台式电风扇的摇头装置课程设计.doc

台式电风扇摇头装置课程设计 课程设计说明书专业班级： 机械设计制造及其自动化1班 组员：杨磊磊谷贤翔张明欢沈剑平杨超汪华峰汪名全张鹏 指导教师： 袁 圆 设计时间: 2012年12月30日 物理与电气工程学院 2012年12月30日 目 录一设计要求 1.1功能要求.1 1.2工作原理.1 1.3设计要求.1 1.4设计任务.1 1.5功能分解.2 1.6执行机构.22 机械系统的选择及比较 2.1减速机构的选择.2 2.2离合机构的选择.4 2.3摇头装置的选择.5 2.4机 构 组 合.73 机构的设计 3.1机构的设计.8 3.2传动方案设计.8 3.3方案评价及相关计算.84 凸轮机构的补充 4.1机构选择和原理.10 4.2相关计算.10 4.3相关表格.115 结束语六参考文献七致谢1、 设计要求1.1功能要求具体设计要求如下：电风扇能够实现每分钟最快摇头6次，尽可能地做到能耗低效率低工艺尽可能简单产品性能稳定耐用且符合现实。 1.2工作原理 电动机通过蜗杆和齿轮二级减速后产生较大动力带动摇头机构实现电风扇摇头，根据实际情况调节连杆的长度或凸轮离支点的距离实现调节摇头角度的大小。1.3设计要求设计台式电风扇的摇头装置要求能左右旋转并可调节俯仰角。以实现一个动力下扇叶旋转和摇头动作的联合运动效果。台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作（在一定的仰角下随摇杆摆动）。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。电扇摆动角度与急回系数K的设计要求及任务分配见表。 表11.4 设计任务 按给定的主要参数，拟定机械传动系统总体方案； 画出机构运动方案简图； 分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定他们的基本参数，设计计算 几何尺寸； 确定电扇摇摆转动的平面连杆机构的运动学尺寸，它应满足摆角及急回系数K条件下使最小传动角最大。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图，验算曲柄存在的条件。1.5功能分解 显然为完成风扇左右俯仰的吹风过程需要实现下列运动功能要求：在扇叶旋转的同时扇头能左右摆动一定的角度，因此，需要设计相应的左右摆动机构（本方案设计为双摇杆机构）。为完成风扇可摇头，可不摇头的吹风过程。因此必须设计相应的离合器机构（本方案设计为滑销离合器机构）。1.6执行机构 表2功能执行构件工艺动作执行机构减速减速机构周向运动锥齿机构执行摇头滑销上下运动离合机构左右摇摆连杆左右往复运动曲柄摇杆机构二机械系统的选择及比较2.1减速机构的选择 涡轮锥齿齿轮 图1 涡轮减速机构 说明：齿轮减速器和涡轮蜗杆减速器在相同传动比的情况下，齿轮减速器的体积更大，效率涡轮蜗杆减速器较低，不适用于大功率大载荷的情况，涡轮蜗杆的传动比一般较大，但成本较高，在安装空间不要求的情况下，一般优先考虑齿轮减速器。 图2 锥齿减速机构 说明：由于蜗杆蜗轮啮合齿轮间的相对滑动速度较大,摩擦磨损大,传动效率较低,易出现发热现象,常需要用较贵的减磨耐磨材料来制造蜗轮,制造精度要求高刀具费用昂贵成本高。锥齿轮可以用来传递两相交的运动相比蜗杆蜗轮成本较低。所以在此我们选用锥齿轮减速。 图3齿轮减速机构说明：齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点。 2.2离合机构的选择 图4离合机构1 图5离合机构2 说明：由以上两个机构简图可以看出:离合机构2采用的比离合机构1少用了一个齿轮,它主要采用的滑销和锥齿轮卡和从而实现是否摇头的运动.不管是从结构简便还是从经济的角度来说离合机构2都比离合机构1好.也更容易实现.所以我们选择离合机构2作为离合器。 2.3摇头机构的选择 图6摇头机构1 图7摇头机构2 图8摇头机构3说明：要实现扇头的左右摇摆运动有很多种运动方式可以选择,例如我们可以选用凸轮机构,多杆机构,滑块机构齿轮机构等.虽然凸轮机构机构简单紧凑，响应快，但使用凸轮机构制造困难，易磨损，有冲击，运动不稳定，而且成本较高。但四杆机构更容易制造,制造精度要求也不是很高,并且四杆机构能实现摆幅也更广更容易实现,最重要的是它的制造成本比较低.所以首选四杆机构.从以上图6图7中我们不难看出摇头机构1比摇头机构2多了一个齿轮盘,所以摇头机构1更好点。2.4机构组合 图9组合方案一 图10组合方案二说明 ：四连杆和凸轮机构相比较，四杆机构更容易制造，制造精度要求也不是很高，并且四杆机构实现摆幅也更容易实现，最重要的是它的制造成本比较低，所以首选四杆机构组合方案二。 机构的设计3.1机构的设计摇头风扇有电机，齿轮机构，摇头连杆机构等组成。具体可分为:1. 减速机构：采用锥齿轮机构实现，电机轴高速旋转的降速以带动摇头双摇杆机构转动。2. 摇头机构：将电机输出的转动经过连杆传动机构，最终转化为扇头的摆动。3. 控制机构：由一个滑销离合器实现风扇是否摇头的控制。曲柄齿轮轴的上下移动实现了滑销离合器的结合与断开。同时也伴随锥齿轮与脱离，实现了摇头动作的控制。4. 扇叶旋转：扇叶直接安装于电动机主轴之上，可实现其高速旋转运动。3.2传动方案设计 经过电动机的运转，所有动力都来源于电动机，再经过一对锥齿轮机构的传动，实现减速将动力传动给摇头机构，由曲柄摇杆机构实现左右摇头运动。