机械原理课程设计台式电风扇摇头装置.docx
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机械原理课程设计台式电风扇摇头装置
成都理工大学
机械基础训练I设计说明书
设计题目：
学生姓名：
陈朋
专业：
14级机械工程
学号：
指导教师：
刘念聪
第一章：
要求和任务
-.设计原始数据
设计台式电风扇的摇头装置，风扇的直径为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®，仰俯角度©与急回系数K的设计要求及任务分配表见下表.
表：
台式电风扇摆头机构设计数据
方案号
电扇摇摆转动
摆角®/（°
）
急回系数K
A
80
B
85
C
90
D
95
E
100
F
105
我选择方案B:
摆角为®=85°,急回系数K二。
2.设计方案提示：
常见的摇头机构有杠杆式、滑块式、揿拔式等。
本设计可采用平面连
杆机构实现。
由装在电动机主轴尾部的蜗杆带动蜗轮旋转，涡轮和小齿轮做成一体，并以四杆机构的连杆作为原动件，则机架、两个连架杆都做摆动，其中一个连架杆相对于机架的摆动即是摆头动作。
机架可取80—90mm
3.设计任务：
1.至少提出两种方案，然后进行方案分析评比，选一种方案进行设
计；
2.设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制机构运动简图。
3.编写课程设计说明书。
（用A4纸张，封面用标准格式）
4.机械传动系统和执行机构的尺寸计算。
四：
注意事项
每位同学按照课程设计后最好准备一个专用笔记本，把课程设计中查阅、摘录的资料。
初步的计算以及构思的草图都记录在案，这些资料是整理设计说明书的基本素材。
课程设计中所需知识可能超出？
机械原理？
课程课堂讲述的基本内容,同学应通过自学补充有关知识。
推荐参考资料？
机械原理课程设计手册？
邹慧君主编高等教育出版
需要上交的资料包括：
（1）设计说明书1份；（打印）
（2）设计方案草图1份；（手写）
（3机械运动方案图样（A3大小）1份，及主
要机构的运动简图、机构运动线图、机构的受力分析等。
（按照标准格式打印）
第二章：
机构的选用为完成风扇左右摆动的吹风需要实现下列运动功能要求：
在扇叶旋转的同时扇头能左右摆动一定的角度，因此，应设计左右摆动机构完成风扇摇头或不摇头的吹风过程，所以必须设计相应的离合器机构。
一、摆头机构：
1.杠杆式：
曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机。
（a）曲柄摇杆机构
（b）双曲柄机构
（c）双摇杆机构在本次课程设计中由于电动机既要做风扇的动力输出件，又要做摇头机构的动力输出件，即摇头机构的原动件要随着风扇摆动，所以选用四杆机构中的双摇杆机构作为摇头机构。
2.凸轮机构：
盘行凸轮、圆柱凸轮。
（a）盘行凸轮机构
（b）圆柱凸轮机构本次课程设计采用圆柱凸轮机构。
、传动机构
根据给定的条件电动机的转速n=1450r/min，而摆头机构的周期T=10s。
1
no=t=s=6r/min
由此可得传动机构要实现的传动比。
i=n/n0=1450/6=
可得出传动比较大。
在本期？
机械原理？
中，主要学习的传动机构是齿轮传动，不管是直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮还是直齿圆锥齿轮，其传动比都比较小，圆柱齿轮的传动比范围i=3-6，圆锥齿轮的传动比范围i=2-3而能实现较大传动比的有蜗杆蜗轮机构（图，它做减速器的传动比
范围i=5-70。
由蜗杆蜗轮与圆柱齿轮结合便可实现上述较大传动比的传动。
图、蜗杆蜗轮机构
第三章：
机构的设计
、四杆机构的设计
本次设计的四杆机构是带有整转副的双摇杆机构。
四杆机构具有整转副的条件：
①最长杆与最短杆之和w另外两杆之和;
②形成周转副的杆中必有一杆为最短杆
满足具有整转副的双摇杆机构的条件是：
1最长杆与最短杆之和W另外两杆之和;
2机架为最短杆的对边。
如图所示的机构的以构件2作为原动件的机构为具有整转副的双摇杆机构。
根据给定的数据电扇摆角①=85°，急回系数k=,根据急回特性急回系数
k=（180°+e）/（1800-e）
可得出
k-i
0=1800不=180°错误!
=
根据极位夹角e和摆角①，机架尺寸取90mm做出两极位时的机构运
动简图：
/B'AB'=850，/CDC'二由于/CDC'的值极小，近视取0.
