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1、臺式電風(fēng)扇搖頭裝置 組長 ： 凸輪機構(gòu)的設(shè)計組員 ： 對機構(gòu)的合理改進 ： 對各種機構(gòu)的分析 ： 傳動方案的優(yōu)化確定 ： CAD制圖 指導(dǎo)老師： 機械原理課程設(shè)計任務(wù)書 一、設(shè)計題目 臺式電風(fēng)扇搖頭裝置二、工作原理及工藝動作過程：電風(fēng)扇的工作原理是將電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域進行周期性變換，達到增大送風(fēng)區(qū)域的目的。顯然，為了完成電風(fēng)扇的擺頭動作，需實現(xiàn)下列運動功能要求： .風(fēng)扇需要按運動規(guī)律做左右擺動，因此需要設(shè)計相應(yīng)的擺動機構(gòu)。.風(fēng)扇需要轉(zhuǎn)換傳動軸線和改變轉(zhuǎn)速，因此需要設(shè)計相應(yīng)的齒輪系機構(gòu)。此外，還要滿足傳動性能要求 三、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求：設(shè)計臺式電風(fēng)扇的搖頭機構(gòu)，風(fēng)扇的直徑為300mm，電扇電動機

2、轉(zhuǎn)速n=1450r/min，電扇搖頭周期T=10s。電扇擺動角度與急回系數(shù)k的設(shè)計要求及任務(wù)分配見表1。 四、設(shè)計方案提示 常見的搖頭機構(gòu)有杠桿式、滑板式等。本設(shè)計可采用平面連桿機構(gòu)實現(xiàn)。由裝在電動機主軸尾部的蝸桿帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪和小齒輪做成一體，小齒輪帶動大齒輪，大齒輪與鉸鏈四桿機構(gòu)的連桿做成一體，并以鉸鏈四桿機構(gòu)的連桿作為原動件，則機架、兩個連架桿都作擺動，其中一個連架桿相對于機架的擺動即是搖頭動作。機架可取8090mm。 五、設(shè)計的主要任務(wù)1.按給定主要參數(shù)，擬定機械傳動系統(tǒng)總體方案。2.畫出機構(gòu)運動方案簡圖。3. 分配蝸輪蝸桿、齒輪傳動比，確定它們的基本參數(shù)，設(shè)計計算幾何尺寸。4.

3、解析法確定平面連桿機構(gòu)的運動學(xué)尺寸，它應(yīng)滿足擺角及行程速比系數(shù) k。并對平面連桿機構(gòu)進行運動分析，繪制運動線圖。驗算曲柄存在條件，驗算最小傳動角（最大壓力角）。5.提出調(diào)節(jié)擺角的結(jié)構(gòu)方案，并進行分析計算。6.編寫設(shè)計計算說明書。7.學(xué)生可進一步完成臺式電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)的計算機動態(tài)演示驗證。 摘要 在當(dāng)今社會，市場愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、效率高、能耗低的機械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、市場競爭能力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計。機械產(chǎn)品設(shè)計中，首要任務(wù)是進行機械運動方案的設(shè)計和構(gòu)思、各種傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計。我們組的設(shè)計題目是臺式電風(fēng)扇搖頭裝置，該裝置可增大受風(fēng)面積。通過

4、合理的設(shè)計可以降低生產(chǎn)成本，提高風(fēng)扇效率，符合低碳環(huán)保的原則和可持與發(fā)展戰(zhàn)略。通過對設(shè)計任務(wù)的討論分析，功能上要求完成左右搖擺和轉(zhuǎn)換傳動軸線和改變轉(zhuǎn)速運動。要完成這些功能需要有減速裝置、輪軸轉(zhuǎn)換、搖頭裝置。針對這些裝置我們選用了幾種機構(gòu)并經(jīng)過分析，設(shè)計了四種方案，經(jīng)過仔細的分析評價，最后選擇了最合適的方案。 功能分解 電風(fēng)扇的工作原理是將電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域進行周期性變換，達到增大送風(fēng)區(qū)域的目的。顯然，為了完成電風(fēng)扇的擺頭動作，需實現(xiàn)下列運動功能要求：1）風(fēng)扇需要按運動規(guī)律做左右或上下擺動，因此需要設(shè)計相應(yīng)的擺動機構(gòu)。2）風(fēng)扇需要轉(zhuǎn)換傳動軸線和改變轉(zhuǎn)速，因此需要設(shè)計相應(yīng)的機構(gòu)。對這兩個機構(gòu)的運動功

