電扇搖頭裝置課程設(shè)計

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1、 機械原理課程設(shè)計 臺式電風扇搖頭裝置設(shè)計 起止日期： 2014 年_6_月24_日 至2014 年_6_月_29日 學(xué)生姓名 學(xué)號 11405701404 學(xué)生姓名 學(xué)號 12405700302 學(xué)生姓名 學(xué)號 12405700304 班 級 機械1203班 成 績 指導(dǎo)教師（簽字） 機械工程學(xué)院（部） 2014 年 06 月 29 日 目錄 一.設(shè)計要求 3 二設(shè)計任務(wù) 3 三. 功能分解 4 四. 選用機構(gòu) 4 4-1.減速機構(gòu)選用 5 4-2.離合器選用 5 4-3.搖頭機構(gòu)選用 8 4- 4 .機構(gòu)組合

2、 9 五. 機構(gòu)的設(shè)計 10 5- 1.鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計 10 5-2.四桿位置和尺寸的確定 11 5-3.傳動比的分配 13 六. 搖頭裝置三維實體圖 15 七. 擺角調(diào)節(jié) 17 八. 總結(jié) 17 參考文獻 19 3 臺式電風扇搖頭裝置方案 一.設(shè)計要求 設(shè)計臺式電風扇的搖頭裝置要求能左右旋轉(zhuǎn)。以實現(xiàn)一個動力下 扇葉旋轉(zhuǎn)和搖頭動作的聯(lián)合運動效果。 臺式電風扇的搖頭機構(gòu)，使電風扇作搖頭動作。風扇的直徑為 300mm電扇電動機轉(zhuǎn)速n=1450r/min，電扇搖頭周期t=10s。電扇擺 動角度9與急回系數(shù)K的設(shè)計要求及任務(wù)分配見表。 方案

3、號 電扇搖擺轉(zhuǎn)動 擺角9 / () 急回系數(shù)K C 90 1.02 二.設(shè)計任務(wù) ⑴ 按給定的主要參數(shù)，擬定機械傳動系統(tǒng)總體方案； ⑵ 畫出機構(gòu)運動方案簡圖； ⑶分配蝸輪蝸桿、齒輪傳動比，確定他們的基本參數(shù)，設(shè)計計算幾 何尺寸； ⑷ 確定電扇搖擺轉(zhuǎn)動的平面連桿機構(gòu)的運動學(xué)尺寸，它應(yīng)滿足擺角 ①及急回系數(shù)K條件下使最小傳動角 最大。并對平面連桿機構(gòu)進行 運動分析，繪制運動線圖，驗算曲柄存在的條件； ⑸ 編寫設(shè)計計算說明書； （6）學(xué)生可進一步完成臺式電風扇搖頭機構(gòu)的計算機動態(tài)演示或模 型試驗驗證。 三．功能分解 常見的搖頭機構(gòu)有杠桿式、滑板式和撳拔式等。風扇

4、要搖擺轉(zhuǎn)動 克采用平面連桿機構(gòu)實現(xiàn)。 以曲柄搖桿機構(gòu)的曲柄作為主動件 （即風 扇轉(zhuǎn)子通過蝸輪蝸桿帶動連桿傳動） ，則其中一個搖桿的擺動即實現(xiàn) 風扇的左右擺動。機架可取 80~90 mm。本方案具體機構(gòu)選用如下： 擺轉(zhuǎn)動力由電動機提供，由于功率大，轉(zhuǎn)軸運轉(zhuǎn)速度快，故需減 速裝置將電機的速度減慢傳給搖頭機構(gòu) （本方案選用 標準直齒輪和蝸 桿渦輪二級減速裝置 ）。 采用空間連桿機構(gòu)直接實現(xiàn)風扇的左右擺動 （本方案選用 平面四 桿機構(gòu) 實現(xiàn)左右擺動）。 同時設(shè)計相應(yīng)的左右擺動機構(gòu)完成風扇搖頭或不搖頭的吹風過 程，所以必須設(shè)計相應(yīng)的離合器機構(gòu)（本方案設(shè)計為 滑銷錐齒輪機 構(gòu)）。 四. 選用機構(gòu) 驅(qū)

