課程設(shè)計《臺式電風扇搖頭裝置》

1、一、題目：臺式電風扇搖頭裝置二、設(shè)計題目及任務(wù)2.1 設(shè)計題目設(shè)計臺式電風扇的搖頭機構(gòu)，使電風扇做搖頭動作（在一定的仰角下隨搖桿擺動）。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 ，仰俯角度 與急回系數(shù) K 的設(shè)計要求及任務(wù)分配表見表 2.11.表 2.11 臺式電風扇擺頭機構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)方案號電扇搖擺轉(zhuǎn)動電扇仰俯轉(zhuǎn)動擺角 /( °)急回系數(shù) K仰角 /( °)A801.0110B851.01512C901.0215D951.02520E1001.0322F1051.0525此次選擇的是方案C：擺角為 =90&#

2、176;，急回系數(shù)K=1.02，仰角 =15°。2.2 設(shè)計任務(wù)（ 1）按給定主要參數(shù)，擬定機械傳動系統(tǒng)總體方案。（ 2）畫出機構(gòu)運動方案簡圖。（ 3）分配渦輪蝸桿、齒輪傳動比。確定它們的基本參數(shù)，設(shè)計計算幾何尺寸。（ 4）確定電扇搖擺轉(zhuǎn)動的平面連桿機構(gòu)的運動學(xué)尺寸，它滿足擺角 及急回系數(shù) K 條件下使最小傳動比角 min 最大。并對平面連桿機構(gòu)進行運動分析，繪制運動線圖，驗算曲柄存在條件。（ 5）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。2.3 設(shè)計提示（ 1）常見的搖頭機構(gòu)有杠桿式、滑板式和撳拔式等?？梢詫L扇的搖頭動作分解為風

3、扇的左右擺動和風扇的上下俯仰運動。風扇搖擺轉(zhuǎn)動可以采用平面連桿機構(gòu)實現(xiàn)。以雙搖桿機構(gòu)的連桿為主動件（即風扇轉(zhuǎn)子通過渦輪蝸桿帶動連桿傳動），則其中一個連架桿的擺動即實現(xiàn)風扇的左右擺動（風扇安裝在連架桿上）。機架可選取 8090mm。風扇的上下仰俯運動可采用連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)等實現(xiàn)。（ 2）還可以采用空間連桿機構(gòu)直接實現(xiàn)風扇的左右擺動和上下仰俯的復(fù)合運動。三、功能分解現(xiàn)市售電風扇的機頭一般只是做單一的左右擺頭動作，可結(jié)合手動調(diào)節(jié)機頭俯仰角度來改變受風區(qū)域，但正常工作時機頭的俯仰角往往是固定的，只依靠機頭自身左右擺動來送風，因此受風區(qū)域、面積有限。本臺式電風扇是立體送風電風扇，該電風扇有兩種實現(xiàn)方式

4、。即風扇左右擺動和風扇上下俯仰運動。3.1 風扇的左右搖擺運動風扇在開啟后，需要調(diào)整受風區(qū)域時，則自然希望風扇能搖頭，增加、改變受風的區(qū)域。一般是風扇在啟動搖頭時，風扇是左右搖擺的。當然，風扇的左右搖擺一般是在一個平面內(nèi)，并且是有范圍限制的。但也有一些擺角是大于 180°的，甚至更大的。3.2 風扇的上下俯仰運動隨著科技的發(fā)展，很多風扇能在風扇左右搖擺的同時，能借助相應(yīng)的構(gòu)件作上下俯仰運動，實現(xiàn)立體寬區(qū)域送風。四、機構(gòu)的選用根據(jù)前述設(shè)計要求，并且根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟及相容性要求，確定兩種運動的執(zhí)行元件機頭，選用相應(yīng)的機構(gòu)來實現(xiàn)各項運動的功能，見表4.1 。表 4.1臺式電風扇的機構(gòu)選型功能

