台式电风扇摇头装置机构设计机械设计制造及其自动化专业毕业设计毕业论文.docx
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台式电风扇摇头装置机构设计机械设计制造及其自动化专业毕业设计毕业论文
机械原理课程设计
论文题目台式电风扇摇头装置
目录1...
第1章台式电风扇摇头装置的功能与设计要求3.
1.1设计题目3...
1.2工作原理及工艺过程3..
1.3设计要求3...
1.4功能分解4...
第2章机构的选用与设计5..
2.1机构的选用5...
2.2左右摇头机构5...
2.2.1左右摇动方案一（放弃）5..
2.2.2左右摇头方案二（采用）6..
2.2上下仰俯机构6...
第3章传动比的设计8...
第4章机构尺寸设计1..0.
4.1蜗轮蜗杆尺寸设计1..0
4.1.1蜗杆尺寸参数1..0
4.1.2蜗轮尺寸参数1..1
4.2直齿圆柱齿轮尺寸参数1..1
4.2.1直齿圆柱齿轮3尺寸参数1.1
4.2.2直齿圆柱齿轮4尺寸参数1..2
4.2双摇杆机构尺寸参数1..3
第5章小结1..4.
第6章参考文献1..5.
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n＝1450r/min，电扇摇头周期t=10s，电扇摆动角度ψ＝100°、俯仰角度φ＝22°与急回系数K＝1.03。
风扇可以在一定周期下进行摆头运动，使送风面积增大。
1.2工作原理及工艺过程
1.3设计要求
⑴.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。
⑵.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。
⑶.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。
⑷.设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。
⑸.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：
图1.1运动功能图
⑴.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。
⑵.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。
⑶.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：
⑴.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。
⑵.俯仰运动的基本运动：
与水平面之间的夹角的变换。
⑶.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＝1.03、摆动角度Ψ=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）
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12
1105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
2
1
t
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
i43
经计算，当Z1=30，Z3=44时，t=10.09,相对误差10.0910100%0.9%；
10
109.91
当Z1=36，Z3=36时，t=9.91,相对误差109.91100%0.9%；
10
当Z1=30，Z3=43时，t=9.86,相对误差109.86100%1.4%；
10
109.75
当Z1=29，Z3=44时，t=9.76,相对误差109.75100%2.5%。
10
结合台式电风扇机壳尺寸大小的要求及摇动周期，选择Z1=36，Z3=36
蜗轮蜗杆机构2-1传动比
i21
Z1
Z2
3636
直齿圆柱齿轮机构4-3传动比
i43
Z3
Z4
36
2.18
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h*1
a2
径向间隙系数c*0.25齿数Z21
压力角α=20°分度圆直径d218导程角arctgZ2m3.18°d2
特性系数qd218
m
齿顶高ha2ha*2m1顶隙cc*m0.25齿根高hf2（h*f2c*）m1.25齿顶圆直径da2d22ha220齿根圆直径df2d22hf215.5轴向齿距pm3.14轴向齿厚s2p1.57
2
法向齿厚sn2s2cos1.568
4.1.2蜗轮尺寸参数
模数m=1
齿顶高系数h*1
a2
径向间隙系数c*0.25
齿数Z1=36
压力角α=20°
分度圆直径d1mZ136
螺旋角β=γ=3.18°
齿顶高ha1ha1m1
顶隙cc*m0.25
**
齿根高hf1（h*f1c*）m1.25
齿顶圆直径da1d12ha138
齿根圆直径df1d12hf133.5
齿顶圆弧半径Ra1d29
2
蜗轮蜗杆啮合中心距ad1d254
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h*1
a
径向间隙系数c*0.25
齿数Z3=36
压力角α=20
分度圆直径d3mZ345齿顶高ha3ha*m1.25顶隙cc*m0.3125齿根高hf3（hf*3c*）m1.5625齿顶圆直径da3d32ha347.5齿根圆直径df3d32hf332.875齿厚sm/21.96
齿宽em/21.96
4.2.2直齿圆柱齿轮4尺寸参数
模数m=1.25
齿顶高系数h*a1
a
径向间隙系数c*0.25
齿数Z417
压力角α=20°
分度圆直径d4mZ421.25
齿顶高ha4ham1.25顶隙cc*m0.3125
齿根高hf4（h*f4c*）m1.5625
齿顶圆直径da4d42ha423.75
齿根圆直径df4d42hf418.125齿厚sm/21.96
齿宽em/21.96
齿轮3和齿轮4的啮合中心距ad3d466.25
4.2
双摇杆机构尺寸参数
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.
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