B‘B''的中点AB=AB'，构件AB的长为Lab,构件BC的长为Lbc,构件CD的长为Lcd,则有：
850
Lbc=B‘C=CB'二LabsS——=AB
2
AC=AB
取不同的LAB的值:
LAB（mm）
LBc（mm）
AC（mm）
LcD（mm）
10
15
20
25
30
35
对上述数据进行圆整，通过Lab、Lbc、Lcd的值，在机架取90mmS寸,即LAD=90mm计算极位夹角B和风扇摆角①：
/CDC'二/ADC'-/ADC
/B'AB'二/B'AD-ZB''AD
/ADC二arcos[^ad—（LC―Lcd^―]
2Lac（LbcLcd）
ZADC'=arcos[LaD（Lbc）饪]
2LaDTLcdLbc）
ZB'AD=arcos[Lab（LbcLcd^Lad]
2LadLab
ZB''AD=arcos[LAB（Lcd—Lad]
2Ladlab
Lab（mm）
LBC（mm）
LCD（mm）
9
=C'DC''°
①二/
B'AB''°
10
7
90
15
10
89
20
89
25
17
88
30
20
87
35
86
根据上面反馈的数据，而在本次课程设计中设计的最终目的是达
到风扇左右摆动角度①，而急回特性次之，因此选用设计的数据组是
LAD=20mmLbc=、LcD=89mm/①二和=。
根据以上数据绘制机构运动
简
为满足机构的左右摆动，设计如下结构的圆柱凸轮机构:
长。
在此选择R=20mm
圆柱凸轮机构摆动到两极限时的机构运动简图：
通过两极限位置画出其简化位置图如下，便于计算机构的各构件长。
根据几何图形得到其关系图：
h为凸轮的行程，/B‘AB'=850
/B‘AC=/B''AC=
Lab=
2sin
2
42.5
zADB=arcsin（Lad
Lcc=（LadcosADB）2（hsin21.25
取不同的h的值，得到各构件不同的长度：
h（mm）
Lab（mm）
/ADB）（0）
「（mm）
10
15
20
25
30
35
40
从上面数据表中选取h=25mmLab=丄cd=，对其数据进行圆整h=25mm
LAB=35mm,L=87mm
三、传动机构的设计：
此设计中采用蜗杆蜗轮和齿轮传动，其机构运动简图：
由于风扇的摆动的周期T=10s，可得出齿轮4的转速n4=s=6r/min,由
于电风扇电动机的转速n=1450r/min，所以蜗杆1的转速m=1450r/min，
由此可得出其传动比：
n^i1450r/min
I14==
n46r/min
.Z2Z4
14==0
Z1Z3
为便于制造蜗杆采用单头蜗杆，即乙=1，为了让机构的结构更紧凑齿轮的尺寸越小越好，为达到传动比只有Z3取得越小才能使得乙、Zi越小，机构的尺寸才越小，但为让其不发生根切Z3>17,取不同的乙的值：
17
19
18
4350
20
21
5075
22
由于Z2、乙为齿数，所以Z2?
乙为整数，，因此取乙=18为佳，由于单头蜗杆蜗轮蜗轮的的齿数Z的取值范围为5-70,Z3=18时，得出Z2?
乙=4350,取不同的乙、乙的值：
64
58
75
62
56
60
54
根据上面数据，取乙=58、Z4=75
蜗杆与蜗轮转动比的取值范围5-70，圆柱齿轮的传动比的取值范围
3-6，由齿数得其齿轮啮合的传动比：
i12=^=58=58
乙1
75
18
一乙
34—乙
其传动比在其取值范围之内
模数的选择：
模数的选择原则：
①优先选择第一系列，其次选择第二系列，尽可能的不用括号内模数；②若没有计算出来的模数，选出来的模数就大不就小。
模数标准系列（GB/T—2008）
第一
系列
1
2
3
4
5
6
8
10
12
16
20
25
32
第二
系列
7
9
11
14
18
22
28
蜗杆模数系列表
第一
1
2
4
5
系列
6
8
10
16
20
25
第二
3
6
7
12
系列
14
蜗杆蜗轮正确啮合的条件：
①、m—m，i2，i2:
②、两者螺
旋线的旋向相同。
杆压力角i2—200,选其螺旋角i
2—150（蜗杆蜗轮螺旋角的取值范
围50-200）。
而在模数为时，蜗杆的分度圆选择di=20mm圆柱齿轮的压力
角选择标准压力角34=200。
齿轮尺寸参数表:
名称
蜗杆1
蜗轮2
齿轮3
齿轮4
齿数Z
乙=1
Z2=58
Za=18
Z4=75
压力角
200
200
200
200
模数
m1=
m2=
m3=1
m4=1
分度圆直径
d1=20mm
d2=m2?
乙=
d3=m3?
