电扇摇头装置课程设计

机 械 原 理 课 程 设

计

台式电风扇摇头装置设计

起止日期： 2014 年 6 月 24日 至 2014 年 6 月 29日

学生姓名学号

学生姓名学号

学生姓名学号

班

级 机械1203班

成绩 指导教师(签字)

机械工程学院（部）

2014年06 月 29 日

目 录

一．设计要求 (3)

二 设计任务 (3)

三．功能分解 (4)

四．选用机构 (4)

4-1.减速机构选用 (5)

4-2.离合器选用 (5)

4-3.摇头机构选用 (8)

4-4.机构组合 (9)

五．机构的设计 (10)

5-1.铰链四杆机构的设计 (10)

5-2.四杆位置和尺寸的确定 (11)

5-3.传动比的分配 (13)

六．摇头装置三维实体图 (15)

七．摆角调节 (17)

八．总结 (17)

九．参考文献 (19)

台式电风扇摇头装置方案

一．设计要求

设计台式电风扇的摇头装置要求能左右旋转。以实现一个动力下扇叶旋转和摇头动作的联合运动效果。

台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作。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与急回系数K的设计要求及任务分配见表。

方案号电扇摇摆转动

摆角ψ/（°）急回系数K

二. 设计任务

⑴按给定的主要参数，拟定机械传动系统总体方案；

⑵画出机构运动方案简图；

⑶分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定他们的基本参数，设计计算几何尺寸；

⑷确定电扇摇摆转动的平面连杆机构的运动学尺寸，它应满足摆角Ψ及急回系数K条件下使最小传动角 最大。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图，验算曲柄存在的条件；

⑸编写设计计算说明书；

（6）学生可进一步完成台式电风扇摇头机构的计算机动态演示或模型试验验证。

三．功能分解

常见的摇头机构有杠杆式、滑板式和揿拔式等。风扇要摇摆转动克采用平面连杆机构实现。以曲柄摇杆机构的曲柄作为主动件（即风扇转子通过蜗轮蜗杆带动连杆传动），则其中一个摇杆的摆动即实现风扇的左右摆动。机架可取80~90 mm。本方案具体机构选用如下：

摆转动力由电动机提供，由于功率大，转轴运转速度快，故需减速装置将电机的速度减慢传给摇头机构（本方案选用标准直齿轮和蜗杆涡轮二级减速装置）。

采用空间连杆机构直接实现风扇的左右摆动（本方案选用平面四杆机

构实现左右摆动）。

同时设计相应的左右摆动机构完成风扇摇头或不摇头的吹风过程，所以必须设计相应的离合器机构（本方案设计为滑销锥齿轮机构）。

四. 选用机构

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：

4.1减速机构选用

蜗杆涡轮减速机构

标准直齿轮减速机构

蜗杆涡轮传动比大, 结构紧凑，反行程具有自锁性，传动平稳, 无噪声, 因啮合时线接触, 且具有螺旋机构的特点, 故其承载能力强，适用于高速的传动场合，所以将其作为第一级减速机构。又考虑第二级减速机构传动比小，是在低速的运转中，本方案采用标准直齿轮装置作为第二级减速机构。综上，选择蜗杆涡轮机构和标准直齿轮机构作为减速机构。

4.2离合器选用

方案一主要采用的滑销上下运动，使得涡轮脱离蜗杆从而实现是否摇头

的运动。而方案二比方案一少用了一个齿轮，它主要采用的滑销和锥齿轮卡和从而实现是否摇头的运动，不管是从结构简便还是从经济的角度来说方案二都比方案一好，也更容易实现，所以我们选择方案二。

4.3摇头机构选用

方案一

方案二

要实现扇头的左右摇摆有很多运动方式可以选择，如选用凸轮机构，多杆机构，滑块机构等等，但四杆机构更容易制造，制造精度要求也不是很高，并且四杆能够摆幅，且制造成本较低，所以首选四杆机构，从以上两个简图中，我们不难看出方案一比方案二多了一个长轮盘，所以方案二更好。

