坐式电扇反求创新设计
摘要
坐式电扇主要的使用环境以桌面为主，如办公室的办公桌、宿舍的学习桌、书房的写字台。现在坐式电扇使用率高主要是因为坐式电扇的价格便宜，普通人都能够买的起。相比空调更加节能环保，使用起来也方便，操作简单，体积小，便于摆放在很多位置。对此电风扇进行创新研究，使其结构更合理人性化，功能更多，方便生活，改善我们的生活办公环境。随着生活水平的提高，对室内空气环境也有一定的改善，超声波空气加湿器有很大的辅助作用，加装温度湿度表，这样更有利于对室内环境的监控，随时进行调整，是我们居住的环境更加舒适。
本次设计的题目是坐式电扇反求创新设计，通过大学所学的知识，提出了坐式电扇的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了坐式电扇总的指导思想，从而得出了该坐式电扇的优点是工作灵活，运行平稳以及功能多样化。
关键词：坐式电扇；结构；空气加湿器；平稳
Abstract
Sit fan mainly the use of the environment to the desktop, such as office desk, dormitory study desk, study desk. Now sit fan high usage rate is mainly because the sitting type fan is cheap, ordinary people can afford to buy. Compared to air conditioning, more energy saving and environmental protection, easy to use, easy to operate, small size, easy to put in a lot of location. This electric fan to carry out innovative research, so that the structure of a more rational and humane, more functional, convenient life, improve our living environment. With the improvement of living standards, on the indoor air environment has improved, the ultrasonic air humidifier has great supporting role, equipped with temperature and humidity table, so that is more conducive to the indoor environment monitoring, at any time to adjust is our living environment more comfortable.
The topic of this design is a sitting type fan reverse innovative design, through the University of the school knowledge proposed must be sitting type fan structure composition, working principle and main parts design of the theoretic calculation and strength check, construction of the sit type fan total guiding ideology, and comes to a conclusion that the advantages of the sitting type fan is flexible, smooth operation and functional diversification.
Keywords: seat type fan; air humidifier; stable structure;
目录
摘要.......................................................... I Abstract ..................................................... II 1 绪论.. (1)
1.1课题的来源与研究的目的和意义 (1)
1.2本课题研究的内容 (3)
1.3研究的意义 (4)
2 坐式电扇总体结构的设计 (5)
2.1方案设计 (6)
2.2工作原理 (7)
2.3 摇杆的结构设计 (9)
3 机械部分的设计计算 (10)
3.1上下摆动电机的选型计算 (12)
3.2旋转直流电机的设计计算 (13)
3.3螺栓的选型计算 (14)
3.4超声波空气加湿装置工作原理 (15)
4 坐式电扇中主要零件的三维建模 (16)
4.1风扇外壳的三维建模 (18)
4.2 按钮身的三维建模 (14)
4.3飞轮盘的三维建模 (15)
4.4坐式电扇的三维建模 (16)
5 坐式电扇中主要零件的强度分析与校核 ........ 错误！未定义书签。
5.1滚动轴承强度的校核计算................. 错误！未定义书签。结论 . (23)
参考文献 (24)
致谢 (25)
1 绪论
1.1 课题的来源与研究的目的和意义
我国生产的坐式电扇结构简陋，工作效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的坐式电扇的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，坐式电扇的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的坐式电扇势在必行！
相信此种坐式电扇的出现将会大大提高它在办公室、居家使用的量，为生产坐地企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了机械工业的不断发展。并且此种坐式电扇的出现，对室内空气环境也有一定的改善，超声波空气加湿器有很大的辅助作用，加装温度湿度表，这样更有利于对室内环境的监控，随时进行调整，使我们居住的环境更加舒适。
