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新型窗的毕业设计毕业设计（论文）标 题： 新型窗设计 学生姓名： 易栋梁 汤捷 吴稳 系 部： 机电工程系 专 业： 机电一体化 班 级： 高机电0902班 指导教师： 王伟平老师 株洲职业技术学院教务处制目 录（三号黑体字）摘要 ()1、 引言 11.1 窗的发展历程与文化 1.2 现代窗的特点 2、 新型窗的结构设计 2.1 框架结构 2.2 电路设计 2.2.1 直性电磁铁的选择2.3 工作原理 2.4 转换机构简要设计 2.5 手轮自锁机构设计2.6 齿轮套的设计与齿轮的选择2.7 键的选择2.8 轴的设计3、新型窗主要部件的受力分析与选材结论 参考文献 附录 后记 摘 要 现有的窗户在设计上都存在着一些不尽人意的地方，比如推拉窗，密封性差，最大开启面积只有整个窗户的一半，清洗起来极为不方便；外开式平开窗，在开启角度上不能任意调节，而且在夏天开关时，要先打开纱窗，这样蚊虫很容易进入室内，也存在清洗不方便的问题；内开式平开窗，也不能完全实现角度的自由调节，况且占有室内的宝贵空间给使用者造成不必要的烦恼。因此针对以上这些因素创造性的设计出了一种新颖的窗户，强化了结构设计，有良好的密封性能，可随意拆卸，清洗便利，开启角度自由并且可多方位开启。设计过程中使用了CAD，UG等制图软件。关键词： 通风透气 启闭角度 多方位 采光 清洁 1.引言自从人类发明遮风避雨的避难场所以来，人类就迫切的需要对光线进行有效控制和管理。因此，窗户就在人类充满智慧的大脑中诞生了。窗户起源于人类社会进化之后的早期社会，那时的自然条件异常的苛刻，不过当人类的避难场所在为人类提供避免天敌危害的情况下开始考虑光线的明暗和空气的流通的时候，窗户已成为室内设计的重要考虑因素并在此时已经成为了反映现代社会织物面料和工艺技术的一个缩影。1.1窗的发展历程与文化门，是进入房屋的必经，窗，是放眼视野的通途。古语常以“门户”代表至关重要的关卡和通路，门即为房门，户即为窗户。门是外与内的屏障，窗是内与外的交流。门窗不仅仅是满足通风、采光、出入等功能，更有心灵的寄托和文化的沉淀。正是门窗，让有限的空间，得以无限延伸门窗是建筑特色特别是中国建筑特色的主要表现手法之一；门窗是品味家居生活的保障，也体现着新的生活方式和生活价值。在历史的长河中，门窗从小到大，从简陋到坚固，又到完善和适度，从实用到功利表现，从经济考虑到审美追求，人类对门窗的完善可以说标志了人类对自身的完善，门窗也是人类文明进步的一种证明。就门窗的材质革命而言，木窗从原始的各种实木发展到运用现代科学工艺处理的硬度适中的集成材，钢窗从单一的空腹钢窗向彩板钢窗、节能钢窗、特种钢窗延伸；塑料窗从单一色彩塑料发展，普通铝合金也已迈入断桥节能窗时代;就开启方式而言，从平开窗到推拉窗流行，再到复合开启为主导;就时代的主流窗来说，可以说从原始木窗到钢窗的流行是实用性方面的变革；从钢窗到铝合金是审美的胜利，窗框的观感提高；从铝合金到塑料窗的流行，是使用节能的主导。从原来单一品种的流行到现代各类高性能门窗的并存，是个性化张扬的使然正是人们对美好生活品质的不懈追求，为门窗历史的进步、使用功能的延伸、审美情趣的拓展，门窗文化的更大空间交流融合提供了光辉灿烂的可能，同时门窗也被赋予了丰富的文化特性。1.2现代门窗的特点一、抗风压强度和水密性能： 塑钢门窗由于材质强度和钢性低，虽经加入衬刚增强，但其抗风压和水密性能要比铝合金门窗低约二个等级。