台式电风扇摇头装置课程设计.doc

机械原理课程设计说明书设计题目台式电风扇摇头装置机电工程学院材料成型及控制工程专业（1）班 设 计 者：王永林 指导老师： 康辉明 2010年12月29日摘要：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。 关键字：机械设计、锥齿轮、离合器、摇头电扇、机构目录第一章台式电风扇摇头装置的设计任务书1.1设计要求1.2设计任务1.3功能分解1.4机构选用第二章主要执行机构方案设计2.1减速机构选用2.2控制装置选用2.3摇头机构选用2.4最佳机构组合第三章最佳方案的解说及设计过程3.1功能的实现3.2机构的设计3.3俯仰方案设计第四章方案评价及相关计算4.1方案的评价4.2数据处理及说明设计总结参考文献第一章 台式电风扇摇头装置设计任务书1.1 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以调节俯仰角。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，使电风扇在一定仰角下随摇杆摆动。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，仰俯角度与急回系数K的设计要求及任务分配表见表1：表1 台式电风扇摆头机构设计数据方案号电扇摇摆转动电扇仰俯转动摆角/()急回系数K仰角/()A801.0110B851.01512C901.0215D90127E951.02520F1001.0322H1051.0525 此次选择的是方案D：摆角为=90，急回系数K=1，仰角=27。2.2设计任务 （1）按给定主要参数，拟定机械传动系统总体方案。 （2）画出机构运动方案简图。 （3）分配涡轮蜗杆、齿轮传动比。确定它们的基本参数，设计计算几何尺寸。 （4）确定电扇摇摆转动的平面连杆机构的运动学尺寸，它满足摆角及急回系数K条件下使最小传动比角min最大。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图，验算曲柄存在条件。 （5）编写设计计算说明书。 （6）学生可进一步完成台式电风扇摇头机构的计算机动态演示或模型试验验证。2.3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。为了使风扇完成可摇头，可不摇头的吹风过程。因此必须设计相应的离合器机构。扇头的仰视角调节，这样可以增大风扇的吹风范围。因此，需要设计扇头仰视角调节机构。（本方案设计为外置交接按钮）。本台式电风扇是立体送风电风扇，该电风扇有两种实现方式。即风扇左右摆动和风扇上下俯仰运动。3.1风扇的左右摇摆运动 风扇在开启后，需要调整受风区域时，则自然希望风扇能摇头，增加、改变受风的区域。一般是风扇在启动摇头时，风扇是左右摇摆的。当然，风扇的左右摇摆一般是在一个平面内，并且是有范围限制的。但也有一些摆角是大于180的，甚至更大的。3.2风扇的上下俯仰运动 随着科技的发展，很多风扇能在风扇左右摇摆的同时，能借助相应的构件作上下俯仰运动，实现立体宽区域送风。1.4机构选用本台式电风扇是立体送风电风扇，该电风扇有两种实现方式。即风扇左右摆动和风扇上下俯仰运动。表2台式电扇摇头装置可用机构的选择功能实现动作执行机构摆动水平摆动曲柄摇杆机构/凸轮机构执行摇头上下运动离合机构减速周向运动锥齿轮减速机构/蜗轮减速机构俯仰上下运动滑块机构第二章 主要执行机构方案设计 2.1减速机构选用方案一锥齿轮减速器 方案二：蜗杆减速机构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。2.2离合器的选用 方案一 方案二 由以上两个简图可以看出：方案一和方案二都采用对齿轮传动摇头机构实现摇头运动，所以要求控制摇与不摇只要锥齿轮与摇头机构的传动分离与啮合就可以实现。但相比方案一与方案二，方案二耐用，因为它的转速相对于方案一慢一些，对齿轮磨损小。所以方案二好一些。2.3摇头机构选用方案一方案二要求实现摇头的左右摇摆有很多种运动方式可以选择，例如可以选择凸轮机构，多杆机构，滑块机构齿轮机构等，方案一利用了多杆机构的它更容易制造，制造精度要求也不是很高，但运行精度也不高，而且四杆机构能实现的稳定。方案二虽然有较高的制造成本，但是从精度和运行性能等方面来说比方案一更具优越性。从以上两个简图中我们不难看出来方案一比方案二占空间。所以方案二比较实用于风扇摇头装置。2.4最佳组合机构据上述功能机构的分析我选用以下组合来实现电风扇的摇头，减速，俯仰运动。 第三章 最佳方案解说及设计过程3.1功能实现摇头电风扇由电机，齿轮机构，摇头机构等组成。具体可分为：1、 减速机构：采用齿轮组成机构实现电机轴高速旋转的降速以带动摇头机构；2、 摇头机构：将机输出的传动经过一套齿轮组传动机构，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控制。锥齿轮轮轴上下移动，离合器的结合与断开。