5、能作進一步分析，可知它們分別應(yīng)該實現(xiàn)下列基本運動： 左右擺動有三個基本運動：運動軸線變換、傳動比降低和周期性擺動。轉(zhuǎn)換運動軸線和改變傳動比有一個基本動作：運動軸線變換。此外，還要滿足傳動性能要求：改變電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域時，在急回系數(shù) K擺動角度的要求下，盡量保持運動的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換和減小機構(gòu)間的摩擦。運動功能圖 運動循環(huán)圖 機構(gòu)選用 臺式電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)常見的有杠桿式、滑板式等，在這里我們組選用的是杠桿式。要完成左右擺動需要完成運動軸線變換、傳動比降低和搖頭周期性擺動?？梢苑謩e選用以下機構(gòu)。傳動軸線變換可以選用蝸桿蝸輪、錐齒輪等；減速機構(gòu)可以選用小齒輪帶動大齒輪組減速、渦輪蝸桿減速等；風(fēng)扇搖擺轉(zhuǎn)動可采用

6、平面連桿和凸輪機構(gòu)實現(xiàn)。 減速機構(gòu)選用 齒輪組減速 渦輪蝸桿 齒輪組齒輪組機構(gòu)是最常見的減速機構(gòu)，但是考慮到傳動的傳動比過大且風(fēng) 扇頭尺處的限制，我們選擇了內(nèi)嚙合齒輪。還可以用帶傳動和鏈傳動來減速，但由于風(fēng)扇尺寸限制均舍棄。 減速機構(gòu)選用齒輪組減速齒輪組機構(gòu)是最常見的減速機構(gòu)，但是考慮到傳動的傳動比過大且風(fēng) 扇頭尺處的限制，我們選擇了內(nèi)嚙合齒輪。還可以用帶傳動和鏈傳動來減速，但由于風(fēng)扇尺寸限制均舍棄。 傳動軸線變換選用蝸輪蝸桿機構(gòu) 蝸輪蝸桿機構(gòu) 圓錐齒輪傳動 直齒圓錐齒輪傳動 搖頭機構(gòu)的選用在這里我們選用杠桿式來作搖頭機構(gòu) 四連桿機構(gòu) 四桿機構(gòu) 凸輪機構(gòu) 凸輪機構(gòu) 實現(xiàn)杠桿機構(gòu)可用以下兩種 機

7、械運動方案的選擇和評定 方案1 該機構(gòu)通過齒輪嚙合達到減速的目的，然后由渦輪蝸桿實現(xiàn)轉(zhuǎn)動的方向改變的目的，由四連桿機構(gòu)組成雙搖桿機構(gòu)實現(xiàn)風(fēng)扇頭的擺動。此方案的優(yōu)點是渦輪蝸桿機構(gòu)的傳遞準(zhǔn)確性高，連桿機構(gòu)制造簡單成本低，齒輪傳動平穩(wěn)；缺點是渦輪蝸桿傳遞力的能力差，發(fā)熱量比較大,常用較貴的減摩耐磨材料來制造蝸輪，成本較高。該設(shè)計方案采用了齒輪箱來減小輸出速度，蝸輪蝸桿來實現(xiàn)減速和傳動軸的變換。 方案2 當(dāng)偏心圓盤凸輪回轉(zhuǎn)時，凹槽側(cè)面迫使構(gòu)件6擺動，從而實現(xiàn)電風(fēng)扇的搖頭功能 該機構(gòu)通過三級減速，由凸輪的形狀性質(zhì)實現(xiàn)風(fēng)扇頭的擺動規(guī)律。此方案繼承了方案一的傳動優(yōu)點，傳動準(zhǔn)確，風(fēng)扇頭的擺動角度可以調(diào)節(jié)，傳動

