機械原理課程設(shè)計臺式電風(fēng)扇搖頭裝置機構(gòu)設(shè)計

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1、 機械原理課程設(shè)計 論文題目 臺式電風(fēng)扇搖頭裝置 學(xué) 院 電子信息與機電工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 年 級 2009級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成時間 2011 年 7 月 肇慶學(xué)院教務(wù)處制 機械原理課程設(shè)計 簽 名 頁 學(xué) 生 簽 名： 年

2、 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 評閱教師簽名： 年 月 日  目錄 目錄 3 第1章 臺式電風(fēng)扇搖頭裝置的功能與設(shè)計要求 4 1.1 設(shè)計題目 4 1.2 工作原理及工藝過程 4 1.3 設(shè)計要求 4 1.4 功能分解 5 第2章 機構(gòu)的選用與設(shè)計 7 2.1 機構(gòu)的選用 7 2.2左右搖頭機構(gòu) 7 2.2.1 左右搖動方案一（放棄） 7 2.2.2 左右搖頭方案二 （采用） 8 2.2 上下仰俯機構(gòu) 8 第3章 傳動比的設(shè)計 10 第4章 機構(gòu)尺寸設(shè)計 12

3、 4.1 蝸輪蝸桿尺寸設(shè)計 12 4.1.1 蝸桿尺寸參數(shù) 12 4.1.2 蝸輪尺寸參數(shù) 13 4.2 直齒圓柱齒輪尺寸參數(shù) 13 4.2.1 直齒圓柱齒輪3尺寸參數(shù) 13 4.2.2 直齒圓柱齒輪4尺寸參數(shù) 14 4.2 雙搖桿機構(gòu)尺寸參數(shù) 15 第5章 小結(jié) 16 第6章 參考文獻(xiàn) 17 第1章 臺式電風(fēng)扇搖頭裝置的功能與設(shè)計要求 1.1 設(shè)計題目 設(shè)計臺式電風(fēng)扇的搖頭機構(gòu)，使電風(fēng)扇作搖頭動作。風(fēng)扇的直徑為300mm，電扇電動機轉(zhuǎn)速n＝1450r/min，電扇搖頭周期t=10s，電扇擺動角度ψ＝100、俯仰角度φ＝22與急回系數(shù)K＝1.03。

4、風(fēng)扇可以在一定周期下進(jìn)行擺頭運動，使送風(fēng)面積增大。 執(zhí)行機構(gòu)1 1.2 工作原理及工藝過程 系統(tǒng) 執(zhí)行機構(gòu)2 傳動減速機構(gòu) 原動機 1.3 設(shè)計要求 ⑴.電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)至少包括連桿機構(gòu)、蝸輪蝸桿機構(gòu)和齒輪傳動機構(gòu)三種機構(gòu)。 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(gòu)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(shè)計連桿機構(gòu)，自行確定運動規(guī)律，選擇連桿機構(gòu)類型，校核最大壓力角。 ⑷.設(shè)計計算齒輪機構(gòu)，確定傳動比，選擇適當(dāng)?shù)拿?shù)。 ⑸.編寫設(shè)計計算說明書。 1.4 功能分

5、解 電風(fēng)扇的工作原理是將電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域進(jìn)行周期性變換，達(dá)到增大送風(fēng)區(qū)域的目的。顯然，為了完成電風(fēng)扇的擺頭動作，需實現(xiàn)下列運動功能要求： 電動機 齒輪傳動 蝸輪蝸桿 曲柄 搖桿 左右搖頭機構(gòu) 圖1.1 運動功能圖 ⑴.風(fēng)扇需要按運動規(guī)律做左右擺動，因此需要設(shè)計相應(yīng)的擺動機構(gòu)。 ⑵.風(fēng)扇可利用仰俯旋鈕實現(xiàn)上下俯仰，因此需要設(shè)計相應(yīng)的俯仰機構(gòu)。 ⑶.風(fēng)扇需要轉(zhuǎn)換傳動軸線和改變轉(zhuǎn)速，因此需要設(shè)計相應(yīng)的齒輪系機構(gòu)。 對這兩個機構(gòu)的運動功能作進(jìn)一步分析，可知它們分別應(yīng)該實現(xiàn)下列基本運動： ⑴.左右擺動有三

