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1、課程設計課程設計臺式電風扇搖頭裝置機構(gòu)姓 名：_學 號：_專 業(yè)：_指導教師：_臺式電風扇搖頭裝置機構(gòu)設計摘要電風扇搖頭裝置設計是從電風扇設計開始的，也是電風扇設計中最重要的部分，對于電風扇的研究，國內(nèi)外已有不少的研究成果，但在創(chuàng)新這一塊做的還不夠, 還有待進一步完善。本文首先對搖頭電風扇的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀以及其類型和特點進行了介紹，然后介紹了設計準則, 提出方案擬定, 并選擇最優(yōu)方案,主要是現(xiàn)有的電風扇搖頭裝置中平面搖桿機構(gòu)，包括平面搖桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作原理、設計原理、設計原則；其次根據(jù)已知原動機的轉(zhuǎn)速, 分配傳動比，選擇合適的機構(gòu), 如蝸輪蝸桿機構(gòu)以及齒輪機構(gòu), 根據(jù)傳動比確定它們的基本參數(shù)

2、，設計計算幾何尺寸,再次采用圖解法, 根據(jù)已知條件(極位夾角, 搖桿速度等)設計平面四桿機構(gòu), 然后在實驗室組建仿真機構(gòu)模型, 觀察所設計的尺寸是否滿足所需的運動軌跡，再就制作臺式電風扇搖頭平面機構(gòu)的計算機動態(tài)演示, 通過圖解法研究各桿件的運動, 進行運動分析, 最后總結(jié)并講述了電風扇的未來展望。關鍵詞： 平面搖桿機構(gòu)，傳動比, 蝸輪蝸桿, 齒輪傳動, 運動分析 ,動態(tài)演示目錄第一章 引言41.2.2 電風扇工作原理5第二章 電風扇搖頭機構(gòu)的設計62.1 電風扇搖頭機構(gòu)設計概述62.2 電風扇搖頭裝置設計原則162.3 電風扇搖頭裝置方案擬定272.3.1 方案 (平面連桿搖頭機構(gòu))72.3.

3、2 方案 (另一種平面連桿搖頭機構(gòu))72.3.3 對比分析選擇方案8第三章機構(gòu)的設計93.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的設計593.1.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的組成和基本形式93.1.2平面雙搖桿機構(gòu)的分類和極限位置分析93.1.3 四桿位置和尺寸的確定103.2 原動機的選擇和傳動比的分配6113.2.1 原動機的選擇123.2.2 傳動比的分配143.3 蝸輪蝸桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點6143.3.1蝸輪蝸桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點143.3.2 蝸輪蝸桿機構(gòu)的幾何尺寸計算143.3.3 渦輪蝸桿建模163.4 齒輪機構(gòu)的設計173.4.1 齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點和選用原則173.4.2 齒輪機構(gòu)的幾何尺寸計算173.4.3 齒

4、輪機構(gòu)的建模18第四章 平面連桿機構(gòu)的運動分析194.1 概述194.2 平面連桿機構(gòu)的運動分析819第五章 電風扇整體模型的建立245.1 電風扇零件的模型建立24第六章 參考文獻33第一章 引言1.1 電風扇發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 近年來，相較人們對空調(diào)的普遍關注，電風扇市場就有點門庭冷落。但空調(diào)高耗電量且封閉空間的弊端，使得通風效果相對較好、功耗相對較低的電風扇仍然存在很大的市場。所以有必要研究電風扇的發(fā)展。 電風扇又稱電扇，用于散熱，夏天用它來清涼為好,還可用來驅(qū)散室內(nèi)熱氣。1882年，美國紐約的克羅卡日卡齊斯發(fā)動機廠的主任技師休伊斯卡茨霍伊拉，最早發(fā)明了商品化的電風扇。 1908年，美國

