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1、 機械 原理 課程設計 臺式電風扇搖頭裝置設計 起止日期： 2014 年 6 月 24 日 至 2014 年 6 月 29 日 學生姓名學 學生姓名學號 學生姓名學號 機 械 1203 班 指 導 教 師 （ 簽 字 ） 機械工程學院（部） 2014年 06 月 29 日 目錄 一．設計要求 ?????????????????????? 3 二 設計任務 ?????????????????????? 3 三．功能分解 ?????????????????????? 4 四．選用機構 ?????????????????????? 4 4-1. 減速機構選用

2、?????????????????? 5 4-2. 離合器選用 ??????????????????? 5 4-3. 搖頭機構選用 ?????????????????? 8 4-4.機構組合????????????????????? 9 五．機構的設計 ????????????????????? 10 5-1.鉸鏈四桿機構的設計??????????????? 10 5-2.四桿位置和尺寸的確定 ?????????????? 11 5-3.傳動比的分配 ?????????????????? 13 六．搖頭裝置三維實體圖 ????????????????? 15 17 七．擺角調

3、節(jié) 17 八．總結 九．參考文獻 ?????????????????????? 19 臺式電風扇搖頭裝置方案 一．設計要求 設計臺式電風扇的搖頭裝置要求能左右旋轉。 以實現(xiàn)一個動力下扇葉旋轉和搖頭動作的 聯(lián)合運動效果。 臺式電風扇的搖頭機構， 使電風扇作搖頭動作。 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ψ與急回系數(shù) K 的設計要求及任務分配見 方案號 電扇搖擺轉動 擺角ψ/ （°） 急回系數(shù) K C 90 1.02 . 設計任務 ⑴ 按給定的主要參數(shù)，擬定機械傳動系統(tǒng)總體方案； ⑵ 畫出機構

4、運動方案簡圖； ⑶ 分配蝸輪蝸桿、齒輪傳動比，確定他們的基本參數(shù)，設計計算幾何尺寸； ⑷ 確定電扇搖擺轉動的平面連桿機構的運動學尺寸， 它應滿足擺角Ψ及急回系數(shù) K 條件下 使最小傳動角 最大。并對平面連桿機構進行運動分析，繪制運動線圖，驗算曲柄存在的 條件； ⑸ 編寫設計計算說明書； （6）學生可進一步完成臺式電風扇搖頭機構的計算機動態(tài)演示或模型試驗驗證。 三．功能分解 常見的搖頭機構有杠桿式、 滑板式和撳拔式等。 風扇要搖擺轉動克采用平面連桿機構實 現(xiàn)。以曲柄搖桿機構的曲柄作為主動件（即風扇轉子通過蝸輪蝸桿帶動連桿傳動） ，則其中 一個搖桿的擺動即實現(xiàn)風扇的左右擺動。機架可取 80

5、~90 mm。本方案具體機構選用如下： 擺轉動力由電動機提供，由于功率大，轉軸運轉速度快，故需減速裝置將電機的速度 減慢傳給搖頭機構（本方案選用 標準直齒輪和蝸桿渦輪二級減速裝置 ）。 采用空間連桿機構直接實現(xiàn)風扇的左右擺動（本方案選用 平面四桿機構 實現(xiàn)左右擺 動）。 同時設計相應的左右擺動機構完成風扇搖頭或不搖頭的吹風過程，所以必須設計相應 的離合器機構（本方案設計為 滑銷錐齒輪機構 ）。 四 . 選用機構 驅動方式采用電動機驅動。為完成風扇左右俯仰的吹風過程，據(jù)上述功能分解，可以 分別選用以下機構。機構選型表： 執(zhí)行構件 功能 執(zhí)行機構 工藝動作 減速構件 減速

6、 標準直齒輪和蝸桿 渦輪機構 周向運動 滑銷 執(zhí)行搖頭 滑銷錐齒輪機構 上下運動 連桿 左右擺動 平面四桿機構 左右往復運動 4.1減速機構選用 蝸桿渦輪減速機構 標準直齒輪減速機構 蝸桿渦輪傳動比大 , 結構緊湊，反行程具有自鎖性， 傳動平穩(wěn) , 無噪聲, 因嚙合時線接 觸 , 且具有螺旋機構的特點 , 故其承載能力強，適用于高速的傳動場合，所以將其作為第一 級減速機構 。又考慮第二級減速機構傳動比小，是在低速的運轉中，本方案采用標準直齒 輪裝置作為第二級減速機構。 綜上，選擇蝸桿渦輪機構和標準直齒輪機構作為減速機構。 4.2離合器選用 方案一主要采用的滑