由企业送检的标准样窗是这样，而施工现场抽样的也是这样。上海市建筑幕墙检测中心对进入工地安装的铝合金门窗和塑钢门窗采用见证取样方式进行“三性能”实测的平均值表明；“除气密性外，塑钢门窗的水密性和抗风压性能均比铝合金门窗的差，这一结果实出意外，但经进一步分析，却正反映了塑钢门窗质量方面的重要问题”。而且，由于塑钢门窗的衬钢并未在其型材内腔角部连接成完整的框架体系，窗框、扇四角及丁字节点的塑料焊接角强度比较低。二、气密性能： 塑钢门窗由于框、扇构件是焊接的，故其气密性应比螺丝连接的铝合金门窗略好一些，但铝合金门窗型材尺寸精度较高，框、扇配合较严密，所以二者还是在一个等级水平上。三、保温性能： 铝合金的保温性能不如塑钢门窗好，但是因为，根据窗的导热系数计算公式k=1/（1/aiRW1/ae）窗的传热系数k值不仅取决于窗体本身的传热阻RW（窗体本身传热系数的倒数），还取决于窗体。其室内外表面换热系数AI和AE;而又根据另一计算公式k=k框fk玻（1-f）,窗的传热系数k值由窗框、扇构件与窗玻璃二部分的k框和k玻组成，直接与窗框扇占整窗面积比f有关，而铝合金窗的框扇占整窗面积比塑钢门窗小10左右，再者铝门窗框扇型材也不是实心的，且空心铝型材壁厚（实际热桥）比塑料型材壁厚又小40左右。四、采光性能： 塑钢门窗的采光性能比铝合金门窗差，其框扇构件遮光面积比铝合金门窗大10左右，视野和装饰效果较差，不利于建筑照明节能降耗。 五、隔声性能： 窗的隔声性能主要在于占窗面积80左右的玻璃的隔声效果。铝合金门窗与塑钢门窗的缝隙密封水平基本一致，其隔声性能也是基本一致.上海市建筑科学研究院对塑钢门窗和铝合金门窗进行了一系列的隔声性能实测及比较实验;5mm厚单玻塑钢门窗隔声量为2124dB左右;512A5的中空单框双玻塑钢门窗为2429dB;双玻的隔声量比单玻大5dB左右;塑钢门窗和铝合金门窗“在玻璃厚度、构造相同以及密封状况相类似的起码、情况下，其计权隔声量RW值相近”。六、防火性能： 难燃性的 PVC 塑料门窗的防火性能相对于可燃的木门窗是比较好，但与非燃烧性的铝合金门窗相比是差的。聚氯乙烯塑料是难燃材料，在火灾作用下，遇到明火后即进行缓慢的燃烧，如离火会自熄。其阻燃的机理就是燃烧时释放出的氯化氢，具有扑捉H、OH、自由基的功能，而变得难燃。燃烧时放出HCLCOCO2等有毒气体。烟气的危害是建筑发生火灾时造成人员重大伤亡事故的主要原因。因此，欧洲有些国家规定公共建筑不得使用PVC门窗，以免造成不必要的伤害。关于门窗的防火性能：钢门窗和铝门窗相对较好，塑料门窗和木门窗相对较差。七、关于防雷和静电问题： 铝合金是良好的导电体，故其作建筑外围结构时，采用有效的接地措施，可以作为避雷设施，并可防止静电现象产生；PVC塑料是不导电的绝缘体，当其用于高层建筑（一类防雷建筑30m以上，二类45m以上，三类60m以上）时无法解决防侧雷击问题。而且，如果未经防静电处理，则用于民用建筑时，静电的吸尘积垢难以清洗，影响外观装饰；对于工业建筑，则不能用于粉尘等易爆车间、电子或电器装配车间及计算机房等。据资料介绍，对塑料的静电消防，可在其表面涂抹含有季胺盐的防静电油剂，能吸附空气中的水份，增加导电率。但目前国内塑料门窗均未经防静电涂料等处理。八、装饰性： 塑料门窗作为建筑外窗，只能以白色为主。因为白色或浅灰色PVC型材耐候性和光照稳定性较好，不易吸热。着色PVC型材耐热、耐候性大大降低，只能适于室内使用。