5、的埃克發(fā)動機及電氣公司，研制成功世界上最早的齒輪驅(qū)動左右搖頭的電風扇, 這種電風扇防止了不必要的三百六十度轉(zhuǎn)頭送風，而成為以后銷售的主流。如今，電風扇已一改人們印象中的傳統(tǒng)形象，在外觀和功能上都更追求個性化，塔式氣流扇尊貴典雅，卡通臺扇嬌巧可愛，而電腦控制、自然風、睡眠風、負離子功能等這些本屬于空調(diào)器的功能，也被眾多的電風扇廠家拿來做文章，并在此基礎上增加了照明、驅(qū)蚊等更多的實用功能。據(jù)統(tǒng)計，市場成熟度頗高的電風扇行業(yè)在國內(nèi)仍然存在著相當大的市場容量，但由于這個行業(yè)技術(shù)比較陳舊，外觀固定單一，市場上常見的落地扇、轉(zhuǎn)頁扇、臺扇、壁扇、樓頂扇、吊扇這幾個傳統(tǒng)類型電風扇的外觀和功能的同質(zhì)化現(xiàn)象十分嚴

6、重，嚴重影響和制約了這個市場的發(fā)展和提升。但近年來一些主流企業(yè)開始有所覺察，他們通過積極創(chuàng)新，突破老式的傳統(tǒng)設計，紛紛開發(fā)出了一系列更富創(chuàng)新力，更具差異化個性的新產(chǎn)品，以求繼續(xù)做大蛋糕和進行產(chǎn)品升級。1.2電風扇的結(jié)構(gòu)與工作原理1.2.1 電風扇的結(jié)構(gòu) 如圖1.1所示, 臺扇由扇葉、網(wǎng)罩、扇頭、調(diào)速機構(gòu)、底座等部分組成, 扇頭是臺扇中最復雜、最重要的部件，由電動機、前后端蓋及搖頭機構(gòu)等構(gòu)成, 而吊扇主要由扇頭、上下罩、吊桿、吊攀以及獨立安裝的調(diào)速器組成。轉(zhuǎn)頁扇由于導風輪的作用，使其送出的風風力柔和，舒適宜人。 圖 1.1 臺扇的基本結(jié)構(gòu)1.2.2 電風扇工作原理 電風扇工作時（假設房間與外界沒

7、有熱傳遞）室內(nèi)的溫度不僅沒有降低，反而會升高。讓我們一塊來分析一下溫度升高的原因：電風扇工作時，由于有電流通過電風扇的線圈，導線是有電阻的，所以會不可避免的產(chǎn)生熱量向外放熱，故溫度會升高。但人們?yōu)槭裁磿杏X到?jīng)鏊?？因為人體的體表有大量的汗液，當電風扇工作起來以后，室內(nèi)的空氣會流動起來，所以就能夠促進汗液的急速蒸發(fā)，結(jié)合“蒸發(fā)需要吸收大量的熱量”，故人們會感覺到?jīng)鏊?風扇在轉(zhuǎn)動時，扇葉后面空氣的流速要慢于扇葉前面空氣的流速，這樣后面空氣的壓力就比前面的大，這個壓力差，就推動空氣向前，形成風了。第二章 電風扇搖頭機構(gòu)的設計2.1 電風扇搖頭機構(gòu)設計概述搖頭機構(gòu)由減速機構(gòu)、連桿機構(gòu)、控制機構(gòu)與過

8、載保護裝置組成，形式有兩種:離合式與撥式。隨著時代的發(fā)展, 電風扇的搖頭機構(gòu)也不僅僅限于這些, 例如就有一種電風扇搖頭機構(gòu)，包括電動機、齒箱總成、搖頭連桿，電動機及齒箱總成安裝在型支架上，型支架固定在連接頭上，其中搖頭連桿一端與型支架連接，另一端通過傳動機構(gòu)與齒箱總成連接。所述的傳動機構(gòu)是受齒箱總成控制的做旋轉(zhuǎn)運動的上下曲柄蓋，曲柄蓋與連桿配合推動電風扇做復合搖頭運動。由于采用機械式傳動取代了同步電機，使性能更穩(wěn)定、質(zhì)量更可靠，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。還有一種可調(diào)搖頭角度的電風扇搖頭機構(gòu), 包括連于連桿一端的搖臂輪，以及活動連于撥輪墊孔內(nèi)的中心軸, 實現(xiàn)了電風扇搖頭擺動角度的方便調(diào)整且結(jié)構(gòu)緊湊，適

