機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)臺式電風(fēng)扇搖頭裝置

1、 成都理工大學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)訓(xùn)練I 設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：臺式電風(fēng)扇擺頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：陳 朋專業(yè)：14 級機(jī)械工程學(xué)號：3201406120624指導(dǎo)教師：劉 念 聰日期：20 16 年 12月 28 日 TOC o 1-5 h z 第 一 章 ： 要 求 和 任 務(wù) 3一設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) 3 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 二設(shè)計(jì)方案提示 3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 三設(shè)計(jì)任務(wù) 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 四：注意事項(xiàng) 4 HYPER

2、LINK l bookmark12 o Current Document 第二章：機(jī)構(gòu)的選用 5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 一、擺頭機(jī)構(gòu)： 5二、傳動機(jī)構(gòu) 7 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 第三章：機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8一、四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8二、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 11 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 三、傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 第四章：機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 18一、

3、四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析： 18二、圓柱凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析： 20第 五 章 ： 方 案 的 確 定 22一、比較兩種方案并選取方案： 22 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 二、機(jī)構(gòu)簡圖 22 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 總結(jié) 23 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 參考文獻(xiàn) 24第一章：要求和任務(wù)設(shè)計(jì)臺式電風(fēng)扇的搖頭裝置，風(fēng)扇的直徑為300mm，電扇電動機(jī)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

4、的設(shè)計(jì)要求及任務(wù)分配表見下表.表 : 臺式電風(fēng)扇擺頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)方案號電扇搖擺轉(zhuǎn)動擺角 /( )急回系數(shù)KA801.01B851.015C901.02D951.025E1001.03F1051.05我選擇方案B：擺角為 =85，急回系數(shù)K=1.015。二設(shè)計(jì)方案提示：常見的搖頭機(jī)構(gòu)有杠桿式、滑塊式、撳拔式等。本設(shè)計(jì)可采用平面連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。由裝在電動機(jī)主軸尾部的蝸桿帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)，渦輪和小齒輪做成一體，并以四桿機(jī)構(gòu)的連桿作為原動件，則機(jī)架、兩個(gè)連架桿都做擺動，其中一個(gè)連架桿相對于機(jī)架的擺動即是擺頭動作。機(jī)架可取80 90mm。三設(shè)計(jì)任務(wù)：1 至少提出兩種方案，然后進(jìn)行方案分析評比，選一種方案進(jìn)行設(shè)

5、計(jì)；2設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。3編寫課程設(shè)計(jì)說明書。（用 A4 紙張，封面用標(biāo)準(zhǔn)格式）4機(jī)械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算。四：注意事項(xiàng)每位同學(xué)按照課程設(shè)計(jì)后最好準(zhǔn)備一個(gè)專用筆記本，把課程設(shè)計(jì)中查閱、摘錄的資料。初步的計(jì)算以及構(gòu)思的草圖都記錄在案，這些資料是整理設(shè)計(jì)說明書的基本素材。課程設(shè)計(jì)中所需知識可能超出?機(jī)械原理?課程課堂講述的基本內(nèi)容，同學(xué)應(yīng)通過自學(xué)補(bǔ)充有關(guān)知識。推薦參考資料?機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊? 鄒慧君主編高等教育出版社。需要上交的資料包括：（1） 設(shè)計(jì)說明書1 份； （打?。?2)設(shè)計(jì)方案草圖1 份； （手寫）(3機(jī)械運(yùn)動方案圖樣（A3大?。?1 份，及主