色彩装饰性对建筑艺术效果是至关重要的，塑料门窗单一的白色是一个巨大的缺陷，不能满足丰富多彩的各类建筑外墙装饰需要。相对而言，铝门窗有粉末喷涂、阳极氧化、电泳涂装、木纹转印处理等多种表面处理技术,其表面颜色选择余地大，有白、绿等多种颜色及木纹、花岗岩等多种表面颜色。九、老化问题： 铝合金型材经久耐用，不存在老化问题，而PVC塑料型材确实会老化。现在我国的塑料门窗基本是采用德国、奥地利的铅盐体系配方，部分企业使用美国的有机锡体系配方。国内的人工加速光老化实验表明：凡含铅盐体系的白色型材，经光老化后易着色而污染，经过1500小时光照射后，颜色显着变黄。铅盐体系价格稍低，但外观颜色和耐久性远不如有机锡稳定体系。有资料显示，德国的塑料门窗在头一年里产品的光滑表面受到风化作用会变得粗糙些，十几年后的对比照片表明PVC型材表面风化的过程。风化层厚至0.30.4mm,下面一层聚氯乙烯的分解会停止。高分子PVC树脂在紫外线作用下，大分之链断裂，使材料表面失去光泽，变色粉化，型材的机械性能下降。同类建筑门窗中钢门窗容易生锈、木门窗容易府坏，其使用年限一般都不长。十、变形与膨胀问题： 塑钢门窗易受热变形、遇冷变脆，尺寸及形状移稳定性较差，往往需要利用玻璃的刚性来防止窗框变形。所以，国外都是将塑料窗在工厂内装好玻璃后才出厂，以防保管、运输、安装过程中产生变形。而且安装时在窗框与洞口之间采用发泡塑料填充后固化的弹性体密封。但我国建筑行业施工习惯造成塑钢门窗出厂时不装玻璃，安装时采用水泥砂浆填充窗框与洞口间隙进和密封，“而PVC塑钢门窗框的热膨胀系数过远比钢、铝、水泥大，在昼夜冬夏温差变化达20700C的情况下，PVC塑钢门窗框会被“挤”得不能自由伸缩而产生变形。十一、产品重量： 塑钢门窗重量比铝合金窗轻。由于塑料型材的拉伸强度是铝型材的1/3，弹性模量是铝材的1/36，因此，塑料型材的截面尺寸和壁厚不得不设计得比铝合金型材的大，而且还要再在其型材空腔中加增强钢衬，以满足窗的抗风压强度和装配五金附件的需要。我国以欧式窗改进的塑钢门窗，型材壁厚22.5mm，型材耗量912kg/m2，按钢衬耗量是型材重量的85计，钢衬的耗量是7.6510.2kg/m2。所以塑料窗型加钢衬重量已超过铝窗型材重量4.57.5kg/m2.另外钢门窗和实木门窗一般都比较笨重。十二、生产能耗与使用能耗： 铝合金门窗和塑钢门窗单位体积型材生产能耗之比是8.8倍，但单位面积用型材的生产能耗之比是2.55倍，对于窗的使用能耗，以冬季保温条件下测得的传热系数比较，只能说是塑钢门窗的采暖保温能耗比铝合金门窗低2731。因为夏季窗的传热系数与冬季不同，不能简单地说夏季空调降温能耗效果也是如此。窗的夏季隔热性能与冬季保温性能不相同，不能简单地混为一谈。十三、型材模具费用： 从型材挤压模具开模费用来看，塑窗钢窗是铝窗的3位左右。铝合金门窗产品开发更新换代的经济性和灵活性更比塑钢门窗好。十四、产品的性能/价格比： 铝合金门窗的性能/价格比高于塑钢门窗。国外的铝合金门窗价格是塑钢门窗的1.5倍，即塑钢门窗价格比铝门窗便宜33。然而，我国的情况却正相反。一般市面上，单玻璃塑钢门窗比铝合金门窗价格高2533；中空双玻璃塑钢门窗比铝窗价格高3644，当然，这二种类型的塑钢门窗比铝合金门窗的保温性能要好，但是其它性能塑钢门窗却不如铝合金门窗好。