9、用于室內(nèi)放置電風扇不同的位置要求，提高了電風扇的使用效率。所以電風扇搖頭裝置多種多樣, 而且是在不斷創(chuàng)新的。2.2 電風扇搖頭裝置設計原則1 1) 各構(gòu)件應最簡化, 使電風扇尾部裝在小的殼體中; 2) 各構(gòu)件之間安排合理的位置,以免相互干擾; 3) 搖頭應平穩(wěn); 4) 發(fā)動機也應跟隨搖頭裝置搖擺; 5) 應使整體結(jié)構(gòu)美觀; 6) 自動擺頭、送風角度可調(diào);7) 噪音低、可定時。2.3 電風扇搖頭裝置方案擬定2 考慮到執(zhí)行機構(gòu)的速度較低和電動機的經(jīng)濟性，選用同步轉(zhuǎn)速為750r/min的電動機。臺式電風扇搖頭裝置的主要機構(gòu)是鉸鏈四桿機構(gòu)的運動?？梢杂卸喾N多樣的設計方案，圖2.12.4給出了四種可用于

10、搖頭裝置運動的執(zhí)行機構(gòu)方案。2.3.1 方案 (平面連桿搖頭機構(gòu))圖 2.3 平面四桿搖頭機構(gòu) 圖2.3所示為電風扇搖頭機構(gòu)原理，電動機外殼作為其中的一根搖桿AB，蝸輪作為連桿BC，構(gòu)成雙搖桿機構(gòu)ABCD。蝸桿隨扇葉同軸轉(zhuǎn)動，帶動BC作為主動件繞C點擺動，使搖桿AB帶電動機及扇葉一起擺動，實現(xiàn)一臺電動機同時驅(qū)動扇葉和搖頭機構(gòu)。該方案主要特點： （1）是一種平面連桿機構(gòu)，機構(gòu)簡單，加工方便，能承受較大載荷; （2）有渦輪蝸桿機構(gòu)，傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動性平穩(wěn)，無噪聲，反形成具有自鎖性， 但傳動效率低，磨損較嚴重，蝸桿軸向力大; （3）工作行程中，能使搖頭裝置控制符合要求。2.3.2 方案 (另

11、一種平面連桿搖頭機構(gòu))圖 2.4 平面四桿搖頭機構(gòu) 如圖2.4所示上面一種搖頭機構(gòu)方案和傳動比的大小，方案應用在傳動比大的運動機構(gòu)中。由已知條件和運動要求進行四連桿機構(gòu)的尺寸綜合，計算電動機功率、連桿機構(gòu)設計等，繪出機械系統(tǒng)運動方案的電風扇的搖頭機構(gòu)中，電機裝在搖桿1上，鉸鏈B處裝有一個蝸輪。電機轉(zhuǎn)動時，電機軸上的蝸桿帶動蝸輪, 蝸輪與小齒輪空套在同一根軸上,再由小齒輪帶動大齒輪, 而大齒輪固定在連桿上, 從而迫使連桿2繞B點作整周轉(zhuǎn)動，使連架桿1和3作往復擺動，達到風扇搖頭的目的。它具有方案的特點。2.3.3 對比分析選擇方案 對以上四種方案進行比較, 綜合其優(yōu)缺點, 本次設計選用方案,原因