6、要機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖、機(jī)構(gòu)運(yùn)動線圖、機(jī)構(gòu)的受力分析等。（按照標(biāo)準(zhǔn)格式打?。┑诙拢簷C(jī)構(gòu)的選用為完成風(fēng)扇左右擺動的吹風(fēng)需要實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)動功能要求：在扇葉旋轉(zhuǎn)的同時(shí)扇頭能左右擺動一定的角度，因此， 應(yīng)設(shè)計(jì)左右擺動機(jī)構(gòu)完成風(fēng)扇搖頭或不搖頭的吹風(fēng)過程，所以必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的離合器機(jī)構(gòu)。一、擺頭機(jī)構(gòu)：杠桿式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)。(c)雙搖桿機(jī)構(gòu)又要做所以在本次課程設(shè)計(jì)中由于電動機(jī)既要做風(fēng)扇的動力輸出件，搖頭機(jī)構(gòu)的動力輸出件，即搖頭機(jī)構(gòu)的原動件要隨著風(fēng)扇擺動，選用四桿機(jī)構(gòu)中的雙搖桿機(jī)構(gòu)作為搖頭機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)：盤行凸輪、圓柱凸輪。(a) 盤行凸輪機(jī)構(gòu)本次課程設(shè)計(jì)采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。根據(jù)給定的條件電動機(jī)的

7、轉(zhuǎn)速n=1450r/min，而擺頭機(jī)構(gòu)的周期T=10s。1n0=T =0.1r/s=6r/min由此可得傳動機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)的傳動比。i=n/n0=1450/6 =241.67可得出傳動比較大。在本期?機(jī)械原理?中，主要學(xué)習(xí)的傳動機(jī)構(gòu)是齒輪傳動，不管是直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪還是直齒圓錐齒輪，其傳動比都比較小，圓柱齒輪的傳動比范圍i=3-6， 圓錐齒輪的傳動比范圍 i=2-3。而能實(shí)現(xiàn)較大傳動比的有蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)（圖 2.5），它做減速器的傳動比范圍i=5-70。由蝸桿蝸輪與圓柱齒輪結(jié)合便可實(shí)現(xiàn)上述較大傳動比的傳動。圖2.5、蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)第三章：機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)是帶有整轉(zhuǎn)副的雙搖桿機(jī)構(gòu)。

8、四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件：最長桿與最短桿之和另外兩桿之和；形成周轉(zhuǎn)副的桿中必有一桿為最短桿。滿足具有整轉(zhuǎn)副的雙搖桿機(jī)構(gòu)的條件是： 最長桿與最短桿之和另外兩桿之和；機(jī)架為最短桿的對邊。如圖所示的機(jī)構(gòu)的以構(gòu)件2 作為原動件的機(jī)構(gòu)為具有整轉(zhuǎn)副的雙搖桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)給定的數(shù)據(jù)電扇擺角 =850，急回系數(shù)k=1.015，根據(jù)急回特性急回系數(shù)k=（ 1800+ ） /（ 1800- ）可得出0 k-101.015-10 =1800 k+1 =18001.015+1 =1.340根據(jù)極位夾角 和擺角 ，機(jī)架尺寸取90mm。做出兩極位時(shí)的C為 B B 的中點(diǎn)AB=AB ， 構(gòu)件 AB 的長為LAB,構(gòu)件BC 的長

9、為LBC，構(gòu)件 CD 的長為LCD，則有 :L BC=B C=CB =L ABsin8502=AB sin42.50AC=AB cos42.5090mm 時(shí)，即LAD=90mm，計(jì)算極位夾角 和風(fēng)扇擺角：C DC = ADC - ADCL CD=CD= AD2 AC2取不同的LAB 的值：LAB(mm)LBC(mm)AC(mm)LCD(mm)106.757.3789.701510.1311.0689.312013.5114.7588.782516.8918.4388.093020.2622.1487.233523.6425.8086.22對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整，通過LAB、 LBC、 LCD 的值

10、，在機(jī)架取BAB = BAD- B ADADC =arcosLAD( LBCLCD)LAB 2LAD( LBCLCD)ADC =arcos L2AD (LCD LBC)2L2AB2LAD( LCD LBC)B AD=arcos L2AB ( LBC LCD)2L2AD2LADLABB AD=arcos L2AB (LCD LBC)2L2AD2LADLABLAB ( mm)LBC( mm)LCD( mm) =CDC = BAB 107900.29088.9501510890.3683.662013.5890.2784.922517880.1485.683020870.2383.623523.58

