臺式電風扇搖頭機構設計 機械原理課程設計

1、機械原理課程設計說明書設計課題 臺式電風扇搖頭機構設計學 院 機械工程學院專 業(yè) 機械設計制造及其自動化班 級 09級機自3班設計人員 徐江海 學號 090101010065郭志遠 學號 090101010077劉 歡 學號 090101010083侯江麟 學號 090101010082崔明陽 學號 090101010072 指導教師 鄭麗娟 完成日期 2 0 1 1 年 7 月 8 日1.摘要2.機構設計任務書 2.1 設計目的 2.2 課程題目 2.3 工作原理 2.4 設計要求 2.5 設計背景3.機構方案設計 3.1思路來源 3.2思路流程 3.3方案選擇與比較 3.3.1方案選擇 3

2、.3.2 方案綜合分析 3.3.3主方案分析4.典型機構的設計和運動分析 4.1輪系設計及分析4.2移動從動件圓柱凸輪機構設計理論廓線設計4.3 設計注意要求5.動力分析5.1傳動比計算 5.1.1 總傳動比計算 5.2.2分配各級傳動比5.2傳動參數(shù)的計算5.2.1各零件轉(zhuǎn)速的計算 5.2.2各零件功率的計算 5.2.3各零件輸入轉(zhuǎn)矩的計算 5.2.4各構件的傳動參數(shù)匯總5.3齒條、齒輪傳動 5.4蝸桿上任一點（扇葉安裝位置）運動分析：6.心得體會7.參考文獻8.附件 1. 摘要機械原理課程設計旨在讓我們在掌握一定理論知識之后，對現(xiàn)實的機械產(chǎn)品進行分析與設計，為了更好地將機械原理課程的理論與

3、實際想結合，我們組設計的研究課題是臺式電風扇的搖頭機構。此搖頭機構由一個電機驅(qū)動，通過一定數(shù)量的齒輪組成輪系進行傳動，可以實現(xiàn)電風扇扇葉在預定的工作角度內(nèi)轉(zhuǎn)動，有較強的適應性與穩(wěn)定性。本說明書將首先對我們組設計的電風扇搖頭機構以及工作方式借助matlab等輔助軟件進行分析、研究，并進行pro/e動畫仿真模擬，然后對主要構件的具體設計方案、制作方法以及solidworks三維圖樣進行展示與說明，最后對整個機構的設計方案進行總結、評價與比較。關鍵詞 搖頭機構 三維設計 分析評價2. 機構設計任務書2.1設計目的a) 綜合運用機械設計課程和其他課程的知識，分析和解決機械設計問題，進一步鞏固、加深和拓

4、寬所學的知識。b) 通過設計實踐，逐步樹立正確的設計思想，增強創(chuàng)新意識和競爭意識熟悉掌握機械設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。c) 通過設計計算、繪圖以及運用技術標準、規(guī)范、設計手冊等有關設計資料，進行全面的機械設計基本技能的訓練。2.2課題名稱 臺式電風扇搖頭機構2.3工作原理通過電機提供原動力。通過輪系、連桿、凸輪等機構進行傳動。24設計要求最終機構要實現(xiàn)在單一驅(qū)動力驅(qū)動的前提下使這兩種獨立運動，即電風扇的轉(zhuǎn)動與電風扇的擺動兩組運動按預設傳動比同時進行。傳動裝置可由一組輪系組成。25設計背景伴隨著時代的發(fā)展，電風扇，早已走進了每一個中國家庭，它是一種利用電動機驅(qū)動扇葉旋轉(zhuǎn)，來達