12、如下:1) 采用平面連桿機構(gòu), 使結(jié)構(gòu)簡單;2) 有蝸輪蝸桿機構(gòu)，傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動性平穩(wěn)，無噪聲，反形成具有自鎖性，但傳動效率低，磨損較嚴重，蝸桿軸向力大;3) 齒輪的應用使整個傳動系統(tǒng)的傳動比減小; 4）整個機構(gòu)簡單，加工方便，節(jié)省成本。第三章機構(gòu)的設計3.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的設計53.1.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的組成和基本形式如圖3.1所示，鉸鏈四桿機構(gòu)是由轉(zhuǎn)動副將各構(gòu)件的頭尾聯(lián)接起的封閉四桿系統(tǒng)，并使其中一個構(gòu)件固定而組成。被固定件4稱為機架，與機架直接鉸接的兩個構(gòu)件1和3稱為連架桿，不直接與機架鉸接的構(gòu)件2稱為連桿。連架桿如果能作整圈運動就稱為曲柄，否則就稱為搖桿。其類型可分為: 圖

13、3.1 鉸鏈四桿機構(gòu) 1) 曲柄搖桿機構(gòu): 在鉸鏈四桿機構(gòu)中,若兩個連架桿中的一個為曲柄,另一個為搖桿, 則稱之為曲柄搖桿機構(gòu)。 2) 雙曲柄機構(gòu): 在鉸鏈四桿機構(gòu)中, 若兩個連架桿均為曲柄, 則稱為雙曲柄機構(gòu). 當兩曲柄的長度相等且平行 (即其他兩桿的長度也相等) 時, 稱為平行雙曲柄機構(gòu). 若雙曲柄機構(gòu)的對邊桿長都相等, 但不平行, 則稱為反向雙曲柄機構(gòu)。 3) 雙搖桿機構(gòu): 在鉸鏈四桿機構(gòu)中, 若兩個連架桿均為搖桿, 則稱之為雙搖桿機構(gòu)，其中在電風扇搖頭裝置中用到了雙搖桿機構(gòu)。3.1.2平面雙搖桿機構(gòu)的分類和極限位置分析按組成它的各桿長度關系可分成兩類， 第一類是符合曲柄存在條件, 即符

14、合格拉肖夫準則的四桿運動鏈, 而以其最短桿對邊的桿為機架組成的雙搖桿機構(gòu)。 第二類是不符合曲柄存在條件, 即最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和的四桿運動鏈, 以其任意一桿為機架構(gòu)成的雙搖桿機構(gòu)。雙搖桿機構(gòu)是鉸鏈四桿機構(gòu)中常見的形式之一, 在機械中有特殊曲柄存在的條件,機構(gòu)若成為雙搖桿機構(gòu), 可通過兩種途徑來實現(xiàn):(1) 各桿長度滿肖夫判別式, 即最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。且以最短桿的對邊為機架, 即可得到雙搖桿機構(gòu)。根據(jù)低副運動的可逆性原則, 由于此時最短桿是雙整轉(zhuǎn)副件, 所以, 連桿與兩搖桿之間的轉(zhuǎn)動副仍為整轉(zhuǎn)副。因此搖桿的兩極限位置分別位于連桿(最短桿) 與

15、另一搖桿的兩次共線位置, 即一次為連桿與搖桿重疊共線, 如圖3.2 所示ABCD, 另一次為連桿與搖桿的拉直共線即圖中所示ABCD。 搖桿的兩極限位置與曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿的極限位置的確定方法相同, 很容易找到。圖 3.2 兩極限位置的確定 (2) 各桿長度不滿足格拉肖夫判別式, 即最短桿與最長桿長度之和大于其它兩桿長度之和。則無論哪個構(gòu)件為機架機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。此時, 機構(gòu)中沒有整轉(zhuǎn)副存在, 即兩搖桿與連架桿及連之間的相對轉(zhuǎn)動角度都小于360。3.1.3 四桿位置和尺寸的確定 由電扇電動機轉(zhuǎn)速n=750r/min，電扇搖頭周期T=10s。電扇擺動角度=100與急回系數(shù)k=1.03的設計要求,

