CN108825031A - 窗户开闭控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种窗户开闭控制装置，包括驱动机构和可在折叠状态与展开状态之间进行切换的平面连杆机构，平面连杆机构包括与驱动机构连接且可沿第一方向进行移动的第一连杆和第二连杆、与第一连杆转动连接且与窗扇固定连接的第三连杆以及可旋转设置且与第二连杆和第三连杆转动连接的第四连杆。本发明的窗户开闭控制装置，采用主动滑块式平面六杆驱动方案，结构简单紧凑，占用空间小，方便布置。

Description

窗户开闭控制装置
技术领域
本发明属于建筑门窗技术领域，具体地说，本发明涉及一种窗户开闭控制装置。
背景技术
传统建筑外墙采用的是推拉式窗户，由于设计限制，这种窗户在推开的时候只能实现整个窗框一半的通风面积，导致室内无法进行充分的空气交换，给人门的生活造成不便，影响人们的身体健康。随着人们生活品质的提升，越来越多的家庭选择在外墙较高的位置加装天窗以提高采光面积和室内外空气交换效率。但天窗设置的位置往往很高，这种天窗在手动打开或者关闭时会给用户带来不小的麻烦甚至可能带来生命危险。虽然市面上已经出现加装电机不需要用户手动打开关闭的窗户开闭装置，但是由于自动外窗驱动方式的设计限制，导致整个开闭装置占用空间过大，严重影响到整个窗户的美观以及用户日常使用的便捷性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种窗户开闭控制装置，目的是减少占用的空间。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：窗户开闭控制装置，包括驱动机构和可在折叠状态与展开状态之间进行切换的平面连杆机构，平面连杆机构包括与驱动机构连接且可沿第一方向进行移动的第一连杆和第二连杆、与第一连杆转动连接且与窗扇固定连接的第三连杆以及可旋转设置且与第二连杆和第三连杆转动连接的第四连杆。
所述驱动机构包括可旋转设置的螺杆轴和套设于螺杆轴上且与螺杆轴构成螺旋传动的第一滑块，第一滑块为沿第一方向可移动，所述第一连杆和第二连杆与第一滑块转动连接。
所述驱动机构还包括驱动电机、与驱动电机连接的第一传动机构以及与第一传动机构和所述螺杆轴连接的第二传动机构。
所述第一传动机构包括与所述驱动电机连接的第一主动齿轮、与所述第二传动机构连接的第一从动齿轮以及与第一主动齿轮和第一从动齿轮啮合的中间齿轮，第一主动齿轮、第一从动齿轮和中间齿轮均为锥齿轮。
所述的窗户开闭控制装置还包括与所述中间齿轮连接且与中间齿轮同步旋转的手动摇柄。
所述第二传动机构包括相啮合的第二主动齿轮和第二从动齿轮，第二主动齿轮与所述第一从动齿轮连接且两者同步旋转，第二从动齿轮与所述螺杆轴连接且两者同步旋转。
所述螺杆轴为可旋转的设置于窗框上，窗框具有让所述第一滑块嵌入的第一滑槽，第一滑块上设有与第一滑槽的内壁面接触且可旋转的导轮。
所述导轮设置于所述第一滑块的两端。
本发明的窗户开闭控制装置，采用主动滑块式平面六杆驱动方案，结构简单紧凑，占用空间小，方便布置；而且增大了窗扇的最大开启角度，实现窗扇的自动开闭的同时增大了通风面积。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明窗户开闭控制装置的结构示意图；
图2是本发明窗户开闭控制装置另一角度的结构示意图；
图3是平面连杆机构与驱动机构的连接示意图；
图4是图3中A处放大示意图；
图5是下横梁处的结构示意图；
图6是第一滑块的结构示意图；
图7是平面连杆机构与窗扇的连接示意图；
图中标记为：1、窗扇；2、窗框；201、上横梁；202、下横梁；203、侧支柱；204、第一滑槽；3、第一连杆；4、第二连杆；5、第三连杆；6、第四连杆；7、第一滑块；8、导轮；9、驱动电机；10、电机座；11、螺杆轴；12、手动摇柄；13、第一主动齿轮；14、中间齿轮；15、第一从动齿轮；16、第二主动齿轮；17、第二从动齿轮；18、第一转轴；19、第二转轴；20、第三转轴；21、第四转轴；22、第五转轴；23、第六转轴；24、导向轴；25、第二滑块；