Z3=18mm
?
z
d4=m3•4=75mm
基圆直径
db2=d〔cos
db3=d3COS
db4=d4cos
齿顶咼系数ha
1
1
1
1
顶隙系数c*
标准中心距
a=d1+d2=
a=d3+d4=93mm
第四章：
机构的运动分析
、四杆机构的运动分析:
分析任意时刻的速度和加速度：
令杆AB的角速度为AB,杆CD的角速度CD,杆BC的角速度为
—*■►I
W=VB+VCB
大小：
？
？
V
方向：
丄CD丄AB丄BC
3
Vcbb=•Lbc=sx=x10m/s
根据上面关系画出速度矢量关系:
选择比例尺“=需=洛
3
VC=xi/2s=x10-m/s
VB=xi/2s=x10-3m/s
_VB_14.2510-3m/s_
AB===s
Lab20mm
cD=Vl=7.30心讪鼻
LCD89mm
加速度分析:
由于杆BC做匀速圆周运动，所以BC的角加速度bc=0，即aBc=O
aC
+
aC
■
=aB+
nn
aB+aCB
大小：
?
V
?
VV
方向：
丄CDC
—D
丄ABB
—AC—B
n.
Vc2
（7.3
103m/s）2
2
a。
-
=s
Lcd
89mm
an-aB-
-V；=
（14.
25103m/s）2
=x10-3m/s2
Lab
13.5mm
n
aCB:
=VB
（1•:
35103m/s）2
=x10-3m/s2
Lbc
13.5mm
选择比例尺卩=需=1/10$2
其加速度矢量关系图：
aC=x1/10s2=x10-3m/s2
a；二x1/10s2=x10-3m/s2
、圆柱凸轮机构运动分析:
aB1.504103m/s22
—D——C
AB=—=S
Lab13.5mm
aC1.256103m/s22
CD——=S
Lcd89mm
其任意时刻的速度加速度分析
V=2h=225mm=5X10-3m/s
T10s
VBc=^R=23.1420mm=X10-3m/s
T10s
Vb—Vc+Vbc
大小？
方向丄AB丄CD?
VB—X1/2s—X10-3m/s
_VB_3.7510-3m/s_
ab———s
LaB35mm
cd—Vl—510-3m/s—s
Lcd87mm
第五章：
方案的确定
一、比较两种方案并选取方案：
结构上：
四杆机构结构简单，只需要满足机构的力学即可，对于加工要求低；圆柱凸轮机构结构较复杂，对加工要求较高，加工比较复杂。
运动上：
四杆机构能够基本满足风扇摆头的运动规律，其原动件为连
杆，不会出现死点位置；而圆柱凸轮机构的急回特性相对于四杆机构较差。
机械效率上：
四杆机构的四个连杆质量较轻，原动件可直接与传动机构的齿轮焊接，在传动中这一级传动基本没有能量损失；而圆柱凸轮机构的圆柱凸轮质量较重，其原动件只能与传动机构的输出齿轮同轴，使其对能量的消耗增加，机械效率相对较低。
经过以上对比，我选用方案一（双摇杆机构）。
二、机构简图：
总结
机械原理课程设计结束了，回望这几天时间学习，自己学到了不少。
在真正开始设计这个电风扇摇头装置之前，自己也曾经有过很多想法和方案，有的很简单，有的很复杂。
在这么多方案中选择两种较好的，确实要考虑很多东西。
平时学到的机械原理知识还是有限，在抉择中有点头大。
但是通过上网和去图书馆查资料，确定了本次设计的方案。
当然此次设计还有很多不足和需待改进的地方。
这次课程设计，是将本学期《机械原理》这门课程中所学的知识综合运用到实际中某一具体实例中，另外对于机械设计也有了的认识和实践经验。
这次课程设计，从最初的毫无头绪到逐渐做出雏形，然后进一步改进。
虽然总共用了几天的时间，但在这整个设计过程中，自己在实践中摸索成
长，在理论中分析探讨，更加清晰地认识到只有灵活地掌握好理论知识，在实际应用中才能够得心应手，才能真正将理论用于实践，从中学到更多的知识和技能。
在具体实践时，往往会遇到很多事先没预测到的困惑，这成为我们完成设计的一大障碍，但最终还是通过求教和自己摸索中解决了。
从这些过程中学会了运用自己所学的知识用于实践生活中，锻炼了自己遇到问题，分析问题，解决问题的能力。
参考文献
[1]曾小慧,王玉丹.机械原理课程设计指导书[M].武汉:
中国地质大学2012
[2]孙恒,陈作模.机械原理（第八版）[M].北京:
高等教育出版社,2013
[3]杨可桢，程光藴，李仲生.机械设计基础（第六版）[M].北京:
高等教育出版社,
2013
[4]陆凤仪.机械原理课程设计（第二版）[M].北京:
机械工业出版社,2011
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