5、執(zhí)行構(gòu)件工藝動作執(zhí)行機構(gòu)左右搖擺機頭曲線往復(fù)運動連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)上下俯仰機頭上下直線往復(fù)運動凸輪機構(gòu)連桿機構(gòu)僅對表 4.1 的基本結(jié)構(gòu)進行組合，就可以得到 2×2=4 種運動方案。初步選出結(jié)構(gòu)簡單又較為可行的方案為：左右搖擺運動采用凸輪機構(gòu)中帶有凹槽的圓柱凸輪機構(gòu)，上下俯仰運動采用連桿機構(gòu)中的雙搖桿機構(gòu)。雙搖桿機構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，傳動距離較遠，傳遞載荷較較大，可實現(xiàn)急回運動規(guī)律。一般用于從動件行程較大或承受重載的工作場合，可以實現(xiàn)移動、擺動等復(fù)雜運動規(guī)律或運動軌跡。利用雙搖桿機構(gòu)實現(xiàn)電風扇的俯仰運動，優(yōu)點在于它以運動副元素為面接觸，壓力小，能承載較重的機頭，使其上下俯

6、仰運動可靠。并且可根據(jù)桿長的改變來實現(xiàn)仰角改變。使用雙搖桿機構(gòu)實現(xiàn)風扇的左右擺頭時，所需空間也較大。凸輪機構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，可獲得任意運動規(guī)律，但動載荷較大，傳動效率較低。用于從動件行程較小和載荷不大以及要求特定運動規(guī)律的場合。故凸輪不適合作為帶動風扇作俯仰運動的機構(gòu)。而風扇的左右搖擺又是特別有規(guī)律的，所以實現(xiàn)風扇的左右擺頭還是選用凸輪機構(gòu)。五、機構(gòu)組合由上述選用的機構(gòu)組合，根據(jù)動力源驅(qū)動方式，實現(xiàn)該類電風扇有兩種實現(xiàn)方案。5.1 方案一由兩個動力分別驅(qū)動機頭左右擺頭和上下擺頭。其中一個來自專用同步電機或經(jīng)齒輪箱減速的主電動機動力驅(qū)動上下擺頭，另一個同步電動機專門驅(qū)動機頭做左右

7、擺頭，兩種動作組合成一種非特定的立體運動軌跡，實現(xiàn)立體送風。5.2 方案二單動力驅(qū)動，即直接利用主電動機的動力，經(jīng)減速后同時驅(qū)動兩套不同的機構(gòu)分別完成左右和上下擺頭兩個互成90°的動作。其中上下擺頭是由齒箱輸出曲柄盤直接驅(qū)動曲柄四桿機構(gòu)即第一機構(gòu)來實現(xiàn)；左右擺頭是由凸輪擺動機構(gòu)即第二機構(gòu)來實現(xiàn)。實施時來源于曲柄盤的動力必須經(jīng)過一個傳動機構(gòu)傳遞給第二機構(gòu)，但齒箱跟隨第一機構(gòu)擺動而第二機構(gòu)不跟隨擺動，這時動力的傳遞只要通過特定的位置才能保持傳動中心距不變。此電風扇的第一機構(gòu)擺動軸線即所謂關(guān)節(jié)，不管如何擺動，曲柄盤軸線相對擺動軸線即關(guān)節(jié)的距離始終不變，而第二機構(gòu)驅(qū)動凸輪的傳動軸線與第一機構(gòu)

8、的擺動軸線重合。因此，動力從驅(qū)動盤傳遞到凸輪時，傳動中心距不產(chǎn)生任何變化，從而選用同步齒型帶傳送動力，實現(xiàn)了電風扇循環(huán)寬域送風。5.3 方案比較選擇方案一，雖然實現(xiàn)了立體寬區(qū)域送風，但同步電動機的使用使動力源增多，電路復(fù)雜，且偶然的超載也會導(dǎo)致同步電動機的損壞，使電風扇的整機可靠性和壽命大大的降低，因而市場對該類電風扇認同率低，無法普及。方案二則可以有效避免這樣的不足。單動力驅(qū)動，即直接由主電動機單齒箱驅(qū)動，實現(xiàn)上下和左右擺頭，這時主電動機跟隨一級轉(zhuǎn)動副擺動，但對于傳統(tǒng)設(shè)計，同一動力用于驅(qū)動另一組轉(zhuǎn)動副時，動力傳動機構(gòu)的傳動距離一般為中心距必然作周期性的變化，無法直接采用傳統(tǒng)成熟的機構(gòu)。但方案