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1至图7所示，本发明提供了一种窗户开闭控制装置，包括驱动机构和可在折叠状态与展开状态之间进行切换的平面连杆机构，平面连杆机构包括与驱动机构连接且可沿第一方向进行移动的第一连杆3和第二连杆4、与第一连杆3转动连接且与窗扇1固定连接的第三连杆5以及可旋转设置且与第二连杆4和第三连杆5转动连接的第四连杆6。
具体地说，如图1至图5所示，窗框2为矩形框架结构，窗框2具有容纳窗扇1的矩形孔，窗扇1为矩形结构，窗扇1可以朝向窗框2的外侧旋转，实现开启。在窗扇1处于关闭状态时，窗扇1完全置于窗框2的矩形孔中，窗扇1的外边缘与窗框2的内边缘贴合。窗框2包括上横梁201、下横梁202和两个侧支柱203，上横梁201和下横梁202为相对布置，上横梁201和下横梁202具有一定的长度且上横梁201的长度方向与下横梁202的长度方向相平行，上横梁201和下横梁202的长度方向与第一方向相平行，侧支柱203也具有一定的长度，侧支柱203的长度方向与上横梁201和下横梁202的长度方向相垂直，侧支柱203的两端分别与上横梁201和下横梁202固定连接。上横梁201和下横梁202为水平设置，侧支柱203为竖直设置，两个侧支柱203位于上横梁201和下横梁202之间，两个侧支柱203的上端分别与上横梁201的一端固定连接，两个侧支柱203的下端分别与下横梁202的一端固定连接。驱动机构和平面连杆机构设置于窗框2上，驱动机构控制平面连杆机构在折叠状态与展开状态之间进行切换。当平面连杆机构由折叠状态切换至展开状态时，平面连杆机构能够推动窗扇1朝向窗框2的外侧旋转，使得窗扇1由关闭状态切换至开启状态；当平面连杆机构由展开状态切换至折叠状态时，平面连杆机构能够拉动窗扇1朝向窗框2的矩形孔中旋转，使得窗扇1由开启状态切换至关闭状态。
如图1至图7所示，驱动机构包括驱动电机9、可旋转设置的螺杆轴11和套设于螺杆轴11上且与螺杆轴11构成螺旋传动的第一滑块7，第一滑块7为沿第一方向可移动，第一连杆3和第二连杆4与第一滑块7转动连接。螺杆轴11为可旋转的设置于窗框2上，窗框2具有让第一滑块7嵌入的第一滑槽204。螺杆轴11的轴线与第一方向相平行，驱动电机9为产生旋转力的电动机且优选为伺服电机，驱动电机9固定设置在电机座10上，电机座10与窗框2固定连接，驱动电机9用于提供使螺杆轴11旋转的驱动力，驱动电机9运转后，螺杆轴11绕其轴线进行旋转，进而能够驱动第一滑块7沿第一方向做往复直线运动。螺杆轴11的外表面设有外螺纹，第一滑块7具有让螺杆轴11穿过的内螺纹孔，螺杆轴11与第一滑块7构成螺旋传动，该传动自带的自锁特点可以让开启状态的窗扇1不会受风力或者重力影响从而保持特定的姿态，开启后锁紧牢靠。
如图1至图7所示，驱动机构设置于窗框2的下横梁202上，下横梁202对第一滑块7起到导向作用，第一滑槽204设置于下横梁202的内部，第一滑槽204具有一定的长度，第一滑槽204为在下横梁202的内部沿下横梁202的长度方向延伸的矩形槽，螺杆轴11位于第一滑槽204的内部，驱动电机9和电机座10也位于下横梁202的内部，电机座10与下横梁202固定连接。作为优选的，第一滑块7上设有与第一滑槽204的内壁面接触且可旋转的导轮8，导轮8为圆柱体且导轮8的旋转中心线(也即其轴线)与第一方向相垂直，导轮8的旋转中心线并与侧支柱203的长度方向相平行。导轮8的外圆面与第一滑槽204中的内壁面接触，在第一滑块7在第一滑槽204中进行移动时，第一滑块7带动导轮8同步移动，同时导轮8沿着第一滑槽204的内壁面进行滚动，形成滚动摩擦，可以极大减小滑块移动时所需扭矩，增加整个装置工作效率。