5、動方式采用電動機驅(qū)動。為完成風扇左右俯仰的吹風過程， 據(jù)上述功能分解，可以分別選用以下機構(gòu)。機構(gòu)選型表： 執(zhí)行構(gòu)件 功能 執(zhí)行機構(gòu) 工藝動作 減速構(gòu)件 減速 標準直齒輪和蝸 桿渦輪機構(gòu) 周向運動 滑銷 執(zhí)行搖頭 滑銷錐齒輪機構(gòu) 上下運動 連桿 左右擺動 平面四桿機構(gòu) 左右往復(fù)運動 4.1減速機構(gòu)選用 蝸桿渦輪減速機構(gòu) 標準直齒輪減速機構(gòu) 蝸桿渦輪傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，反行程具有自鎖性，傳動平穩(wěn), 無噪聲，因嚙合時線接觸，且具有螺旋機構(gòu)的特點，故其承載能力 強，適用于高速的傳動場合，所以將其作為第一級減速機構(gòu) 。又考慮 第二級減速機構(gòu)

6、傳動比小，是在低速的運轉(zhuǎn)中，本方案采用標準直齒 輪裝置作為第二級減速機構(gòu)。綜上，選擇蝸桿渦輪機構(gòu)和標準直齒輪 機構(gòu)作為減速機構(gòu)。 4.2離合器選用 7 方案二 8 方案一主要采用的滑銷上下運動，使得渦輪脫離蝸桿從而實現(xiàn)是 否搖頭的運動。而 方案二比方案一少用了一個齒輪，它主要采用 的滑銷和錐齒輪卡和從而實現(xiàn)是否搖頭的運動，不管是從結(jié)構(gòu)簡 便還是從經(jīng)

7、濟的角度來說方案二都比方案一好，也更容易實現(xiàn)， 所以我們選擇方案二。 4.3搖頭機構(gòu)選用 方案一 方案二 要實現(xiàn)扇頭的左右搖擺有很多運動方式可以選擇，如選用凸輪機構(gòu)， 多桿機構(gòu)，滑塊機構(gòu)等等，但四桿機構(gòu)更容易制造，制造精度要求也 不是很高，并且四桿能夠擺幅，且制造成本較低，所以首選四桿機構(gòu), 從以上兩個簡圖中，我們不難看出方案一比方案二多了一個長輪盤， 所以方案二更好。 4.4機構(gòu)組合 如圖所示，電機裝在搖桿1上，鉸鏈B處裝有一個渦輪，電機轉(zhuǎn)動時， 電機軸上的蝸桿帶動渦輪，渦輪與小齒空套在同一根軸上，再又小齒 輪帶動大齒輪，而連桿2固定在大齒輪上，從而迫使連桿2繞B

8、點作 整周轉(zhuǎn)動，使連架桿1和3作往復(fù)擺動，達到風扇搖頭的目的。 五.機構(gòu)的設(shè)計 5.1鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計 平面四桿機構(gòu)和極限位置分析 按組成它的各桿長度關(guān)系可分成兩類： (1)各桿長度滿足桿長條件，即最短桿與最長桿長度之和小于或 等于其它兩桿長度之和。且以最短桿的對邊為機架 ,即可得到雙 搖桿機構(gòu)。根據(jù)低副運動的可逆性原則，由于此時最短桿是雙整 轉(zhuǎn)副件，所以，連桿與兩搖桿之間的轉(zhuǎn)動副仍為周轉(zhuǎn)副。因此搖 桿的兩極限位置分別位于連桿(最短桿)與另一搖桿的兩次共線 位置，即一次為連桿與搖桿重疊共線，如圖所示AB C D,另一 次為連桿與搖桿的延長共線即圖中所示 ABCD搖桿的兩極限位

