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1、1. 設計題目 設計臺式電風扇的搖頭機構，使電風扇作搖頭動作（在一定的仰角下隨搖桿 擺動）。風扇的直徑為300mm電扇電動機轉速n= 1450r/min，電扇搖頭周期 t=10s，電扇擺動角度書二95°、俯仰角度?二20°與急回系數(shù)K=。風扇可以 在一定周期下進行擺頭運動，使送風面積增大。 2. 設計要求 ⑴.電風扇搖頭機構至少包括連桿機構、蝸輪蝸桿機構和齒輪傳動機構三種機構。 ⑵.畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬訂運動循環(huán)圖時，執(zhí)行構件的動 作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排， 但必須滿足工藝上各個動作的配合， 在時 間和空間上不能出現(xiàn)干涉。 ⑶.設計連桿機構，自行確定運動規(guī)律

2、，選擇連桿機構類型，校核最大壓力角。 ⑷.設計計算齒輪機構，確定傳動比，選擇適當?shù)拿?shù)。 ⑸.編寫設計計算說明書。 ⑹.學生可進一步完成機器的計算機演示驗證和凸輪的數(shù)控加工等。 竝右虔頭機卅 3. 功能分解 電風扇的工作原理是將電風扇的送風區(qū)域進行周期性變換， 達到增大送風區(qū) 域的目的。顯然，為了完成電風扇的擺頭動作，需實現(xiàn)下列運動功能要求： ⑴.風扇需要按運動規(guī)律做左右擺動，因此需要設計相應的擺動機構。 ⑵.風扇需要按路徑規(guī)律做上下俯仰，因此需要設計相應的俯仰機構。 ⑶.風扇需要轉換傳動軸線和

3、改變轉速，因此需要設計相應的齒輪系機構。 對這兩個機構的運動功能作進一步分析，可知它們分別應該實現(xiàn)下列基本運 動： ⑴.左右擺動有三個基本運動：運動軸線變換、傳動比降低和周期性擺動。 ⑵.俯仰運動有兩個基本運動：運動方向變換和周期性俯仰。 ⑶.轉換運動軸線和改變傳動比有一個基本動作：運動軸線變換。 此外，還要滿足傳動性能要求： 改變電風扇的送風區(qū)域時，在急回系數(shù) K=、擺動角度屮=95°的要求下， 盡量保持運動的平穩(wěn)轉換和減小機構間的摩擦。 圖運動功能圖 圖運動循環(huán)圖 4. 機構選用 根據(jù)前述要求，電風扇的應作繞一點的往復擺動，且在工作周期中有急回特 性。驅動方式為電機驅動

4、，利用《機械原理課程設計指導書》中第 16頁中的設 計目錄，分別選擇相應的機構，以實現(xiàn)這三個機構的各項功能，見表一。 表一 ？？電風扇擺頭的機構選形 0功能 執(zhí)行機構 工藝動作 執(zhí)行機構 設計矩陣 左右擺動 連桿機構 急進急回往復運動 齒輪機構 連桿機構 A 上下擺動 連桿機構 扇形往復運動 連桿機構 A 電風扇左右擺頭機構 考慮到用電動機驅動、而且空間比較狹小，又需要的三個基本動作和高傳動 比要求。轉換運動軸線與改變傳動比機構（蝸輪蝸桿與行星輪系組合而成的齒輪 箱歸32和&24。優(yōu)點是在較小空間內可以運動軸線變換，且有自鎖功能。為了能 實現(xiàn)上下、左右

5、往復運動，在經(jīng)濟簡單的原則下選擇雙搖桿機構（ a43），實現(xiàn)運 動方向交替交換。綜上，整個電風扇左右擺頭機構 Ai={ a24, a32, a43}0 電風扇上下仰俯機構 考慮到能實行仰俯運動，事先計劃使用（凸輪機構） a11 設計仰俯機構，但 由于電扇的機殼大小有限， 并且凸輪只常使用在低負載的傳動過程， 假如當電風 扇的機頭被某重物壓住，則很容易損壞凸輪。所以，改變成方案二使用 A={ a33} （連桿滑塊機構） 設計。將機殼引出桿使用一條路徑導軌進行約束， 來完成設想 的仰俯運動。 5．運動方案及選擇 左右擺動方案一（放棄）： 圖 左右擺頭方案一機構簡圖 圖 左右擺頭方案一

6、機構立體視圖 該方案主動件有兩個， 一個單獨帶動風扇扇片轉動， 另幾個則為上圖帶箭頭的圓 盤做整周回轉帶動機頭左右擺動。 機構分解： 總體傳動——四桿機構（曲柄搖桿機構） 曲柄：圖中圓盤轉動中心到上表面連結處 搖桿：機頭所在直線 搖桿：連接機頭和轉盤 優(yōu)點： 機構簡單，主動件為連架桿便于計算四桿機構參數(shù) 缺點： 需要兩個主動力即需要兩個電機驅動 左右擺動方案二（放棄）： 圖 5.2.1 左右擺動方案二機構簡圖 圖 5.2.2 左右擺動方案二立體圖 該設計方案采用了齒輪箱改變輸入輸出速度、渦輪蝸桿用于減速并轉換速度方 向、四桿機構來進行機頭的左右擺動并達到急回效果。 機構分解：

7、 減 速——齒輪箱及其蝸輪蝸桿機構 左右擺頭——四桿機構 優(yōu)點：只需要一個主動件即一個電機即可得到風扇轉動和機頭擺動兩種運動。 缺點：在達到機頭左右擺動效果的同時， 馬達齒輪箱也會自轉， 達不到預期的效 果。 左右擺動方案三（采用）： 圖 5.3.1 左右擺動方案三機構簡圖 圖 5.3.2 左右擺動方案三立體圖 該方案在方案 2 的基礎上，改變了四桿機構的機架及各桿的位置， 消除了其自轉， 達到扇葉隨搖桿左右擺動的效果。 優(yōu)點：蝸輪與下面的轉盤同軸但可以拉伸， 在需要電扇轉頭時放下蝸輪使其與蝸 桿嚙合，使蝸桿帶動蝸輪轉動，帶動轉頭；當不需要轉頭時，拔起蝸輪即 可脫離嚙合。 上下?lián)u擺方

