台式电风扇摇头装置机构设计毕业论文

编号XXXXXXXXXX（学校）毕业设计题目台式电风扇摇头装置机构设计学生姓名学号系部专业班级指导教师二八年六月XXXXXXXXXX（学校）本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明所呈交的毕业设计（论文）（题目台式电风扇摇头装置机构设计）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名年月日（学号）台式电风扇摇头装置机构设计摘要电风扇摇头装置设计是从电风扇设计开始的，也是电风扇设计中最重要的部分，对于电风扇的研究，国内外已有不少的研究成果，但在创新这一块做的还不够,还有待进一步完善。本文首先对摇头电风扇的历史和发展现状以及其类型和特点进行了介绍，然后介绍了设计准则,提出方案拟定,并选择最优方案,主要是现有的电风扇摇头装置中平面摇杆机构，包括平面摇杆机构的结构、工作原理、设计原理、设计原则；其次根据已知原动机的转速,分配传动比，选择合适的机构,如蜗轮蜗杆机构以及齿轮机构,根据传动比确定它们的基本参数，设计计算几何尺寸,再次采用图解法,根据已知条件极位夹角,摇杆速度等设计平面四杆机构,然后在实验室组建仿真机构模型,观察所设计的尺寸是否满足所需的运动轨迹，再就制作台式电风扇摇头平面机构的计算机动态演示,通过图解法研究各杆件的运动,进行运动分析,最后总结并讲述了电风扇的未来展望。关键词平面摇杆机构，传动比,蜗轮蜗杆,齿轮传动,运动分析,动态演示THESHAKINGEQUIPMENTOFFANSABSTRACTTHEDESIGNOFTHESHAKINGEQUIPMENTOFFANSISTHEBEGINNINGOFTHEDESIGNOFELECTRICFANS,ANDITISTHEMOSTIMPORTANTPARTOFTHEELECTRICFANSDESIGNATHOMEANDABROAD,THEREAREMANYRESEARCHRESULTS,BUTINTHISONEINNOVATIONHASNOTDONEENOUGHANDHASYETTOBEFURTHERIMPROVEDINTHISPAPER,SHAKINGEQUIPMENTONTHEHISTORYANDDEVELOPMENTOFELECTRICFANSANDTHESTATUSOFITSTYPEANDCHARACTERISTICSWEREFIRSTINTRODUCED,ANDTHENINTRODUCEDTHEDESIGNFORTHEPROPOSEDPROGRAMMING,ANDCHOOSETHEBEST,MAINLYTHEEXISTINGFANSINSTALLEDINTHEPLANESHOOKHISHEADROCKERAGENCIES,INCLUDINGROCKERPLANETHESTRUCTURE,WORKINGPRINCIPLE,DESIGNPRINCIPLES,DESIGNPRINCIPLESSECONDLYCHOOSINGTHEAPPROPRIATEAGENCIESONTHEBASISOFKNOWNMOTIVEOFTHEORIGINALSPEED,THEDISTRIBUTIONOFTRANSMISSIONRATIO,SUCHASTHEWORMGEARWORMAGENCIESANDINSTITUTIONS,ACCORDINGTOTHETRANSMISSIONRATIOTODETERMINETHEIRBASICPARAMETERS,DESIGNANDCALCULATIONGEOMETRY,AGAINUSINGGRAPHICMETHOD,INACCORDANCEWITHTHEKNOWNCONDITIONSAANGLE,ROCKERSPEED,ETCDESIGNEDPLANEFOURBODIES,ANDTHENSETUPINTHELABORATORYSIMULATIONMODELAGENCIESTOOBSERVEWHETHERTHESIZEOFTHEDESIGNTOMEETTHEREQUIREDTRAJECTORY,ANDDESKTOPFANSONTHEPRODUCTIONOFTHEPLANESHOOKHISHEADDYNAMICCOMPUTERDEMONSTRATION,THROUGHTHEPREPARATIONOFICCPROCEDURESONTHEMOVEMENTOFTHEBAR,EXERCISEANALYSISATLASTCONCLUDEANDINTRODUCEABOUTTHEFUTUREPROSPECTSOFTHEFANSKEYWORDSPLANEROCKERTRANSMISSIONRATIOWORMGEARGEARSPORTSANALYSISDYNAMICDEMO目录摘要IABSTRACTII第一章引言111电风扇发展现状和前景展望112台扇的结构与工作原理1第二章电风扇摇头装置机构的设计321电风扇摇头装置机构设计概述322电风扇摇头装置机构设计原则323方案拟定3231方案离合式摇头机构3232方案锨拨式摇头机构4233方案平面连杆摇头机构5234方案另一种平面连杆摇头机构5235对比分析并选择方案6第三章机构的尺寸设计731铰链四杆机构的设计7311铰链四杆机构的组成和基本形式7312平面双摇杆机构的分类和极限位置分析7313四杆位置和尺寸的确定832原动机的选择和传动比的分配9321原动机的选择9322传动比的分配1033蜗轮蜗杆机构10331蜗轮蜗杆机构的结构特点10332蜗轮蜗杆机构的几何尺寸计算1134齿轮机构12341齿轮机构的结构特点12342齿轮机构的几何尺寸计算13第四章平面双摇杆机构的运动分析1441概述1442平面摇杆机构的运动分析14第五章机构运动仿真的总体分析1751计算机动态演示1752组建机构运动仿真模型21第六章总结与展望23参考文献25致谢26第一章引言11电风扇发展现状和前景展望近年来，相较人们对空调的普遍关注，电风扇市场就有点门庭冷落。但空调高耗电量且封闭空间的弊端，使得通风效果相对较好、功耗相对较低的电风扇仍然存在很大的市场。所以有必要研究电风扇的发展。电风扇又称电扇，用于散热，夏天用它来清凉为好,还可用来驱散室内热气。1882年，美国纽约的克罗卡日卡齐斯发动机厂的主任技师休伊斯卡茨霍伊拉，最早发明了商品化的电风扇。1908年，美国的埃克发动机及电气公司，研制成功世界上最早的齿轮驱动左右摇头的电风扇,这种电风扇防止了不必要的三百六十度转头送风，而成为以后销售的主流。如今，电风扇已一改人们印象中的传统形象，在外观和功能上都更追求个性化，塔式气流扇尊贵典雅，卡通台扇娇巧可爱，而电脑控制、自然风、睡眠风、负离子功能等这些本属于空调器的功能，也被众多的电风扇厂家拿来做文章，并在此基础上增加了照明、驱蚊等更多的实用功能。据统计，市场成熟度颇高的电风扇行业在国内仍然存在着相当大的市场容量，但由于这个行业技术比较陈旧，外观固定单一，市场上常见的落地扇、转页扇、台扇、壁扇、楼顶扇、吊扇这几个传统类型电风扇的外观和功能的同质化现象十分严重，严重影响和制约了这个市场的发展和提升。但近年来一些主流企业开始有所觉察，他们通过积极创新，突破老式的传统设计，纷纷开发出了一系列更富创新力，更具差异化个性的新产品，以求继续做大蛋糕和进行产品升级。12电风扇的结构与工作原理121电风扇的结构如图11所示,台扇由扇叶、网罩、扇头、调速机构、底座等部分组成,扇头是台扇中最复杂、最重要的部件，由电动机、前后端盖及摇头机构等构成,而吊扇主要由扇头、上下罩、吊杆、吊攀以及独立安装的调速器组成。