16、 可知,級位夾角為180*(K-1)/(K+1)=2.6很小,視為0, 如圖3.3所示BC,CD共線, 先取搖桿LAB長為70, 確定AB的位置,然后讓搖桿AB逆時針旋轉(zhuǎn)100,即AB, 再確定機架AD的位置, 且LAD 取90, 注: AD 只能在搖桿AB, AB的同側(cè)。當桿AB處在左極限時, BC, CD共線, LBC 與 LCD 之和可以得出,即LBC+ LCD=131 , 當AB處在右極限時,即圖中AB的位置, 此時BC, CD重疊,即LCD- LBC=25 ,由,式可得LBC為53, LCD為78, B點的運動軌跡為圓弧B B, LBC+LAD=143=(12+0.1z2)m=21.

17、125蝸輪最大外圓直徑 da2 da2=da2+2m=63.5蝸輪輪圓寬b b=0.75da1=16.883.3.3 渦輪蝸桿建模3.4 齒輪機構(gòu)的設計73.4.1 齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點和選用原則 齒輪傳動與其他傳動機構(gòu)相比, 有以下優(yōu)點:1) 傳遞運動準確可靠, 傳遞的圓周速度范圍較大;2) 傳遞功率范圍可從幾瓦到十萬千瓦;3) 使用效率高,壽命長,結(jié)構(gòu)緊湊;4) 可傳遞在空間任意配置的兩軸之間的傳動。 根據(jù)齒輪傳動比i=5.9, 以及大小齒輪安裝位置, 小齒輪的齒數(shù)小于17, 所用齒輪齒數(shù)較少, 標準齒輪不能滿足要求, 所以采用變位齒輪。 變位齒輪是在不改變齒輪基本參數(shù)(m、z、) 的條件下

18、, 切齒時只變動刀具與坯的相對位置而加工出來的齒輪, 在切制時, 刀具與被切齒輪間的相對運動關系和切制標準齒輪相同, 只是將刀具相對齒輪中心移近或離開一段距離xm, x稱為變位系數(shù), 此時加工出來的齒輪, 它們的基本參數(shù)(基圓、分度圓和齒形)不變, 但分度圓上的齒厚、齒間距、齒頂高和齒根高都和標準齒輪不同了。 3.4.2 齒輪機構(gòu)的幾何尺寸計算 傳動比 i i=88/15=5.9分度圓 d1 d2 d1=mz1=7.5 d2=mz2=44模數(shù) m1 m2 m1=d1/z1=7.5/15=0.5 m2=d2/m2=44/88=0.5齒頂高 ha ha1=(ha*+x2)m=0.75 ha2=(h

19、a*+x2)m=0.25齒根高 hf hf1=(ha*+c*-x1)m=0.0425 hf2=(ha*+c*-x2)m=0.925 齒高 h h1=ha1+hf1=1.175 h2=ha2+hf2=1.175齒頂圓直徑 da da1=d1+2ha1=9 da2=d2+2ha2=44.5齒根圓直徑 df df1=d1-2hf1=6.65 df2=d2-2hf2=42.15中心距 a a=1/2(7.5+44)=25.75基圓直徑 db db1=d1 cos=7.1 db2=d2 cos=41.3齒頂圓壓力角a a1=arcos(db1/da1)=37.9 a2=arcos(db2/ba2)=21

20、.86 齒寬 b b=12m=63.4.3 齒輪機構(gòu)的建模 第四章 平面連桿機構(gòu)的運動分析4.1 概述 機構(gòu)運動分析是不考慮引起機構(gòu)運動的外力的影響, 而僅從幾何角度出發(fā), 根據(jù)已知的原動件的運動規(guī)律,確定機構(gòu)其他構(gòu)件上各點的位移(軌跡)、速度和加速度, 或構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度等運動參數(shù)。 無論是分析研究現(xiàn)有機械的工作性能, 還是優(yōu)化綜合新機械, 機構(gòu)運動分析都是十分重要的。4.2 平面連桿機構(gòu)的運動分析8平面機構(gòu)運動分析的方法主要有圖解法和解析法。 圖解法概念清晰、形象直觀。隨著計算機技術(shù)技術(shù)和數(shù)值方法的發(fā)展, 不僅解析運算冗繁的困難得以解決, 而且采用電算解析法體現(xiàn)出運算速度快,