如图6所示，导轮8设置于第一滑块7的两端，设置于第一滑块7的两端的导轮8分别与第一滑槽204中的一个内壁面接触，第一滑块7位于第一滑槽204中的两个相对且相平行的内壁面之间。在本实施例中，第一滑块7的两端均分别设置两个导轮8。
如图1至图5所示，驱动机构还包括与驱动电机9连接的第一传动机构以及与第一传动机构和螺杆轴11连接的第二传动机构，第一传动机构和第二传动机构位于下横梁202的内部。第一传动机构用于将驱动电机9产生的旋转力传递至第二传动机构，第二传动机构用于将来自第一传动机构的旋转力传递至螺杆轴11，驱动螺杆轴11进行旋转。作为优选的，第一传动机构包括与驱动电机9连接的第一主动齿轮13、与第二传动机构连接的第一从动齿轮15以及与第一主动齿轮13和第一从动齿轮15啮合的中间齿轮14，第一主动齿轮13、第一从动齿轮15和中间齿轮14均为锥齿轮。第一主动齿轮13固定安装在驱动电机9的电机轴上且第一主动齿轮13与电机轴为同轴设置，第一从动齿轮15固定安装在螺杆轴11上且第一从动齿轮15与螺杆轴11为同轴设置，第一从动齿轮15与第一主动齿轮13为相对设置且第一从动齿轮15与第一主动齿轮13为同轴设置，中间齿轮14位于第一主动齿轮13与第一从动齿轮15之间且中间齿轮14与第一主动齿轮13和第一从动齿轮15同时啮合，驱动电机9驱动第一主动齿轮13旋转，第一主动齿轮13通过中间齿轮14带动第一从动齿轮15旋转。第二传动机构为一级齿轮机构，第二传动机构包括相啮合的第二主动齿轮16和第二从动齿轮17，第二主动齿轮16与第一从动齿轮15为同轴固定连接且两者同步旋转，下横梁202对第二主动齿轮16与第一从动齿轮15提供支撑作用，第二从动齿轮17与螺杆轴11连接且两者同步旋转。这样来自驱动电机9的驱动力就被第一传动机构和第二传动机构传递到螺杆轴11上了，由于各齿轮间的啮合关系，驱动电机9正转时，螺杆轴11正转，反之，螺杆轴11反转。采用这种齿轮传动机构改变了动力传递方向，结构紧凑，优化零部件空间布局，提高了整个装置运行的稳定性和可靠性。
设从驱动电机9到螺杆轴11的传动比为i，驱动电机9的转速为n转/分钟，第一滑块7移动距离为L，螺杆轴11的螺纹导程为p毫米，线数为q，则第一滑块7在滑轨中的移动距离为：L＝npq/i毫米。采用此种新型外窗开闭驱动方案，主动滑块式平面六杆驱动方案，改变了传统自动窗复杂的驱动方式，具有比传统的驱动方式更加合理、更少空间占比的优点。
如图1和图2所示，本发明的窗户开闭控制装置还包括与中间齿轮14连接且与中间齿轮14同步旋转的手动摇柄12，手动摇柄12由操作人员手动操作，手动摇柄12接收操作人员施加的旋转力。手动摇柄12为可旋转的设置于下横梁202上且手动摇柄12位于下横梁202的外侧，手动摇柄12通过一个转轴与中间齿轮14连接，手动摇柄12通过该转轴电动中间齿轮14同步旋转。在驱动电机9出现故障时，则可通过操纵手动摇柄12进行旋转，产生旋转力，手动摇柄12旋转的同时带动中间齿轮14旋转，中间齿轮14驱动第一从动齿轮15旋转，第一从动齿轮15则将旋转力传递至第二传动机构，最终驱动螺杆轴11进行旋转，实现窗扇1的开启与关闭。因此，手动摇柄12的作用是在驱动电机9无法正常工作时，通过手动摇柄12的旋转，产生驱动力，可靠性更高。
如图1至图5所示，第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5和第四连杆6均为水平设置，第一连杆3、第二连杆4、第三连杆5和第四连杆6位于下横梁202的上方，第四连杆6的长度最长，第四连杆6的长度大于第一连杆3、第二连杆4和第三连杆5的长度，第二连杆4和第三连杆5的长度大于第一连杆3的长度。