转页扇由于导风轮的作用，使其送出的风风力柔和，舒适宜人。图11台扇的基本结构122电风扇工作原理电风扇工作时（假设房间与外界没有热传递）室内的温度不仅没有降低，反而会升高。让我们一块来分析一下温度升高的原因电风扇工作时，由于有电流通过电风扇的线圈，导线是有电阻的，所以会不可避免的产生热量向外放热，故温度会升高。但人们为什么会感觉到凉爽呢因为人体的体表有大量的汗液，当电风扇工作起来以后，室内的空气会流动起来，所以就能够促进汗液的急速蒸发，结合“蒸发需要吸收大量的热量”，故人们会感觉到凉爽。风扇在转动时，扇叶后面空气的流速要慢于扇叶前面空气的流速，这样后面空气的压力就比前面的大，这个压力差，就推动空气向前，形成风了。第二章电风扇摇头机构的设计21电风扇摇头机构设计概述摇头机构由减速机构、连杆机构、控制机构与过载保护装置组成，形式有两种离合式与拨式。随着时代的发展,电风扇的摇头机构也不仅仅限于这些,例如就有一种电风扇摇头机构，包括电动机、齿箱总成、摇头连杆，电动机及齿箱总成安装在型支架上，型支架固定在连接头上，其中摇头连杆一端与型支架连接，另一端通过传动机构与齿箱总成连接。所述的传动机构是受齿箱总成控制的做旋转运动的上下曲柄盖，曲柄盖与连杆配合推动电风扇做复合摇头运动。由于采用机械式传动取代了同步电机，使性能更稳定、质量更可靠，且结构简单、成本低。还有一种可调摇头角度的电风扇摇头机构,包括连于连杆一端的摇臂轮，以及活动连于拨轮垫孔内的中心轴,实现了电风扇摇头摆动角度的方便调整且结构紧凑，适用于室内放置电风扇不同的位置要求，提高了电风扇的使用效率。所以电风扇摇头装置多种多样,而且是在不断创新的。22电风扇摇头装置设计原则11各构件应最简化,使电风扇尾部装在小的壳体中2各构件之间安排合理的位置,以免相互干扰3摇头应平稳4发动机也应跟随摇头装置摇摆5应使整体结构美观6自动摆头、送风角度可调7噪音低、可定时。23电风扇摇头装置方案拟定2考虑到执行机构的速度较低和电动机的经济性，选用同步转速为750R/MIN的电动机。台式电风扇摇头装置的主要机构是铰链四杆机构的运动。可以有多种多样的设计方案，图2124给出了四种可用于摇头装置运动的执行机构方案。231方案离合式摇头机构该方案如图所示图21离合式摇头机构该方案见图21主要特点（1）是离合式摇头机构，结构简单（2）不具有急回作用（3）不能承载较大载荷（4）啮合轴做变速往复运动，特别在空行程中，角速度有较剧烈的变化，使摇头直齿轮受到很大的惯性冲击和震动。232方案锨拨式摇头机构该方案见图22主要特点（1）是锨拨式机构，结构较前述方案简单（2）不具有急回作用（3）不能承载较大载荷。图22锨拨式摇头机构233方案平面连杆摇头机构3图23平面四杆摇头机构图23所示为电风扇摇头机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆AB，蜗轮作为连杆BC，构成双摇杆机构ABCD。蜗杆随扇叶同轴转动，带动BC作为主动件绕C点摆动，使摇杆AB带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电动机同时驱动扇叶和摇头机构。该方案主要特点（1）是一种平面连杆机构，机构简单，加工方便，能承受较大载荷（2）有涡轮蜗杆机构，传动比大，结构紧凑，传动性平稳，无噪声，反形成具有自锁性，但传动效率低，磨损较严重，蜗杆轴向力大（3）工作行程中，能使摇头装置控制符合要求。234方案另一种平面连杆摇头机构4图24平面四杆摇头机构如图24所示上面一种摇头机构方案和传动比的大小，方案应用在传动比大的运动机构中。