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1、湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 湖南工業(yè)大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 資 料 袋 機(jī)械工程學(xué)院 學(xué)院（系、部） 2015 ~ 2016 學(xué)年第 二 學(xué)期 課程名稱 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 職稱 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué)號 144 題 目 臺式電風(fēng)扇搖頭裝置的設(shè)計(jì) 成 績 起止日期 2016 年 6 月 13 日～2016 年 6 月 17 日 目 錄 清 單 序號

2、材 料 名 稱 資料數(shù)量 備 注 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 1 2 課程設(shè)計(jì)說明書 1 3 課程設(shè)計(jì)圖紙 3 張 4 5 6 11 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 機(jī)械原理 設(shè)計(jì)說明書 臺式電風(fēng)扇搖頭裝置的設(shè)計(jì) 起止日期： 2016 年 6 月13日至

3、2016 年 6 月21日 學(xué) 生 姓 名 陳 班 級 學(xué) 號 成 績 指導(dǎo)教師(簽字) 機(jī)械工程學(xué)院（部） 2016年 6月 18日 1 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 前言 進(jìn)入二十一世紀(jì)以來， 市場愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、 質(zhì)量可靠、價(jià)格可靠、效率高、能耗低的機(jī)械產(chǎn)品， 而決定產(chǎn)品性能、 質(zhì)量、水平、市場競爭能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)

4、計(jì)。 機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，首要任務(wù)是進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動方案的設(shè)計(jì)和構(gòu)思、 各種傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 機(jī)械理課程設(shè)計(jì)能夠培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力， 是學(xué)生綜合應(yīng)用機(jī)械原理課程所學(xué)理論知識和技能解決問題， 獲得工程技術(shù)訓(xùn)練必不可少的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。 我們組的設(shè)計(jì)題目是臺式電風(fēng)扇搖頭裝置， 通過對設(shè)計(jì)任務(wù)的討論分析，功能上要求完成左右搖擺和上下仰俯運(yùn)動。 要完成這些功能需要有主動裝置、減速裝置、輪軸轉(zhuǎn)換、四連桿裝置。經(jīng)過仔細(xì)的分析評價(jià)，最后選擇了最合適的方案。

5、 2 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 目錄 2 3 1.設(shè)計(jì)題目 4 2.設(shè)計(jì)任務(wù) 5 3.功能分解 5 4. 機(jī)構(gòu)選用 6 4.1 7 4.2 8 4.3 9 5.機(jī)構(gòu)組合方案及評價(jià) 10 6.傳動比設(shè)計(jì) 11 6.1 11 6.2 12 6.3 14

6、 7.設(shè)計(jì)總結(jié) 18 8.參考資料 19 3 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 臺式電風(fēng)扇搖頭裝置 1．設(shè)計(jì)要求 1.1 要求 設(shè)計(jì)臺式電風(fēng)扇的搖頭裝置要求能左右旋轉(zhuǎn)并可調(diào)節(jié)俯仰角。 以實(shí) 現(xiàn)一個(gè)動力下扇葉旋轉(zhuǎn)和搖頭動作的聯(lián)合運(yùn)動效果。 1.2 原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)臺式電風(fēng)扇擺頭裝置 , 風(fēng)扇的直徑為 Ф300mm，電扇電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1450r/min ，電扇 搖頭周期 T=10

7、s。電扇擺動角度 ψ與急回系數(shù) k 的設(shè)計(jì)要求及任務(wù)分 配見下表。 臺式電風(fēng)扇擺頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表 方案號 電扇擺角 急回系數(shù) 方案號 電扇擺角 急回系數(shù) ψ k ψ k A 80 1.01 D 95 1.025 B 85 1.015 E 100 1.03 C 90 1,.02 F 105 1.05 4 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 2．設(shè)計(jì)任務(wù) (1). 按給定主要參數(shù)，

8、 擬定機(jī)械傳動系統(tǒng)總體方案， 并在圖紙上畫出 傳動系統(tǒng)圖； (2). 畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖和運(yùn)動循環(huán)圖； (3). 分配蝸輪蝸桿、 齒輪傳動比，確定它們的基本參數(shù)和幾何尺寸 ; (4). 根據(jù)擺角 ψ及行程速比系數(shù) k，確定平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)尺 寸，驗(yàn)算曲柄存在條件和最小傳動角（最大壓力角）；并對平面連桿 機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析，繪制運(yùn)動線圖。 (5). 提出調(diào)節(jié)擺角的結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行分析計(jì)算； (6). 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書； (7). 學(xué)生可進(jìn)一步完成臺式電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)動態(tài)演示驗(yàn)證。