8、平穩(wěn)，擺頭在極限位置沒有速度的突變，占用的空間較小；而且也改良了凸輪獨特性的缺點，缺點是渦輪蝸桿的發(fā)熱量較大擺動從動件偏心圓盤凸輪機構(gòu)示意圖 整體簡圖 方案三該方案直接由主電動機單齒箱驅(qū)動，實現(xiàn)上下和左右擺頭，這時主電動機跟隨一級轉(zhuǎn)動副擺動，但對于傳統(tǒng)設(shè)計，同一動力用于驅(qū)動另一組轉(zhuǎn)動副時，動力傳動機構(gòu)的傳動距離一般為中心距必然作周期性的變化，無法直接采用傳統(tǒng)成熟的機構(gòu)。但方案有效克服了立體送風(fēng)電風(fēng)扇傳動機構(gòu)設(shè)計上的缺陷，使結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低，維修保養(yǎng)方便。缺點是結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在小尺寸內(nèi)不宜設(shè)計 方案4 方案4跟方案一一樣，通過連桿裝置實現(xiàn)搖頭運動 該機構(gòu)擯棄了渦輪蝸桿發(fā)熱量大，傳遞力效果差的

9、缺點，用圓錐齒輪代替，缺點是圓錐齒輪造價成本相對較高 由以上四個方案可以看出：方案一、四的機構(gòu)相對于方案二、三功能過于簡單，在考慮適當(dāng)創(chuàng)新的前提下，不宜采用。但是方案三太過于復(fù)雜，對運動路徑的分析也很困難，所以方案二結(jié)構(gòu)相對簡單，成本相對較低且能達到預(yù)期的運動要求，由于電風(fēng)扇的傳遞力的要求不是很大，因此渦輪蝸桿機構(gòu)，和凸輪機構(gòu)適合設(shè)計要求，而且通過對凸輪機構(gòu)的改良，有了很好的發(fā)揮空間，因此方案二相對較好。綜合考慮搖頭機構(gòu)選擇方案二。 原動機的選擇 籠式三相異步電動機，使用三相交流電、轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不同，可以進行幾檔變速。而且籠式電動機的具有簡單、體積小、易維護、價格低、壽命長連續(xù)運動特性好

10、、轉(zhuǎn)速受負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動的影響小和硬機械特性等優(yōu)點。這些特性能夠滿足臺式電風(fēng)扇搖頭裝置的工作特性，所以選擇籠式三相異步電動機作為原動機 傳動方案的設(shè)計 在擺動機構(gòu)中，蝸輪帶動連桿做勻速圓周運動，當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)一周時電扇擺動一個周期。由于電扇電動機轉(zhuǎn)速n1450r/min，而電扇搖頭周期t=10s即擺動周期為6 r/min，則傳動比.而蝸輪蝸桿的傳動比（蝸桿帶動蝸輪）不宜太大，不然對機構(gòu)的磨損比較嚴(yán)重，所以無法達到的要求，必須經(jīng)變速機構(gòu)減速，這里選擇圓錐齒輪減速，使達到傳動方向的一致性在這里我們先通過渦輪蝸桿實現(xiàn)一級減速，再通過圓錐齒輪實現(xiàn)二級減速 機構(gòu)參數(shù)的設(shè)計計算 不妨取B方案做參數(shù)分析，確定機構(gòu)的