由已知条件和运动要求进行四连杆机构的尺寸综合，计算电动机功率、连杆机构设计等，绘出机械系统运动方案的电风扇的摇头机构中，电机装在摇杆1上，铰链B处装有一个蜗轮。电机转动时，电机轴上的蜗杆带动蜗轮,蜗轮与小齿轮空套在同一根轴上,再由小齿轮带动大齿轮,而大齿轮固定在连杆上,从而迫使连杆2绕B点作整周转动，使连架杆1和3作往复摆动，达到风扇摇头的目的。它具有方案的特点。235对比分析选择方案对以上四种方案进行比较,综合其优缺点,本次设计选用方案,原因如下1采用平面连杆机构,使结构简单2有蜗轮蜗杆机构，传动比大，结构紧凑，传动性平稳，无噪声，反形成具有自锁性，但传动效率低，磨损较严重，蜗杆轴向力大3齿轮的应用使整个传动系统的传动比减小4）整个机构简单，加工方便，节省成本。第三章机构的设计31铰链四杆机构的设计5311铰链四杆机构的组成和基本形式如图31所示，铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件4称为机架，与机架直接铰接的两个构件1和3称为连架杆，不直接与机架铰接的构件2称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆。其类型可分为图31铰链四杆机构1曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中,若两个连架杆中的一个为曲柄,另一个为摇杆,则称之为曲柄摇杆机构。2双曲柄机构在铰链四杆机构中,若两个连架杆均为曲柄,则称为双曲柄机构当两曲柄的长度相等且平行即其他两杆的长度也相等时,称为平行双曲柄机构若双曲柄机构的对边杆长都相等,但不平行,则称为反向双曲柄机构。3双摇杆机构在铰链四杆机构中,若两个连架杆均为摇杆,则称之为双摇杆机构，其中在电风扇摇头装置中用到了双摇杆机构。312平面双摇杆机构的分类和极限位置分析按组成它的各杆长度关系可分成两类，第一类是符合曲柄存在条件,即符合格拉肖夫准则的四杆运动链,而以其最短杆对边的杆为机架组成的双摇杆机构。第二类是不符合曲柄存在条件,即最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和的四杆运动链,以其任意一杆为机架构成的双摇杆机构。双摇杆机构是铰链四杆机构中常见的形式之一,在机械中有特殊曲柄存在的条件,机构若成为双摇杆机构,可通过两种途径来实现1各杆长度满肖夫判别式,即最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。且以最短杆的对边为机架,即可得到双摇杆机构。根据低副运动的可逆性原则,由于此时最短杆是双整转副件,所以,连杆与两摇杆之间的转动副仍为整转副。因此摇杆的两极限位置分别位于连杆最短杆与另一摇杆的两次共线位置,即一次为连杆与摇杆重叠共线,如图32所示ABCD,另一次为连杆与摇杆的拉直共线即图中所示ABCD。摇杆的两极限位置与曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置的确定方法相同,很容易找到。图32两极限位置的确定2各杆长度不满足格拉肖夫判别式,即最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和。则无论哪个构件为机架机构均为双摇杆机构。此时,机构中没有整转副存在,即两摇杆与连架杆及连之间的相对转动角度都小于360。313四杆位置和尺寸的确定图33极为位夹角为0的两极限位置由电扇电动机转速N750R/MIN，电扇摇头周期T10S。