第一连杆3的长度方向上的一端通过第一转轴18与第一滑块7转动连接，第二连杆4的长度方向上的一端通过第二转轴19与第一滑块7转动连接，第一转轴18的轴线与第二转轴19的轴线相平行且第一转轴18的轴线和第二转轴19的轴线处于与第一方向相平行的同一平面内，第一转轴18和第二转轴19的轴线并与第一方向相垂直，第一连杆3的长度方向上的另一端通过第三转轴20与第三连杆5的长度方向上的一端转动连接，第三连杆5的长度方向上的另一端通过第四转轴21与第四连杆6的长度方向上的一端转动连接，第二连杆4的长度方向上的另一端通过第五转轴22与第四连杆6转动连接，第四连杆6的长度方向上的另一端通过第六转轴23与窗框2转动连接。第三转轴20、第四转轴21、第四转轴21和第六转轴23的轴线与第一转轴18和第二转轴19的轴线相平行。第一转轴18的轴线和第二转轴19的轴线与第六转轴23的轴线处于与第一方向相平行的同一平面内，而且在第一方向上，第二转轴19位于第一转轴18和第六转轴23之间。在第四连杆6的长度方向上，第五转轴22位于第四转轴21和第六转轴23之间，第五转轴22的轴线与第四转轴21的轴线之间的垂直距离小于第五转轴22的轴线与第六转轴23的轴线之间的垂直距离。第五转轴22的轴线与第四转轴21的轴线之间的垂直距离为第四连杆6的总长度的0.28倍。为了防止运动干涉，第二连杆4的厚度略大于第一连杆3与第三连杆5的厚度之和。
所有连杆接近在一条直线上时，也即当第一连杆3的长度方向与第二连杆4的长度方向之间的夹角大致为180，第三连杆5的长度方向与第四连杆6的长度方向之间的夹角大致为180度，第一连杆3的长度方向与第三连杆5的长度方向之间的夹角大致为0度，第二连杆4的长度方向与第四连杆6的长度方向之间的夹角为0度时，平面连杆机构处于折叠状态，窗扇1处于关闭状态，第一滑块7处在离驱动电机9最远的位置处，此时驱动电机9通过反转带动第一滑块7沿第一方向进行靠近驱动电机9的方向移动，由于连杆特定的长度以及和滑块之间的连接关系，第一连杆3、第二连杆4和第四连杆6产生旋转，第一连杆3与第二连杆4之间的夹角大小变小，第三连杆5与第四连杆6之间的夹角大小变小，第一连杆3、第四连杆6、第二连杆4的长度方向与第一方向之间的夹角大小逐渐增大，第一连杆3和第二连杆4并朝向第一滑块7的同一侧旋转，平面连杆机构由折叠状态向展开状态进行切换。设第一转轴18与第二转轴19的中心距为LH，当第一滑块7向靠近驱动电机9的方向移动时的移动量达到LH时，第二连杆4的长度方向与第一方向之间的夹角成90度，驱动电机9停止转动。此时第二转轴19与第六转轴23的中心距为LH的5倍，窗扇1与下横梁202之间的夹角成90度，窗扇1与窗框2处于相垂直状态，窗扇1开启角度达到最大值，平面连杆机构处于完全展开状态。当驱动电机9正转时，第一滑块7沿第一方向朝向远离驱动电机9的位置处进行移动，由于连杆与滑块之间的连接关系，第一连杆3、第四连杆6、第二连杆4的长度方向与第一方向之间的夹角大小逐渐减小，当第一滑块7沿第一方向朝向远离驱动电机9的位置处进行移动时的移动量达到LH的3.3倍时，第二连杆4的长度方向与第一方向之间的夹角小于2度，驱动电机9停止转动，此时窗扇1关闭并与窗框2紧密贴合，平面连杆机构处于折叠状态。通过该六杆机构运动学仿真可知，为保证滑块在极限位置时，窗户平面与窗框2平行，以确保窗户与窗框2的紧密贴合，第一转轴18与第三转轴20的中心距LA、第三转轴20与第四转轴21的中心距LB、第四转轴21与第六转轴23的中心距LC、第二转轴19与第五转轴22的中心距LD和第一转轴18与第二转轴19的中心距LH的大小满足如下关系：
LA:LB:LC:LD:LH＝0.2:0.44:1:0.4:0.12。
按照上述布置方式布置的窗扇1，改变了传统窗扇1的布置方法。在铰链四杆机构上的一个连杆布置窗扇1将普通推拉式窗扇1只能在滑轨上直线滑动变成了转动运动，从而极大增加了窗扇1开启后的通风面积。
