机械原理课程设计台式电风扇的摇头装置

目录1 台式电风扇摇头装置的功能与设计要求 31.1 工作原理及工艺过程31.2 功能分解31.3 原始数据及设计要求31.3.1原始数据 31.3.2设计要求 31.4 设计任务32 执行机构的设计 42.1 （方案 I） 42.2 （方案 U） 42.3 （方案川） 52.4 （方案 W） 63 执行机构的辅助构件设计 63.1滑销控制机构（方案I） 63.2齿轮控制机构（方案 U）4. 减速机构的设计 74.1蜗杆减速机构（方案I） 74.2锥齿轮减速机构（方案 U） 74.3行星轮系减速机构（方案川） 75. 方案的确定 85.1 原动机的选择 85.2 传动方案确定 85.3 有关参数及相关计算 85.3.1 相关计算 85.3.2 传动构件的尺寸确定86 尺寸与运动综合 96.1 执行机构尺寸设计 96.2验算曲柄存在条件即最小传动角106.2.1 曲柄存在条件 1 06.2.2 最小传动角验算-7 系统总图 118.总体评价 118.1 课题总结118.2 存在问题12参考文献 121 台式电风扇摇头装置的功能与设计要求1.1 工作原理及工艺过程1.2 功能分解电风扇的工作原理是将电风扇的送风区域进行周期性变换， 达到增大送风区域的目的 显然，为了完成电风扇的摆头动作，需实现下列运动功能要求：（1）风扇需要按运动规律做左右摆动，因此需要设计相应的摆动机构。（2）风扇需要转换传动轴线和改变转速，因此需要设计相应的齿轮系机构。对这两个机构的运动功能作进一步分析，可知它们分别应该实现下列基本运动：（3）左右摆动有三个基本运动：运动轴线变换、传动比降低和周期性摆动。4）转换运动轴线和改变传动比有一个基本动作：运动轴线变换。此外，还要满足传动性能要求：改变电风扇的送风区域时，在急回系数K = 1.015摆动角度 （=85的要求下，尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。运动功能图1.3 原始数据及设计要求1.3.1 原始数据风扇直径为（300mm,电扇电动机转速n=1450r/min,电扇摇头周期T=10s。电扇摆动角度W =85与急回系数 k=1.015。1.3.2 设计要求设计台式电风扇的摇头装置要求能按给定的急回系数和摆角左右摆动，以实现一个动 力下扇 叶旋转和摇头动作的联合运动。1.4 设计任务1 按给定主要参数，拟定机械传动系统总体方案。2 画机构运动简图。3. 分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定他们的基本参数，设计计算几何尺寸。4 解析法确定平面连杆机构的运动学尺寸，它应满足摆角屮及形成速比系数k。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。并验算曲柄存在条件，验算最小传动 角（最 大压力角）。5.提出调节摆角的结构方案，并进行分析计算。6 编写设计说明书7进一步完成台式电风扇摇头机构的计算机动态演示验证。2 执行机构的设计2.1 （方案 I）通过构件 2对构件 3做相对的圆周转动使构件 3摆动，从而实现电风扇的摇头动作，如图 1。图1图 1 方案立体图2.2 （方案 U）当圆柱凸轮回转时，凹槽侧面迫使构件 2 摆动，从而实现电风扇的摇头功能，如图 2图22.3 （方案川） 当圆盘回转时，凹槽带动槽轮使导杆摆动，从而实现电风扇的摇头功能，如图 3图32.4 （方案 W）4。在曲柄2回转的过程中，杆 1实现摆动，从而产生使电风扇摇头的功能，如图由以上四个方案可以看出：方案二、三、四的机构都很难难制造且精度要求高，制造成本也相对要高。传动机构也相对比较复杂，且齿轮数目太多，制造起来麻烦。方案一结 构更简单，成 本相对较低。方案三和方案四相似，结构复杂制造成本太高较二还高。因此 不难看出，方案一相 对较好。所以摇头机构选择方案一。3. 执行机构的辅助构件设计3.1滑销控制机构（方案 I）通过滑销和锥齿轮卡和以实现是否摇头的运动。当滑销下滑实现摇头，上提则停止摇头，如 图 5 。图53.2齿轮控制机构（方案 U）通过两个直齿轮的啮合与否来控制是否摇头，两个齿轮啮合时电风扇摇头、不啮合时就不摇 头，从而实现了是否摇头的控制，如图 6。图64. 减速机构的设计4.1蜗杆减速机构（方案I）如图74.2锥齿轮减速机构（方案 U ）如图 8图84.3 行星轮系减速机构（方案川）如图 9图95. 方案的确定5.1 原动机的选择笼式三相异步电动机，使用三相交流电、转速与旋转磁场转速不同，可以进行几档变 速。 