电扇摆动角度100与急回系数K103的设计要求,可知,级位夹角为180K1/K126很小,视为0,如图33所示BC,CD共线,先取摇杆LAB长为70,确定AB的位置,然后让摇杆AB逆时针旋转100,即AB,再确定机架AD的位置,且LAD取90,注AD只能在摇杆AB,AB的同侧。当杆AB处在左极限时,BC,CD共线,LBC与LCD之和可以得出,即LBCLCD131,当AB处在右极限时,即图中AB的位置,此时BC,CD重叠,即LCDLBC25,由,式可得LBC为53,LCD为78,B点的运动轨迹为圆弧BB,LBCLAD1431201Z2M21125蜗轮最大外圆直径DA2DA2DA22M635蜗轮轮圆宽BB075DA1168834齿轮机构的设计7341齿轮机构的结构特点和选用原则齿轮传动与其他传动机构相比,有以下优点1传递运动准确可靠,传递的圆周速度范围较大2传递功率范围可从几瓦到十万千瓦3使用效率高,寿命长,结构紧凑4可传递在空间任意配置的两轴之间的传动。根据齿轮传动比I59,以及大小齿轮安装位置,小齿轮的齿数小于17,所用齿轮齿数较少,标准齿轮不能满足要求,所以采用变位齿轮。变位齿轮是在不改变齿轮基本参数M、Z、的条件下,切齿时只变动刀具与坯的相对位置而加工出来的齿轮,在切制时,刀具与被切齿轮间的相对运动关系和切制标准齿轮相同,只是将刀具相对齿轮中心移近或离开一段距离XM,X称为变位系数,此时加工出来的齿轮,它们的基本参数基圆、分度圆和齿形不变,但分度圆上的齿厚、齿间距、齿顶高和齿根高都和标准齿轮不同了。342齿轮机构的几何尺寸计算传动比II88/1559分度圆D1D2D1MZ175D2MZ244齿顶高HAHA1HAX2M075HA2HAX2M025齿根高HFHF1HACX1M00425HF2HACX2M0925齿高HH1HA1HF11175H2HA2HF21175齿顶圆直径DADA1D12HA19DA2D22HA2445齿根圆直径DFDF1D12HF1665DF2D22HF24215中心距AA1/275442575基圆直径DBDB1D1COS71DB2D2COS413齿顶圆压力角AA1ARCOSDB1/DA1379A2ARCOSDB2/BA22186齿宽BB12M6第四章平面连杆机构的运动分析41概述机构运动分析是不考虑引起机构运动的外力的影响,而仅从几何角度出发,根据已知的原动件的运动规律,确定机构其他构件上各点的位移轨迹、速度和加速度,或构件的角位移、角速度和角加速度等运动参数。无论是分析研究现有机械的工作性能,还是优化综合新机械,机构运动分析都是十分重要的。42平面连杆机构的运动分析8平面机构运动分析的方法主要有图解法和解析法。图解法概念清晰、形象直观。随着计算机技术技术和数值方法的发展,不仅解析运算冗繁的困难得以解决,而且采用电算解析法体现出运算速度快,计算精度高的显著优势。但由于主动杆件是连杆,所以本文从图解法考虑,主动杆2从极限位置如图41所示开始,顺时针旋转90,到达图42位置,依次下去,分析如下图41运动分析的BC起始位置11如上图所示,AB处在左极限位置,可以得到摇杆AB与机架AD夹角约为110,用瞬心法求得WAB1/WBCP12P42/P41P120RAD/SP12与P42重叠。图42BC顺时针旋转90后的位置22如上图所示,BC逆时针旋转90,可以得到摇杆AB与机架AD夹角为28,用瞬心法求解得,WAB/WBCP12P42/P41P1232/70由上面可知WBC027RAD/S,所以求得,WAB20123RAD/S。图43BC继续旋转90后的位置33如上图所示,BC继续旋转90,可以得到摇杆AB与机架AD夹角为11,用瞬心法求解得,WAB/WBCP12P42/P41P120/70所以,WAB30RAD/S。图44BC继续旋转90后的位置44如上图所示,BC继续旋转90,可以得到摇杆AB与机架AD夹角为54,用瞬心可知,WAB/WBCP12P42/P41P1255/70。