如图1、图2和图7所示，本发明的窗户开闭控制装置还包括导向轴24和套设于导向轴24上的第二滑块25，第二滑块25通过另一平面连杆机构与窗扇1连接，导向轴24为水平设置且导向轴24为圆柱体，导向轴24的轴线与第一方向相平行。导向轴24为设置于上横梁201的内部，第二滑块25具有让导向轴24穿过的导向孔，导向孔为圆孔，导向轴24对第二滑块25起导向作用，上横梁201对第二滑块25起到导向作用，第二滑槽设置于上横梁201的内部，第二滑槽具有一定的长度，第二滑槽为在上横梁201的内部沿上横梁201的长度方向延伸的矩形槽，导向座位于第二滑槽的内部。作为优选的，第二滑块25上设有与第二滑槽的内壁面接触且可旋转的导轮8，导轮8为圆柱体且导轮8的旋转中心线(也即其轴线)与第一方向相垂直，导轮8的旋转中心线并与侧支柱203的长度方向相平行。导轮8的外圆面与第二滑槽中的内壁面接触，在第二滑块25在第二滑槽中进行移动时，第二滑块25带动导轮8同步移动，同时导轮8沿着第二滑槽的内壁面进行滚动，形成滚动摩擦，可以极大减小滑块移动时所需扭矩，增加整个装置工作效率。与第一滑块7结构类似的，导轮8设置于第二滑块25的两端，设置于第二滑块25的两端的导轮8分别与第二滑槽中的一个内壁面接触，第二滑块25位于第二滑槽中的两个相对且相平行的内壁面之间，第二滑块25的两端均分别设置两个导轮8。
如图1、图2和图7所示，平面连杆机构共设置两个且两个平面连杆机构为沿竖直方向依次布置，窗扇1位于两个平面连杆机构之间，两个平面连杆机构的结构相同，两个第一连杆3、两个第二连杆4、两个第三连杆5和两个第四连杆6均为相平行的，其中一个平面连杆机构位于窗扇1的上方且该平面连杆机构的第三连杆5与窗扇1的顶面高度连接，另一个平面连杆机构位于窗扇1的下方且该平面连杆机构的第三连杆5与窗扇1的底面固定连接。位于窗扇1上方的平面连杆机构的第一连杆3和第二连杆4与第二滑块25转动连接，第一滑块7位于第二滑块25的下方且第一滑块7和第二滑块25处于同一竖直线上，第一滑块7和第二滑块25同步运动。第二滑块25、导向座以及与第二滑块25连接的平面连杆机构的设置，提高了整个装置运行的稳定性和可靠性。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.窗户开闭控制装置，其特征在于：包括驱动机构和可在折叠状态与展开状态之间进行切换的平面连杆机构，平面连杆机构包括与驱动机构连接且可沿第一方向进行移动的第一连杆和第二连杆、与第一连杆转动连接且与窗扇固定连接的第三连杆以及可旋转设置且与第二连杆和第三连杆转动连接的第四连杆。
2.根据权利要求1所述的窗户开闭控制装置，其特征在于：所述驱动机构包括可旋转设置的螺杆轴和套设于螺杆轴上且与螺杆轴构成螺旋传动的第一滑块，第一滑块为沿第一方向可移动，所述第一连杆和第二连杆与第一滑块转动连接。
3.根据权利要求2所述的窗户开闭控制装置，其特征在于：所述驱动机构还包括驱动电机、与驱动电机连接的第一传动机构以及与第一传动机构和所述螺杆轴连接的第二传动机构。
4.根据权利要求3所述的窗户开闭控制装置，其特征在于：所述第一传动机构包括与所述驱动电机连接的第一主动齿轮、与所述第二传动机构连接的第一从动齿轮以及与第一主动齿轮和第一从动齿轮啮合的中间齿轮，第一主动齿轮、第一从动齿轮和中间齿轮均为锥齿轮。
5.根据权利要求4所述的窗户开闭控制装置，其特征在于：还包括与所述中间齿轮连接且与中间齿轮同步旋转的手动摇柄。
6.根据权利要求4所述的窗户开闭控制装置，其特征在于：所述第二传动机构包括相啮合的第二主动齿轮和第二从动齿轮，第二主动齿轮与所述第一从动齿轮连接且两者同步旋转，第二从动齿轮与所述螺杆轴连接且两者同步旋转。
7.根据权利要求2至6任一所述的窗户开闭控制装置，其特征在于：所述螺杆轴为可旋转的设置于窗框上，窗框具有让所述第一滑块嵌入的第一滑槽，第一滑块上设有与第一滑槽的内壁面接触且可旋转的导轮。
8.根据权利要求7所述的窗户开闭控制装置，其特征在于：所述导轮设置于所述第一滑块的两端。
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