同时也伴随着锥齿轮与柱形齿轮的啮合与脱离，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上，实现其旋转运动；3.2机构的设计摇头电风扇由电机，齿轮机构，摇头机构等组成。具体可分为：1、 减速机构：采用一套齿轮组实现，电机轴高速旋转的降速以带动摇头机构中的柱形凸轮转动；2、 摇头机构：将电机输出的转动传至柱形凸轮由它带动齿条再有齿条带动齿轮上的风扇轴，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的摇头与否，锥形齿轮轴的上下移动实现了滑销的结合与断开。同时也伴随锥齿轮柱形凸轮的啮合与脱离，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，可实现高速旋转运动；3.3俯仰方案设计 经过电动机的运转，所有动力都来源于电动机，在经过一套齿轮组机构的传动，实现减速，将动力传给摇头机构，是先做羽摇头运动。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，外置手调俯仰角按钮置于风扇立柱与扇头相接处，顺时针调节为增大仰角，逆时针旋转为减小仰角。方案如下图所示： 第四章 方案评价及相关计算4.1方案的评价本方案设计最大的特点就是采用一套齿轮组实现作用，再利用柱形凸轮带动齿条周期直线运动，齿条拉动齿轮周期性的转过一个角度。采用齿轮机构传动可是扇头结构紧凑，有确定的传动比等特点。其次，用滑销离合器事先是否摇头的控制，结构比较简单，使用方便。同时采用柱形凸轮齿条齿轮组合的左右摇摆，可以实现较大范围的摆动与确定的角度摆动，具有比较稳定的运动，运动过程可靠。4.2数据处理及说明（1）有速比系数k计算极位角。由式知：=180k-1/k+1，其中k=1。（2）有速比系数k计算从动件左右摇摆速度。由式知：K=从动件快速行程平均速度从动件慢速行程平均速度。其中k=1可见从动件摆动速度大小是相等的。（3）选择合适的齿轮齿数。 由齿轮传动比式i12=1/2=z1/z2求的齿数。最重要达到将1450r/min的转数降至6r/min的转数的目的。（4）摇头角度的确定。 由图5可知2号齿轮在齿条的带动下转过一个角度，由于蜗杆固定在2号齿轮上所以蜗杆也转过的角度。从而确定蜗杆带动风扇转过的角度。总之摇头角度的大小由2好齿轮转过的角度所决定的。 图2（5）相关计算。（1 假设：柱形凸轮的位移为50mm，则齿条的来回运动的振幅50mm。 如果要求风扇摇头摆动90度。那么2号齿轮的边缘线位移为0.5R 。2号齿轮的边缘线位移等于齿条的振幅，所以可知0.5R=50mm，从而得出2号齿轮的半径约为32mm。R2=32mm，H=50mm。 （2）根据风扇电动机转速n=1450r/min，电风扇摇头周期t=10s，确定系统总传动比为 （6）选择合适的比例尺，作图球要干的极限位置，取摇杆长度CD除以比例尺u1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相交于C2点，的到摇杆的另一极限位置C2D。（7）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C1C2夹角为（90）的直线J交直线H于点P，连接C2P，在直接C2P上截取C2P上截取C2P/2得点O，以点O为圆心，OP为半径， C1C2弧段以外在K上任取一点A为铰链中心。 （8）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点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,于点为圆心，C2E/2为半径画弧交AC2于点B2为曲柄与连杆的铰链中心。（9）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= u1AB2，连杆长LBC= u1B2C2，机架长LAD= u1AD根据要求可以确定：=0令连杆长度：b=125mm，最大压力=45摆杆长度c=88mm，则可知传动角最小等于=451=arcosc2+b2-（d-a）2/2bc 2= arcosc2+b2-（d+a）2/2bc可以确定摆杆d=110mm 连杆a=90mm课程设计心的体会经过这几天的课程设计学习，让我们初步了解了机械设计的全过程，可以初步的进行机构的组合和确定运动方案；将我们以前所学的知识融会贯通起来，进行进一步的加深和巩固，并对动力分析有了一定了解。以前对课程设计一头雾水的我们也有了一个比较完整的概念；提高了对绘图软件的运用能力；这次课程设计，是第一次将本学期机械原理这门课程中所学的知识综合运用到实际中某一具体实例中，另外对于机械设计也有了初步的认识和实践经验。这次课程设计，从最初的毫无头绪到逐渐做出雏形，然后进一步改进。虽然总共仅用了几天的时间，但在这整个设计过程中，自己在实践中摸索成长，在理论中分析探讨，更加清晰地认识到只有灵活地掌握好理论知识，在实际应用中才能够得心应手，才能真正将理论用于实践，从中学到更多的知识和技能。在此次课程设计过程中遇到了一些以前没想过的疑问，这些成为完成课程设计的一大障碍，不过好在有老师和同学的帮助，使我顺利的解决了这些问题。从这些过程中我们学会了自己遇到问题，