随着国际标准化（SIO）的实施，世界坐式电扇以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础,19世纪80年代，美国的HUGER公司将新开发的坐式电扇应用到世界各地市场，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国HUGER公司之后，德国的DESTO公司也看到了坐式电扇的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制坐式电扇，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行坐式电扇的研发工作。现在国外等著名坐式电扇的品牌中，都有坐式电扇的销售，全世界坐式电扇的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，坐式电扇的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此坐式电扇是当今棒料生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的坐式电扇销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。
目前国外特别是美国正在考虑发展坐式电扇的功率最大化，产能最优化的问题。自“九·五”期间坐式电扇的开发和研制已经被列入美国的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的坐式电扇。
我国从1953年开始生产坐式电扇，于1958年自行设计制造功率不同坐式电扇之后，为了适应坐式电扇生产厂家的需要，后续又推出了更多品牌和功能的坐式电扇。
为了满足坐式电扇生产工业发展需要，我国于1970年研制了大型坐式电扇。经运转实践证明效果很好。同年，福建的金明公司更是大量引入外来技术人才，全身心地投入到了坐式电扇的研发中，利用丰富的人力资源和设备，研发出了多种可夹持不同直径棒料的切割机，与同年12也投入市场，获得了非常大的经济利润。近几年又研制出PX1400/170坐式电扇，其设计能力为1750t/h，实际达到2508t/h，是设计值的1.6倍。
目前机械式坐式电扇将逐渐被全自动坐式电扇所代替。传统的机械式的坐式电扇已经不能完全满足当今市场的需要，迫切需要各种多功能的坐式电扇来满足市场需求，如是福建金明公司加大人力开发出了五个规格十四种类型的坐式电扇，然而我国机械人业所需的坐式电扇全部依赖进口，这使得国产机械人配备坐式电扇后，成本增加很大，而装备自行开发生产坐式电扇，其成本提高不大，说明坐式电扇的市场前景令人乐观。传统的坐式电扇的产品图如下图1、图2所示：
图1
图2
1.2 本课题研究的内容
本次设计主要针对坐式电扇进行设计，从坐式电扇的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：
（1）通过网络和图书馆查找各种关于坐式电扇的相关资料，对坐式电扇进行方案的比较和预定。
（2）分析坐式电扇的结构与参数。
（3）确定设计总体方案。
（4）确定具体设计方案。
（5）坐式电扇图纸的绘制。
（6）说明书的编写和整理。
1.3 研究的意义
由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。
大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块
的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。随着国际标准化（SIO）的实施，世界冰糕剖切机以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础，着眼于产品零部件的标准化、系列化、规格化、通用化和专业化以及大批量生产。根据互换性、模数制、公差与配合的原理，使得组合、多变、拆装的冰糕剖切机已经进入全面系统设计的阶段，其功能与形式的结合更为完美。上世纪八十年代，德国的西蒙德公司将新开发的冰糕剖切机成功投入市场，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第一代冰糕剖切机的经验基础上，开发出了性能更佳，剖切能力更大的冰糕剖切机。当前，全世界各大冰糕剖切机生产厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行冰糕剖切机的研发工作。现在国外等著名冰糕剖切机的品牌中，都有冰糕剖切机的销售，全世界冰糕剖切机的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，冰糕剖切机的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此冰糕剖切机是当今棒料生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。
本论文主要研究运用SolidWorks对坐式电扇进行设计。通过对坐式电扇进行设计，来了解坐式电扇的结构组成、工作原理以及以后的发展趋势和现状。该课题来自于棒料加工型机械公司的生产实际，通过设计出坐式电扇，从而来掌握坐式电扇的整个设计生产流程，培养工程意识。
我国生产的坐式电扇结构简陋，运行效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的坐式电扇的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，坐式电扇的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的坐式电扇势在必
行！本文运用大学所学的知识，提出了坐式电扇的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了坐式电扇总的指导思想，从而得出了该坐式电扇的优点是高效，经济，并且校正质量高，运行平稳的结论。
通过设计坐式电扇，要求学生掌握大学四年所学到的知识，了解机械原理，机械设计，以及传动机构设计等方面的知识，综合运用三维绘图软件，二维绘图软件对机械设备进行设计。通过本次毕业设计，综合提高学生的实际应用水平和设计能力。
