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1、機械原理課程設計 說明書 設計題目臺式電風扇搖頭裝置 機電工程學院 材料成型及控制工程專業(yè)（1）班 設 計 者：王永林 指導老師： 康輝明 2010年12月29日 摘要：電風扇的功能本來就是加速空氣流通和室內外空氣的交換，而電風扇的搖頭裝置是為了生活需要而設計的一種裝置。該機構通過控制機構能使電風扇在一定工作條件下能是扇動的面積達到更大，在一定程度上能夠滿足較多人數(shù)下享受一臺電風扇的可能。這樣可以節(jié)約能源，提高資源利用。所以本機構適

2、合用于家用或是在人多的場合。 本設計的思路來源主要是傳統(tǒng)的無搖頭電風扇，在無搖頭電風扇的基礎上可以用運一些適當?shù)臋C構組合實現(xiàn)執(zhí)行機構的搖頭。主要是利用欄桿機構，凸輪機構，蝸輪蝸桿機構和電動機轉子的組合實現(xiàn)風扇的搖頭。 關鍵字：機械設計、錐齒輪、離合器、搖頭電扇、機構 目錄 第一章．臺式電風扇搖頭裝置的設計任務書 1.1．設計要求 1.2．設計任務 1.3．功能分解 1.4．機構選用 第二章．主要執(zhí)行機構方案設計 2.1．減速機構選用 2.

3、2．控制裝置選用 2.3．搖頭機構選用 2.4．最佳機構組合 第三章．最佳方案的解說及設計過程 3.1．功能的實現(xiàn) 3.2．機構的設計 3.3．俯仰方案設計 第四章．方案評價及相關計算 4.1．方案的評價 4.2．數(shù)據處理及說明 設計總結 參考文獻 第一章 臺式電風扇搖頭裝置設計任務書 1.1 設計要求 設計臺式電風扇的搖頭裝置要求能左右旋轉并可以調節(jié)俯仰角。以實現(xiàn)一個動力下扇葉旋轉和搖頭動作的聯(lián)合運動效果。 臺式電風扇的搖頭機構，使電風扇在一定仰角下隨搖桿擺動。風扇的直徑為300mm，電扇電動機轉速n=1

4、450r/min，電扇搖頭周期t=10s。電扇擺動角度ψ，仰俯角度φ與急回系數(shù)K的設計要求及任務分配表見表1： 表1 臺式電風扇擺頭機構設計數(shù)據 方案號 電扇搖擺轉動 電扇仰俯轉動 擺角ψ/() 急回系數(shù)K 仰角φ/() A 80 1.01 10 B 85 1.015 12 C 90 1.02 15 D 90 1 27 E 95 1.025 20 F 100 1.03 22 H 105 1.05 25 此次選擇的是方案D：擺角為ψ=90，急回系數(shù)K=1，仰角φ=27。 2.2設計任務 （

5、1）按給定主要參數(shù)，擬定機械傳動系統(tǒng)總體方案。 （2）畫出機構運動方案簡圖。 （3）分配渦輪蝸桿、齒輪傳動比。確定它們的基本參數(shù)，設計計算幾何尺寸。 （4）確定電扇搖擺轉動的平面連桿機構的運動學尺寸，它滿足擺角ψ及急回系數(shù)K條件下使最小傳動比角γmin最大。并對平面連桿機構進行運動分析，繪制運動線圖，驗算曲柄存在條件。 （5）編寫設計計算說明書。 （6）學生可進一步完成臺式電風扇搖頭機構的計算機動態(tài)演示或模型試驗驗證。 2.3功能分解 顯然為完成風扇左右俯仰的吹風過程需要實現(xiàn)下列運動功能要求： 在扇葉旋轉的同時扇頭能左右擺動一定的角度。因此，需要

6、設計相應的左右擺動機構。為了使風扇完成可搖頭，可不搖頭的吹風過程。因此必須設計相應的離合器機構。扇頭的仰視角調節(jié)，這樣可以增大風扇的吹風范圍。因此，需要設計扇頭仰視角調節(jié)機構。（本方案設計為外置交接按鈕）。 本臺式電風扇是立體送風電風扇，該電風扇有兩種實現(xiàn)方式。即風扇左右擺動和風扇上下俯仰運動。 3.1風扇的左右搖擺運動 風扇在開啟后，需要調整受風區(qū)域時，則自然希望風扇能搖頭，增加、改變受風的區(qū)域。一般是風扇在啟動搖頭時，風扇是左右搖擺的。當然，風扇的左右搖擺一般是在一個平面內，并且是有范圍限制的。但也有一些擺角是大于180的，甚至更大的。 3.2風扇的上下俯仰運動

