自动定时关窗器的设计

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1、自动定时关窗器的设计摘要：家居智能化是现代生活的发展趋势,自动关窗是人们在生活中常需要解决的一个问题。本文将介绍作者与其搭档徐冠华在浙江大学第13届机械设计竞赛上的参赛作品——一种自动定时关窗装置。该装置由定时器、控制电路、电机、限位开关等元件组成，具有定时自动关窗的功能，可以解决夏天晚上人们熟睡，天气变凉的关窗问题。关键词：定时自动关窗器离合器额定力矩1.设计背景在天气闷热的夏天，人们在一般会遇到这样的问题，晚上睡觉的时候，前半夜刚睡的时候，室内的温度比较高，需要开窗流通空气，而到了后半夜，室外温度已经较低，如果不关窗睡觉，人有可能着凉感冒，这个时候就需要关闭窗户。但是目前

2、各家庭的窗户没有自动开启功能，因此，人们就需要半夜起床去开窗，这样必然会影响睡眠质量。在这种背景下，我们设计了一种采用机械和电子控制的具有定时功能的自动关窗的装置。2.设计思路在产品的设计过程中，单一的功能往往是容易实现的，但多功能的能满足顾客的多种需求。这种多功能不是不是几种功能的简单叠加，而是一种有机的组合，实现各个简单功能的相互协调，巧妙结合。这也就是创新方法中的“组合创新法”。本装置的设计就是运用这种“组合创新法”，将现定时和电动关窗的功能进行了组合。采用机械定时器实现定时功能，通过电路控制电机驱动窗子实现自动关窗的功能。3.设计方案3.1整体装置组成自动关窗装置是由

3、定时器、控制电路、电机、带轮和带组成的。定时器通过旋钮进行操作，定时器通过控制电路与电机相连，电机带动带盘（中间有一单向机构），带卷绕在带盘上，用螺栓固定，带盘旋转拖动固定在窗子（带滑轨）上的带，完成关窗动作。整体关窗装置如图1所示：带带轮限位开关集成控制箱限位挡片图1整体组成图3.2功能及工作过程接通电源，定时器定时，电机不工作，当定时时间到了之后，电路接通，在电机的带动下皮带轮转动，皮带卷绕在皮带轮上拉动窗户滑动，从而窗户关闭，当窗户到达关闭位置时，限位挡片碰到限位开关，电机停转，工作结束。开窗时，采用手动推开窗子（早晨睡醒开窗，没必要自动），由于单向机构的存在，使得带轮

4、在反向转动时不带动电机反转。3.3工作原理及构造除限位开关、挡片和带以外，自动定时关窗装置都集成在控制箱中。集成控制箱体结构（单向机构并未标出）如图2所示：电路板电机带轮定时器图2控制箱结构图3.3.1定时器定时器采用机械式定时器，如图3所示为传统的机械式定时器（常见电风扇定时器）。图3定时器定时器内部结构主要由三部分：第一部分是动力部件，由发条、上发条的凸轮机构，人工旋转时，发条上紧，为整个系统提供了的动力。同时旋钮带动凸轮，凸轮推动开关闭合，电路接通。有使开关闭合，同时卷簧带动振片周期性振荡，并第二部分是释放部件。由一系列的齿轮变速，使发条松弛时的旋转周数增加，在齿轮系的

5、末端有擒纵轮、擒纵爪和游丝，保证齿轮系在发条的驱动下旋转的速度恒定。游丝的长度控制擒纵爪摆动的频率，保证齿轮按设定的转速旋转，使已拧紧的发条以一定的速度释放。第三部分是定时触发装置，发条释放时，带动齿轮转动，使凸轮回转，定时完毕，凸轮复位，开关打开，电路断开。当人手动拧动定时器到某个刻度，实际做了二件事，一是拧紧发条，提供动力，使定时器开始工作，另一件事就是拧的刻度就是设定了触发机构的触发位置。然后整个结构在擒纵轮的控制下，慢慢释放发条的动力，各级齿轮开始按恒定的转速旋转，直到触发机构动作，从而达到定时的目的。3.3.2控制电路由于定时器为常用的电风扇定时器，工作原理有所不同

6、，电风扇定时时工作，时间到停止。而我们的关窗器要求在定时状态不工作，定时时间到的时候工作，因此需要在控制电路上进行一定的转换。自动定时控制电路是由机械定时器、限位开关、继电器和电机等组成的，电路图如图4所示。开关K断开时，KM1线圈不带电，KM1动合开关断开,KM2线圈不带电，KM2动合开关断开，电机M不工作。开关K闭合，定时时，定时器开启，KM1线圈带电，KM1动断开关断开，电机不工作。当定时时间到时，定时器断开，KM1掉电，动合开关闭合，KM2（KM3）线圈带电，KM2(KM3)动合开关闭合，电机M工作，拉动窗子，窗子关闭到位，碰到限位开关（常闭），限位开关断开，电机停止

7、转动。图4控制电路3.3.3带轮（单向机构）带轮为一带凹槽的转盘，中间开孔直接或间接地与电机轴相连，带缠绕在槽中，随带轮转动。由于要实现在关窗时电机带动带轮转，而在手动开窗时带轮不带动电机反转，就需要一个能单向转动的机构。在机械设计大赛上，由于我们对单向转动的理解出现了致命的失误，错使用了棘轮机构，导致最终成绩不佳。在赛后我们进行了较为充分的思考，对方案进行了改进。方案一：离合器离合器的主动部分和从动部分可以分离，两部分产生相互转动；又可以接合，通过一定作用（啮合、摩擦或电磁力等）来传递转矩，共同转动。