中空双玻铝合金门窗比单玻塑钢门窗的价格高约25左右，然而，前者的保温和隔声及其它性能都好于后者，对于同类结构形式的内平开窗，在铝合金窗隔热型材中空玻璃的保温性能指标（K=2.8）达到塑钢门窗中空双玻窗水平（K=2.7）的情况下，后者的价格还比前者高约24；然而前者的高强度、高性能、优良的耐腐蚀性（喷涂漆）和装饰效果（金属质感和非金属质感等各种颜色且框、窗型框可室内、外二种色彩）、长久的使用寿命等综合性能远远好于后者。2.新型窗的结构设计2.1 框架结构(原理图) 窗户及窗台的结构由铝合金组拼用螺钉紧固组合而成。新型窗的整体结构设计采用了框架式结构，见下图：1内啮合齿轮 2齿轮套 3轴套 4轴 5圆锥齿轮 6拨叉杆 7行程开关 8手柄操作机构 9直齿圆柱齿轮 10手轮操作机构 11直性电磁铁 12电源 原理图中的部分局部放大图： 图（a） 图(b)2.2 电路设计 电路安装实物图 电路原理图电路由四个直性电磁铁，两个行程开关，及一个12V电源组成。常态下，直性电磁铁YH1，YH3的线圈得电动作。当触碰到行程开关SQ1时，直性电磁铁YH4线圈得电动作（窗户实现左右启闭）。当触碰到行程开关SQ2时，直性电磁铁YH2线圈得电动作（窗户实现上下启闭）。2.3 工作原理1、窗户上下开闭的工作过程：操控手柄操作机构8，将手柄推移至最左侧，推动上方拔叉杆左移触碰到行程开关SQ2，使滑移齿轮2（a）与内啮合齿轮1（a）相啮合，同时直性电磁铁YH2线圈得电动作（对滑移齿轮2（a）起辅助支承作用，直性电磁铁YH2与内啮合齿轮1（a）安装在同一水平线上）。此时，操作手轮操作机构10，扳出手柄，顺时针旋转手轮轴直齿圆柱齿轮轴直齿圆锥齿轮轴滑移齿轮2(a)顺时针旋转(窗户打开)。窗户打开至一定角度时,按下手柄，实现手轮10对窗户上下开启角度锁住。反之，逆时针操作手轮10窗户关闭。2、窗户左右开关的工作过程： 操控手柄操作机构8，将手柄推移至最上方，推动下方拔叉杆上移，触碰到行程开关SQ1，使滑移齿轮2（b）与内啮合齿轮1（b）相啮合。同时直性电磁铁YH4线圈得电工作（对滑移齿轮2（b）起辅助支承作用，直性电磁铁YH4与内啮合齿轮1（b）安装在同一垂直线上）。操作手轮操作机构10，拔出手柄顺时针旋转手轮，带动轴转动。滑移齿轮2（b）旋转，窗户顺时针向外打开，打开至一定角度时，按下手柄，实现手轮10对窗户左、右开启角度锁紧。反之，逆时针操作手轮10窗户关闭。注：当窗户实现上下开关时，滑移齿轮2（b）处于最下方，脱开啮合状态，直性电磁铁YH1、YH3、YH4处于失电状态；当窗户实现左右开关时，滑移齿轮2（a）出于脱开状态，直性电磁铁YH1、YH2、YH3处于失电状态；当手柄操作机构的手柄至于中间位置时，两滑移齿轮2（b）、2（a）都处于脱开状态，直性电磁铁YH2、YH4处于失电状态，YH1、YH3处于得电状态，对窗户起保护作用2.4 器件作用1、直性电磁铁：YH1、YH3:对窗户处于常态时起保护作用；YH2：对滑移齿轮2（a）实现窗户上下开闭的辅助支撑作用； YH4：对滑移齿轮2（b）实现窗户左右开闭的辅助支撑作用。2、内啮合齿轮：安装在窗户的框架上，与滑移齿轮想啮合。3、滑移齿轮：把力传递到内啮合齿轮1上，实现窗户的开闭。 4、圆锥齿轮：把轴的运动和动力传递给轴。5、轴 套：支撑各轴，承受各种载荷。6、 轴 ：传递运动和动力。7、拔叉杆：实现滑移齿轮2与内啮合齿轮1的啮合与脱离。8、手柄操作机构：控制拔叉杆的移动方向。9、行程开关：控制直性电磁铁得失电。10、手轮操作机构：把力传递给轴。11、电源：给直性电磁铁1线圈供电。