而且笼式电动机的具有简单、体积小、易维护、价格低、寿命长连续运动特性好、转 速受负载 转矩波动的影响小和硬机械特性等优点。这些特性能够满足台式电风扇摇头装置 的工作特性， 所以选择笼式三相异步电动机作为原动机。5.2 传动方案确定d 综合考虑后得出以下传动方案：在电动机主轴尾部连接蜗轮蜗杆速机构以实现减速， 蜗轮 在与小齿轮连成一体，小齿轮带动大齿轮，大齿轮与铰链四杆机构的连杆做成一体， 并以 铰链 四杆机构的连杆为原动件，则机架、两个连架杆都做摆动，其中一个连架杆相 对机架的摆动即 是摇头动作。扇叶直接接到原动机上，既可以实现电风扇的功能。5.3 有关参数及相关计算5.3.1 相关计算电动机转速r=1450r/min摇头周期T=10s总的传动比n= 2r/60二卒，蜗杆头2 / T 3小齿轮齿数Z3与大齿轮齿数乙的确定由n12= AA = 62 =62；数Z=1，蜗轮的齿数z2=62,Z4nt 725n 34 = Z3 ；n=ni2 xn 34 ；贝才 n34186。则取 Z3 =18；Z4 =70。5.3.2传动构件的尺寸确定查阅相关资料后取:渐开线圆柱齿轮基本参数取齿轮的齿数分别为Z3=18, Z4=70。模数m=1.25, h*=1, c*=0.25 (h *为齿顶高系数，c*为顶隙系数)，压力角a =200分度圆直径 a* * a* *d3=m z3=1.25x18=22.5 (mm);33d4=m Z4=1.25x70=87.5 ( mm)齿顶高 ha= ha*m=m=1.25mm。a a*齿根高 hf= ( ha*+ c*) m= (1+0.25) x1.25=2.8125(mm)。f a* *齿全高 h=ha+hf=1.25+2.8125=4.0625 (mm)。af齿顶圆直径 da3= d3+2ha=22.5+2x1.25=25 (mm);a3 3 ad = d +2h =87.5+2x1.25=90 ( mm)。a4 4 a齿根圆直径 df3= d3-2hf=22.5-2x2.8125=16.875( mm);f3 3 fdf4= d4-2 hf=87.5-2x2.8125=81.875(mm)。基圆直径 db3= dscosa =22.5xcos0=21.14 (mm);b3 sd = d cosa =87.5x cos2=B2.22 (mm)。b4 4齿距(mm)齿厚 s= n m/2=1.96 mm)。齿槽宽 e= n m/2=1.96 mm)。中心距 a= (d3+ d4) /2=55mm。34顶隙 c= c*(mm)。普通圆柱蜗杆传动几何尺寸计算查表取得：中心距 a取 40mm, i=62, m=1, d=18,乙 1,乙=62, X2=0.0000, 丫 =。304八,hi乙=22/ a=1 , c =0.25。齿形角a =2b( ZA型)。蜗轮变为系数 X2=0.0000b蜗杆轴向齿距 px= mn=3.14mm。x蜗杆齿顶高 ha1= ha*m=1mm。顶隙 c= c*m=0.25mm。蜗杆齿根高 hfi= ( ha*+ c*) m=1.25mm。fia* *蜗杆齿高hi=hai+hfi=2.25mm。i ai fi蜗杆齿宽 bi 取 19.5mm= 蜗轮分度圆直径 d2=m Z2=62mm。蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2hf2=59.5mm。 蜗轮齿顶高ha2=m (ha*+ X2)=1mm。a2 a* 2蜗轮齿根高hf2=m (ha*- X2+ c*)=1.25mmf2 a* 2 *蜗轮齿高h2= ha2+hf2=2.25mm。蜗轮齿顶圆弧半径 R = d /2-m=8mm。a2 i蜗杆轴向齿厚 Sd= Px/2=1.57mm。x蜗杆法向齿厚Sn1= Sx1COSY1.568mm。I I Izx I蜗杆节圆直径 d/=d1+2x2m=18mm。蜗轮节圆直径 d2/ =d2=62mm。6. 尺寸与运动综合6.1 执行机构尺寸设计设计与计算由急回系数K计算极位夹角。由式=180匕，其中K=1.015;得=1.34。K 1(2) 选定比例尺卩按已知条件画出摇杆BC的两个极限位置C1D和C2D，连C1,C2两点，以C1为直角顶做/ C2C1M5O,再做/ C1CN=85o,C1M与C2N交于P点，以PC2为直径做厶C1C2的外接圆。在此圆上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心，连接AC1和AC2因同一圆弧的圆周角相等，故/C1AC2=Z C1PC2 令 AB=a,BC=b,CD=c,DA=d则AC1 =b-a,AC2=b+a。