9、置 與曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿的極限位置的確定方法相同，很容易到。 (2)各桿長度不滿足桿長條件，即最短桿與最長桿長度之和大 于其它兩桿長度之和。則無論哪個構(gòu)件為機架機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。 此時，機構(gòu)中沒有整轉(zhuǎn)副存在，即兩搖桿與連架桿及連之間的相對 轉(zhuǎn)動角度都小于360 5.2四桿位置和尺寸的確定 根據(jù)計算，極位夾角為180 *(K-1)/(K+1)=1.78 ,如上圖所示 BC,C［共線，根據(jù)題設(shè)機架A［長取80,再選取搖桿AB長為60,根據(jù)方案 設(shè)計，/ D的位BA B為90，易得到搖桿AB勺兩個極限位置，如圖 所示： 當桿AB處在左極限時，BC, CD共線， 可得

10、 L bc+ Lcc=120 ① 當AB處在右極限時，即圖中A B的位置，此時BC, CD重疊, 算得 L c D - Lb，c =40 由①，②式可得Lbc為40, L cd為80, B點的運動軌跡為圓弧 B B‘ , L bc+Lad=120< Lcd+Lab=140滿足條件最短桿與最長桿之和小于另外 兩桿之和，且取最短桿BC的對邊AD為機架,符合第一類平面雙搖桿 機構(gòu)，故滿足條件。 B C A 根據(jù)題目要求，電風扇搖頭周期 T=10s,可得其角速度 w為 30rad/s，即BC桿繞B點角速度為30rad/s,而電機又裝在桿AB上， 此時桿AB走過一個周期，即

11、走180度，則帶動電機來回擺動，且擺 過的角度為90度。 5.3傳動比的分配 其設(shè)計規(guī)定轉(zhuǎn)速 n=1450r/min= 可得,W仁9106 rad/s 由上面可知連桿的角速度 W=36Rad/s,而電動機的角速度 w= 151.8rad/s 所以總傳動比i二241 由此把傳動比分配給蝸輪蝸桿與齒輪傳動 ，其中，蝸渦輪蝸桿的 傳動比i 1二WW2 = 51 .，齒輪的傳動比i 2 = w 2/W3 = 5.0 (1)蝸輪蝸桿機構(gòu)的幾何尺寸計算 蝸桿軸向模數(shù) (蝸輪端面模數(shù))m m二1.0 則蝸桿分度圓直徑 d1=18直徑系數(shù)q=18 傳動比i i = 51 蝸桿頭數(shù)z

12、1 z 1 = 1 蝸輪齒數(shù)z 2 z 2 = i z 1 = 51  中心距 a a = (q+Z 2)m/2 =34.5 蝸桿軸向齒形角 a a =20 蝸桿蝸輪齒頂高 h a1 h a2 h * a1 = h a2 =h a m =1 蝸桿蝸輪齒根高 h f1 h f2 h ** f1 = h f2 = (h a +c)m =1.25 蝸桿蝸輪分度圓直徑 d1 d2 d 1=qm=18X1=18 d 2=mz2=1 X 51=51 蝸桿渦輪齒頂圓直徑 da1 d a2 d a1=(q+2 h a )m =20

13、 d a2=(z 2+2 h a* )m=53 蝸桿蝸輪齒根圓直徑 d f1 d f2 d f1=m(q-2h a*-2 c* )=15.5 d f2= m(z2-2h a*-2 c*)=48.5 蝸桿螺紋部分長度 l l>=(12+0.1z 2)m=21.125 蝸輪最大外圓直徑 d a2 d a2<=da2+2m=63.5 蝸輪輪圓寬 b b=30 （2）齒輪機構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)題設(shè)要求以及渦輪的角速度，可得齒輪傳動比齒輪的傳動 比 i 2 = W2/W3 = 5.0, 以及大小齒輪安裝位置 , 小齒輪的齒數(shù)等于 17 齒