7、銷上下運動， 使得渦輪脫離蝸桿從而實現(xiàn)是否搖頭的運動。 而方案 二比方案一少用了一個齒輪，它主要采用的滑銷和錐齒輪卡和從而實現(xiàn)是否搖頭的運 動，不管是從結構簡便還是從經(jīng)濟的角度來說方案二都比方案一好，也更容易實現(xiàn)，所 以我們選擇方案二。 4.3 搖頭機構選用 方案一 方案二 要實現(xiàn)扇頭的左右搖擺有很多運動方式可以選擇，如選用凸輪機構，多桿機構，滑塊機構 等等，但四桿機構更容易制造，制造精度要求也不是很高，并且四桿能夠擺幅，且制造成 本較低，所以首選四桿機構，從以上兩個簡圖中，我們不難看出方案一比方案二多了一個 長輪盤，所以方案二更好。 4.4機構組合 如圖所示，電機裝在搖桿

8、1 上，鉸鏈 B 處裝有一個渦輪，電機轉動時，電機軸上的蝸桿帶 動渦輪，渦輪與小齒空套在同一根軸上，再又小齒輪帶動大齒輪，而連桿 2 固定在大齒輪 上，從而迫使連桿 2繞B點作整周轉動，使連架桿 1和 3作往復擺動，達到風扇搖頭的目 的。 五．機構的設計 5.1鉸鏈四桿機構的設計 平面四桿機構和極限位置分析 按組成它的各桿長度關系可分成兩類： (1) 各桿長度滿足桿長條件 , 即最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之 和。且以最短桿的對邊為機架 , 即可得到雙搖桿機構。根據(jù)低副運動的可逆性原則 , 由 于此時最短桿是雙整轉副件 , 所以 , 連桿與兩搖桿之間的轉動副仍為周轉副

9、。因此搖桿 的兩極限位置分別位于連桿 (最短桿 ) 與另一搖桿的兩次共線位置 , 即一次為連桿與搖 桿重疊共線 , 如圖所示 AB′C′D, 另一次為連桿與搖桿的延長共線即圖中所示 ABCD。 搖桿的兩極限位置與曲柄搖桿機構中搖桿的極限位置的確定方法相同 , 很容易到。 (2) 各桿長度不滿足桿長條件 , 即最短桿與最長桿長度之和大于其它兩桿長度之和。 則無論哪個構件為機架機構均為雙搖桿機構。 此時 , 機構中沒有整轉副存在 , 即兩搖桿與 連架桿及連之間的相對轉動角度都小于 360° 5.2四桿位置和尺寸的確定 根據(jù)計算,極位夾角為180°*(K-1)/(K+1)=1.78 °, 如上

10、圖所示BC,CD共線,根據(jù)題設機 架AD長取80,再選取搖桿 AB長為60，根據(jù)方案設計，∠ D的位BA B′為90°，易得到搖桿 AB的兩個極限位置，如圖所示： 當桿 AB 處在左極限時 , BC, CD共線, 可得 LBC+ L CD =120 ① 當AB處在右極限時 ,即圖中 A′B′的位置, 此時 BC, CD重疊, 算得 LC′D′- LB′ C′=40 ② LCD+L AB=140 滿足條件最短桿與最長桿之和小于另外兩桿之和 , 且取最短桿 BC的對邊 AD 為機架 ,符合第一類平面雙搖桿機構，故滿足條件。 根據(jù)題目要求，電風扇搖頭周期 T=10s,可得其角速度 w

11、 為 30rad/s，即 BC 桿繞 B 點角 速度為 30rad/s,而電機又裝在桿 AB 上，此時桿 AB 走過一個周期，即走 180 度，則帶動電 機來回擺動，且擺過的角度為 90 度。 5.3傳動比的分配 其設計規(guī)定轉速 n=1450r/min= 可得 ,W1=9106 rad/s 由上面可知連桿的角速度 WAB=36Rad/s, 而電動機的角速度 w= 151.8rad/s 所以總傳動 比 i = 241 由此把傳動比分配給蝸輪蝸桿與齒輪傳動 , 其中,蝸渦輪蝸桿的傳動比 i1=W 1/W 2 = 51.， 齒輪的傳動比 i2 = w2/w3 = 5.0 （1）蝸輪蝸桿機構

12、的幾何尺寸計算 蝸桿軸向模數(shù) （蝸輪端面模數(shù)） m m = 1.0 則蝸桿分度圓直徑 d1=18 直徑系數(shù) q=18 傳動比 i i = 51 中心距 a 蝸桿軸向齒形角 α 蝸桿蝸輪齒頂高 ha1 ha2 蝸桿蝸輪齒根高 hf1 hf2 蝸桿蝸輪分度圓直徑 d1 d2 蝸桿渦輪齒頂圓直徑 da1 da2 蝸桿蝸輪齒根圓直徑 df1 df2 蝸桿螺紋部分長度 l 蝸輪最大外圓直徑 da2 蝸輪輪圓寬 b a = (q+Z 2)m/2 =34.5 α=20° ha1 = ha2 =ha*m =1 hf1 = hf2= (ha +c )m =1.25 d1=qm=18X