5、到使空氣加速流通的家用電器，主要用于清涼解暑和流通空氣。 目前市場上的電風扇可謂種類繁多，隨著科技的進步，電風扇的功能、設計等方面都有了很明顯的改善與提高。電風扇的發(fā)展簡圖純機械結構電驅(qū)動風扇（電風扇）法條驅(qū)動式法條齒輪聯(lián)動驅(qū)動式電風扇3. 機構方案設計3.1 思路來源 常用臺式電風扇的工作效果是將電風扇的送風區(qū)域進行周期性地變換，顯然，要實現(xiàn)這種周期性地變換就必須設計一套能夠?qū)崿F(xiàn)周期性平穩(wěn)擺動的機構。為此，我們小組在參考了市場上現(xiàn)有的電扇的優(yōu)缺點以及相關文獻資料以后，擬定自行設計一套實現(xiàn)周期性平穩(wěn)傳動，且無急回現(xiàn)象的電風扇搖頭機構。 3.2思路流程 電風扇搖頭機構雙搖桿機構電驅(qū)動風扇的轉(zhuǎn)動風

6、扇的擺動凸輪機構齒輪機構通過對以上的思考流程的分析考慮，我們發(fā)現(xiàn)，電風扇搖頭機構主要就是兩個運動的同時進行與配合：電機帶動扇葉的轉(zhuǎn)動和電風扇頭部的轉(zhuǎn)動。因為這兩個并列運動只有一個驅(qū)動力的來源：電動機，那就需要設計一種機構，在一個驅(qū)動力驅(qū)動的前提下能夠使這兩種獨立運動協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)兩個不同方向的同時運動。由于臺式電風扇搖頭機構是實現(xiàn)一定角度（一般小于180）的轉(zhuǎn)動，我們首先想到的便是雙搖桿機構（或者曲柄搖桿機構）。因為搖桿實現(xiàn)的是一定角度的非整周運動，與一般臺式電風扇的工作形式類似。3.3方案選擇與比較 3.3.1方案選擇方案一：實際可以抽象為一個鉸鏈四桿機構。此機構簡單，但由于采用四桿機構，風

7、扇的具體位置確定較麻煩，且傳動有失其平穩(wěn)性，易于磨損。方案二：此方案通過電機帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，驅(qū)動蝸輪轉(zhuǎn)動，進而通過桿1拉動機頭部分實現(xiàn)小角度擺動，但需要注意的是，該機構不宜用于實現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)動的電扇采用的原因是，大角度轉(zhuǎn)動之后，容易引起蝸輪、蝸桿接觸過緊或脫離的發(fā)生，影響正常使用。但對于小角度機器的使用，仍有其優(yōu)點，比如結構簡單，成本較低。方案三： 該方案通過電機驅(qū)動，蝸桿轉(zhuǎn)動，進而由蝸桿帶動蝸輪，實現(xiàn)兩齒輪的傳動，同時，齒輪傳動帶動兩個滑塊在各自軌道內(nèi)滑動，使1桿實現(xiàn)一定角度的平面轉(zhuǎn)動，進而拉動機身、風扇頭部平穩(wěn)搖動。但該機構設計機構復雜，確定各點的位置較困難，且成本較高。方案四： 該方案采用蝸

8、輪蝸桿、齒輪齒條等構件，既實現(xiàn)了電扇的工作需求，又避免了搖動過程中的急回等現(xiàn)象的發(fā)生。同時，機構設計較簡單，傳動不復雜，成本較低，易于投入生產(chǎn)。3.3.2方案綜合分析 方案一、二機構簡單，構件數(shù)較少，且能夠?qū)崿F(xiàn)一定角度的擺動和自身扇葉的轉(zhuǎn)動，但若尺寸設計不當，它們易存在一定的極位夾角，會出現(xiàn)急回現(xiàn)象，電機快速轉(zhuǎn)動時容易對整個機構造成損壞。另外，方案二不宜用于實現(xiàn)大角度轉(zhuǎn)動的電扇采用，原因是，大角度轉(zhuǎn)動之后，容易引起蝸輪、蝸桿接觸過緊或脫離的發(fā)生，影響正常使用。 方案三相對一、二而言機構設計較復雜，但傳動過程中的平穩(wěn)性能相對增強。但由于機構設計過于復雜，構件數(shù)目較多，提高了成本，降低了市場價值。