2.5 转换机构简要设计2.6 手轮自锁机构设计手轮盘与轴相联接，自锁轮盘安装在窗架上，转动手柄，将力传递到各轴上带动窗户动作，实现窗户的启闭，当窗户开启到一定的程度时，压下手柄锁在自锁轮盘的空洞处。2.6 齿轮套的设计与齿轮的选择2.7 键的选择2.8 轴的设计 3、新型窗主要部件的受力分析与选材3.1轴的受力分析 3.1.1：轴的受力分析 轴的拉伸与压缩受力分析3.1.1：轴的受力分析 轴的拉伸与压缩受力分析3.1.1：轴的受力分析 轴的拉伸与压缩受力分析3.2部件的选材聚酰胺（PA，俗名：尼龙）由于它独特的低比重、高抗拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优异、具有刚柔兼备的性能而赢得人们的重视，加之其加工简便、效率高、比重轻（只有金属的1/7）、可以加工成各种制品来代替金属，广泛用于汽车及交通运输业。典型的制品有泵叶轮、风扇叶片、阀座、衬套、轴承、各种仪表板、汽车电器仪表、冷热空气调节阀等零部件，大约每辆汽车消耗尼龙制品达3.64千克。聚酰胺在汽车工业的消费比例最大，其次是电子电气。 PA塑料(尼龙)(聚酰胺)英文名称：Polyamide 比重：PA6-1.14克/立方厘米，PA66-1.15克/立方厘米，PA1010-1.05克/立方厘米， 成型收缩率：PA6-0.8-2.5%、PA66-1.5-2.2% 成型温度：220-300 干燥条件：100-110 12小时 物料性能： 坚韧，耐磨，耐油，耐水，抗酶菌，但吸水大；尼龙6弹性好，冲击强度高，吸水较大；尼龙66性能优于尼龙6,强度高，耐磨性好；尼龙610与尼龙66相似，但吸水小，刚度低；尼龙1010半透明，吸水小，耐寒性较好。 成型性能： 1结晶料，熔点较高熔融温度范围窄，热稳定性差，料温超过300度、滞留时间超过30min即分解。较易吸湿，需干燥，含水量不得超过0.3%. 2流动性好，易溢料。宜用自锁时喷嘴,并应加热。 3成型收缩范围及收缩率大，方向性明显，易发生缩孔、变形等。 4模温按塑件壁厚在20-90度范围内选取，注射压力按注射机类型、料温、塑件形状尺寸、模具浇注系统选定，成型周期按塑件壁厚选定。树脂粘度小时，注射、冷却时间应取长，并用白油作脱模剂。 5模具浇注系统的形式和尺寸，增大流道和浇口尺寸可减少缩水。 适用：适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件，传动零件，以及化工，电器，仪表等零件 结 论1.4.2.1传动轴的作用及受力分析轴类零件是内燃机车上机械传动的重要组成部分之一。东风4 型机车传动轴的作用是将柴油机输出功输送到静液压变速箱,驱动两静液压泵工作,泵出高压静液压油,同时根据油、水温度的要求,驱动和调节静液压马达工作,冷却高、低温冷却水。由此可知,传动轴所承受的主要是扭矩。该扭矩的大小一方面随柴油机转速的变化而变化,另一方面随柴油机输出功率的提高而增大,所以传动轴所受的是交变扭矩,长期使用后,必然在最薄弱的部位开始发生裂纹,如不能及时发现,裂损处出现应力集中,短时间内就会发生传动轴撕裂故障。传动轴中 空心轴和花键轴母材为40#钢和45#钢。45#钢的化学成分如表1所示。45#钢属中碳钢，碳钢的焊接性随含碳量的增加会发生明显变化。含碳量越高，工件厚度越大，则在焊接热循环作用下，近缝区产生低塑性的淬硬组织，这种脆性状态加上较大的收缩应力，会导致在近缝区产生冷裂缝1。根据国际焊接学会的碳当量公式，计算出45#钢的碳当量Ceq=0.67。一般来说，其值大于0.60 时，就具有相当高的裂纹