机电一体化机械原理课程设计台式电风扇摇头装置的设计

1、机电工程学院机械原理课程设计说 明 书课题名称： 台式电风扇摇头装置的设计 学生姓名： 学号： 专 业： 机械电子工程 班级： 成 绩： 指导教师签字： 2014年01月02日目 录目 录I1 台式电风扇摇头装置的功能与设计要求11.1 设计题目及要求11,2 工作原理及工艺过程11.3 设计任务11,4 功能分解12 机构选用22.1 减速机构的选用22.2 离合器的选用32.3 摇头机构选用42.4 机构组合53 机构设计及参数计算63.1铰链四杆机构的设计63.2四杆的位置和尺寸的确定63.3 斜齿轮参数设计及传动比的分配74 方案设计及方案评价94.1 功能的实现94.2 方案设计94

2、.3 方案评价9结论10一 台式电风扇摇头装置的功能与设计要求1设计题目及其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、仰俯角度与急回系数K的设计要求及任务分配见表1.1。方案号电扇摇摆转动电扇仰俯转动仰角/(°)摆角/（°）急回系数KE1001.0322表1.1执行机构12工作原理及工艺过程系统执行机构2传动减速机构原动机 3设计任务 按给定

3、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； 编写设计计算说明书；4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。扇头的俯仰角调节，这样可以增大风扇的吹风范围。因此，需要设计扇头俯仰角调节机构。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。

4、二 机构选用驱动方式采用电动机驱动。为完成风扇左右俯仰的吹风过程，据上述功能分解，可以分别选用以下机构。功能执行构件工艺动作执行机构减速减速构件周向运动锥齿轮机构执行摇头滑销上下运动离合机构左右摆动连杆左右往复运动铰链四杆机构俯仰撑杆上下运动滑块机构1减速机构选用 方案一锥齿轮减速机构方案二蜗杆减速机构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。2离合器选用方案一方案二由以上两个机构简图可以看出:方

5、案二采用的比方案一少用了一个齿轮,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方案二都比方案一好.也更容易实现.所以我们选择方案二.3摇头机构选用方案一方案二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.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.从以上两个简图中我们不难看出方案一比方案二多了一个齿轮盘,所以方案二更好.4机构组合三 机构设计及参数计算1.铰链四杆机构的设计按组成它的各杆长度关系可分成两

6、类：(1)各杆长度满足杆长条件, 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, 另一次为连杆与摇杆的拉直共线。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。(2) 各杆长度不满足杆长条件, 即最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和。则无论哪个构件为最短杆，机构均为双摇杆机构。此时, 机构中没有整转副存在, 即

7、两摇杆与连架杆及连之间的相对转动角度都小于360°2.四杆位置和尺寸的确定 图3.2.1由K=1.03可知,级位夹角为180°*(K-1)/(K+1)=2.6°很小,视为0°, 如图3.2.1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LBC+ LCD=131 , 当AB处在右极限时,即图中AB的位置, 此时BC,

8、CD重叠,即LCD- LBC=25 ,由,式可得LBC为53, LCD为78, B点的运动轨迹为圆弧B B, LBC+LAD=143< LCD+LAB=148 满足格拉肖夫判别式, 且取最短杆BC的对边AD为机架,符合第一类平面双摇杆机构。 图3.2.2确定四根杆长之后,画出其一般位置如图3.2.2所示, 此时可根据理论力学知识求出杆AB, BC, CD的速度,VAB=WABLAB=(200/1800*) *70=24.4mm/s, WBC=Vcb/Lbc=0.27Rad/s,Wcd=Vc/Lcd=0.05 Rad/s。3. 斜齿轮参数设计及传动比分配斜齿轮三模数m=1.25齿顶高系数径

9、向间隙系数齿数=36压力角=20°分度圆直径齿顶高顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿厚齿宽斜齿轮四模数m=1.25齿顶高系数径向间隙系数齿数压力角=20°分度圆直径齿顶高顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿厚齿宽斜齿圆柱齿轮机构2-1的传动比 四 方案设计及方案评价1功能的实现1、减速机构：采用齿轮机构实现电机轴高速旋转的降速以带动摇头曲柄。 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。同时也伴随着齿轮的啮合与脱离，实现了摇头动作的控制4、扇叶旋转：扇

10、叶直接安装于电动机主轴之上，实现其旋转运动。2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，外置手调俯仰角按钮置于风扇立柱与扇头相接处，顺时针转动调节为增大仰角，逆时针旋转为增大俯角。在急回系数K1.03、摆动角度=100°的要求下，尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。图4.2运动循环图3方案评价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

11、。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。总结 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

12、械原理课程设计是使我们较全面系统的掌握和深化机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养我们机械运动方案设计创新设计和应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。经过这几天的设计，让我初步了解了机械设计的全过程，可以初步的进行机构选型组合和确定运动方案；使我将机械原理课程各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深了所学的理论知识 ；并对动力分析与设计有了一个较完整的概念；提高了运算绘图遗迹运用计算机和技术资料的能力；培养了我们学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力。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