2 坐式电扇总体结构的设计
2.1方案设计
本次设计的坐式电扇在传统的坐式电扇的基础上面加装了超声波空气加湿器，加装温度湿度表，这样更有利于对室内环境的监控，随时进行调整，使得我们居住的环境更加舒适，本次设计的坐式电扇的方案简图如下图3所示：
图3
2.2工作原理
本次设计的坐式电扇主要由风扇外壳、按钮身、温湿度液晶面板、底座、超声波空气加湿装置、以及驱动风扇旋转和摆动的电机组成。通过直流电机直接驱动风扇的叶片使其转动，如果需要电扇摆动，可以通过控制按钮控制底部的摆动电机转动，从而带动飞轮盘转动，这样，电扇的头部在摇杆的往复运动中就不断地上下摆动了。
2.3摇杆的结构设计
本次设计的摆动部分主要的零件是摇杆，摇杆的设计需要考虑到它的强度和结构方面的设计，它是电风扇头部与飞轮盘相连接的载体，在摆动部分起到至关重要的作用。本次设计的摆动杆的零件图如下图4所示：
图4
3 机械部分的设计计算
3.1上下摆动电机的选型计算
根据坐式电扇上下摆动的要求，应考虑电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和额定功率、工作方式，在决定电动机功率时考虑到电动机的发热，允许过载能力启动能力等问题，现选用比较适合的单相直流电机，这是由于单相电机的功率等级和安装尺寸与国外同类型的先进产品相当，因而具有与国外同类型产品之间良好的互换性，供配套出口及引进设备替换。选取功率为0.1KW ，额定电压：220V ， 频率：50HZ ,额定转速为1440rpm ，额定转矩2.3N .m ，型号为Y100-2，电动机选用三角型启动方法启动。
3.2旋转直流电机的设计计算
已知整个坐式电扇的总重量50KG,其他重量5KG ，我们取总重量为55Kg ，移动速度为1~2r/min 。即：
具体的电机设计计算如下:
1、确定运行时间 本次设计加速时间01(t -t )60=Vl l
Vl 负载速度（m/min ）
有速度可知每秒上升50mm ，
0.0331.2=1.2360
=-÷l s
电机转速
电机=Vl n PB
2400/min 0.005
电机===Vl n r PB
3.负载转矩
0.3102000.005 1.73.220.9
???===?B gMP TL N m μπηπ
式中：
4.电机转矩
启动转矩
12()2636.9(0.00032) 1.25.6060 1.2
+?+===?S NM JM JL JM T N m t ππ
必须转矩() 2.36.=+=TM TL TS S N m
S 为安全系数，这里取1.0。
根据以上得出数据，我们选用电机型号为92BL-4020L1，此电机厂家为机电产品。依据电动机参数和特性曲线可得：
根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为
160BL-4030H1-LK-B ，电机额定功率为0.1KW ，额定转矩为7.62N.m ，最高的转矩是9N.m ，额定的转速是3000r/min ，以下是电动机的效果图：
外形尺寸130x160，电机输出轴径为25mm。
3.3螺栓的选型计算
螺栓的强度在机械联接中至关重要，特别是在重要的场合，其强度校核和计
算尤其重要。其受力简图如上图所示，图中以合力代替均匀分布的作用力假设
应力在剪切面内是均匀分布的，若为剪切面面积，则应力为：
与剪切面相切，故为剪应力。
2、挤压实用计算
在工程上也使用相似剪切的计算方法，假设挤压应力是均匀分布的，则
挤压面面积为挤压面的正投影面积。对于平键接触面面积就是挤压面面积；对于螺栓挤压面面积就是直径平面面积，其值为。
3、强度条件
剪切和挤压的强度条件如下：
剪切强度条件：≤
挤压强度条件：≤
式中
塑性材料：
脆性材料：
先按剪切强度设计：
≤? ≤
d≥
再用挤压强度条件设计，挤压力为，所以
≤≤
d≥
最后得到螺栓的抗大强度和抗剪强度是合适的。
3.4超声波空气加湿装置工作原理
采用超声波高频振荡的原理，将水雾化为1—5微米的超微粒子，通过风动装置，将水雾扩散到空气中，从而达到均匀加湿空气的目的。
4 坐式电扇中主要零件的三维建模4.1风扇外壳的三维建模
4.2 按钮身的三维建模
4.3飞轮盘的三维建模
4.4坐式电扇的三维建模
5 坐式电扇中主要零件的强度分析与校核
5.1滚动轴承强度的校核计算
本次坐式电扇的设计选取的轴承是深沟球轴承，具体的滚动轴承的选取过程如下：
（1）滚动轴承的选择
滚动轴承为深沟球轴承6205，751=r C KN ，1360=or C KN ，
95.0=e ，87.01=Y 。 （2）寿命验算
轴承所受支反力合力 3.124015.126524.7622222=+=+=BZ BY
B R R R N;
对于深沟球轴承，派生轴向力互相抵消。
0=Ba F ，975==a Ca F F N;
得 e B
R Ba F <； 124195.087.03.12401=+=+=x F Y R P Ba B Br N ；
按轴承B 的受力大小验算: 93
103661036.974.15051086255660106010?=???? ????=???? ??=εBr h P C n L h; 91036.9?=h L h=51034.2?年;
所以此轴承合格。
6 设计总结
通过本次设计,让我学习到了许多知识，特别是对传动机构的应用方面，是我收获最大的地方。本次的设计的传动机构包含了曲柄摇杆机构这一典型的机构，查找与它相关的设计资料，花费了我好多精力，同时，也让我学到了好多知识。
在相关的实际问题的讨论中，我的导师总是孜孜不倦的引导着我，帮助着我。每周一次的进度检查和问题讨论，促使我在正确的道路上大步前进，不仅工作的按时保质保量的完成得到了保证，我本人的研究能力，工作的态度也得到了充分的锻炼和提高。这些宝贵的品质影响着我，毫无疑问，它们对我以后的工作，学习，生活都会起到深远而长久的良好影响。也能为人生打下一个夯实地基础！ 在具体的研究设计过程中，同学们也在平日的学习与生活中提供了无私与周到的帮助，充分用他们的工作热情感染着我，鼓励着我，让我少走了很多弯路，再次一并致谢！另外也感谢我的父母，朋友和同学们的帮助。在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使