9、 3．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(jìn)行周期性變換， 達(dá)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(shí)現(xiàn)下 列運(yùn)動功能要求： ⑴ . 風(fēng)扇需要按運(yùn)動規(guī)律做左右擺動， 因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的擺動機(jī)構(gòu)。 ⑵. 風(fēng)扇需要做上下俯仰，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的俯仰機(jī)構(gòu)。 ⑶. 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(jì)相應(yīng)的齒輪系機(jī)構(gòu)。此外，還要滿足傳動性能要求： 5 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

10、 設(shè)計(jì)參數(shù)表 方案號 電扇擺角 急回系數(shù) 方案號 電扇擺角 急回系數(shù) ψ k ψ k A 80 1.01 D 95 1.025 B 85 1.015 E 100 1.03 C 90 1,.02 F 105 1.05 4．機(jī)構(gòu)選用 臺式電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)常見的有杠桿式、 滑板式等，可以將風(fēng)扇的 搖頭動作分解為風(fēng)扇左右擺動和風(fēng)扇上下俯仰運(yùn)動。 要完成左右擺動需要完成減速、傳動軸線變換、左右擺動、上下 俯仰運(yùn)動，可以

11、分別選用以下機(jī)構(gòu)。減速機(jī)構(gòu)可以選用齒輪傳動、帶 輪傳動、鏈輪傳動等；離合器選用滑銷·滑銷和錐齒輪卡和等； 風(fēng) 扇搖擺轉(zhuǎn)動可采用平面連桿實(shí)現(xiàn)。以雙搖桿機(jī)構(gòu)的連桿作為主動件 （即風(fēng)扇轉(zhuǎn)自通過蝸桿蝸輪帶動連桿傳動） ，則其中一個(gè)連架桿的擺 動即實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的左右擺動（風(fēng)扇安裝在連架桿上） 。 6 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 4.1 減速機(jī)構(gòu)選用

12、 方案一錐齒輪減速機(jī)構(gòu) 方案二蝸桿減速機(jī)構(gòu) 錐齒輪可以用來傳遞兩相交的運(yùn)動， 相比蝸桿蝸輪成本較低。 所以在此我們選用錐齒輪減速。 蝸桿渦輪傳動比大 , 結(jié)構(gòu)緊湊，反行程具有自鎖性，傳動平穩(wěn) , 無噪聲 , 因嚙合時(shí)線接觸 , 且具有螺旋機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) , 故其承載能力強(qiáng)， 但考慮后面與離合機(jī)構(gòu)的配合關(guān)系， 由于蝸桿渦輪嚙合齒輪間的相對滑動速度較大， 摩擦磨損大，傳動效率低，

13、 7 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 易出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象， 需要用較貴的減摩材料來制造渦輪， 制造精度要求 高，成本高。我們還考慮到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。 4.2 離合器選用 方案一 方案二

14、 8 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 方案一主要采用的滑銷上下運(yùn)動， 使得渦輪脫離蝸桿從而實(shí)現(xiàn)是 否搖頭的運(yùn)動。 而方案二比方案一少用了一個(gè)齒輪， 它主要采用的滑 銷和錐齒輪卡和從而實(shí)現(xiàn)是否搖頭的運(yùn)動， 不管是從結(jié)構(gòu)簡便還是從 經(jīng)濟(jì)的角度來說方案二都比方案一好， 也更容易實(shí)現(xiàn)， 所以我們選擇 方案二。 4.3 搖頭機(jī)構(gòu)選用

15、 方案一四桿機(jī)構(gòu) 方案二凸輪機(jī)構(gòu) 9 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 要實(shí)現(xiàn)扇頭的左右搖擺運(yùn)動有很多種運(yùn)動方式可以選擇 , 例如我 們可以選用凸輪機(jī)構(gòu) , 多桿機(jī)構(gòu) , 滑塊機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)等 . 但四桿機(jī)構(gòu)更 容易制造 , 制造精度要求也不是很高 , 并且四桿機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)擺幅也更 廣更容易實(shí)現(xiàn) , 最重要的是它的制造成本比較低

16、. 所以首選四桿機(jī)構(gòu) . 從以上兩個(gè)簡圖中我們不難看出方案二比方案一多了一個(gè)齒輪盤 , 所 以方案一更好 . 5．機(jī)構(gòu)組合方案及評價(jià) 機(jī)構(gòu)組合方案運(yùn)動簡圖 該設(shè)計(jì)方案使用了齒輪減速箱以及平面四連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)左右 搖擺，使用了直齒圓錐齒輪來減速和實(shí)現(xiàn)運(yùn)動軸的變換。 10 湖

