机械原理课程设计台式电风扇摇头装置机构设计

机械原理课程设计论文题目 台式电风扇摇头装置 学 院 电子信息与机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2009级 学 号 学生姓名 指导教师 完成时间 2011 年 7 月肇庆学院教务处制 机械原理课程设计签 名 页学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日评阅教师签名： 年 月 日目录目录3第1章台式电风扇摇头装置的功能与设计要求41.1 设计题目41.2 工作原理及工艺过程41.3 设计要求41.4 功能分解5第2章机构的选用与设计72.1 机构的选用72.2左右摇头机构72.2.1 左右摇动方案一（放弃）72.2.2 左右摇头方案二 （采用）82.2 上下仰俯机构8第3章传动比的设计10第4章机构尺寸设计124.1 蜗轮蜗杆尺寸设计124.1.1 蜗杆尺寸参数124.1.2 蜗轮尺寸参数134.2 直齿圆柱齿轮尺寸参数134.2.1 直齿圆柱齿轮3尺寸参数134.2.2 直齿圆柱齿轮4尺寸参数144.2 双摇杆机构尺寸参数15第5章小结16第6章参考文献17第1章 台式电风扇摇头装置的功能与设计要求1.1 设计题目设计台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作。风扇的直径为300mm，电扇电动机转速n1450r/min，电扇摇头周期t=10s，电扇摆动角度100、俯仰角度22与急回系数K1.03。风扇可以在一定周期下进行摆头运动，使送风面积增大。执行机构11.2 工作原理及工艺过程系统执行机构2传动减速机构原动机 1.3 设计要求.电风扇摇头机构至少包括连杆机构、蜗轮蜗杆机构和齿轮传动机构三种机构。.画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟订运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现干涉。.设计连杆机构，自行确定运动规律，选择连杆机构类型，校核最大压力角。.设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。.编写设计计算说明书。1.4 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：电动机 齿轮传动 蜗轮蜗杆 曲柄 摇杆 左右摇头机构 图1.1 运动功能图.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。.风扇可利用仰俯旋钮实现上下俯仰，因此需要设计相应的俯仰机构。.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：.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。.俯仰运动的基本运动：与水平面之间的夹角的变换。.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K1.03、摆动角度=100的要求下，尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。第2章 机构的选用与设计2.1 机构的选用根据前述要求，电风扇的应作绕一点的往复摆动，且在工作周期中有急回特性。驱动方式为电机驱动，利用机械原理课程设计指导书中的表2.1与表2.2的设计目录，分别选择相应的机构，以实现这三个机构的各项功能，见下表。由于要实现大传动比，且受到电风扇机壳体积大小的限制，结合机械原理课程设计指导书第155页的附录2，减速机构可选用蜗轮蜗杆机构与直齿圆柱齿轮机构的组合机构。表2.1 电风扇摆头的机构选形功能执行机构工艺动作执行机构左右摆动连杆机构扇形往复运动齿轮机构连杆机构上下仰俯连杆机构扇形往复运动连杆机构2.2左右摇头机构为了能实现左右往复运动，在经济简单的原则下可选择双摇杆机构，实现运动方向交替交换。2.2.1 左右摇动方案一（放弃）图2.1 方案一 该方案主动件有两个，一个单独带动风扇扇片转动，另一个则为上图带箭头的飞轮做整周回转，通过连杆带动机头左右摆动。由于风扇的转动动作与摇头动作不是由同一个原动机施给的，因此，此方案中不需要用到减速机构，只需使两个原动机有不同的转动速度即可。优点：机构简单，主动件为连架杆便于计算四杆机构参数缺点：需要两个主动力即需要两个电机驱动2.2.2 左右摇头方案二 （采用）图2.2 方案二1蜗轮，2蜗杆，3、4直齿圆柱齿轮，5电动机如图所示，ABCD是以BC为连杆的双摇杆机构，因为它满足最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，故连杆BC可相对于两连架杆作整周转动。