9、 方案四機構傳動穩(wěn)定，無急回，且構造相對于方案三簡單、實用、經(jīng)濟，為理想方案。 因此，我們小組選擇方案四作為我們的最終主方案。3.3.3主方案分析主方案三維視圖：傳動原理：通過電機驅(qū)動，使扇葉轉(zhuǎn)動，同時電機的轉(zhuǎn)動驅(qū)動蝸桿的轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動蝸輪，然后與蝸輪同軸的斜齒輪等速轉(zhuǎn)動，斜齒輪驅(qū)動與之相連的斜齒輪柱，由于斜齒輪柱上存在凹槽軌道，使和它接觸的細桿（與齒條一體）發(fā)上移動，齒條的移動帶動灰色齒輪轉(zhuǎn)動，由于蝸桿架與灰色齒輪固連，灰齒輪的一定角度的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)蝸桿的小角度擺動，進而實現(xiàn)電風扇搖頭功能。4. 典型機構的設計和運動分析4.1輪系設計及分析蝸桿、蝸輪、錐齒輪組成定軸輪系。 相互嚙合關系如下： 該

10、輪系的工作過程：蝸桿（電機）轉(zhuǎn)動驅(qū)動蝸輪，蝸輪與其上的錐齒輪同軸從動，該錐齒輪推動與之嚙合的橫向軸線錐齒輪轉(zhuǎn)動，并進行后續(xù)的運動。該輪系機構簡圖如下：參數(shù)設定： 錐形齒輪1： z1=20，m1=2.5mm, 1=20.6, 1=20, d1=m1z1=5mm. 錐形齒輪2： z2=15, m2=2.5mm, 2=69.4, 2=20, d2=m2z2=37.5mm,ha=1,c=0.2. 蝸輪3： z3=40, m3=1.25, 3=20, d3=m3z3=50mm, ha=1,c=0.2, 厚度h3=15mm. 蝸桿4： z4=1, 4=20 , ha=1,c=0.2, d4=20mm, m

11、4=1.25mm, 直徑系數(shù) q=d3/m3=16,螺旋升角 tan=z3/q=0.0625, =3.85 已知蝸桿的轉(zhuǎn)速n4=1200r/min,代入n4=1200r/min,得n1=22.5r/min。根據(jù)圓柱凸輪軌跡螺旋線的設計可知，齒條4s內(nèi)地位移為84mm，與齒條相嚙合傳動的齒輪直徑d=mz=80mm。所以蝸桿與齒輪的傳動比為i=239.2，即電風扇轉(zhuǎn)速與搖頭速度之比為239.2:1。也就是電風扇每8s搖動一個周期，搖動轉(zhuǎn)速=30.1 /s。在一個周期中，電風扇轉(zhuǎn)動了208=160轉(zhuǎn)。符合正常電風扇運轉(zhuǎn)速度。由于風扇擺動速度為勻速，則電風扇擺動角度隨時間t在半個周期內(nèi)呈線性變化關系。

12、用matlab繪制的-t關系曲線圖如下：4.2移動從動件圓柱凸輪機構設計理論廓線的設計 一個周期內(nèi)欲實現(xiàn)沿軸線方向以21mm/s(0t4)及-21mm/s(4t8)的預定運動，需對圓柱凸輪的理論廓線進行設計：凸輪上需設置一定的螺旋線，螺旋線方程，即理論廓線的方程為：按預設螺旋線方程，通過matlab繪圖，模擬出螺旋線，如下：以這樣的螺旋線設計方案，與之接觸的齒條一端沿z軸（即凸輪軸線方向）勻速運動，且無徑向進給運動產(chǎn)生，保證了電風扇搖頭機構的轉(zhuǎn)動無急回、死點的現(xiàn)象出現(xiàn)，使機構能夠平穩(wěn)進行。此時，作為從動件的齒條一端與之嚙合傳動三維視圖如右：43 設計注意要求該機構的工作原理為通過電機驅(qū)動，使扇