6、個基本運動：運動軸線變換、傳動比降低和周期性擺動。 ⑵.俯仰運動的基本運動：與水平面之間的夾角的變換。 ⑶.轉(zhuǎn)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(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域時，在急回系數(shù)K＝1.03、擺動角度Ψ=100的要求下，盡量保持運動的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換和減小機構(gòu)間的摩擦。 第2章 機構(gòu)的選用與設(shè)計 2.1 機構(gòu)的選用 根據(jù)前述要求，電風(fēng)扇的應(yīng)作繞一點的往復(fù)擺動，且在工作周期中有急回特性。驅(qū)動方式為電機驅(qū)動，利用《機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書》中的表2.1與表2.2的設(shè)計目錄，分別選擇相應(yīng)的機構(gòu)，以實現(xiàn)這三個機構(gòu)的各項功能，見下表。 由于

7、要實現(xiàn)大傳動比，且受到電風(fēng)扇機殼體積大小的限制，結(jié)合《機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書》第155頁的附錄2，減速機構(gòu)可選用蝸輪蝸桿機構(gòu)與直齒圓柱齒輪機構(gòu)的組合機構(gòu)。 表2.1 電風(fēng)扇擺頭的機構(gòu)選形 功能 執(zhí)行機構(gòu) 工藝動作 執(zhí)行機構(gòu) 左右擺動 連桿機構(gòu) 扇形往復(fù)運動 齒輪機構(gòu) 連桿機構(gòu) 上下仰俯 連桿機構(gòu) 扇形往復(fù)運動 連桿機構(gòu) ～ 2.2左右搖頭機構(gòu) 為了能實現(xiàn)左右往復(fù)運動，在經(jīng)濟簡單的原則下可選擇雙搖桿機構(gòu)，實現(xiàn)運動方向交替交換。 2.2.1 左右搖動方案一（放棄） 圖2.1 方案一 該方案主動件有兩個，一個單獨帶動風(fēng)扇扇片轉(zhuǎn)動，另一個則為上圖帶

8、箭頭的飛輪做整周回轉(zhuǎn)，通過連桿帶動機頭左右擺動。由于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動動作與搖頭動作不是由同一個原動機施給的，因此，此方案中不需要用到減速機構(gòu)，只需使兩個原動機有不同的轉(zhuǎn)動速度即可。 優(yōu)點：機構(gòu)簡單，主動件為連架桿便于計算四桿機構(gòu)參數(shù) 缺點：需要兩個主動力即需要兩個電機驅(qū)動 2.2.2 左右搖頭方案二 （采用） 圖2.2 方案二 1——蝸輪，2——蝸桿，3、4——直齒圓柱齒輪，5——電動機 如圖所示，ABCD是以BC為連桿的雙搖桿機構(gòu)，因為它滿足最短桿與最長桿長度之和小于其余兩桿長度之和，故連桿BC可相對于兩連架桿作整周轉(zhuǎn)動。帶有風(fēng)扇的電動機5、齒輪3、4和蝸桿2、蝸輪1均于連架桿

9、AB上，而蝸輪1又與連桿BC固聯(lián)。電動機5轉(zhuǎn)動時，一方面帶動風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，另一方面經(jīng)齒輪傳動和蝸桿傳動帶動連桿BC相對于連架桿AB轉(zhuǎn)動，兩連架桿AB、CD作往復(fù)擺動，從而使風(fēng)扇軸線可在一定角度范圍內(nèi)擺動。 此方案中，齒輪機構(gòu)4-3和蝸輪蝸桿機構(gòu)2-1組合作為減速機構(gòu)。 2.2 上下仰俯機構(gòu) 為了實現(xiàn)仰俯運動，事先計劃使用凸輪機構(gòu)設(shè)計仰俯機構(gòu)，但由于電扇的機殼大小有限，并且凸輪只常使用在低負(fù)載的傳動過程，假如當(dāng)電風(fēng)扇的機頭被某重物壓住，則很容易損壞凸輪，且凸輪制造困難，成本高，對一臺普通臺式風(fēng)扇的設(shè)計來說，并不經(jīng)濟。也可以使用連桿滑塊機構(gòu)設(shè)計，將機殼引出桿使用一條路徑導(dǎo)軌進(jìn)行約束，來完成設(shè)想

10、的仰俯運動。但是需要計算連桿長度以及導(dǎo)軌位移，如果在電動機座與立柱的連接處用兩個帶有扇形凸臺圓盤（圖2.3）在圓心處鉸鏈聯(lián)接，再加一個簡易的制動機構(gòu)，也同樣可以手動實現(xiàn)電風(fēng)扇的上下仰俯。 圖2.3 圓盤1上的扇形凸臺圓心角為180-22=158（），圓盤2上為半圓形凸臺。電動機座與圓盤1相連接，立柱與圓盤2相連接。圓孔內(nèi)旋入仰俯旋鈕。當(dāng)仰俯旋鈕旋緊時，兩圓盤之間的磨擦力增大，仰角不變，當(dāng)仰俯旋鈕旋松時，兩圓盤相離，可以改變仰角。 第3章 傳動比的設(shè)計 由于在設(shè)計的左右擺頭機構(gòu)中，將蝸輪帶動連桿進(jìn)行整周回轉(zhuǎn)的勻速圓周運動。當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)一周，電扇機殼也正好搖擺一回，得出蝸