带有风扇的电动机5、齿轮3、4和蜗杆2、蜗轮1均于连架杆AB上，而蜗轮1又与连杆BC固联。电动机5转动时，一方面带动风扇转动，另一方面经齿轮传动和蜗杆传动带动连杆BC相对于连架杆AB转动，两连架杆AB、CD作往复摆动，从而使风扇轴线可在一定角度范围内摆动。此方案中，齿轮机构4-3和蜗轮蜗杆机构2-1组合作为减速机构。2.2 上下仰俯机构为了实现仰俯运动，事先计划使用凸轮机构设计仰俯机构，但由于电扇的机壳大小有限，并且凸轮只常使用在低负载的传动过程，假如当电风扇的机头被某重物压住，则很容易损坏凸轮，且凸轮制造困难，成本高，对一台普通台式风扇的设计来说，并不经济。也可以使用连杆滑块机构设计，将机壳引出杆使用一条路径导轨进行约束，来完成设想的仰俯运动。但是需要计算连杆长度以及导轨位移，如果在电动机座与立柱的连接处用两个带有扇形凸台圆盘（图2.3）在圆心处铰链联接，再加一个简易的制动机构，也同样可以手动实现电风扇的上下仰俯。 图2.3圆盘1上的扇形凸台圆心角为180-22=158（），圆盘2上为半圆形凸台。电动机座与圆盘1相连接，立柱与圆盘2相连接。圆孔内旋入仰俯旋钮。当仰俯旋钮旋紧时，两圆盘之间的磨擦力增大，仰角不变，当仰俯旋钮旋松时，两圆盘相离，可以改变仰角。第3章 传动比的设计由于在设计的左右摆头机构中，将蜗轮带动连杆进行整周回转的匀速圆周运动。当蜗轮旋转一周，电扇机壳也正好摇摆一回，得出蜗轮的转速为。选取蜗轮1，蜗杆2模数m=1，齿轮3、4的模数m=1.25。蜗轮1转速 蜗轮蜗杆机构2-1的传动比 直齿圆柱齿轮机构4-3的传动比 电动机的转速 由以上式子得， 要实现大的传动比，因此，取蜗杆，齿轮4齿数，代入上式得， 经计算，当=30，=44时，t=10.09,相对误差；当=36，=36时，t=9.91,相对误差；当=30，=43时，t=9.86,相对误差；当=29，=44时，t=9.76,相对误差。结合台式电风扇机壳尺寸大小的要求及摇动周期，选择=36，=36。蜗轮蜗杆机构2-1传动比 直齿圆柱齿轮机构4-3传动比 第4章 机构尺寸设计4.1 蜗轮蜗杆尺寸设计4.1.1 蜗杆尺寸参数模数m=1齿顶高系数径向间隙系数齿数压力角=20分度圆直径导程角3.18特性系数齿顶高顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径轴向齿距轴向齿厚法向齿厚4.1.2 蜗轮尺寸参数模数m=1齿顶高系数径向间隙系数齿数=36压力角=20分度圆直径螺旋角=3.18齿顶高顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿顶圆弧半径蜗轮蜗杆啮合中心距4.2 直齿圆柱齿轮尺寸参数4.2.1 直齿圆柱齿轮3尺寸参数模数m=1.25齿顶高系数径向间隙系数齿数=36压力角=20分度圆直径齿顶高顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿厚齿宽4.2.2 直齿圆柱齿轮4尺寸参数模数m=1.25齿顶高系数径向间隙系数齿数压力角=20分度圆直径齿顶高顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿厚齿宽齿轮3和齿轮4的啮合中心距4.2 双摇杆机构尺寸参数极位夹角=2.77图4.1 双摇杆机构根据实际情况（30CM直径的扇叶），同时经过计算，可取a=35，b=46，c=209，d=211.4。第5章 小结机械原理课程设计是一门综合性较强的学科，综合运用运动分析、力学分析、机构的选择与设计、零件设计等等各方面的知识，能够培养机械类专业学生创新能力。通过这次的课程设计，使我进一步巩固、掌握并社步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文学表达等各方面的能力进行了初步的训练，理论与实际相结合。然而，这次的课程设计更让我深感惭愧与忧虑，它让我切切实实地认识到自己知识、技能的匮乏。知识的缺乏让我在一开始的时候便遇上了障碍，对某些方面的知识的掌握不牢，使我在解决问题时花费了更多的时间与精力，使得这次的课程设计有着许多的缺陷。然而这也激励我往后要学习好更多的专业知识，培养专业能力。第6章 参考文献1 孙恒、陈作模、葛文杰.机械原理M.第七版.北京:高等教育出版社,2006.5.2 裘建新.机械原理课程设计指导书M.北京:高等教育出版社,2008.12.3 牛鸣岐、王保民、王振甫.机械原理课程设计手册M.重庆:重庆大学出版社,2011.11.