13、葉轉(zhuǎn)動，同時電機的轉(zhuǎn)動驅(qū)動蝸桿的轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動蝸輪，然后與蝸輪同軸的斜齒輪等速轉(zhuǎn)動，斜齒輪驅(qū)動與之相連的斜齒輪柱，由于斜齒輪柱上存在凹槽軌道，使和它接觸的細桿（與齒條一體）發(fā)上移動，齒條的移動帶動灰色齒輪轉(zhuǎn)動，由于蝸桿架與灰色齒輪固連，灰齒輪的一定角度的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)蝸桿的小角度擺動，進而實現(xiàn)電風扇搖頭功能。因此，設計時要注意將齒輪7與蝸輪3分離，即蝸輪3與蝸輪4為同軸同速轉(zhuǎn)動，而其固定軸對齒輪7只起到徑向約束作用，并不固連在一起。局部放大圖如下：5. 動力分析 （整個機構的結構簡圖）51傳動比計算5.1.1 總全傳動比計算根據(jù)傳動比的定義有如下結果：i總=n4/n7=1200/5=240其中：n4

14、為電動機滿載轉(zhuǎn)速，本設計中為1200r/min； n7為電風扇搖頭轉(zhuǎn)速，為5r/min。5.1.2 各級傳動比由于傳動系統(tǒng)是三級傳動，故應該滿足以下公式：i總=i1 i2 i3 其中，i總總傳動比，i1 、i2、i3分別為第1、2、3級傳動比。傳動比的分配原則可概括為：a ) 使各級傳動的承載能力大致相等（齒面接觸強度大致相等）；b ) 使減速器能能獲得最小外形尺寸和重量；c ) 使各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等，潤滑最為簡便。結合以上原則，再查相關文獻可確定本設計中的各級傳動比為：5.2傳動參數(shù)的計算5.2.1各構件轉(zhuǎn)速的計算根據(jù)轉(zhuǎn)速與傳動比的關系，計算如下：由以上輪系的分析和對凸輪螺旋

15、線的分析得知，當蝸桿以1200r/min轉(zhuǎn)動時，凸輪螺旋線軸線方向的運動速度為21mm/s。此時的風扇搖頭角速度（即齒輪7）轉(zhuǎn)速為5r/min。各構件轉(zhuǎn)速計算為： n4=1200r/min(電機轉(zhuǎn)速) n3=n4/i1=40r/min n1=n3/i2=30r/min n7=n1/i3=5r/min注：n3=n2,n1=n65.2.2各構件功率的計算輸入功率與傳動效率直接相關，根據(jù)文獻1中的表16-2-59，可查得各級的傳動效率為：1=0.75, 2=0.95, 3=0.5, 4=0.95。故各零件輸入功率為：5.2.3各構件輸入轉(zhuǎn)矩的計算輸入轉(zhuǎn)矩與輸入功率、轉(zhuǎn)速的關系為：。依據(jù)此式，結合以上

16、數(shù)據(jù)，可計算各軸輸入轉(zhuǎn)矩，結果如下：5.2.4各構件的傳動參數(shù)匯總以上結果可用下表表示：傳動系統(tǒng)各軸傳動參數(shù)表 項目零件號功率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳動比蝸桿40.4512003.58蝸輪30.33754080.5830錐齒輪1（凸輪6）0.320530102.071.33齒輪70.152352906根據(jù)相關的傳動參數(shù)，選擇合適的齒輪、齒條、凸輪，組成一個完整的傳動系統(tǒng)。53 齒條、齒輪傳動 齒條5的直線周期性移動驅(qū)動齒輪7的勻速周期性轉(zhuǎn)動。其嚙合三維視圖如右：齒條5參數(shù)為：m5=4, 5=20，厚度4mm，ha=1,c=0.2；齒輪7參數(shù)為：d7=80mm,m7=4mm,ha=1,c=0.2,z7=20,

