防风自动窗

　　因为高原气候多变，经常突然刮风、下雨，从而造成一定的财产损失和生活不便。通过利用所学的物理知识和平时生活当中积累的一些机械知识设计一种在起风时，打开的窗户能自动关闭的装置——防风自动窗(图1)。
　　防风自动窗主要由以下几个部分组成：
　　(1)推拉式玻璃窗；
　　(2)220V交流电机；
　　(3)动力传动箱；
　　(4)电机控制箱；
　　(5)可调节风动开关。
　　
　　一、推拉式玻璃窗
　　
　　椎拉式玻璃窗是目前主要的玻璃窗形式之一。窗框材料主要有铝合金、塑钢。窗框有足够的强度，仅需要加装齿条和行程开关即可(图2)。
　　
　　
　　
　　二、220V交流电动机
　　
　　220V交流电动机是利用家用电源的220V市电。将电能转化为机械能的装置，一般市场花40元就可买到。
　　
　　三、动力传动箱
　　
　　动力传动箱是将电动机的动力经过能量转换后，将电能转化为推动玻璃窗窗扇沿着滑轨运动的动能(图3)。
　　动力传动箱是能量传递的核心。它将交流电动机的旋转运动转换为能够推动窗扇运动的直线运动。交流电动机的旋转轴通过联轴器连接一套蜗杆、蜗轮机构，再带动一套齿轮、齿条机构。齿轮旋转带动固定在推拉式窗扇上的齿条，实现窗扇的开启和关闭(图4)。
　　蜗杆、蜗轮机构起到降速和增力作用，通过1：100蜗杆、蜗轮传动后，传递到齿轮上的旋转速度降低了100倍，而力却增加了100倍。齿轮、齿条机构的作用是将旋转运动转化为直线运动。选择合理的齿轮齿数，就能保证窗户窗扇的平稳移动。
　　
　　四、电机控制箱
　　
　　电机控制箱主要是控制电动机的正反转实现窗户的开启和关闭(图5)。电动机的直接利用家用电源的220V，控制部分的电压通过一个变压器将家用电源上的200V降为24V的安全电压。
　　电器部分的设计首先有一套风动开关，窗户开启和关闭到位后由行程开关发出指令系统断电：有手动打开和关闭窗户的按钮；电机正反转由中间继电器控制。
　　
　　
　　
　　五、风动开关
　　
　　风动开关是整个装置_的关键。当风力达到一定强度后可以接通电源开关，使电机旋转。弹簧具有一定的强度和柔性，通过实验，在一个较长弹簧的顶端安放一只乒乓球，弹簧就可在任意方向摆动。利用这个特性，只要将这个弹簧套人一个铜环中。弹簧摆动后就可以和铜环接触，这样就可以组成一个开关(图6)。
　　风动开关(图7)主要由弹簧、支座、铜环和隔离环等零件组成。图7中，弹簧和铜环都固定在装在支座上部的尼龙隔离环上，在弹簧顶部装有轻型球(乒乓球)。起风时球体带动弹簧摆动，弹簧外圆和铜环接触，形成电流回路，给中间继电器信号，使中间继电器吸合，电机启动带动机械系统关闭窗户。在窗户关闭或打开到位时，南装在窗户两边行程开关发出信号，指示电机停止。
　　具体多大风时让窗户关闭，用调整装在尼龙隔离环上铜环的高低位置来达到要求。
　　通过实物样品的制作和实验，完全达到当初预想的效果。在平时生活中通过操作系统面板上的按钮，可以控制窗户的开启和关闭。因蜗轮蜗杆传动利用它的自锁性能可以起到防盗作用。
　　该装置还有进一步提高的可能，例如采用光、声控开关，并添加晾衣架，在自动关窗前收回晾衣架等