滑销离合器实现风扇摇头的控制，当滑销下滑实现摇头，上提则停止摇头。3.3方案评价及相关计算： 本设计方案最大的特点是它采用一对锥齿轮机构实现运动的改变和减速作用。采用追齿轮机构传动可使扇头结构紧凑，有确定的 传动比等优点。其次，采用滑销离合器实现是否摇头的控制，结构比较简单，使用方便，经济又实惠。同时，采用曲柄摇杆机构实现扇头的左右摇摆，可以实现较大范围的摆动。制作起来经济且精度也要求不是很高便于制造。 (1)由速比系数K计算极位角。由式知，其中K=1.01,(2)选择合适的比例尺，作图求摇杆的极限位置。取摇杆长度lCD除以比例尺得图中摇杆长CD，以CD为半径、任定点D为圆心、任定点C1为起点做弧C，使弧C所对应的圆心角等于或大于最大摆角，连接D点和C1点的线段C1D为摇杆的一个极限位置，过D点作与C1D夹角等于最大摆角的射线交圆弧于C2点得摇杆的另一个极限位置C2D。图11：按行程速比系数设计四杆机构(3)求曲柄铰链中心。过C1点在D点同侧作C1C2的垂线H，过C2点作与D点同侧与直线段C1C2夹角为（900）的直线J交直线H于点P，连接C2P，在直线段C2P上截取C2P/2得点O，以O点为圆点、OP为半径，画圆K ，在C1C2弧段以外在K上任取一点A为铰链中心。(4)求曲柄和连杆的铰链中心。连接A、C2点得直线段AC2为曲柄与连杆长度之和，以A点为圆心、AC1为半径作弧交AC2于点E，可以证明曲柄长度AB = C2E/2，于是以A点为圆心、C2E/2为半径画弧交AC2于点B2为曲柄与连杆的铰接中心。(5)计算各杆的实际长度。分别量取图中AB2、AD、B2C2的长度，计算得：曲柄长lAB =AB2，连杆长lBC =B2C2 ，机架长 lAD =AD。根基要求可以确定：令连杆长度：b=125mm，最大压力摆杆长度为c=88mm，则：可知：传动角最小等于可以确定摆杆d=110mm 四补充 4.1机构选择和原理 一利用涡轮进行一级减速。 二利用齿轮进行二级减速。 三利用同心圆同速带动镶嵌在凸轮圆心上的齿轮从而同速带动凸轮。 四利用杠杆原理实现电风扇摇头。五机构分解： 减速机构：齿轮和蜗杆蜗轮机构； 运动轴变换：蜗轮蜗杆机构； 左右摇摆：凸轮机构。 4.2相关计算说明为了得到传动比为240:1的减速机构，而电机轴为圆柱体，因此，将电机轴加工成蜗杆，模数取1，齿数为2。由蜗杆涡轮传动比为48:1,可知，涡轮的齿数为96，即齿轮1的齿数为96。对于齿轮1和齿轮2有因为i23=5:1，考虑到现实的尺寸，取z2=20,z3=100对于凸轮：凸轮是起左右摇摆的作用，在近休止和远休止可以有很小的停止，推程和回程的时候尽量匀速。而在本机构中选择在齿轮3上挖出一个凸轮凹槽是是的推杆头能与凸轮曲线始终接触，达到风扇头能两边转向的功能。同时凸轮转动是与推杆会产生刚性冲击，所以，推杆前加上滚轮，以减小对凸轮曲线的磨损。因此，齿轮模数取1，蜗杆涡轮机构传动比i为48:1，齿轮机构传动比i为5:1；凸轮转一周，摇头摆一个来回，则可以实现电机轴转速与摇头次数240:1的比例。例如，电机为1440转/min，则摇头可以实现6次/min。 4.3相关表格结合实际计算和国家标准，得到表3数据：表3模数齿数/个直径/mm蜗杆1218齿轮119696齿轮212020齿轮31100100凸轮基圆半径/mm偏距/mm100.5五结束语机械原理课程设计结束了，回望这短暂的几天时间学习，自己学到了不少。通过这次课程设计，让我对机械原理这门课程有了更深入的了解，对以前不熟悉的环节理解。虽然在设计的过程中遇到了好多麻烦，但是经过自己认真的思考和查阅资料，以及和同学一起讨论最终把问题都解决了。这次设计给我一个感受，学习的过程中要懂得把所学的东西联系起来并运用到实践中来，而不是把每个章节分开来理解。通过这个实践我学得了好多，同时认识到理论联系实际的重要性，不仅加深了我对课程的理解程度而且也激起了我学习的兴趣。机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺寸综合、机械运动方案设计等，使我们学生通过一台机器的完整的运动方案设计过程，进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等诸方面的独立工作能力进行初步的训练，培养理论与实际相结合、应用计算机完成机构分析和设计的能力，更为重要的是培养开发和创新能力。机械原理课程设计在机械类学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用 通过这次设计，让我认识到自己掌握的知识还很缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，在以后的学习中要加以改进。同时也充分认识到理论是实际的差别，只有理论联系实际，才能更好的提高自己的综合能力。以后在学习中要多注意这次设计中所遇到的问题，并及时的改正。自己的知识仍然很有限，要多学习知识，提高自己。六参考文献1.机械原理 （第六版） 孙恒 陈作模 主编 高等教育出版社2.机械原理 （第七版） 孙恒 陈作模 主编 高等教育出版社3.机械原理设计课程设计指导书 裘建新 主编 高等教育出版社4.机械设计与理论 李柱国 主编 科学出版社5.机械设计课程基础设计 孙德志 张华伟 邓子龙 主