn)行靈活的手動(dòng)控制。控制部分將會(huì)放置在窗框內(nèi)或者是窗扇內(nèi)，這樣使得窗戶看起來(lái)美觀，并且實(shí)用。3 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 窗框和窗扇設(shè)計(jì)窗框和窗扇是本設(shè)計(jì)的主體結(jié)構(gòu)，承載著各個(gè)零部件，也是控制部分裝置的放置地方。 窗戶類型的選擇平開(kāi)窗，通風(fēng)效率%100，運(yùn)動(dòng)方式為旋轉(zhuǎn)，可用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。 窗戶材料的選擇窗戶的材料主要有三種，木材、鋁合金和塑鋼。目前大多數(shù)建筑都使用的是塑鋼窗，但是它的老化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，而且不利于加工。木窗的歷史悠久，保溫效果也比較好，但是木頭的來(lái)源是樹(shù)木，不利于大范圍使用。鋁合金窗雖然保溫效果不好，卻不會(huì)有老化的問(wèn)題，強(qiáng)度較大，加工也方便。窗戶材料選擇鋁合金。 窗框的受力分析窗框總長(zhǎng)700mm，總寬500mm，框?qū)?5mm，壁厚1mm，建筑用鋁合金牌號(hào)為6063，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》, 表3—2—33（摘自GB/T 6892—2006），它的抗拉強(qiáng)度，窗框的受力主要集中在與上下兩塊合頁(yè)連接的地方，簡(jiǎn)化后受力分析如圖4。圖4 窗框受力分析圖 Figure sash stress analysis 窗扇的質(zhì)量約為，；那么，；根據(jù)幾何關(guān)系算的；因此 ，因?yàn)榇皯羰菍?duì)稱的，所以；根據(jù)力的相互作用，可得，所以，； 合頁(yè)設(shè)計(jì)合頁(yè)連接著窗扇和窗框，使窗扇能夠自由的旋轉(zhuǎn)。合頁(yè)有普通合頁(yè)：用于櫥柜門(mén)、窗、門(mén)等。材質(zhì)有鐵質(zhì)、銅質(zhì)和不銹鋼質(zhì)。普通合頁(yè)的缺點(diǎn)是不具有彈簧鉸鏈的功能，安裝合頁(yè)后必須再裝上各種碰珠，否則風(fēng)會(huì) 吹動(dòng)門(mén)板。煙斗合頁(yè)：也叫彈簧鉸鏈。主要用于家具門(mén)板的連接，它一般要求板厚度為16~20毫米。材質(zhì)有鍍鋅鐵、鋅合金。彈簧鉸鏈附有調(diào)節(jié)螺釘，可以上下、左右調(diào)節(jié)板的高度、厚度。它的一個(gè)特點(diǎn)是可根據(jù)空間，配合柜門(mén)開(kāi)啟角度。除一般的90度角外，127度、144度、165度等均有相應(yīng)鉸鏈相配，使各種柜門(mén)有相應(yīng)的伸展度。大門(mén)合頁(yè)：它又分普通型和軸承型，普通型前面已講過(guò)。軸承型從材質(zhì)上可分銅質(zhì)、不銹鋼質(zhì)。從目前消費(fèi)情況來(lái)看，選用銅質(zhì)軸承合頁(yè)的較多，因?yàn)槠涫綐用烙^、亮麗，價(jià)格適中，并配備螺釘。其他合頁(yè)：有玻璃合頁(yè)、臺(tái)面合頁(yè)、翻門(mén)合頁(yè)。玻璃合頁(yè)用于安裝無(wú)框玻璃櫥門(mén)上，要求玻璃厚度不大于5~6毫米。而這次的合頁(yè)上面需要焊接齒輪，以上合頁(yè)都達(dá)不到我的設(shè)計(jì)要求，因此自己設(shè)計(jì)了一個(gè)合頁(yè)，合頁(yè)的左片是用一根長(zhǎng)25mm、外徑8mm、內(nèi)徑3mm的金屬管狀材料焊接在凸字形板料中間，合頁(yè)的右片是用兩跟長(zhǎng)15mm、外徑8mm、內(nèi)徑3mm的金屬管狀材料焊接在凹字形板料的兩邊，兩片合頁(yè)通過(guò)一根長(zhǎng)63mm、直徑3mm的軸串接，中間有兩個(gè)推力球軸承以減少合頁(yè)之間的磨損。兩塊板料各自均有3個(gè)直徑3mm的孔，已便于鉚接在窗框個(gè)窗扇上，如圖5所示圖5 合頁(yè)三維示意圖 HingeD representation 電機(jī)選擇如圖2所示，減速電機(jī)通過(guò)固定架安裝在窗框上，它是窗扇能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，窗戶的應(yīng)在4秒左右完成一個(gè)90度的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，因此窗扇的轉(zhuǎn)速為，窗扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所受到的阻力主要來(lái)自于上下兩個(gè)合頁(yè)之間的摩擦力，摩擦力的方向?yàn)榇怪焙退絻蓚€(gè)方向，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1—10，鋼與鑄鐵之間的摩擦因素為，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表1—11，推力球軸承之間的摩擦因素，簡(jiǎn)化模型后，轉(zhuǎn)動(dòng)窗扇所需力矩其中為合頁(yè)內(nèi)孔半徑，R為合頁(yè)外圓半徑。因此選擇永磁直流減速電機(jī)ZGA20RU，具體參數(shù)如表1所示。表1 減速電機(jī)參數(shù) Gear motor parameters 參數(shù) 電機(jī)的直徑 20mm出軸直徑 3mm額定電壓 6V減速比 1/1100齒輪箱長(zhǎng)度 24mm空載轉(zhuǎn)速 4r/min額定轉(zhuǎn)速 額定力矩 cm額定電流 此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和力矩符合設(shè)計(jì)要求，并且具有尺寸小的特點(diǎn)。 齒輪設(shè)計(jì)如圖2所示，一個(gè)齒輪安裝在減速電機(jī)上，另一個(gè)齒輪焊接在合頁(yè)上，兩嚙合齒輪將電機(jī)的動(dòng)力傳遞給窗扇，使窗扇能夠平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)。兩齒輪要求尺寸一樣且盡量要小。 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)參數(shù)按照本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。