13、1=18 d2=mz2=1 X 51=51 da1=(q+2 ha*)m =20 da2=(z2+2 ha*)m=53 df1=m (q-2h a -2 c )=15.5 df2= m ( z2-2h a*-2 c*)=48.5 l>=(12+0.1z2)m=21.125 da2<=d a2+2m=63.5 b=30 2）齒輪機構的設計 齒輪機構的幾何尺寸計算 傳動比 i 小齒輪齒數(shù) Z1=17 分度圓 d1 d2 齒頂高 ha 齒根高 hf 齒全高 h 齒頂圓直徑 da 齒根圓直徑 df 中心距 a 齒輪兩端面寬度 b 六．搖頭裝置三維實體圖 根據(jù)題設要求以及渦輪的角速

14、度， 可得齒輪傳動比齒輪的傳動比 i2 = W2/W3 = 5.0, 以 及大小齒輪安裝位置 , 小齒輪的齒數(shù)等于 17。 i=5.0 大齒輪齒數(shù) Z2 =85 d1= mz1=17 d2= mz2=85 ha1= ha2= ha*m=1 hf1= hf2= (ha +c )m=1.25 h1=ha1+h f1=2.25 da1=d 1+2ha1=19 da2=d2+2ha2=87 df1=d 1-2hf1=14.5 df2=d2-2hf2=82.5 a=m(Z1+Z 2)=51 b=20 七：擺角調節(jié)方案 擺角的調節(jié)只需改變其中桿的長度即可達到調節(jié)目的，如下圖所示，

15、假設 AB、CD 長 度不變，僅調節(jié)連桿 BC的長度，則 BD=80+BC;B 'D=80-BC。 根據(jù)三角函數(shù)求角公式及規(guī)定轉角則可求出 BC的長度， B、C為大齒輪上的固定點，則只 需在大齒輪上設計制作不同的連接點，根據(jù)需要連接 B、D 兩點，則可調節(jié)擺角。 八．總結 機械原理課程設計結束了，回望這短暫的幾天時間學習，我們學到的東西不少。通過 這次課程設計， 讓我們對機械原理這門課程有了更深入的了解， 對以前不熟悉的環(huán)節(jié)理解。 雖然在設計的過程中遇到了好多麻煩，但是經(jīng)過自己認真的思考和查閱資料，以及和組員 一起討論最終把問題都解決了。這次設計給我們一個感受，學習的過程中要懂得把所學的 東

16、西聯(lián)系起來并運用到實踐中來，而不是把每個章節(jié)分開來理解。通過這個實踐我學得了 好多，同時認識到理論聯(lián)系實際的重要性，不僅加深了對課程的理解程度而且也激起了我 們學習的興趣。 機械原理課程設計結合一種簡單機器進行機器功能分析、工藝動作確定、執(zhí)行機構選 擇、機械運動方案評定、機構尺寸綜合、機械運動方案設計等，使我們學生通過一臺機器 的完整的運動方案設計過程，進一步鞏固、掌握并初步運用機械原理的知識和理論，對分 析、運算、繪圖、文字表達及技術資料查詢等諸方面的獨立工作能力進行初步的訓練，培 養(yǎng)理論與實際相結合、應用計算機完成機構分析和設計的能力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)和 創(chuàng)新能力。機械原理課程設計在

17、機械類學生的知識體系訓練中，具有不可替代的重要作用 通過這次設計，讓我們認識到自己掌握的知識還很缺乏，自己綜合應用所學的專業(yè)知 識能力是如此的不足， 在以后的學習中要加以改進。 同時也充分認識到理論是實際的差別， 只有理論聯(lián)系實際，才能更好的提高自己的綜合能力。以后在學習中要多注意這次設計中 所遇到的問題，并及時的改正。自己的知識仍然很有限，要多學習知識，提高自己。 九.參考文獻 1. 朱理，機械原理 .高等教育出版社 2. 梁崇高 ,等平面連桿機構的計算設計 .北京:高等教育出版社 3. 鄒慧君 .機械運動方案設計手冊 .上海:上海交通大學出版社 4. 尹冠生.理論力學 .西安:西北工業(yè)大學 5. 余貴英，等 .AutoCAD2008.大連：大連理工出版社 6. 諾頓 R L.機械設計—機器和機構綜合分析 .北京：機械工業(yè)出版社