台式电风扇的机械原理与创新
台式电风扇摇头机构设计 机械原理课程设计
机械原理课程设计说明书设计课题台式电风扇摇头机构设计指导教师郑丽娟完成日期 2 0 1 1 年 7 月 8 日1.摘要2.机构设计任务书2.1 设计目的2.2 课程题目2.3 工作原理2.4 设计要求2.5 设计背景3.机构方案设计3.1思路来源3.2思路流程3.3方案选择与比较3.3.1方案选择3.3.2 方案综合分析3.3.3主方案分析4.典型机构的设计和运动分析4.1轮系设计及分析4.2移动从动件圆柱凸轮机构设计——理论廓线设计4.3 设计注意要求5.动力分析5.1传动比计算5.1.1 总传动比计算5.2.2分配各级传动比5.2传动参数的计算5.2.1各零件转速的计算5.2.2各零件功率的计算5.2.3各零件输入转矩的计算5.2.4各构件的传动参数汇总5.3齿条、齿轮传动5.4蜗杆上任一点（扇叶安装位置）运动分析：6.心得体会7.参考文献8.附件1.摘要机械原理课程设计旨在让我们在掌握一定理论知识之后，对现实的机械产品进行分析与设计，为了更好地将机械原理课程的理论与实际想结合，我们组设计的研究课题是台式电风扇的摇头机构。
此摇头机构由一个电机驱动，通过一定数量的齿轮组成轮系进行传动，可以实现电风扇扇叶在预定的工作角度内转动，有较强的适应性与稳定性。
本说明书将首先对我们组设计的电风扇摇头机构以及工作方式借助Matlab等辅助软件进行分析、研究，并进行Pro/E动画仿真模拟，然后对主要构件的具体设计方案、制作方法以及Solidworks三维图样进行展示与说明，最后对整个机构的设计方案进行总结、评价与比较。
关键词摇头机构三维设计分析评价2.机构设计任务书2.1设计目的a)综合运用机械设计课程和其他课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。
b)通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。
c)通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。
风扇的科学原理
风扇的科学原理风扇在我们的日常生活中扮演着重要的角色，它能够帮助人们降温、增加空气对流，并提供舒适的环境。
那么，风扇是通过什么原理来实现这些功能的呢？本文将深入探讨风扇的科学原理。
一、风扇的工作原理风扇的工作原理基于两个基本原理：空气压力差和动量守恒。
1. 空气压力差：风扇通过转动的叶片产生强大的气流，这是由于风扇前后两个区域内的气压不同所造成的。
当风扇转动时，叶片将空气推向后方，形成高压区域；而在风扇后方则形成低压区域。
这种压力差会使空气从高压区域流向低压区域，从而产生了气流。
2. 动量守恒：根据动量守恒定律，当风扇通过叶片将空气推向后方时，反作用力会使风扇本身产生向前的动力。
这就是为什么我们在使用电风扇时会感觉到微弱的风力吹向自己的原因。
风扇通过不断转动叶片，将动力传递给空气，并形成稳定的气流。
二、风扇的类型根据不同的工作原理和结构设计，风扇可以分为以下几种类型：1. 轴流式风扇：轴流式风扇是最常见的一种类型。
它的叶片设计成与轴线平行，通过快速旋转产生气流。
此类风扇通常应用于需要大量空气流动的场景，如工业车间或大型建筑物的通风系统。
2. 离心式风扇：离心式风扇的叶片设计成弯曲形状，通过叶片的旋转将空气迅速抛出。
这种风扇的气流角度更大，适用于需要远距离送风或提供集中制冷的场所，如办公室或家庭。
3. 混流式风扇：混流式风扇的设计与轴流式和离心式风扇的特点相结合。
它的叶片设计成既有轴流式叶片的特点，又有离心式叶片的弯曲形状。
混流式风扇具有中等气流角度，广泛应用于室内空调系统和小型通风设备。