由上面可知WBC027RAD/S,所以求得,WAB40212RAD/S。综上所述,由WBC027RAD/S,可求得,BC在每旋转90时,摇杆的角加速度大小与方向是不一样的,用矢量法求解,在图42中可得,A10717,图43中得,A20717,图44中得,A3123。第五章机构运动仿真的总体分析51计算机动态演示9首先，画出各个机构的零件，其次，将零件组装，再给各个机构仿真。1）建立四杆机构的仿真如图51所示，四杆机构是实现摇头的关键。图51四杆机构运动仿真2）建立减速机构的仿真如图52所示，减速机构包括蜗轮蜗杆机构，齿轮机构。图52减速机构运动仿真由于PROE方面的知识欠缺，不能将以上的各个运动副总体运动仿真，下面应用FLASH演示台式电风扇的摇头机构。这里主要介绍FLASH的制作过程1、设置场景属性如图53所示图53设置场景2、制作运动机构的各个元件，具体运动情况可观看PROE的仿真。（1）绘制机架LAD90如图54所示图54机架（2）蜗杆蜗轮机构，因为电动机固定在摆杆AB上，所以将它们作为一个元件,见图55。图55蜗轮蜗杆（3）大齿轮，因为大齿轮固定在连杆上，所以BC将它们作为一个元件，见图56；图56大齿轮（4）小齿轮见图57图57小齿轮（5）右面的摇杆CD，见图58图58摇杆3、按照台式电风扇摇头机构各个状态，各元件的不同位置摆放，建帧，除了几个特殊位置，为了保证播放的连续性，还添加了几帧。图59运动的几种状态4、为了能连续播放几个周期，可以重复复制各个帧。5、将影片导出。由上可以看出，PRE与FLASH软件相比较，前者的三维效果比较好，适用于立体机构的仿真，但针对平面机构后者用起来更方便。52组建机构运动仿真模型在实验室进行组建仿真如图510和511所示，由于实验室没有足够的器材（蜗轮蜗杆及所需原动机），所以我只组建了四杆机构，在组建前我想了很多替代的办法，例如用齿轮齿条代替蜗轮蜗杆，以及用凸轮进行驱动摇杆，虽然在结果上没能成功，但从中学到了很多，增强了我的动手实践能力，以及在遇到问题时如何去寻找其它方法。在组建四杆机构时，实验室没有所需的杆长，所以选择杆长也是一项重要的事项，要通过多次实验去实现所需的运动方式。图510重叠共线时的极限位置图511拉直共线时的极限位置本次实验的缺陷，发动机要装在摇杆上，由其尾部的蜗杆带动装在连杆上的蜗轮，再经齿轮减速，大齿轮与连杆固定。由于客观原因，我采用了手动。第六章总结与展望从以上叙述的电风扇摇头装置虽然在机构的选型上很简单,就一对蜗轮蜗杆,一对齿轮减速,在加上铰链四杆机构中的平面双摇杆机构,因为此结构是在空间上的,所以在组装时应考虑全面,不仅要满足传动要求,而且要使结构简单,以便使此结构装在尾部的壳体中。在选择电动机时,采用电容运转式交流单相异步电动机,这样使的电风扇摇头的平稳蜗轮蜗杆的选用使传动比减小了好多,而且蜗轮蜗杆比较常用,在市场上很容易买到,这样减少了制造成本,由于蜗轮蜗杆不能太大,所以又用一对齿轮再进行减速蜗轮蜗杆与齿轮同时减速,而且他们的分度圆都不是很大,在加上空间的组合,这样就使整体结构缩小,在外观上不会显的臃肿。在进行运动仿真这一块时,不仅在利用计算机制作仿真模型,而且在实验室进行组建,但由于学校器材有限,没有蜗轮蜗杆,当时想了好多办法,例如用齿轮齿条代替,但还是没办法,因为齿轮齿条不能跟随连架杆运动,凸轮也没办法完成四杆的运动形式,所以最后驱动系统选择了手动,其次在组建四杆机构时,实验室里没有合适所设计的杆件尺寸,所以在组建时根据运动形式选择杆长,其中遇到了不少麻烦,要一次次选择杆长,直到合适的为止。在进行计算机仿真时,首先选择了PRE软件,齿轮传动,蜗轮蜗杆传动,以及四杆机构的单独运动都能实现,但在