9、二有效克服了立體送風電風扇傳動機構(gòu)設(shè)計上的缺陷，使結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低，維修保養(yǎng)方便，實現(xiàn)了單動力關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換恒中心距雙驅(qū)動結(jié)構(gòu)俯仰水平立體送風。因此，綜上所述，選擇方案二。六、方案詳述下面結(jié)合附圖1，對方案二進行詳述。參照附圖 1。電風扇機頭整體，即電動機5、減速箱 2、風葉、索母、網(wǎng)罩，和安裝、固定機頭的固定座11 等。其中，電動機前殼10 用螺絲與電動機前端蓋7連接，電動機支承板8 安裝在電動機后端蓋4 上，減速箱與電動機后端蓋固接，電動機后殼 6 通過螺絲與電動機連接，支承板借助鉸軸12 活動鉸接在支承假9 上，支承架與減速箱上的輸出曲柄盤20 之間連接有上下?lián)u頭連桿1，曲柄盤與左右擺頭驅(qū)

10、動凸輪機構(gòu)中的從動齒輪19 之間由同步皮帶3 傳輸動力，驅(qū)動凸輪主體靠軸套 21 配套定位并運作。圖 6.1上下俯仰運動的傳動原理示意圖這樣，電風扇機頭整體、減速箱曲柄盤、上下?lián)u頭連桿及支承架構(gòu)成一個四桿機構(gòu)，參照圖 6.1 傳動原理示意圖。在圖中， AB代表機頭整體， BC為盤狀曲柄， CD為上下?lián)u頭連桿， DA表示 U 型支承架，鉸接點 A 處鉸接有鉸軸及其上的驅(qū)動凸輪機構(gòu)，鉸接點 B 處鉸接與盤狀曲柄，鉸點 C 位于盤狀曲柄的盤周，鉸接啦上下?lián)u頭連桿的一端，鉸點 D 是上下?lián)u頭連桿另一端的鉸接點。點 B、 B分別表示 AB繞鉸點 A 擺動到兩個極限位置時的位置點，1 和 2表示機頭整體向

11、兩側(cè)的極限擺角，而機頭整體的上下擺動范圍 1+2可通過調(diào)整 BC的尺寸來實現(xiàn)。參照附圖 2 和 4。所述的凸輪驅(qū)動機構(gòu)可以貫穿其中的鉸軸轉(zhuǎn)動，鉸軸上套有驅(qū)動凸輪主體18，而驅(qū)動輪上有供拔銷滑動的傾斜環(huán)形封閉槽，拔銷位于中心盤 17 的盤變附近，中心盤安裝在固定座上。中心盤與其中心軸14 鉚接，中心軸插入固定座的定位孔中，止定螺釘15 止入的壓力下，其上端的棘齒與中心盤下端的棘齒齒合；同時花鍵套又與固定座為花鍵盤連接，可相對上下滑動而不可相對轉(zhuǎn)動。上述中心軸套件構(gòu)成了角度調(diào)節(jié)及過載保護結(jié)構(gòu)，在正常工作時中心盤相對固定座不能轉(zhuǎn)動，并與固定座配合限制支承架上下移位，使支承架只能繞中心軸轉(zhuǎn)動。而當強行

12、扭動電風扇機頭時，活動花鍵套推壓彈簧片并脫離與中心盤下的齒的齒合，發(fā)生跳齒起到位置調(diào)節(jié)及機構(gòu)保護作用。工作時，減速箱在電動機驅(qū)動下，通過輸出曲柄盤帶動上下?lián)u頭連桿推動機頭作上下擺頭動作；同時，曲柄盤帶動其上的同步皮帶將動力傳遞到外套在鉸軸上的驅(qū)動凸輪主體，驅(qū)動凸輪主體在轉(zhuǎn)動過程中迫使拔銷連同中心盤作相對擺動，由于中心盤的固定，所以安裝在支承架上的機頭整體繞中心盤作左右來回擺動，由此兩個互為垂直的擺動組合成機頭的立體循環(huán)運動。七、機構(gòu)設(shè)計7.1 凸輪機構(gòu)設(shè)計擺動從動件圓柱凸輪機構(gòu)（如圖 7.11 ）是一種空間凸輪機構(gòu)，這種機構(gòu)是把旋轉(zhuǎn)運動改變?yōu)槠叫杏谛D(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)的擺動運動。此凸輪機構(gòu)是用來帶