三、风扇的改进和应用随着科学技术的进步，风扇的设计和功能也得到了不断的改进和创新。
以下是一些常见的改进和应用：1. 静音技术：传统的风扇在工作时会产生噪音，影响用户的使用体验。
为了解决这个问题，现代风扇采用静音技术，通过改进叶片和电机的设计来减少噪音，使风扇在工作时更加安静。
2. 节能设计：为了减少能源消耗，现代风扇采用了节能设计。
电脑风扇原理
电脑风扇原理
电脑风扇是通过利用电能将电能转化为机械能，驱动叶片旋转，从而产生风力，达到散热和降温的目的。
它通常由电机、叶片和外壳三部分组成。
电机是电脑风扇的核心部件，使用电能产生转动力。
电机通常采用直流电机，它包括一个通电线圈和一个永磁体。
当电脑风扇接通电源时，电流通过线圈产生磁场，与永磁体产生相互作用，从而产生转动力。
叶片是电脑风扇的转动部分，通常由金属或塑料制成。
当电机转动时，其转子上的叶片也会随之旋转。
叶片设计成弯曲的形状，可以更好地吸取空气，并将其沿同一方向排出。
外壳是用来固定电机和叶片的部件，也可以保护电机和叶片不受外界物体的影响。
外壳通常由塑料或金属材料制成，具有良好的导热性能，有助于散热。
当电脑风扇工作时，电流经过电机的线圈，产生磁场。
磁场与永磁体相互作用，使电机转动。
转动的电机带动叶片一起旋转，产生风力。
风力产生后，通过风扇的出风口排出。
同时，电脑风扇将空气吸入进风口，形成一个闭合的循环系统。
通过不断地吸入和排出空气，电脑风扇能够保持空气流动，达到散热和降温的目的。
总之，电脑风扇通过电力驱动叶片旋转，产生风力，从而实现
散热和降温的功能。
它的原理是利用电能转化为机械能，将空气吸入并排出，保持空气流通。
这样就能有效地散热，保护电脑的正常运行。
《机械原理课程设计》台式电风扇摇头机构
《机械原理课程设计》台式电风扇摇头机构绪论：风扇，指热天借以生风取凉的用具。
电风扇，是用电驱动产生气流的装置，内配置的扇子通电后来进行转动化成自然风来达到乘凉的效果。
图1（家用风扇简图）发明时间机械风扇起源房顶上，1829年，一个叫詹姆斯·拜伦的美国人从钟表的结构中受到启发，发明了一种可以固定在天花板上，用发条驱动的机械风扇。
这种风扇转动扇叶带来的徐徐凉风使人感到欣喜，但得爬上梯子去上发条，很麻烦。
1872年，一个叫约瑟夫的法国人又研制出一种靠发条涡轮启动，用齿轮链条装置传动的机械风扇，这个风扇比拜伦发明的机械风扇精致多了，使用也方便一些。
1880年，美国人舒乐首次将叶片直接装在电动机上，再接上电源，叶片飞速转动，阵阵凉风扑面而来，这就是世界上第一台电风扇。
电风扇的主要部件是：交流电动机。
其工作原理是：通电线圈在磁场中受力而转动。
能量的转化形式是：电能主要转化为机械能，同时由于线圈有电阻，所以不可避免的有一部分电能要转化为热能。
在人们的日常生活中，一台风扇为了满足多人多角度的使用，具备了在启动后左右反复摇头的功能，因此能增加令人感到凉爽的面积，这不失为一种方法。
在电风扇内部使风扇部分摇头有很多种方法。
工作原理：1.通过电机提供原动力2.通过轮系，连杆，凸轮等机构进行传动设计要求：最终机构要在单一驱动力驱动的前提下使这两种独立运动，即电风扇的转动与电风扇的摆动两组运动按预设传动比同时进行。
传动装置可由一组轮系组成。
风扇转动结构原理：双摇杆机构就是两连架杆均是摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。
（如图2）机构中两摇杆可以分别为主动件。
当连杆与摇杆共线时，为机构的两个极限位置。
双摇杆机构连杆上的转动副都是周转副，故连杆能相对于两连架杆作整周回转。
