机械原理课程设计台式电风扇摇头装置设计

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

机械原理课程设计

课程题目：台式电风扇摇头装置 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师：

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

2013年6月23日

目 录

一．设计要求 …………………………………………………………2

二．设计任务.............................................2 三．功能分解.............................................3 四．选用机构………………………………………………………3 4-1. 减速机构选用………………………………………………4 4-2. 离合器选用…………………………………………………5 4-3. 摇头机构选用………………………………………………6 五．机构的设计………………………………………………………7 5-1. 铰链四杆机构的设计………………………………………7 5-2. 四杆位置和尺寸的确定……………………………………8 5-3. 传动比的分配………………………………………………9 六．总结···············································13 七．参考文献…………………………………………………………15

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

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并可调节俯仰角。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（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、仰俯角度φ与急回系数K的设计要求及任务分配见表。

电扇摇摆转动

方案号

摆角ψ/（°） 急回系数K

电扇仰俯转动 仰角 /(°)

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

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。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。本方案具体机构选用如下：

电动机传过来的动力，由于功率大，转轴运转速度快，故需一减速装置将电机的速度减慢传给摇头机构（本方案选用锥齿轮机构）。 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

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

的复合运动（本方案选用平面四杆机构实现左右摆动）。

应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）。 扇头的仰俯角调节，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（本方案设计为手动控制旋钮）。

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：

1．减速机构选用

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

蜗杆减速机构

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，但考虑后面与离合机构的配合关系，由于蜗杆涡轮啮合齿轮间的

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

相对滑动速度较大，摩擦磨损大，传动效率低，易出现发热现象，需要用较贵的减摩材料来制造涡轮，制造精度要求高，成本高。而锥齿轮可以用来传递两相交的运动，相比涡轮蜗杆成本低，所以选择锥形齿轮减速。综上，选择锥形齿轮减速机构。

2．离合器选用

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

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。

3．摇头机构选用

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

方案一：平面四杆摇头机构

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

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

实现摆幅也更容易实现，最重要的是它的制造成本比较低，所以首选四杆机构，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齿轮盘，所以方案二更佳。 4、机构组合

五．机构的设计

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整转副。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,

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另一次为连杆与摇杆的拉直共线即图中所示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, 很容易找到。

两极限位置的确定

(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° 2.四杆位置和尺寸的确定

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

极为位夹角为0°的两极限位置

根据计算,极位夹角为180°*(K-1)/(K+1)=4.39°很小,视为0°, 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顺时针旋转105°,得到A′B′, 再确定机架AD的位置, 取∠B′AD=5°（则∠BAD＝１１０°）且LAD 取90, 注: AD 只能在摇杆AB, A′B′的同侧。

当杆AB处在左极限时, BC, CD共线,利用余弦定理算得 LBC 与 LCD 之和可以得出,

算得 LBC+ LCD=132 ....................................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 LC′D′- LB′C′=25 .................................②

由①,②式可得LBC为53.5, LCD为78.5, B点的运动轨迹为圆弧 B B′, LBC+LAD=143.5< LCD+LAB=148.5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。

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

矢量法分析连杆角速度

确定四根杆长之后,画出其一般位置如图所示, 此时可根据理论力学知识求出杆AB, BC, CD的速度,已知摇滚AB转动角度为 ∠110°，用时t=T/2=5s，故VAB=WABLAB=(110°/5/180*π) *70=26.9mm/s小三角形中,可求出WBC=0.63Rad/s。

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=0.63Rad/s, 而电动机的角速度w= 151.8rad/s 所以总传动比 i = 241

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 = 2.6 （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

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

蜗轮齿数 z2 z2 = i z1 = 95 中心距 a a = (d1+d2+2x2m)/2 =40 蜗杆分度圆导程角 γ tanγ = z1/q = mz1/d1 =0.0625 蜗杆节圆柱导程角γ′ tanγ′ =z1/(q+2x2) = 0.0667 蜗杆轴向齿形角 α α =20°

蜗杆(轮)法向齿形角αn tan

蜗杆蜗轮齿顶高 ha1 ha2 h h (

蜗杆蜗轮齿根高 hf1 hf2 h

蜗杆蜗轮分度圆直径 d1 d2 d

αn = tanαcosγ=0.363 *a1 = ham = 1/2(da1-d1)

= 1 X 1.25 =1.25

a2=m(h*a+x2)= 1/2(da2-d2)

= 1.25(1-0.5) = 0.625

一般h*a = 1) *f1 = (ha+c*)m =1/2(d1-df1)

= (1+0.2)X1.25 = 1.5

hf2=1/2(d2-d*f2)=m(ha-x2+c*)=1.25(1+0.5+0.2)=2.215

1=qm=16X1.25=20

2=mz2=2a-d1-2x2m=61.25 d

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

蜗杆蜗轮节圆直径 d1′ d2′

d1′=(q+2x2)m=d1+2x2m=18.75

d2′=61.25

蜗杆、齿顶圆直径da1蜗轮喉圆直径 da2 da1=(q+2)m=22.5 da2=(z2+2+2x2)m=62.5

蜗杆蜗轮齿根圆直径 df1 df2 df1=d1-2hf1=17 df2=d2-2hf2=57

蜗杆轴向齿距 px px=∏ m=3.925 蜗杆轴向齿厚 sx sx=0.5∏m=1.96 蜗杆法向齿厚 sn sn=sx cosγ=1.93 蜗杆分度圆法向旋齿高 hn1 hn1=m=1.25

蜗杆螺纹部分长度l l>=(12+0.1z2)m=21.125 蜗轮最大外圆直径 da2 da2<=da2+2m=63.5 蜗轮轮圆宽b b=0.75da1=16.88 （2）齿轮机构的设计

根据齿轮传动比i=5.9, 以及大小齿轮安装位置, 小齿轮的齿数小于17, 所用齿轮齿数较少, 标准齿轮不能满足要求, 所以采用变位齿轮。

齿轮机构的几何尺寸计算

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

传动比 i i=5.9

分度圆 d1 d2 d1=mz1=7.5 d2=mz2=44 齿顶高 ha ha1=(ha*+x2)m=0.75

ha2=(ha*+x2)m=0.25

齿根高 hf

hf1=(ha*+c*-x1)m=0.0425 hf2=(ha*+c*-x2)m=0.925

齿高 h

h1=ha1+hf1=1.175 h2=ha2+hf2=1.175

齿顶圆直径 da da1=d1+2ha1=9 da2=d2+2ha2=44.5 齿根圆直径 df

df1=d1-2hf1=6.65 df2=d2-2hf2=42.15

中心距 a a=1/2(7.5+44)=25.75 基圆直径 db db1=d1 cosα=7.1 db2=d2 cosα=41.3 齿顶圆压力角αa αa1=arcos(db1/da1)=37.9° αa2=arcos(db2/ba2)=21.86°

齿宽 b b=12m=6

六．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，自己学到了不少。通过这次课程设计，让我对机械原理这门课程有了更深入

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

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，以及和同学一起讨论最终把问题都解决了。这次设计给我一个感受，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，不仅加深了我对课程的理解程度而且也激起了我学习的兴趣。

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。

八.参考文献

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

1.孙桓,等,机械原理.7版.北京: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

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ebgi.html