17、南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)分解： 減速：齒輪箱和直齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)； 運(yùn)動軸變換：直齒圓錐齒輪機(jī)構(gòu)； 左右搖擺：平面四桿機(jī)構(gòu)。 優(yōu)點(diǎn)： 主動件只用一臺電動機(jī)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動和左右搖擺； 缺點(diǎn)： 一般錐齒輪傳動比在 1～10 范圍內(nèi)，傳動比較大時(shí)，齒輪所占 的空間也較大； 6．機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 平面四桿機(jī)構(gòu)和極限位置分析 按組成它的各桿長度關(guān)系可分成兩類： (1) 各桿長度滿足桿長條

18、件 , 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(jī)架 , 即可得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)低副運(yùn)動的可逆性原則 , 由于此時(shí)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 , 如圖所示 AB′C′D, 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(jī)構(gòu)中搖桿 11 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 的極限位置的確定方法相同 , 很容易找到。

19、 兩極限位置的確定 (2) 各桿長度不滿足桿長條件 , 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(gè)構(gòu)件為機(jī)架機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。此時(shí) , 機(jī)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° 6.2 四桿位置和尺寸的確定 極為位夾角為 0°的兩

20、極限位置 12 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 電扇搖擺轉(zhuǎn)動 電扇仰俯轉(zhuǎn)動 方案號 仰角 /( °) 擺角 ψ/ （°） 急回系數(shù) K F 105 1.05 22 根據(jù)計(jì)算 , 極位夾角為 180°*(K-1)/(K+1)=4.39 °很小 , 視為 0°, 如上圖所示 BC,CD共線 , 先取搖桿 LAB長為 70, 確定 AB的位置 , 然后讓搖桿 AB順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 105°, 得到 A′B′, 再確定機(jī)架 AD的位置 , 取∠ B′AD=5°

21、（則∠ BAD＝１１０°）且 LAD 取 90, 注: AD 只能在搖桿 AB, A ′B′的同側(cè)。 當(dāng)桿 AB處在左極限時(shí) , BC, CD 共線 , 利用余弦定理算得 LBC 與 LCD 之和可以得出 , 算得 LBC+ LCD=132 .................................... ① 當(dāng) AB處在右極限時(shí) , 即圖中 A′B′的位置 , 此時(shí) BC, CD 重疊 , 算 得 LC ′D′- LB ′C′=25 ................................. ②

22、 由① , ②式可得 LBC為 53.5, LCD 為 78.5, B 點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為圓弧 B B ′, LBC+LAD=143.5< LCD+LAB=148.5 滿足條件最短桿與最長桿之和小于另外兩桿之和 , 且取最短桿 BC的對邊 AD為機(jī)架 , 符合第一類平面雙搖桿機(jī)構(gòu)，故滿足條件。 13 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 矢量法分析連桿角速度 確定四根桿長之后 , 畫出其

23、一般位置如圖所示 , 此時(shí)可根據(jù)理論 力學(xué)知識求出桿 AB, BC, CD 的速度 , 已知搖滾 AB 轉(zhuǎn)動角度為 ∠ 110 ° ， 用 時(shí) t=T/2=5s ， 故 VAB=WABLAB=(110° /5/180* π ) *70=26.9mm/s 小三角形中 , 可求出 WBC=0.63Rad/s。 6.3 傳動比的分配 其設(shè)計(jì)規(guī)定轉(zhuǎn)速 n=1450r/min, 可得 , w=151.8 rad/s 由上面可知連桿的角速度 WBC=0.63Rad/s, 而電動機(jī)的角速 度 w= 151.8rad/s 所以總傳動比

24、 i = 241 由此可以把傳動比分配給蝸輪蝸桿與齒輪傳動 , 其中 , 蝸渦輪蝸 桿的傳動比 i1=w1/w2 = 95. ，齒輪的傳動比 i2 = w2/w3 = 2.6 （ 1）蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算 蝸桿軸向模數(shù)（蝸輪端面模數(shù)） m m = 1.25 傳動比 i i = 95 蝸桿頭數(shù) z1 z1 = 1 蝸輪齒數(shù) z2 z2 = i z1 = 95 中心距 a a = (d1+d2+2x2m)/2 =40 14 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 蝸桿

25、分度圓導(dǎo)程角 γ tan γ = z1/q = mz1/d1 =0.0625 蝸桿節(jié)圓柱導(dǎo)程角 γ′ tan γ′ =z1/(q+2x2) = 0.0667 蝸桿軸向齒形角 α α =20 ° 蝸桿 ( 輪) 法向齒形角 αn tan αn = tan αcosγ=0.363 蝸桿蝸輪齒頂高 ha1 ha2 ha1 = ha*m = 1/2(da1-d1) = 1 X 1.25 =1.25 ha2=m(ha*+x2)= 1/2(da2-d2) = 1.25(1-0.5) = 0.625 ( 一般 ha* = 1)