图2（双摇杆机构简图）风扇转动结构设计：（图3）图3本次设计的预定参数：电机转速为600转每分钟自由度：F=3n-（2PL+Ph）F=9-8=1传动比：蜗杆采用单头蜗杆n1/n2=K/Z其中，n1-蜗杆的转速 n2-涡轮的转速 K-蜗杆头数 Z-涡轮的齿数电机转速600r/min 涡轮齿数100传动比（i=Z/K）=100总结：该机构不宜用于实现大角度转动的电扇采用的原因是，大角度转动之后，容影引起蜗轮、蜗杆接触过紧或脱离的发生，影响正常使用。
台式电风扇的摇头机构机械原理说明书
1.设计题目设计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ψ＝95°、俯仰角度φ＝20°与急回系数K＝1.025。
风扇可以在一定周期下进行摆头运动，使送风面积增大。
2. 设计要求⑴.电风扇摇头机构至少包括连杆机构、蜗轮蜗杆机构和齿轮传动机构三种机构。
⑵.画出机器的运动方案简图与运动循环图。
拟订运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现干涉。
⑶.设计连杆机构，自行确定运动规律，选择连杆机构类型，校核最大压力角。
⑷.设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。
⑸.编写设计计算说明书。
⑹.学生可进一步完成机器的计算机演示验证和凸轮的数控加工等。
3. 功能分解电风扇的工作原理是将电风扇的送风区域进行周期性变换，达到增大送风区域的目的。
显然，为了完成电风扇的摆头动作，需实现下列运动功能要求：⑴.风扇需要按运动规律做左右摆动，因此需要设计相应的摆动机构。
⑵.风扇需要按路径规律做上下俯仰，因此需要设计相应的俯仰机构。
⑶.风扇需要转换传动轴线和改变转速，因此需要设计相应的齿轮系机构。
对这两个机构的运动功能作进一步分析，可知它们分别应该实现下列基本运动：⑴.左右摆动有三个基本运动：运动轴线变换、传动比降低和周期性摆动。
⑵.俯仰运动有两个基本运动：运动方向变换和周期性俯仰。
⑶.转换运动轴线和改变传动比有一个基本动作：运动轴线变换。
此外，还要满足传动性能要求：改变电风扇的送风区域时，在急回系数K＝1.025、摆动角度Ψ=95°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3.1 运动功能图图3.2 运动循环图4. 机构选用根据前述要求，电风扇的应作绕一点的往复摆动，且在工作周期中有急回特性。
机械原理课程设计台式电风扇摇头装置的设计(1)
机械原理课程设计台式电风扇摇头装置的设计(1)设计题目：机械原理课程设计台式电风扇摇头装置的设计一、设计需求随着人们对生活品质要求的提高，电风扇已成为人们夏季生活中不可缺少的物品。
然而，传统的台式电风扇只能在一个固定角度内吹风，无法实现摇头功能，导致风扇的使用范围受限。
因此，本次设计需要设计一种适用于台式电风扇的摇头装置，使电风扇能够摇头，拓展其使用范围。
同时，需要确保摇头装置的可靠性、稳定性和安全性，以避免装置故障或损坏带来危险。
二、方案设计1. 前置条件在本次设计中，假设已有一台传统的台式电风扇，其外形和结构参照如下图：2. 摇头装置的设计方案本次设计中，我们采用一种球形转向机构来实现电风扇的摇头功能。
球形转向机构能够实现方向的变化，使得电风扇能够左右晃动，从而实现摇头功能。
具体地，摇头装置的设计分为以下几个步骤：（1）选材为保证装置的质量和稳定性，我们选用了优质的铜材和不锈钢材料。
铜材和不锈钢材料具有良好的强度和韧性，能够承受较大的力和振动，同时不易生锈，也能减少散热导致的问题。
（2）设计球形转向机构球形转向机构的结构如下图所示：球形转向机构由两个球形承载件、两个承压块、一个转向架、两个支架和一个齿轮组成。