17、 7=20,厚度5mm。由上述傳動系統(tǒng)各軸傳動參數(shù)表可知，齒輪7的單周期轉(zhuǎn)速為5r/min，用proe可模擬繪出齒條端點的移動位置與時間關系曲線，如下所示：5.4蝸桿上任一點（扇葉安裝位置）運動分析：桿上任一點繞軸心做勻速（單個周期內(nèi)）作勻速圓周運動，擺動張開角度為120 。其轉(zhuǎn)動半徑為：圓弧軌跡proe繪圖如下紅色弧線：扇葉上任一點的運動為隨電機勻速轉(zhuǎn)動與隨大齒輪7勻角速擺動的合成，通過proe模擬其速度與時間關系曲線如下：6. 心得體會 （組長 徐江海） 為期近一周的機械原理課程設計終于快結束了，一周很短，也許，看起來我們只是完成了一項任務，并沒有學到什么，因為至少，沒有立竿見影的感覺，但

18、，我們知道，這種影響是潛移默化的，是遠遠超出三級項目本身而存在的。 要完成一個項目，大多需要一個團隊，需要一個分工協(xié)作、組織有序的團隊，在這個團隊中，沒有英雄，沒有誰可以獨當一面；在這個團隊中，也不應該有懶漢，沒有誰應該坐享其成。一個團隊如何才能發(fā)揮最大的優(yōu)勢，才能把最大的潛能激發(fā)出來，我認為，應該是團隊中的每個成員都能找到自己的位置，都能夠?qū)崿F(xiàn)自己價值，都能在這個團隊中找到自己的尊嚴。這次課程設計，對于團隊的合作，我頗有體會。在這樣一個團隊中，每個人的能力有強弱之分，每個人的心態(tài)有端正與否，每個人的所發(fā)揮的作用也就有所區(qū)別。作為組長，我想我有義務也有責任區(qū)承擔更多的工作，記得在之前參加其他項

19、目的時候，會有這樣一條規(guī)定，項目負責人需要承擔60%以上的任務，我想，我大多是做到了。但，也會陷入思考，我該怎樣給組員分配任務，因為，分配任務同樣也是我的工作。還是那句話，每個人的能力有強有弱，在面對這樣的情況時，我盡量使每個人都能找到自己的位置，都能有一定的工作。當然，同時也會困擾我，因為，確確實實，有的成員，確實不太具備完成它的能力。一方面，不分配給他任務，我便會深感愧疚，畢竟這樣我便使他失去了一個鍛煉自己能力的機會，使他在這樣一個團隊中迷失自己的位置；另一方面，當我給他分配一個我認為他可以勝任的任務之后，可他確實感覺很有難度，于是，我便又有種犯罪感。團隊，如何才能發(fā)揮它的優(yōu)勢，每次組隊參

20、與一個項目時，我都一直在摸索著。課程設計是大家的工作，是我們每個人鍛煉自己，使自己將在課堂上學習的理論知識運用于實踐的一次有意義的嘗試，并且，更應該關注它的過程，因為，在這段過程中，我們可以感覺到個人與團隊的差異，我們甚至可以現(xiàn)學現(xiàn)用一門學科，比如說matlab，之前，我們大家都沒有接觸過這款軟件，但是聽說它能夠進行數(shù)據(jù)處理和圖像呈現(xiàn)，便逼著我們?nèi)W它，去用它，這便就是潛移默化中影響我們的一個方面。在以后的學習生活中，我們還會遇到很多突發(fā)的困難，我們要試著去相信自己，解決問題。本次課設即將結束，而我們學習的路還沒有走到盡頭，而且還很遠很遠，在這段行路的過程中，我們將汲取到更多的養(yǎng)分，吸收更多的

21、經(jīng)驗，掌握更多的技能，為自己與眾不同的人生添加更多的色彩。（組員 郭志遠） 經(jīng)過兩個階段的機械原理課程設計，在我們五個人的共同努力下終于完成了我們的全部設計工作。但是我們不能逃避，也沒法去逃避。學著去安排一個對于自己來說相當陌生的項目，怎樣去控制它的進度，完全根據(jù)老師講的一些東西！這樣一步一步安排下來以后，竟然發(fā)現(xiàn)我們安排的還相當不錯！信心大增呀！我們這次畢竟是一個團隊，當然也要有分工，我主要是進行一些資料的收集，在收集資料的過程中，自己也會學到很多東西，了解很多東西，豐富自己的知識，拓展自己的視野，對自己有很大的幫助。同時也讓我感覺到團隊合作的重要性，它是靠大家共同努力完成的。這次畢竟是第一