11、輪的轉(zhuǎn)速為。 選取蝸輪1，蝸桿2模數(shù)m=1，齒輪3、4的模數(shù)m=1.25。 蝸輪1轉(zhuǎn)速 蝸輪蝸桿機構(gòu)2-1的傳動比 直齒圓柱齒輪機構(gòu)4-3的傳動比 電動機的轉(zhuǎn)速

12、 由以上式子得， 要實現(xiàn)大的傳動比，因此，取蝸桿，齒輪4齒數(shù)，代入上式得， 經(jīng)計算，當(dāng)=30，=44時，t=10.09,相對誤差； 當(dāng)=36，=36時，t=9.91,相對誤差； 當(dāng)=30，=43時，t=9.86,相對誤差； 當(dāng)=29，=44時，t=9.76,相對誤差。 結(jié)合臺式電風(fēng)扇機殼尺寸大小的要求及搖動周期，選擇=36，=36。 蝸輪蝸桿機構(gòu)2-1傳動比 直齒圓柱齒輪機構(gòu)4-3傳動比

13、 第4章 機構(gòu)尺寸設(shè)計 4.1 蝸輪蝸桿尺寸設(shè)計 4.1.1 蝸桿尺寸參數(shù) 模數(shù)m=1 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù) 齒數(shù) 壓力角α=20 分度圓直徑 導(dǎo)程角3.18 特性系數(shù) 齒頂高 頂隙 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 軸向齒距 軸向齒厚 法向齒厚 4.1.2 蝸輪尺寸參數(shù) 模數(shù)m=1 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù) 齒數(shù)=36 壓力角α=20 分度圓直徑 螺旋角β=γ=3.18 齒頂高 頂隙 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒頂圓弧半徑 蝸輪蝸桿嚙合中心距 4.2 直齒圓柱齒輪尺寸參數(shù) 4.2.1 直齒圓柱齒輪3

14、尺寸參數(shù) 模數(shù)m=1.25 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù) 齒數(shù)=36 壓力角α=20 分度圓直徑 齒頂高 頂隙 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒厚 齒寬 4.2.2 直齒圓柱齒輪4尺寸參數(shù) 模數(shù)m=1.25 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù) 齒數(shù) 壓力角α=20 分度圓直徑 齒頂高 頂隙 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒厚 齒寬 齒輪3和齒輪4的嚙合中心距 4.2 雙搖桿機構(gòu)尺寸參數(shù) 極位夾角=2.77 圖4.1 雙搖桿機構(gòu) 根據(jù)實際情況（30CM直徑的扇葉），同時經(jīng)過計算，可取a=35，b=46，c=209，d=211.4。

15、 第5章 小結(jié) 機械原理課程設(shè)計是一門綜合性較強的學(xué)科，綜合運用運動分析、力學(xué)分析、機構(gòu)的選擇與設(shè)計、零件設(shè)計等等各方面的知識，能夠培養(yǎng)機械類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力。 通過這次的課程設(shè)計，使我進(jìn)一步鞏固、掌握并社步運用機械原理的知識和理論，對分析、運算、繪圖、文學(xué)表達(dá)等各方面的能力進(jìn)行了初步的訓(xùn)練，理論與實際相結(jié)合。 然而，這次的課程設(shè)計更讓我深感慚愧與憂慮，它讓我切切實實地認(rèn)識到自己知識、技能的匱乏。知識的缺乏讓我在一開始的時候便遇上了障礙，對某些方面的知識的掌握不牢，使我在解決問題時花費了更多的時間與精力，使得這次的課程設(shè)計有著許多的缺陷。然而這也激勵我往后要學(xué)習(xí)好更多的專業(yè)知識，培養(yǎng)專業(yè)能力。 第6章 參考文獻(xiàn) [1] 孫恒、陳作模、葛文杰.機械原理[M].第七版.北京:高等教育出版社,2006.5. [2] 裘建新.機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書[M].北京:高等教育出版社,2008.12. [3] 牛鳴岐、王保民、王振甫.機械原理課程設(shè)計手冊[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2011.11.