4.4机构组合

如图所示，电机装在摇杆1上，铰链B处装有一个涡轮，电机转动时，电机轴上的蜗杆带动涡轮，涡轮与小齿空套在同一根轴上，再又小齿轮带动大齿轮，而连杆2固定在大齿轮上，从而迫使连杆2绕B点作整周转动，使连架杆1和3作往复摆动，达到风扇摇头的目的。

五．机构的设计

5.1铰链四杆机构的设计

平面四杆机构和极限位置分析

按组成它的各杆长度关系可分成两类：

(1) 各杆长度满足杆长条件, 即最短杆与最长杆长度之和小于或等于

其它两杆长度之和。且以最短杆的对边为机架, 即可得到双摇杆机构。

根据低副运动的可逆性原则, 由于此时最短杆是双整转副件, 所以,

连杆与两摇杆之间的转动副仍为周转副。因此摇杆的两极限位置分别

位于连杆(最短杆) 与另一摇杆的两次共线位置, 即一次为连杆与摇

杆重叠共线, 如图所示AB′C′D, 另一次为连杆与摇杆的延长共线即

图中所示ABCD。摇杆的两极限位置与曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置

的确定方法相同, 很容易到。

(2) 各杆长度不满足杆长条件, 即最短杆与最长杆长度之和大于其

它两杆长度之和。则无论哪个构件为机架机构均为双摇杆机构。此时, 机

构中没有整转副存在, 即两摇杆与连架杆及连之间的相对转动角度都小

于360°

5.2四杆位置和尺寸的确定

根据计算,极位夹角为180°*(K-1)/(K+1)=1.78°, 如上图所示BC,CD 共线,根据题设机架AD长取80,再选取摇杆AB长为60，根据方案设计，∠D 的位BA B′为90°，易得到摇杆AB的两个极限位置，如图所示：当杆AB处在左极限时, BC, CD共线,

可得 L BC+ L CD=120..................................①当AB处在右极限时,即图中A′B′的位置, 此时BC, CD重叠, 算得L C′D′- L B′C′=40................................②

由①,②式可得L BC为40, L CD为80, B点的运动轨迹为圆弧 B B′, L BC+L AD=120< L CD+L AB=140满足条件最短杆与最长杆之和小于另外两杆之和, 且取最短杆BC的对边AD为机架,符合第一类平面双摇杆机构，故满足条件。