13、動風扇機頭作左右來回擺頭運動的?？芍L扇的擺角是=90°，根據(jù)擺動從動件圓柱凸輪機構(gòu)的運動原理，見圖 7.12 擺動從動件圓柱凸輪運動簡圖，由公式：式中：凸輪機構(gòu)的中心距擺動從動件的長度擺動從動件的最大擺角則經(jīng)計算得：凸輪機構(gòu)的中心距= 25.6mm，= 30 mm，=90°。驅(qū)動凸輪主體傾斜封閉環(huán)形槽的平面展開圖如下圖7.13 所示。圖 7.11 擺動從動件圓柱凸輪機構(gòu)圖 7.12 擺動從動件圓柱凸輪運動簡圖圖 7.137.2 雙搖桿機構(gòu)設(shè)計如圖 6.1 為電扇實現(xiàn)上下俯仰運動的傳動原理示意圖。在滿足桿長條件且最短桿是連桿的情況下，該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)?，F(xiàn)假設(shè)圖中桿為最短桿

14、且（設(shè)最長）; 又因為假設(shè)綜合式可設(shè)計為：。八、傳動方案設(shè)計（ 1）根據(jù)風扇電動機轉(zhuǎn)速 n=1450r/min ，電風扇搖頭周期 t=10s ，確定系統(tǒng)總傳動比為（ 2）傳動比分配（根據(jù)國家標準）減速箱采用二級轉(zhuǎn)速，第一級采用渦輪蝸桿傳動，選取傳動比為 80. 第二級采用單級齒輪減速，齒輪傳動比為 3.由齒輪傳動強度確定齒輪的標準模數(shù)m=0.6。齒輪齒數(shù)： z1=20，z2=98。具體見表 8.1 傳動方案的一些參數(shù)表 8.1齒數(shù)模數(shù) /mm壓力角/°螺旋角渦輪10.62014.04蝸桿800.62014.04齒輪 1250.62014.04齒輪 2750.62014.04曲柄盤帶動

15、其上的同步皮帶將動力傳遞到外套在鉸軸上的驅(qū)動凸輪主體時，曲柄盤的轉(zhuǎn)速和凸輪機構(gòu)中的從動齒輪的轉(zhuǎn)速是相等的，即帶有槽的圓柱凸輪的轉(zhuǎn)速和曲柄盤的轉(zhuǎn)速是相等的。九、小結(jié)為期一周的機械原理課程設(shè)計結(jié)束了，回望這短暫的幾天時間學(xué)習(xí)，自己學(xué)到了不少。在真正開始設(shè)計這個電風扇搖頭裝置之前，自己也曾經(jīng)有過很多想法和方案，有的很簡單，有的很復(fù)雜。在這么多方案中選擇一種較好的，確實要考慮很多東西。平時學(xué)到的機械原理知識還是有限，在抉擇中有點頭大。但是通過上網(wǎng)、去圖書館查資料以及小組成員的討論，確定了本次設(shè)計的方案。當然此次設(shè)計還有很多不足和需待改進的地方。這次課程設(shè)計，是第一次將本學(xué)期機械原理這門課程中所學(xué)的知識

16、綜合運用到實際中某一具體實例中，另外對于機械設(shè)計也有了初步的認識和實踐經(jīng)驗。這次課程設(shè)計，從最初的毫無頭緒到逐漸做出雛形，然后進一步改進。雖然總共僅用了幾天的時間，但在這整個設(shè)計過程中，自己在實踐中摸索成長，在理論中分析探討，更加清晰地認識到只有靈活地掌握好理論知識，在實際應(yīng)用中才能夠得心應(yīng)手，才能真正將理論用于實踐，從中學(xué)到更多的知識和技能。一個巴掌拍不響，一個人的力量是有限的，想像力、創(chuàng)新力也如此。小組成員通過分析思考、查找資料、再分析思考、小組討論、確定初步方案、分工協(xié)作、組織成型、改進和確定最終方案?！皶系脕斫K覺淺，需知事事要躬行”。書本的知識不可能面面具到，而又由于在學(xué)習(xí)過程中的不慎不斷遺失，使我們的知識結(jié)構(gòu)十分不完整。于是系統(tǒng)地進行實踐操作對我們完善知識體系有莫大的幫助。與此同時，在具體實踐時，往往會遇到很多事先沒預(yù)測到的困惑，這成為我們完成設(shè)計的一大障礙，但最終還是通過求教和自己摸索中解決了。從這些過程中我們又鍛煉了自己遇到問題，分析問題，解決問題的能力。同時也感受到了群眾的智慧是不可估量的。“三人行則必有我?guī)熝??！痹诖嗽O(shè)計中，小組各成員之間積極配合、共同奮斗，