21、 計算精度高的顯著優(yōu)勢。 但由于主動桿件是連桿, 所以本文從圖解法考慮, 主動桿2從極限位置如圖4.1所示開始, 順時針旋轉(zhuǎn)90,到達圖4.2位置,依次下去, 分析如下: 圖 4.1 運動分析的BC起始位置1 (1) 如上圖所示, AB處在左極限位置, 可以得到搖桿AB與機架AD夾角約為110, 用瞬心法求得WAB1/WBC=P12P42/P41P12=0Rad/s(P12與P42重疊)。 圖 4.2 BC順時針旋轉(zhuǎn)90后的位置2 (2) 如上圖所示,BC逆時針旋轉(zhuǎn)90,可以得到搖桿AB與機架AD夾角為28, 用瞬心法求解得,WAB/WBC=P12P42/P41P12=32/70 由上面可知W

22、BC=0.27Rad/s, 所以求得, WAB2=0.123Rad/s。 圖 4.3 BC繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90后的位置3 (3) 如上圖所示, BC繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90, 可以得到搖桿AB與機架AD夾角為11, 用瞬心法求解得,WAB/WBC=P12P42/P41P12=0/70 所以, WAB3=0Rad/s。 圖 4.4 BC繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90后的位置4 (4) 如上圖所示, BC繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90, 可以得到搖桿AB與機架AD夾角為54, 用瞬心可知, WAB/WBC=P12P42/P41P12=55/70。由上面可知WBC=0.27Rad/s, 所以求得, WAB4=0.212Rad/s。 綜上所述, 由WBC=

23、0.27Rad/s, 可求得, BC在每旋轉(zhuǎn)90時, 搖桿的角加速度大小與方向是不一樣的, 用矢量法求解, 在圖4.2中可得, a1=0.717,圖4.3中得, a2=-0.717, 圖4-4中得, a3=1.23。這里主要介紹FLASH的制作過程：1、 設置場景屬性如圖5.3 所示圖 5.3 設置場景2、 制作運動機構(gòu)的各個元件，具體運動情況可觀看PROE的仿真。（1） 繪制機架LAD=90如圖5.4所示:圖5.4 機架（2）蝸桿蝸輪機構(gòu)，因為電動機固定在擺桿AB上，所以將它們作為一個元件,見圖5.5。 圖 5.5 蝸輪蝸桿（3）大齒輪，因為大齒輪固定在連桿上，所以BC將它們作為一個元件，見

24、圖5.6；圖 5.6 大齒輪（4）小齒輪見圖5.7圖 5.7 小齒輪（5）右面的搖桿CD，見圖5.8圖 5.8 搖桿3、 按照臺式電風扇搖頭機構(gòu)各個狀態(tài)，各元件的不同位置擺放，建幀，除了幾個特殊位置，為了保證播放的連續(xù)性，還添加了幾幀。 圖 5.9 運動的幾種狀態(tài)4、 為了能連續(xù)播放幾個周期，可以重復復制各個幀。5、 將影片導出。 由上可以看出，PRE 與FLASH 軟件相比較，前者的三維效果比較好，適用于立體機構(gòu)的仿真， 但針對平面機構(gòu)后者用起來更方便。 第五章 電風扇整體模型的建立5.1 電風扇零件的模型建立電風扇機座的模型建立：扇葉模型的建立:風扇罩模型的建立： 風扇連接模型的建立：風扇罩連接模型的建立: 裝配體模型的建立： 爆炸圖分析： 第六章 參考文獻機械原理 馮鑒，何俊，雷智翔，西南交通的學出版社機械設計濮良貴，紀名剛，高等教育出版3436