台式单风扇摇头装置机构设计.doc

分 类 号 密 级： *职职 业业 学学 院院 毕 业 论 文 题题 目：目： 台式单风扇摇头装置机构设计 姓 名 某某某 学 号 111111111 系 别 机电系 专 业 机电一体化技术 指 导 教 师 某某 论文提交日期 2011 年 9 月 *职业学院毕业论文 I 台式电风扇摇头装置的设计台式电风扇摇头装置的设计 摘 要 电风扇的功能本来就是加速空气流通和室内外空气的交换，而电风扇 的摇头装置是为了生活需要而设计的一种装置。该机构通过控制机构能使 电风扇在一定工作条件下能是扇动的面积达到更大，在一定程度上能够满 足较多人数下享受一台电风扇的可能。这样可以节约能源，提高资源利用。 所以本机构适合用于家用或是在人多的场合。 本设计的思路来源主要是传统的无摇头电风扇，在无摇头电风扇的基 础上可以用运一些适当的机构组合实现执行机构的摇头。主要是利用栏杆 机构，凸轮机构，蜗轮蜗杆机构和电动机转子的组合实现风扇的摇头电风 扇的工作原理是将电风扇的送风区域进行周期性变换，达到增大送风区域 的目的。 关键词：台式电风扇，摇头，减速，机械设计，齿轮 *职业学院毕业论文 II 目目 录录 第一章 式电风扇摇头装置的设计 .1 1.1 电风扇的介绍.1 1.2 设计任务.3 1.3 功能分解.3 第二章 要执行机构方案设计 .6 2.1 减速机构的候选方案.6 2.2 减速机构的比较优缺点即选择.6 2.3 摇头机构的候选方案.7 2.3.1 左右摆动方案一（放弃） .7 2.3.2 左右摆动方案二（放弃） .8 2.3.3 左右摆动方案三（采用） .10 2.4 摇头机构的比较优缺点即选择.11 左右摆动方案一：.11 左右摆动方案二：.11 左右摆动方案三：.11 第三章 佳方案的解说及设计过程 .12 3.1 四杆长度的定义.12 3.2 传动比设计.13 3.3 行星轮系设计.13 3.3 蜗轮蜗杆轮系设计.14 参考文献 .15 致 谢 .16 *职业学院毕业论文 1 第一章第一章 式电风扇摇头装置的设计式电风扇摇头装置的设计 1.11.1 电风扇的介绍电风扇的介绍 电风扇简称电扇，香港称为风扇，日本及韩国称为扇风机，是一种利用电动机驱 动扇叶旋转，来达到使空气加速流通的家用电器，主要用于清凉解暑和流通空气。广 泛用于家庭、办公室、商店、医院和宾馆等场所。电扇主要由扇头、风叶、网罩和控 制装置等部件组成。扇头包括电动机、前后端盖和摇头送风机构等。 图 1.1.1 机械风扇起源于 1830 年，一个叫詹姆斯 拜伦的美国人从 钟表的结构中受到 启发，发明了一种可以固定在 天花板上，用发条驱动的机械风扇。这种风扇转动 扇叶带来的徐徐凉风使人感到欣喜，但得爬上梯子去上发条，很麻烦。 1872 年，一个叫 约瑟夫的法国人又研制出一种靠发条涡轮启动，用齿轮链条 装置传动的机械风扇，这个风扇比拜伦发明的机械风扇精致多了，使用也方便一些。 1880 年，美国人舒乐首次将叶片直接装在 电动机上，再接上 电源，叶片飞速 *职业学院毕业论文 2 转动，阵阵凉风扑面而来，这就是世界上第一台电风扇。 。 图 1.1.2 1.按电动机结构可分为：有单相电容式、单相罩极式、三相感应式、直流及交 直流两用串激整流子式电风扇。 2.按用途分类可分为：家用电风扇和工业用 排风扇。 家用电风扇：有 吊扇、台扇、落地扇、壁扇、顶扇、换气扇、转页扇、空 调扇（即冷风扇）等；台扇中又有摇头的和不摇头之分，也有的转页扇；落地扇中 有摇头、转页的。还有一种微风小电扇，是专门吊在蚊帐里的，夏日晚上睡觉，一 开它顿时就微风习习，可以安稳地睡上一觉，还不会生病。 工业用排风扇：主要用于强迫 空气对流之用。电风扇用久以后，扇叶的下 面很容易沾上很多 灰尘。这是电风扇在工作时，由于扇叶和空气相互摩擦而使扇叶 带上了静电，带电的物体能够吸引轻小物体的性质，从而能够吸收室内飘浮的细小 灰尘造成的。 *职业学院毕业论文 3 图 1.1.3 1.21.2 设计任务设计任务 设计台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作 .电风扇摇头机构至少包括连杆机构、蜗轮蜗杆机构和齿轮传动机构三种机构。 .画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟订运动循环图时，执行构件的动作起止 位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上 不能出现干涉。 .设计连杆机构，自行确定运动规律，选择连杆机构类型，校核最大压力角。 .设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。 .编写设计计算说明书 1.31.3 功能分解功能分解 1.3.1 对这两个机构的运动功能作进一步分析，可知它们分别应该实现下列基本运 动： .左右摆动有三个基本运动：运动轴线变换、传动比降低和周期性摆动。 .转换运动轴线和改变传动比有一个基本动作：运动轴线变换。 *职业学院毕业论文 4 此外，还要满足传动性能要求： 改变电风扇的送风区域时，在急回系数 K1.025、摆动角度 =95的要求下， 尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。 运动功能图 *职业学院毕业论文 5 运动循环图 *职业学院毕业论文 6 第二章第二章 要执行机构方案设计要执行机构方案设计 2.12.1 减速机构的候选方案减速机构的候选方案 方案一锥齿轮减速器 方案二蜗杆减速机构 2.22.2 减速机构的比较优缺点即选择减速机构的比较优缺点即选择 由于蜗轮蜗杆啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦磨损大，传动效率低，已出 现发热现象，则需要较贵的减磨耐磨材料来制造蜗轮，制造精度要求高，加工成本高。 锥齿轮可以用来传递两相交的运动，相比涡轮成本低，所以选择锥齿轮减速器。 *职业学院毕业论文 7 2.32.3 摇头机构的候选方案摇头机构的候选方案 2.3.1左右摆动方案一（放弃）左右摆动方案一（放弃） 左右摆头方案一机构简图 左右摆头方案一机构立体视图 *职业学院毕业论文 8 该方案主动件有两个，一个单独带动风扇扇片转动，另几个则为上图带箭头的圆盘做 整周回转带动机头左右摆动。 机构分解：机构分解：总体传动四杆机构（曲柄摇杆机构） 曲柄：图 3.2.2 中圆盘转动中心到上表面连结处 摇杆：机头所在直线 摇杆：连接机头和转盘 优点：优点：机构简单，主动件为连架杆便于计算四杆机构参数 缺点：缺点：需要两个主动力即需要两个电机驱动 2.3.2 左右摆动方案二（放弃）左右摆动方案二（放弃） 左右摆动方案二机构简图 *职业学院毕业论文 9 左右摆动方案二立体图 该设计方案采用了齿轮箱改变输入输出速度、涡轮蜗杆用于减速并转换速度方向、四 杆机构来进行机头的左右摆动并达到急回效果。 机构分解：机构分解： 减 速齿轮箱及其蜗轮蜗杆机构 左右摆头四杆机构 优点优点：只需要一个主动件即一个电机即可得到风扇转动和机头摆动两种运动。 缺点缺点：在达到机头左右摆动效果的同时，马达齿轮箱也会自转，达不到预期的效果。 *职业学院毕业论文 10 2.3.3左右摆动方案三（采用）左右摆动方案三（采用） 左右摆动方案三机构简图 左右摆动方案三立体图 该方案在方案 2 的基础上，改变了四杆机构的机架及各杆的位置，消除了其自转， 达到扇叶随摇杆左右摆动的效果。 *职业学院毕业论文 11 优点：优点：蜗轮与下面的转盘同轴但可以拉伸，在需要电扇转头时放下蜗轮使其与蜗 杆啮合，使蜗杆带动蜗轮转动，带动转头；当不需要转头时，拔起蜗轮即可脱离啮合。 2.42.4 摇头机构的比较优缺点即选择摇头机构的比较优缺点即选择 左右摆动方案一： 优点：机构简单，主动件为连架杆便于计算四杆机构参数 缺点：需要两个主动力即需要两个电机驱动 左右摆动方案二： 优点：只需要一个主动件即一个电机即可得到风扇转动和机头摆动两种运动。 缺点：在达到机头左右摆动效果的同时，马达齿轮箱也会自转，达不到预期的效果。 左右摆动方案三： 优点：蜗轮与下面的转盘同轴但可以拉伸，在需要电扇转头时放下蜗轮使其与蜗杆啮 合，使蜗杆带动蜗轮转动，带动转头；当不需要转头时，拔起蜗轮即可脱离啮合。 *职业学院毕业论文 12 第三章第三章 佳方案的解说及设计过程佳方案的解说及设计过程 3.13.1 四杆长度的定义四杆长度的定义 首先定义一个摇杆的长度，再由摆角及行程比系数 K 来估算出曲柄的长度，同时 可以由且最短杆为连架杆来辅助估算，再由图 5.6.2 得到连杆和机 21minmax llll 架的长度以及最小传动角 序号摇杆长 c 摆角 曲柄长 a行程比系数 K机架长 d连杆长 b最小传动角 112.8959.21.025107.1981108.80659.4559 212.5959.21.02530.164429.439052.4375 312.5959.11.02574.833375.706955.8823 412.5959.211.02520.929919.422854.6688 512.55959.211.02546.735646.774452.9633 612.6959.11.02595.390496.747058.2291 712.61959.21.02568.997569.710355.1512 812.61959.251.02548.952749.062753.1278 912.62959.21.02571.501072.27955.4241 1012.65959.21.02578.844879.499456.2042 图 3.1.2 *职业学院毕业论文 13 观察表 3.1.1，根据实际情况（30CM 直径的扇叶） ，挑出比例最协调及最小传动角 相对大的第二组数据，并按比例缩放到 c=2.72cm、a=3cm、d=6.56cm、b=6.4cm 3.23.2 传动比设计传动比设计 由于在设计的左右摆头机构中，将蜗轮带动连杆进行整周回转的匀速圆周运动。 当蜗轮旋转一周，电扇机壳也正好摇摆一回，得出蜗轮的转速为 w=2/10=/5。由 于已知条件电动机转速与蜗轮转速相差较大，并且需要改变轴向传动，因此在设计中 运用了能产生较大传动比的蜗轮蜗杆机构与行星齿轮机构。最终得出理想的传动比。 3.33.3 行星轮系设计行星轮系设计 行星轮系在一定齿数比的情况下能产生较大的传动比。设计中，采用一对外啮合 和一对内啮合齿轮构成。其中 Z3为内啮合齿轮，Z1=18，m1=1；Z2=33，m2=1，=17， 2 Z =1；Z3=68，m3=1。计算得传动比为。 2 m 3 25 图 3.3.1 行星轮系 *职业学院毕业论文 14 3.33.3 蜗轮蜗杆轮系设计蜗轮蜗杆轮系设计 与行星轮系配合，并考虑电扇机壳的体积大小，蜗轮蜗杆的尺寸不宜过大。设计 中蜗杆的直径为 18，m=1,=,=；蜗轮的 Z=29，m=1,=,=208 4 . 102059 20 ，如此，蜗轮蜗杆轮系的传动比 i=29，且均为左旋。 、8 4 . 102059 将两种轮系组合成一个复合轮系，能顺利地符合设计要求，不仅传动的轴向改变， 而且，完成了较大传动比的减速过程，综合两者的传动比，得=。 总 i 3 725 *职业学院毕业论文 15 参考文献参考文献 1 裘建新. 机械原理课程设计指导书. 北京 高等教育出版社 2005 2 申永胜. 机械原理教程（第2版）. 北京 清华大学出版社 2005 3 龚建新.机械原理课程设计。北京：高等教育出版社 2010 7 4 孙恒.陈作模，葛文杰。机械原理（第七版） 。北京：高等教育出版社，2006 5 5 牛鸣歧.王保民，王振甫。机械原理课程设计手册。重庆：重庆大学出版社，2001 6 永胜.机械原理教程。北京：清华大学出版社，2005 *职业学院毕业论文 16 致致 谢谢 三年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号， 我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦 却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为 我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的指导老师。 我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深 邃，