8、案 圖 5.4.1 上下擺動方案立體圖 該方案中， 導軌來控制風扇機頭的上下?lián)u擺， 導軌的形狀可以根據(jù)要求更改來達 到不同的上下?lián)u擺效果，并為了美觀將導軌藏于機殼內部。 導軌套在主軸上， 不隨著機頭左右轉動， 而機頭在左右轉動時其內部的凸起物受 導軌軌跡的約束，帶動機頭在左右轉動的同時隨導軌軌跡上下?lián)u擺。 優(yōu)點： 不涉及復雜機構，提高了可靠性；上下?lián)u擺軌跡可以隨要求改變。 比較優(yōu)缺點即選擇 左右擺動方案一： 優(yōu)點：機構簡單，主動件為連架桿便于計算四桿機構參數(shù) 缺點：需要兩個主動力即需要兩個電機驅動 左右擺動方案二： 優(yōu)點：只需要一個主動件即一個電機即可得到風扇轉動和機頭擺動兩種運

9、動。 缺點：在達到機頭左右擺動效果的同時， 馬達齒輪箱也會自轉， 達不到預期的效 果。 左右擺動方案三： 優(yōu)點：蝸輪與下面的轉盤同軸但可以拉伸， 在需要電扇轉頭時放下蝸輪使其與蝸 桿嚙合，使蝸桿帶動蝸輪轉動，帶動轉頭；當不需要轉頭時，拔起蝸輪即 可脫離嚙合。 上下擺動方案： 此方案機構簡單， 運動的是外力并非運動機構， 所以可靠性比較高， 也不易導致 質量問題。 最終方案： 左右擺動方案三 與 上下擺動的結合。 圖 5.6.1 最終方案三視圖 四桿長度的定義： 首先定義一個搖桿的長度，再由擺角及行程比系數(shù)K來估算出曲柄的長度，同時 可以由lmax lmin丨1 且最短桿為連架

10、桿來輔助估算，再由圖 562得到連 桿和機架的長度以及最小傳動角。 表 5.6.2 序號 搖桿長c 擺角W 曲柄長a 行程比系數(shù)K 機架長d 連桿長b 最小傳動角a 1 95 2 95 3 95 4 95 5 95 6 95 7 95 8 95 9 95 10 95 圖563 觀察表5.6.

11、2，根據(jù)實際情況（30CM直徑的扇葉），挑出比例最協(xié)調及最小傳動 角相對大的第二組數(shù)據(jù)，并按比例縮放到 c=2.72cm、a=3cm d=6.56cm、b= 6. 傳動比設計 由于在設計的左右擺頭機構中，將蝸輪帶動連桿進行整周回轉的勻速圓周 運動。當蝸輪旋轉一周，電扇機殼也正好搖擺一回，得出蝸輪的轉速為 w=2X孔 /10= ji /5。由于已知條件電動機轉速與蝸輪轉速相差較大， 并且需要改變軸向傳 動，因此在設計中運用了能產(chǎn)生較大傳動比的蝸輪蝸桿機構與行星齒輪機構。 最 終得出理想的傳動比。 行星輪系設計 行星輪系在一定齒數(shù)比的情況下能產(chǎn)生較大的傳動比。 設計中，采用一對外

12、 嚙合和一對內嚙合齒輪構成。其中 Z3為內嚙合齒輪，乙=18，m=1 ；乙=33，2=1， 25 Z2'=17， m2'=1; Z3=68， z=1。計算得傳動比為 。 3 圖行星輪系 蝸輪蝸桿輪系設計 與行星輪系配合，并考慮電扇機殼的體積大小，蝸輪蝸桿的尺寸不宜過大。 設計中蝸桿的直徑為18，m=1,a =20 , 丫 =59 02 10.48 ;蝸輪的Z=29, m=1,a =20 , B =59 02 10.48，如此，蝸輪蝸桿輪系的傳動比i=29，且均為左旋。、 將兩種輪系組合成一個復合輪系，能順利地符合設計要求，不僅傳動的軸向 改變，而且，完成了較大傳動比的減速過

13、程，綜合兩者的傳動比，得 i總=725 0 3 7. 機構參數(shù)計算 雙搖桿機構設計 因為使用的是以連桿做主動件的雙搖桿機構， 區(qū)別于日常的設計方法，所以, 此次設計我們采用一種新的設計思路一一機架轉換法。 機架轉換法的理論依據(jù)如圖所示，圖一中的 V1是絕對速度，V2是機構運動 后，機架相對于搖桿的相對速度，此時 V仁V2然后轉換機架，將機架轉換至圖 一中的搖桿位置，現(xiàn)在同一位置處，設定圖二中的 V仁V2這樣按照圖2的機構 設計尺寸，所得的尺寸就是實際問題所需要的尺寸長度。 此設計思路，克服了連桿機構以連桿為主動件，連架桿為為從動所產(chǎn)生的難 題，通過轉換思路，等效運動規(guī)律，設計出理想的尺寸長度。 搖桿周期角速度圖： 8 設計圖紙 (1) 方案設計簡圖 (2) 四桿運動規(guī)律表 9.參考文獻 (1) 裘建新?機械原理課程設計指導書?北京高等教育出版社2005 (2) 申永勝.機械原理教程(第2版).北京清華大學出版社2005