11、尺寸 行程系數(shù) 擺動角度 ，計算得 ，取 ，則另一角度為178.66， 由于沒有采用四連桿機構(gòu)，所以這里的急回系數(shù)只能從凸輪機構(gòu)上面下功夫，從凸輪機構(gòu)的選定來看，一種是自己設(shè)計凸輪的模型，從而可以得到自己所需要的運動軌跡，但是對于電風(fēng)扇這類小產(chǎn)品需要特定的凸輪模型不宜采用；另一種是利用圓盤的偏心轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)急 回運動，下面對圓盤的偏心傳動分析： 015.1k o85 o34.1 o34.18112 急回機構(gòu)的計算設(shè)計：對設(shè)計題目中的要求 通過繞偏心軸旋轉(zhuǎn)，使偏心軸沿滑塊上下運動通過杠桿機構(gòu)從而實現(xiàn)電風(fēng)扇的搖頭，但是這類偏心傳動的往返運動不能實現(xiàn)急回運動所以用下圖所示機構(gòu)就可以解決設(shè)偏心距為e

12、，圓盤半徑r，動量距l(xiāng) 下圖為以上兩種偏心運動的運動軌跡從圖中可以看出a曲線上升與下降是呈對稱關(guān)系，b曲線上升時間明顯比下降時的多，所以可以構(gòu)成急回運動下圖為以上兩種偏心運動的運動軌跡 我們可以通過作圖法與解析法求得確切的數(shù)據(jù)通過上面的計算 , 所以 o34.1 由上面的計算得L=0.06R最后來確定電風(fēng)扇的擺角：在這里我們?nèi)A盤半徑R=60mm,所以動量矩L=3.6mm，支點距離 l=41.23mm 改變擺角，急回系數(shù)的計算 所以我們可以通過改變動量矩和支點距離來改變風(fēng)扇頭的運動軌跡這兩個參數(shù)都可以很容易改變所以我們可以通過改變動量矩和支點距離來改變風(fēng)扇頭的運動軌跡這兩個參數(shù)都可以很容易改變

13、所以我們可以通過改變動量矩和支點距離來改變風(fēng)扇頭的運動軌跡這兩個參數(shù)都可以很容易改變 值得改進的地方 1.一般風(fēng)扇都是左右搖擺，在這里我們借鑒方案三的構(gòu)思，所以我們可以通過上下壁的旋轉(zhuǎn)，使凸輪旋轉(zhuǎn)中心上下運動，從而使風(fēng)扇實現(xiàn)上下運動，從而達到功能的改進 2、通過計算發(fā)現(xiàn)只有二級減速則減速齒輪過大，使風(fēng)扇搖頭機構(gòu)尺寸過大，渦輪蝸桿壓力過大，這是不宜采用的，在這里我們借鑒方案一的三級減速，所以最終采用三級減速，外加一個內(nèi)嚙合齒輪 下面對減速傳動比作計算這里齒輪嚙合是內(nèi)嚙合，為了避免發(fā)生根切現(xiàn)象，齒輪最小齒數(shù)為 當(dāng) 、 時， 。為了實現(xiàn)最大傳送效率：在這里我們?nèi)?，主動齒輪 ， ；被動齒輪z2=60

14、， ；圓錐主動齒輪 ， ；圓錐被動齒輪z4=45，m=1；蝸桿分度圓直徑取d=18，m=1， ；蝸輪 m=1,z6=29;則總的減速機構(gòu)的傳動比為 。*m in 2 sinahz * 1ah 20 min 17z 18z 1 18z 1m1m 3 18z 1m 5 1z 62 41 3 5 7253zz zn z z z 通過一系列的計算，最終機構(gòu)圖可以出爐了 齒輪參數(shù) 參考文獻1 申永勝. 機械原理教程（第2版）. 北京：清華大學(xué)出版社，20052 裘建新. 機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書. 北京：高等教育出版社，20053 孫恒 陳作模.機械原理（第六版）.北京：高等教育出版社，20014 曲繼方主編機械原理課程設(shè)計北京：機械工業(yè)出版社，19895 成大先. 機械設(shè)計手冊（第五版）機構(gòu). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010