其中两个球形承载件被安装在承压块中，转向架上安装有齿轮，支架固定在电风扇的支架上。
在球形转向机构的设计中，需要控制好齿轮的齿数和直径，以保证转向机构的转动角度和速度，从而保证电风扇的摇头幅度和摇动频率。
同时，还需要控制好球形转向机构中的各个零部件的尺寸和公差，以保证装置的稳定性和可靠性。
（3）装配球形转向机构球形转向机构的装配相对简单，只需将各个零件依次按照设计方案组装即可。
在装配过程中需要注意的是，应该仔细检查各个零部件的公差是否合适，避免在装配过程中出现误差。
并且，需要确保球形承载件与电风扇支架之间的连接紧固可靠，以免在使用中出现松动或磨损的情况。
3. 测试在球形转向机构装配好后，需要进行测试以检查装置的性能和稳定性。
台式电风扇摇头装置机械原理课程设计
台式电风扇摇头装置机械原理课程设计摇头装置是一种常见于台式电风扇中的机械结构，它能够使风扇的扇叶左右自动摆动，使得风扇的风力分布更加均匀，覆盖范围更广。
在本篇文章中，将详细介绍台式电风扇摇头装置的机械原理，并进行课程设计。
一、摇头装置的机械原理1.基本结构2.工作原理当电机启动时，电机的转动力会通过减速器传递给摇头齿轮。
摇头齿轮是一个特殊设计的齿轮，其齿形和齿数使得摇头杆得以左右摆动。
摇头杆通过与摇头齿轮的啮合来获得动力，并将动力传递给摇头扇叶。
摇头杆的摆动是通过摇头齿轮的齿形和齿数来实现的。
摇头齿轮的齿形一般是非圆弧形的，齿数也是不对称的。
这样设计的目的是使得摇头杆在摇头齿轮的作用下左右摆动，从而使摇头扇叶左右摆动。
二、课程设计在进行台式电风扇摇头装置的课程设计时，可以按照以下步骤进行：1.确定设计需求首先，需要明确设计的目标和需求，包括摇头扇叶的摆动角度、频率等参数。
2.设计摇头杆根据设计需求，设计摇头杆的形状和尺寸。
摇头杆一般是一个长条形的零件，需要考虑其强度和刚度，以及与摇头齿轮的连接方式。
3.设计摇头齿轮根据摇头杆的设计来确定摇头齿轮的齿形和齿数。
摇头齿轮一般是一个非圆弧形的齿轮，需要考虑其与摇头杆的啮合方式和传动效率。
4.设计减速器减速器是将电机的转动力传递给摇头齿轮的装置，需要根据电机的转速和扭矩来选择合适的减速比。
减速器一般由齿轮、轴承等组成，需要考虑其传动效率和噪音等因素。
5.设计电机支架电机支架是将电机固定在风扇的底座上的装置，需要考虑其稳定性和结构强度。
6.进行装配和调试将设计好的各个零件进行装配，并进行调试和测试。
调试过程中需要注意各个零件的配合情况和传动效率，以及摇头扇叶的摆动角度和频率是否符合设计要求。
三、总结台式电风扇的摇头装置是一种常见的机械结构，通过电机、减速器、摇头齿轮、摇头杆和摇头扇叶等组成，能够使风扇的扇叶左右自动摆动。
在进行课程设计时，需要明确设计需求，设计摇头杆和摇头齿轮的形状和尺寸，设计减速器和电机支架，然后进行装配和调试。
台式电风扇摇头装置机械原理课程设计
台式电风扇摇头装置机械原理课程设计
设计目标：设计一个台式电风扇摇头装置，使其能够自动左右摇头，提供舒适的风向变化。
设计要点：
电机选择：选择一个适当的电机作为摇头装置的驱动源。
该电机应具有足够的扭矩和转速，以便实现平稳的摇头运动。
传动机构设计：设计一个传动机构将电机的旋转运动转换为摇头运动。
传动机构应具有合适的减速比，以实现适当的摇头速度和范围。
摇头角度调节：设计一个可调节的摇头角度装置，使用户能够根据需要选择不同的摇头范围。
限位保护：设计一个限位装置，以避免摇头装置过度摇动或超过其设计范围。
限位装置应具有可靠的触发机制，确保装置安全可靠地停止在预定位置。
结构稳定性：设计一个稳定的结构，以确保摇头装置在运动过程中保持平衡和稳定。
设计步骤：
确定电机规格：根据需要的摇头速度和力矩，选择一个适当的电机。
设计传动机构：基于电机的转速和所需摇头角度，设计一个传动机构，将旋转运动转换为左右摇头运动。