7、 隨著科技的發(fā)展，很多風扇能在風扇左右搖擺的同時，能借助相應的構件作上下俯仰運動，實現(xiàn)立體寬區(qū)域送風。 1.4機構選用 本臺式電風扇是立體送風電風扇，該電風扇有兩種實現(xiàn)方式。即風扇左右擺動和風扇上下俯仰運動。 表2臺式電扇搖頭裝置可用機構的選擇 功能 實現(xiàn)動作 執(zhí)行機構 擺動 水平擺動 曲柄搖桿機構/凸輪機構 執(zhí)行搖頭 上下運動 離合機構 減速 周向運動 錐齒輪減速機構/蝸輪減速機構 俯仰 上下運動 滑塊機構 第二章 主要執(zhí)行機構方案設計 2.1．減速機構選用 方案一錐齒輪減速器

8、 方案二：蝸桿減速機構 由于蝸輪蝸桿嚙合齒輪間的相對滑動速度較大，摩擦磨損大，傳動效率低，已出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，則需要較貴的減磨耐磨材料來制造蝸輪，制造精度要求高，加工成本高。錐齒輪可以用來傳遞兩相交的運動，相比渦輪成本低，所以選擇錐齒輪減速器。 2.2離合器的選用 方案一 方案二 由以上兩個簡圖可以看出：方案一和方案二都采用對齒輪傳動搖頭機構實現(xiàn)搖頭運動，所以要求控制搖與不搖只要錐齒輪與搖頭機構的傳動分離與嚙合就可以實現(xiàn)。但相比方案一與方案二，方案二

9、耐用，因為它的轉速相對于方案一慢一些，對齒輪磨損小。所以方案二好一些。 2.3搖頭機構選用 方案一 方案二 要求實現(xiàn)搖頭的左右搖擺有很多種運動方式可以選擇，例如可以選擇凸輪機構，多桿機構，滑塊機構齒輪機構等，方案一利用了多桿機構的它更容易制造，制造精度要求也不是很高，但運行精度也不高，而且四桿機構能實現(xiàn)的穩(wěn)定。方案二雖然有較高的制造成本，但是從精度和運行性能等方面來說比方案一更具優(yōu)越性。從以上兩個簡圖中我們不難看出來方案一比方案二占空間。所以方案二比較實用于風扇搖頭裝置。 2.4最佳組合機構 據上述功能機構的分析我選用以下組合來實現(xiàn)電風扇的搖頭，減速，俯仰運動。

10、 第三章 最佳方案解說及設計過程 3.1功能實現(xiàn) 搖頭電風扇由電機，齒輪機構，搖頭機構等組成。具體可分為： 1、 減速機構：采用齒輪組成機構實現(xiàn)電機軸高速旋轉的降速以帶動搖頭機構； 2、 搖頭機構：將機輸出的傳動經過一套齒輪組傳動機構，最終轉化為扇頭的擺動； 3、 控制機構：由一個滑銷離合器實現(xiàn)風扇是否搖頭控制。錐齒輪輪軸上下移動， 離合器的結合與斷開。同時也伴隨著錐

11、齒輪與柱形齒輪的嚙合與脫離，實現(xiàn)了搖頭動作的控制； 4、 扇葉旋轉：扇葉直接安裝于電動機主軸上，實現(xiàn)其旋轉運動； 3.2機構的設計 搖頭電風扇由電機，齒輪機構，搖頭機構等組成。具體可分為： 1、 減速機構：采用一套齒輪組實現(xiàn)，電機軸高速旋轉的降速以帶動搖頭機構中的柱形凸輪轉動； 2、 搖頭機構：將電機輸出的轉動傳至柱形凸輪由它帶動齒條再有齒條帶動齒輪上的風扇軸，最終轉化為扇頭的擺動； 3、 控制機構：由一個滑銷離合器實現(xiàn)風扇的搖頭與否，錐形齒輪軸的上下移動實現(xiàn)了滑銷的結合與斷開。同時也伴隨錐齒輪柱形凸輪的嚙合與脫離，實現(xiàn)了搖頭動作的控制； 4、 扇葉旋轉：扇葉直接安裝于電動機主軸

12、之上，可實現(xiàn)高速旋轉運動； 3.3俯仰方案設計 經過電動機的運轉，所有動力都來源于電動機，在經過一套齒輪組機構的傳動，實現(xiàn)減速，將動力傳給搖頭機構，是先做羽搖頭運動?；N離合器實現(xiàn)風扇搖頭的控制，當滑銷下滑實現(xiàn)搖頭，上提則停止搖頭，外置手調俯仰角按鈕置于風扇立柱與扇頭相接處，順時針調節(jié)為增大仰角，逆時針旋轉為減小仰角。方案如下圖所示： 第四章 方案評價及相關計算 4.1方案的評價 本方案設計最大的特點就是采用一套齒輪組實現(xiàn)作用，再利用柱形凸輪帶動齒條周期直線運動，齒條拉動齒輪周期性的轉過一個角度。采用齒輪