窗戶的轉(zhuǎn)動(dòng)速度不高，故選用7級(jí)精度（GB 1009588)。材料選擇45鋼，硬度為240HBS。根據(jù)合頁(yè)與窗戶的尺寸要求，兩齒輪的大小相同，齒輪傳遞的力矩不大，按標(biāo)準(zhǔn)的第一部分優(yōu)先選擇，選擇模數(shù)，齒數(shù)，中心距。 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（10—5a）： （31）（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值1) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10—20c查的齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。2) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10—18取彎曲疲勞壽命系數(shù)。3) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10—7選取齒寬系數(shù)。4) 計(jì)算圓周速度。；5） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10—13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。6）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（10—12）得7）計(jì)算載荷系數(shù)。根據(jù)，7級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10—8查的動(dòng)載荷系數(shù)；直齒輪，；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10—2查的使用系數(shù)；由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10—4用插值法查的7級(jí)精度、懸臂布置時(shí)。由，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10—13得；故載荷系數(shù)8) 查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10—5查得 ，；（2）校核計(jì)算。符合要求。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式 （32）（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算值1） 計(jì)算齒輪傳遞的力。2） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10—6查得材料的彈性影響系數(shù)。3） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10—21d按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。4） 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10—19取接觸疲勞壽命系數(shù)。5） 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù),由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10—12得6） 計(jì)算載荷系數(shù)K。（2） 校核計(jì)算。符合要求。 軸承的選擇在兩片合頁(yè)接觸的地方加上軸承，可以減少它們之間的摩擦，提高電機(jī)的傳動(dòng)效率。軸承所承受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。根據(jù)載荷的大小選擇軸承類型時(shí)，由于滾子軸承中主要元件間是線接觸，宜用于承受較大的載荷，承載后的變形也較小。而球軸承中則主要為點(diǎn)接觸，宜用承受較輕的或者中等的載荷。而由圖3可知，軸承在豎直方向受到窗戶的重力，屬于較輕載荷，因此選擇球軸承。根據(jù)載荷的方向選擇軸承類型時(shí)，對(duì)于純軸向載荷，一般選用推力軸承。較小的純軸向載荷可選用推力球軸承：較大的純軸向載荷可選用推力滾子軸承。對(duì)于純徑向載荷，一般選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或者滾針軸承。當(dāng)軸承在承受徑向載荷的同時(shí)，還有不大的軸向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承或接觸角不大角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較大時(shí)，可選用接觸角較大的角接觸軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷。而由圖3可知，軸承主要承受軸向的重力，載荷較輕，因此選推力球軸承。在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對(duì)類型的選擇不發(fā)生什么影響，只有在轉(zhuǎn)速較高時(shí)，才會(huì)有比較顯著的影響。窗扇的轉(zhuǎn)速v=，轉(zhuǎn)速不大，不影響類型的選擇。綜上所述，結(jié)合合頁(yè)軸的大小，選擇外徑D=8mm，內(nèi)徑d=3mm，厚度t=4 控制部分設(shè)計(jì)智能窗戶的控制部分主要的功能就是利用傳感器收集環(huán)境條件變化的信號(hào)，包括：雨水傳感器檢測(cè)室外是否有雨水、風(fēng)速傳感器檢測(cè)是否刮風(fēng)、煙霧傳感器檢測(cè)室內(nèi)是否有煙霧、光照傳感器檢測(cè)室外晝夜的變化。這些信號(hào)將以電平的方式傳遞給核心處理器單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定的程序處理來(lái)自傳感器的信號(hào)，然后輸出信號(hào)給電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制器，控制窗戶的打開(kāi)關(guān)