根据题目要求，电风扇摇头周期T=10s,可得其角速度w为30rad/s，即BC杆绕B点角速度为30rad/s,而电机又装在杆AB上，此时杆AB走过

一个周期，即走180度，则带动电机来回摆动，且摆过的角度为90度。

5.3传动比的分配

其设计规定转速 n=1450r/min= 可得,W1=9106rad/s

由上面可知连杆的角速度W AB=36Rad/s, 而电动机的角速度w= 151.8rad/s 所以总传动比 i = 241

由此把传动比分配给蜗轮蜗杆与齿轮传动, 其中,蜗涡轮蜗杆的传动比i1=W1/W2 = 51.，齿轮的传动比i2 = w2/w3 = 5.0

（1）蜗轮蜗杆机构的几何尺寸计算

蜗杆轴向模数（蜗轮端面模数）m m = 1.0

则蜗杆分度圆直径d1=18 直径系数q=18

传动比 i i = 51

蜗杆头数 z1 z1 = 1

蜗轮齿数 z2 z2 = i z1 = 51

中心距 a a = (q+Z2)m/2 =34.5

蜗杆轴向齿形角αα =20°

蜗杆蜗轮齿顶高 h a1 h a2 h a1 = h a2 =h a*m =1

蜗杆蜗轮齿根高 h f1 h f2 h f1 = h f2= (h a*+c*)m =1.25 蜗杆蜗轮分度圆直径 d1 d2 d1=qm=18X1=18

d2=mz2=1 X 51=51 蜗杆涡轮齿顶圆直径d a1 d a2 d a1=(q+2 h a*)m =20

d a2=(z2+2 h a*)m=53

蜗杆蜗轮齿根圆直径 d f1 d f2 d f1=m（q-2h a*-2 c*)=15.5

d f2= m（z2-2h a*-2 c*)=48.5

蜗杆螺纹部分长度l l>=(12+0.1z2)m=21.125

蜗轮最大外圆直径 d a2 d a2<=d a2+2m=63.5

蜗轮轮圆宽b b=30

（2）齿轮机构的设计

根据题设要求以及涡轮的角速度，可得齿轮传动比齿轮的传动比i2= W2/W3 = 5.0, 以及大小齿轮安装位置, 小齿轮的齿数等于17。

齿轮机构的几何尺寸计算

传动比 i i=5.0

小齿轮齿数Z1=17 大齿轮齿数Z2 =85

分度圆 d1 d2 d1= mz1=17 d2= mz2=85

齿顶高 h a h a1= h a2= h a*m=1

齿根高 h f h f1= h f2= (h a*+c*)m=1.25

齿全高 h

h1=h a1+h f1=2.25

齿顶圆直径 d a d a1=d1+2h a1=19 d a2=d2+2h a2=87

齿根圆直径 d f d f1=d1-2h f1=14.5 d f2=d2-2h f2=82.5

中心距 a a=m(Z1+Z2)=51

齿轮两端面宽度 b b=20

六．摇头装置三维实体图

七：摆角调节方案

摆角的调节只需改变其中杆的长度即可达到调节目的，如下图所示，

假设AB、CD长度不变，仅调节连杆BC的长度，则BD=80+BC;B’D=80-BC。根据三角函数求角公式及规定转角则可求出BC的长度，B、C为大齿轮上的固定点，则只需在大齿轮上设计制作不同的连接点，根据需要连接B、D 两点，则可调节摆角。

八．总结

机械原理课程设计结束了，回望这短暂的几天时间学习，我们学到的东西不少。通过这次课程设计，让我们对机械原理这门课程有了更深入的了解，对以前不熟悉的环节理解。虽然在设计的过程中遇到了好多麻烦，但是经过自己认真的思考和查阅资料，以及和组员一起讨论最终把问题都解决了。这次设计给我们一个感受，学习的过程中要懂得把所学的东西联系起来并运用到实践中来，而不是把每个章节分开来理解。通过这个实践我学得了好多，同时认识到理论联系实际的重要性，不仅加深了对课程的理解程度而且也激起了我们学习的兴趣。

机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺寸综合、机械运动方案设计等，使我们学生通过一台机器的完整的运动方案设计过程，进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等诸方面的独立工作能力进行初步的训练，培养理论与实际相结合、应用计算机完成机构分析和设计的能力，更为重要的是培养开发和创新能力。机械原理课程设计在机械类学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用

通过这次设计，让我们认识到自己掌握的知识还很缺乏，自己综合应

用所学的专业知识能力是如此的不足，在以后的学习中要加以改进。同时也充分认识到理论是实际的差别，只有理论联系实际，才能更好的提高自己的综合能力。以后在学习中要多注意这次设计中所遇到的问题，并及时的改正。自己的知识仍然很有限，要多学习知识，提高自己。

九.参考文献

1.朱理，机械原理.高等教育出版社

2.梁崇高,等平面连杆机构的计算设计.北京:高等教育出版社

3.邹慧君.机械运动方案设计手册.上海:上海交通大学出版社

4.尹冠生.理论力学.西安:西北工业大学

5.余贵英，等.AutoCAD2008.大连：大连理工出版社

6.诺顿 R L.机械设计—机器和机构综合分析.北京：机械工业出版社