26、 蝸桿蝸輪齒根高 hf1 hf2 hf1 = (ha*+c*)m =1/2(d1-df1) = (1+0.2)X1.25 = 1.5 hf2=1/2(d2-df2)=m(ha*-x2+c*)=1.25(1+0.5+0.2)=2.215 蝸桿蝸輪分度圓直徑 d1 d2 d1=qm=16X1.25=20 d2=mz2=2a-d1-2x2m=61.25 蝸桿蝸輪節(jié)圓直徑 d1 ′ d2 ′ d1 ′=(q+2x2)m=d1+2x2m=18.75 d2 ′=61.25 蝸桿、齒頂圓直徑 da

27、1 蝸輪喉圓直徑 da2 da1=(q+2)m=22.5 da2=(z2+2+2x2)m=62.5 15 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 蝸桿蝸輪齒根圓直徑 df1 df2 df1=d1-2hf1=17 df2=d2-2hf2=57 蝸桿軸向齒距 px px= ∏ m=3.925 蝸桿軸向齒厚 sx sx=0.5 ∏m=1.96 蝸桿法向齒厚 sn sn=sx cos γ=1.93 蝸桿分度圓法向旋齒高 hn1 hn1=m=1.25

28、 蝸桿螺紋部分長度 l l>=(12+0.1z2)m=21.125 蝸輪最大外圓直徑 da2 da2<=da2+2m=63.5 蝸輪輪圓寬 b b=0.75da1=16.88 （2）齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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(biāo)準(zhǔn)齒輪不能滿足要求 , 所以采用變位齒輪。 齒輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算 傳動比 i i=5.9 分度圓 d1 d2 d1=mz1=7.5 d2=mz2=44 齒頂高 ha ha1=(ha*+x2)m

29、=0.75 ha2=(ha*+x2)m=0.25 齒根高 hf hf1=(ha*+c*-x1)m=0.0425 hf2=(ha*+c*-x2)m=0.925 16 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 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

30、 中心距 a a=1/2(7.5+44)=25.75 基圓直徑 db db1=d1 cos α=7.1 db2=d2 cos α=41.3 齒頂圓壓力角 αa αa1=arcos(db1/da1)=37.9 ° αa2=arcos(db2/ba2)=21.86 ° 齒寬 b b=12m=6 17 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

31、 7. 設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過幾天的不斷努力， 我終于將機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)做完了 . 看到自 己的勞動成果，感覺還是收獲頗多，通過這幾天的課程設(shè)計(jì)，讓我真 切的認(rèn)識到理論知識與實(shí)際應(yīng)用相互結(jié)合的重要性， 以及在設(shè)計(jì)中需 要考慮的內(nèi)容和所遇到的問題比我們所想的要多的多， 需要我們有足 夠的耐心去完成。 在這次作業(yè)過程中我遇到了許多困難，比如對很多學(xué)過的軟件， 如 Auto CAD、proe 、Word還是很不熟悉，在使用的時(shí)候總是會遇到這樣或那樣的困難。 一遍又一遍的計(jì)算一次又一次的設(shè)計(jì)方案修改這都暴露出了前期我在這方面的知識

32、欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足 . 課程設(shè)計(jì)初期，我們對設(shè)計(jì)對象的結(jié)構(gòu)關(guān)系和參數(shù)表達(dá)往往是模糊的， 許多細(xì)節(jié)在一開始不是很清楚，隨著設(shè)計(jì)過程的深入，這些關(guān)系才逐漸清楚起來；課程設(shè)計(jì)過程是一個(gè)不斷完善的過程， 各個(gè)設(shè)計(jì)階段并非簡單的按順序進(jìn)行，為了改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)果， 經(jīng)常需要在各步驟之間反復(fù)、 交叉進(jìn)行，直到獲得滿意的結(jié)果為止， 在這次難得的課程設(shè)計(jì)過程中我鍛煉了自己的思考能力和動手能力。 盡管問題很多，但是這些天的努力，我最終還是完成了任務(wù)，收獲也挺多。 18 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

33、 8. 參考資料 (1). 朱理．機(jī)械原理［Ｍ］ ．北京：高等教育出版社， 2010.4 (2). 戴娟．機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) ［Ｍ］．北京：高等教育出版社， 2011.1 (3). 羅洪田主編 . 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，高等教育出版社。 19