图一(总体示意图)图二(局部图)(3) 上图四杆机构若取AD为机架则为曲柄摇杆机构，而电风扇的摇头四杆机构是要 是双摇杆机构，所以取以CD为机架的倒置四杆机构。(4) 计算各杆的实际长度。分别量取图中 AB 、B2C2、C1D、AD 的长度，计算得a= (1 AB1=0.6 卩，b= (i B2C2=1.94 卩，c= (i C2D=卩，d仏 GAD =2im2n)i。因为本设计使用曲柄连杆机构的倒置机构(即双摇杆机构)，所以取杆CD为机架。则取d=88mm，即卩 1=8。所以：a=7477mm, b=81.62mm, c=88mm， d=112.09=6.2验算曲柄存在条件即最小传动角6.2.1 曲柄存在条件(1)由上图可知A为整转副，则以A为圆心a为半径的圆上各点都能与B构成整转若ad,由式可得：a+b c+或a+c b+d，又由式可得：a b,aw(c；若dWa,由式可得：d+b a,+c a+d,又由式可得da,db,d c。(2)由以上各式可得曲柄存在条件：组成该转动副的两个构件中必有一个构件为最短 构 件，且四杆机构的长度满足杆长之和条件。6.2.2 最小传动角验算cos&in=b2+c2-(d-a)2/2bc= 0906 贝 U 渝=82.460；cos&ax=b2+c2-(d+a)2/2bc=-1428 贝 U溢=126.340；则传动角 的范围为(5366Q 82.46(),符合聞40o的条件。7. 系统总图台式电风扇摇头系统结构简图8. 总体评价8.1 课题总结通过这次课程设计,让我对机械原理这门课程有了更深入的了解,对以前不熟悉的环 节 理解。虽然在设计的过程中遇到了好多麻烦,但是经过自己认真的思考和查阅资料,以 及和 同学一起讨论最终把问题都解决了。这次设计给我一个感受,学习的过程中要懂得把 所学的 学得了好多，同时认识到理论联系实际的重要性，不仅加深了我对课程的理解程度而且也 激起了 我学习的兴趣。机械原理课程设计是使我们较全面系统的掌握和深化机械原理课程 的基本原理和 方法的重要环节，是培养我们机械运动方案设计创新设计和应用计算机对工 程实际中各种机构进 行分析和设计能力的一门课程。经过这几天的设计，让我初步了解了机械设计的全过程，可以初步的进行机构选型组合和确 定运动方案；使我将机械原理课程各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和 加深了所学的 理论知识；并对动力分析与设计有了一个较完整的概念；提高了运算绘图遗 迹运用计算机和技术 资料的能力；培养了我们学生综合运用所学知识，理论联系实际，独 立思考与分析问题的能力和 创新能力。机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作确定、执行机构选择、机 械运动方案评定、机构尺寸综合、机械运动方案设计等，使我们学生通过一台机器 的完整的运动 方案设计过程，进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分 析、运算、绘图、文 字表达及技术资料查询等诸方面的独立工作能力进行初步的训练，培 养理论与实际相结合、应用 计算机完成机构分析和设计的能力，更为重要的是培养开发和 创新能力。机械原理课程设计在机 械类学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用8.2存在问题通过这次设计，让我认识到自己掌握的知识还很缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是 如此的不足，在以后的学习中要加以改进。同时也充分认识到理论是实际的差别， 只有理论联系 实际，才能更好的提高自己的综合能力。以后在学习中要多注意这次设计中 所遇到的问题，并及 时的改正。自己的知识仍然很有限，要多学习知识，提高自己。参考文献1 郑文纬、吴克坚主编机械原理（第七版）北京：高等教育出版社，1956年10月.2 孟宪源、姜琪主编.机构构型与应用.北京：机械工业出版社， 2003年.3 申永胜主编.机械原理教程（第二版） .北京：清华大学出版社， 1999年.4牛鸣歧，王保民，王振甫机械原理课程设计手册重庆：重庆大学出版社，2001年11 月.5 徐灏主编.机械设计手册（第二版） 北京：机械工业出版社， 2003年3月.6 吴宗泽主编.机械设计使用手册.北京：化学工业出版社， 1999年1月（2001年重印） .