14、輪機構(gòu)的幾何尺寸計算 傳動比 i i=5.0 小齒輪齒數(shù) Z1=17 大齒輪齒數(shù) Z2 =85 分度圓 d 1 d 2 d 1= mz1=17 d 2= mz2=85 齒頂高 h a h * a1= ha2= ha m=1  齒根高h f fi= hf2= (h a +c)m=1.25 齒全高h h1=hai+hfi =2.25 齒頂圓直徑da d ai = dl+2ha1 = 19 d a2=d2+2ha2=87 齒根圓直徑df d fi=di-2hfi=14.5 d f2 =d2-2hf2 =82.5 中心距a a=m(Z 1+乙)

15、=51 齒輪兩端面寬度 b b=20 六.搖頭裝置三維實體圖 18 # # 19 七：擺角調(diào)節(jié)方案 擺角的調(diào)節(jié)只需改變其中桿的長度即可達到調(diào)節(jié)目的， 如下圖所 示，假設(shè)AB、CD長度不變，僅調(diào)節(jié)連桿BC的長度，則 BD=80+BC;B D=80-BC 根據(jù)三角函數(shù)求角公式及規(guī)定轉(zhuǎn)角則可求出 BC的長度，B、C為大齒 輪上的固定點，則只需在大齒輪上設(shè)計制作不同的連

16、接點， 根據(jù)需要 連接B D兩點，則可調(diào)節(jié)擺角。 八.總結(jié) 機械原理課程設(shè)計結(jié)束了，回望這短暫的幾天時間學(xué)習(xí)，我們學(xué) 到的東西不少。通過這次課程設(shè)計，讓我們對機械原理這門課程有了 更深入的了解，對以前不熟悉的環(huán)節(jié)理解。雖然在設(shè)計的過程中遇到 了好多麻煩，但是經(jīng)過自己認真的思考和查閱資料， 以及和組員一起 討論最終把問題都解決了。這次設(shè)計給我們一個感受，學(xué)習(xí)的過程中 要懂得把所學(xué)的東西聯(lián)系起來并運用到實踐中來， 而不是把每個章節(jié) 分開來理解。 通過這個實踐我學(xué)得了好多， 同時認識到理論聯(lián)系實際 的重要性，不僅加深了對課程的理解程度而且也激起了我們學(xué)習(xí)的興 趣。 機械原理課程設(shè)計結(jié)合

17、一種簡單機器進行機器功能分析、 工藝動 作確定、執(zhí)行機構(gòu)選擇、機械運動方案評定、機構(gòu)尺寸綜合、機械運 動方案設(shè)計等，使我們學(xué)生通過一臺機器的完整的運動方案設(shè)計過 程，進一步鞏固、掌握并初步運用機械原理的知識和理論，對分析、 運算、繪圖、文字表達及技術(shù)資料查詢等諸方面的獨立工作能力進行 初步的訓(xùn)練， 培養(yǎng)理論與實際相結(jié)合、 應(yīng)用計算機完成機構(gòu)分析和設(shè) 計的能力， 更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)和創(chuàng)新能力。 機械原理課程設(shè)計在 機械類學(xué)生的知識體系訓(xùn)練中，具有不可替代的重要作用 通過這次設(shè)計， 讓我們認識到自己掌握的知識還很缺乏， 自己綜 合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識能力是如此的不足， 在以后的學(xué)習(xí)中要加以改 進

18、。同時也充分認識到理論是實際的差別，只有理論聯(lián)系實際，才能 更好的提高自己的綜合能力。 以后在學(xué)習(xí)中要多注意這次設(shè)計中所遇 到的問題，并及時的改正。自己的知識仍然很有限，要多學(xué)習(xí)知識， 提高自己。 九 . 參考文獻 1. 朱理，機械原理 . 高等教育出版社 2. 梁崇高 , 等平面連桿機構(gòu)的計算設(shè)計 . 北京: 高等教育出版社 3. 鄒慧君 . 機械運動方案設(shè)計手冊 . 上海: 上海交通大學(xué)出版社 4. 尹冠生 . 理論力學(xué) . 西安: 西北工業(yè)大學(xué) 5. 余貴英，等.AutoCAD2008.大連：大連理工出版社 6. 諾頓 R L. 機械設(shè)計—機器和機構(gòu)綜合分析 . 北京：機械工業(yè)出版社 22