设计摇头角度调节装置：设计一个装置，使用户能够轻松调节摇头角度。
设计限位保护装置：设计一个限位装置，以确保摇头装置在达到预定范围时停止运动。
设计结构稳定性：确保摇头装置的结构稳定性，考虑到电机和传动机构的安装位置和固定方式。
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台式电风扇的机械原理与创新
院部：机电工程学院
班级： 12机械卓越班
姓名：刘德华
学号： 21206072021
指导教师：韩慧风
台式电风扇的机械原理
功能原理分析
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（双摇杆机构）。
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（滑销离合器机构）。
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
机构
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。
机构选型表：
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曲柄摇杆机构
俯仰撑杆上下运动滑块机构
1，减速机构
图1：锥齿轮减速机构
图2：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。
所以选用锥齿轮减速。
2，离合器
3，摇头机构
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.
机构组合
功能机构的分析以下机构来实现电风扇的减速、摇头、俯仰运动。
功能的实现
摇头风扇由电机、齿轮机构、摇头连杆机构等组成。
可具体分为：
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。
同时也伴随着伞
齿轮的啮合与脱离，实现了摇头动作的控制
4、扇叶旋转：扇叶直接安装于电动机主轴之上，实现其旋转运动。
机构的设计原理
传动原理
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。
方案如下图所示：
改进与创新
(1)常见的摇头机构有杠杆式、滑板式等，可以将风扇的摇头动作分解为风扇的左右摆动和风扇的上下俯仰运动，风扇摇摆转动可以采用平面连杆机构实现，以双摇杆机构的连杆为主动件(即风扇转子通过蜗轮蜗杆带动连杆传动)，则其中一个连架杆的摆动即实现风扇的左右摆动（风扇安装在连架杆上）,机架可选取80~90mm，风扇的上下俯仰运动可采用连杆机构、凸轮机构等实现
（2）还可以采用空间连杆机构直接实现左右摆动和上下俯仰的复合运动
生活应用案例分析
现市售电风扇的机头一般只是做单一的左右摆头动作，可结合手动调节机头俯仰角度来改善受风区域，但工作正常时机头抚养往往是固定的，
只依靠机头自身左右摆动来送风，因此受风区域、面积有限。
案例改进
电风扇有两种实现方式，即风扇左右摆动和风扇上下俯仰运动。
借助相应的构件作上下俯仰运动，实现立体宽区域送风。
根据前述设计要求，并且根据技术、经济及相容性要求，确定两种运动的执行元件——机头，选用相应的机构来实现各项运动的功能，见表仅对表基本结构进行组合，就可以得到2*2=4中方案。
初步选用机构简单uou较为可行的方案为：上下俯仰运动采用连杆机构中的双摇杆机构双摇杆机构：结果简单、制造容易、工作可靠、传动距离较远、传递载荷较大，可实现急回运动规律，一般用于从动件行程较大或承受重载的工作场合、可以实现移动、摆动等复杂运动规律.。