台式摇头风扇设计

目 录 目 录 ......................................................................... 1 一：设计题目及其要求 ....................................................... 2 二：设计任务 ...................................................................... 3 三：设计提示 ...................................................................... 4 四．设计分析 ...................................................................... 4 五，机构的选用 .................................................................. 4 5.1减速机构的选用 ....................................................... 5 5.2 离合器的设计 .......................................................... 6 5.3.摇头机构的设计 ....................................................... 7 5.4俯仰机构 .................................................................. 8 六:传动方案的设计及计算 ................................................... 9 6.1根据速比系数K计算极位角θ。 ............................... 9 6.2.四杆位置和尺寸的确定 ............................................ 9 6.3传动比的分配 ......................................................... 10 七：设计成图 .................................................................... 11 八:总结 ............................................................................. 12 九．参考资料 .................................................................... 13 一：设计题目及其要求 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头摆动）。图1所示为电风扇的外形图。

图1 风扇的直径为300mm，电风扇电动机转速n = 1450 r/min，电风扇摇头周期t = 10 s。电风扇摆动角度、仰俯角度与急回系数K的设计要求及任务分配见下表1。 表1 台式电风扇摆头机构设计数据 方案号 电风扇摇头转动 电风扇仰俯转动 摆角ψ（。） 急回系数K 仰角φ（。） A 80 1.01 10 B 85 1.015 12 C 90 1.02 15 D 95 1.025 20 E 100 1.03 22 F 105 1.05 25

我选择方案E作为设计数据，摆角为ψ = 100。，急回系数K为1.03。 二：设计任务 （1）按给定的主要参数，拟定机械传动系统总体方案。 （2）画出机构运动方案简图。 （3）分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定它们的基本参数，设计计算几何尺寸。 （4）确定电风扇摇摆转动的屏幕、平面连杆机构的运动学尺寸，它应满足摆角及急回系数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，验算曲柄存在条件。 （5）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：设计提示 1）常见的摇头机构有杠杆式、滑板式和揿拔式等。可以将电风扇的摇头动作分解为风扇左右摆动和风扇上下俯仰运动。风扇要摇摆转动克采用平面连杆机构实现。以双摇杆机构的连杆作为主动件（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）。机架可取80~90 mm。风扇的上下俯仰运动可采取连杆机构、凸轮机构等实现。 （2）还可以采用空间连杆机构直接实现风扇的左右摆动和上下仰俯的复合运动。

四．设计分析 完成风扇左右俯仰的吹风过程需要实现下列运动功能要求： 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即双摇杆机构。 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撤销离合器机构。 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，即外置条件按钮。

五，机构的选用 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： 5.1减速机构的选用 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，考虑后面与离合机构的配合关系，综上，选择 蜗杆涡轮减速机构。

图2蜗杆减速机构

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 按钮机构 5.2 离合器的设计

图3 离合器机构 它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 5.3.摇头机构的设计 图4：摇头机构 如图所示上面一种摇头机构方案和传动比的大小，此案应用在传动比大的运动机构中。由已知条件和运动要求进行四连杆机构的尺寸综合，计算电动机功率、连杆机构设计等，绘出机械系统运动方案的电风扇的摇头机构中，电机装在摇杆1上，铰链B处装有一个蜗轮。电机转动时，电机轴上的蜗杆带动蜗轮, 蜗轮与小齿轮空套在同一根轴上,再由小齿轮带动大齿轮, 而大齿轮固定在连杆2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。 图5 电动机 电动机参数： 额定电压 220v 输入总功率55W 额定电流0.3A 额定频率50HZ

5.4俯仰机构

图6.俯仰机构 设计一个外置手调俯仰角按钮，将其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。可以任意的对电风扇俯仰角进行手动调节。

六:传动方案的设计及计算 经过电动机的运转，所有动力都来源于电动机，在经过一对锥齿轮的传动，实现减速将动力传给摇头机构，在由一个锥齿轮将动力传到凸轮机构上，最后传到双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。

6.1根据速比系数K计算极位角θ。

11_180+°=KKθ，K=1.03，所以极位角为2.6°， 6.2.四杆位置和尺寸的确定

图7 如上图所示BC,CD共线, 先取摇杆LAB长为70, 确定AB的位置,然后让摇杆AB逆时针旋转100°,即A′B′, 再确定机架AD的位置, 且LAD 取90。当杆AB处在左极限 时, BC, CD共线, LBC 与 LCD 之和可以得出,即LBC+ LCD=131 ①, 当AB处在右极限时,即图中A′B′的位置, 此时BC, CD重叠,即LC′D′- LB′C′=25 ② ,由①,②式可得LBC为53, LCD为78, B点的运动轨迹为圆弧B B′, 确定四根杆长之后,画出其一般位置如下图所示, 此时可根据理论力学知识

求出杆AB, BC, CD的速度,VAB=WABLAB=(200/1800*π) *70=24.4mm/s, WBC=Vcb/Lbc=0.27Rad/s,Wcd=Vc/Lcd=0.05 Rad/s。

图8 6.3传动比的分配 其设计规定转速 n=1450r/min, 可得, w=151.8 rad/s 由上面可知连杆的角速度WBC=0.27Rad/s, 而电动机的角速度w= 151.8rad/s 所以总传动比 i = 562 由此可以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 = 95.，齿轮的传动比i2 = w2/w3 = 5.9 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 = 1.25 传动比 i i = 95 蜗杆头数 z1 z1 = 1 蜗轮齿数 z2 z2 = i z1 = 95 蜗杆直径系数 （蜗杆特性系数）q q =d1/m = 16 中心距 a a = (d1+d2+2x2m)/2 =40