22、次課程設計，盡管是大家共同努力完成的，但是也是不輕松的。但是我們每個人也是從中獲得了不少的經(jīng)驗，對于以后我們自己獨立完成課程設計是有很大幫助的，至少知道該怎樣去做，怎樣才能做的更好。希望通過這次課程設計可以讓自己的知識變得更加豐富多彩。（組員 侯江麟） 十多天的課程設計上就要結束了，回首這幾天，幾分坎坷幾分歡欣。毫不夸張的說，這幾天是我在大學期間勤奮的幾天，也是最充實的幾天，當然也是最最累的幾天。自己的感悟也是頗多，知道了設計絕不是一件簡單的事，一根線條，一個結論，都需要經(jīng)過深思熟慮，反復思考后才能加以確定（最后還不一定正確），也明白了要想學好機械制圖，不僅需要嚴謹細致的學習作風，還需要認真負

23、責的學習態(tài)度通過這次課程設計也是讓自己增加了不少課程設計方面的經(jīng)驗，畢竟自己以后總是要有自己獨立完成的課程設計，這樣自己以后就能知道該怎么做才能做的更好。課程設計也是對書本知識的一個深入的思考和認識，這就不得不讓我們?nèi)ダ喂陶n本上的每個細節(jié)，做好每一方面的工作，這也是我們深入學習的一個機會。 （組員 劉歡） 通過本次課程設計，使我對機械原理這門課程有了更深入的理解。機械原理是一門實踐性較強的課程，為了學好這門課程，必須在掌握理論知識的同時，加強實踐。一個人的力量是有限的，要想把課程設計做的更好，就要學會參考一定的資料，吸取別人的經(jīng)驗，把自己和別人的思想有機的結合起來，得出屬于你自己的靈感。課程的

24、設計需要有耐心，有些事情看起來很復雜，但問題只要一點一點去解決。分析問題，把問題一個一個劃分，劃分成小塊以后就逐個去解決，再總體解決大的問題。雖然這只是一次的極簡單的課程制作，可是平心而論，也耗費了我不少的心血，讓我充分體會到勞動的光榮性。對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收也很可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就：人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶?。ńM員 崔明陽）這學期的課程設計順利的完成了，在設計過程中，我通過查閱大量有關資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并

25、向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。在這次課程設計中，使我受益匪淺，這次設計涉及到的課程使我有了深刻的理解，還對一些專業(yè)軟件和辦公軟件更加熟悉了。雖然這個設計做的不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益 在課程設計中，我現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)我對理論知識的學習不夠嚴謹，專業(yè)知道方面范圍太小。我現(xiàn)在深深體會到，自己要想在專業(yè)方面有所作為，不僅要有嚴謹認真，注重實踐的科學態(tài)度，還要有較為全面系統(tǒng)和先進的專業(yè)知識。從某一方面來說這次課程設計可以認為順利成功，但是，我能力有限，其中肯定有一些不足和欠缺的地方。在以后的學習中我會時時提醒自己在以后的實踐里會做到精益求精，不求最好，只求更好。7. 參考文獻：1 成大先 機械設計手冊第五版.化學工業(yè)出版社 20082 楊家軍 機械原理專題篇.華中科技大學 2006 3 饒振綱 行星傳動機構設計.國防工業(yè)出版社 1994 4 朱孝錄 齒輪傳動設計手冊.化學工業(yè)出版社 2005 5 三維資源在線 三維標準件模型. 2010年1月20號6安子軍 機械原理.國防工業(yè)出版社 2009.87王文斌 機械設計手冊.機械工業(yè)出版社 2007.7