13、機構傳動可是扇頭結構緊湊，有確定的 傳動比等特點。其次，用滑銷離合器事先是否搖頭的控制，結構比較簡單，使用方便。同時采用柱形凸輪齒條齒輪組合的左右搖擺，可以實現(xiàn)較大范圍的擺動與確定的角度擺動，具有比較穩(wěn)定的運動，運動過程可靠。 4.2數(shù)據處理及說明 （1）有速比系數(shù)k計算極位角θ。 由式知： θ=180k-1/k+1，其中k=1。 （2）有速比系數(shù)k計算從動件左右搖擺速度。 由式知： K=從動件快速行程平均速度∕從動件慢速行程平均速度。其中k=1可見從動件擺動速度大小是相等的。 （3）選擇合適的齒輪齒數(shù)。 由齒輪傳動比式i12=ω1/ω2=z1/z2求的齒

14、數(shù)。最重要達到將1450r/min的轉數(shù)降至6r/min的轉數(shù)的目的。 （4）搖頭角度的確定。 由圖5可知2號齒輪在齒條的帶動下轉過一個角度，由于蝸桿固定在2號齒輪上所以蝸桿也轉過的角度。從而確定蝸桿帶動風扇轉過的角度?？傊畵u頭角度的大小由2好齒輪轉過的角度所決定的。 圖2 （5）相關計算。 （1 假設：柱形凸輪的位移為50mm，則齒條的來回運動的振幅50mm。 如果要求風扇搖頭擺動90度。那么2號齒輪的邊緣線位移為0.5πR 。2號齒輪的邊緣線位移等于齒條的振幅，所以可知0.5πR=50mm，從而

15、得出2號齒輪的半徑約為32mm。 R2=32mm，H=50mm。 （2）根據風扇電動機轉速n=1450r/min，電風扇搖頭周期t=10s，確定系統(tǒng)總傳動比為 （6）選擇合適的比例尺，作圖球要干的極限位置，取搖桿長度CD除以比例尺u1得圖中搖桿長CD，以CD為半徑、任定點D為圓心，任定點C1為起點做弧c，使弧C所對應的圓心角等于或大于最大擺角ψ，連接D點和C1點的線段C1D為搖桿的一個極限位置，過D點作與C1D夾角等于最大擺角的射線相交于C2點，的到搖桿的另一極限位置C2D。 （7）求曲柄鉸鏈中心，過C1點在D點同側作

16、C1C2的垂線H，過C2點作與D點同側與直線C1C2夾角為（90－θ）的直線J交直線H于點P，連接C2P，在直接C2P上截取C2P上截取C2P/2得點O，以點O為圓心，OP為半徑， C1C2弧段以外在K上任取一點A為鉸鏈中心。 （8）求曲柄和連桿的鉸鏈中心。連接A，C2點得直線段AC2為曲柄與連桿長度之和以點A點為圓心、AC1為半徑作弧交AC2于點E可以證明曲柄長度AB=C2E/2,于點為圓心，C2E/2為半徑畫弧交AC2于點B2為曲柄與連桿的鉸鏈中心。 （9）計算各桿的實際長度。分別量取圖中AB2,AD,B2C2的長度，計算得：曲柄長LAB= u1AB2，連桿

17、長LBC= u1B2C2，機架長LAD= u1AD 根據要求可以確定：θ=0 令連桿長度：b=125mm，最大壓力δ=45 擺桿長度c=88mm，則 可知傳動角最小等于γ=45 γ1=arcosc2+b2-（d-a）2/2bc γ2= arcosc2+b2-（d+a）2/2bc 可以確定擺桿d=110mm 連桿a=90mm 課程設計心的體會 經過這幾天的課程設計學習，讓我們初步了解了機械設計的全過程，可以初步的進行機構的組合和確定運動方案；將我們以前所學的知識融會貫通起來，進行進一步的加深和鞏固，并對動力分析有了一定了解。以前對課程

18、設計一頭霧水的我們也有了一個比較完整的概念；提高了對繪圖軟件的運用能力； 這次課程設計，是第一次將本學期《機械原理》這門課程中所學的知識綜合運用到實際中某一具體實例中，另外對于機械設計也有了初步的認識和實踐經驗。這次課程設計，從最初的毫無頭緒到逐漸做出雛形，然后進一步改進。雖然總共僅用了幾天的時間，但在這整個設計過程中，自己在實踐中摸索成長，在理論中分析探討，更加清晰地認識到只有靈活地掌握好理論知識，在實際應用中才能夠得心應手，才能真正將理論用于實踐，從中學到更多的知識和技能。 在此次課程設計過程中遇到了一些以前沒想過的疑問，這些成為完成課程設計的一大障礙，不過好在有老師和同學的幫助，

19、使我順利的解決了這些問題。從這些過程中我們學會了自己遇到問題，分析問題，解決問題的能力。 總的來說這次課程設計讓我受益匪淺。不僅將自己在書本上學習到的知識轉化為實踐，而且還學到了一些我們在書本上學習不到的東西。 最后感謝老師及同學在設計過程中給予的幫助。 參考文獻 [1]龔建新。機械原理課程設計。北京：高等教育出版社、2010、7 [2]孫恒，陳作模，葛文杰。機械原理（第七版）。北京：高等教育出版社，2006、5 [3] 牛鳴歧，王保民，王振甫。機械原理課程設計手冊。重慶：重慶大學出版社，2001 [4]申永勝。機械原理教程。北京：清華大學出版社，2005