11、6根據(jù)上面反饋的數(shù)據(jù)，而在本次課程設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)的最終目的是達(dá)到風(fēng)扇左右擺動角度 ，而急回特性次之，因此選用設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)組是LAD=20mm、 LBC=13.5mm、 LCD=89mm、 =84.920和R=20mm。柱凸輪機(jī)構(gòu)擺動到兩極限時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：通過兩極限位置畫出其簡化位置圖如下，便于計(jì)算機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件長。根據(jù)幾何圖形得到其關(guān)系圖：h 為凸輪的行程，B AB =850BAC= B AC=42.50LAB=h42.5 02sinLAB2=sin ( 1800 - 47.5 0)sin ADBADB=arcsin(LAB sin132.50)LADh（ mm）LAB(mm) ADB ( 0 )

12、LCD(mm)取不同的h 的值，得到各構(gòu)件不同的長度：( hsin21.25 0) 2LCD= ( LADcos ADB) 21013.646.4189.511520.699.7688.862027.5913.0687.972534.4916.4186.813041.3919.8285.363548.2923.3183.624055.1826.8881.57從上面數(shù)據(jù)表中選取h=25mm， LAB =34.49mm,LCD=86.81mm，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整h=25mm， LAB =35mm,LCD=87mm。三、傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：此設(shè)計(jì)中采用蝸桿蝸輪和齒輪傳動，其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖：由 于 風(fēng) 扇 的

13、 擺 動 的 周 期T=10s， 可 得 出 齒 輪 4 的 轉(zhuǎn) 速n4=0.1r/s=6r/min,由于電風(fēng)扇電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，所以蝸桿1的轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，由此可得出其傳動比：i 14=n1n41450r/min6r/min=241.67，i14= Z2Z4 =241.67。14 Z1Z3為便于制造蝸桿采用單頭蝸桿，即Z1=1，為了讓機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)更緊湊齒輪的尺寸越小越好，為達(dá)到傳動比只有Z3 取得越小才能使得Z2、 Z4 越小，機(jī)構(gòu)的尺寸才越小，但為讓其不發(fā)生根切Z3 17，取不同的 Z3的值 :Z3Z2Z4Z3Z2Z4174108.33194591.67184

14、350204833.3215075225316.67由于Z2、 Z4為齒數(shù)，所以Z2 Z4為整數(shù)，因此取Z3=18為佳，由于單頭蝸桿蝸輪蝸輪的的齒數(shù)Z 的取值范圍為5-70 ， Z3=18 時(shí)，得出Z2 Z4=4350,取不同的Z2、 Z4的值：Z2Z4Z2Z46467.9758756270.165677.686072.55480.56根據(jù)上面數(shù)據(jù)，取Z2=58、 Z4=75蝸桿與蝸輪轉(zhuǎn)動比的取值范圍5-70， 圓柱齒輪的傳動比的取值范3-6，由齒數(shù)得其齒輪嚙合的傳動比：其傳動比在其取值范圍之內(nèi)。i12=58= =581Z2Z1 TOC o 1-5 h z 模數(shù)的選擇:模數(shù)的選擇原則：優(yōu)先選擇

15、第一系列，其次選擇第二系列，盡可能的不用括號內(nèi)模數(shù)；若沒有計(jì)算出來的模數(shù)，選出來的模數(shù)就大不就小。模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)系列(GB/T 2008)第一系列11.251.522.534568101216202532第二系列1.1251.3751.752.252.753.54.55.5(6.5)791114182228蝸桿模數(shù)系列表第一系列11.251.522.53.1545681012.516202531.5第二系列1.533.54.55.5671214 TOC o 1-5 h z 蝸桿蝸輪正確嚙合的條件：、m1=m2，12，12；、兩者螺旋線的旋向相同。兩圓柱直齒輪正常嚙合的條件：m3=m4，34。因此齒輪

16、的模數(shù)選擇m1=m2=1.25， m3=m4=1。 蝸桿的壓力角采用阿基米德蝸桿壓力角12 =200， 選其螺旋角12=150（蝸桿蝸輪螺旋角的取值范圍50-200） 。而在模數(shù)為1.25 時(shí)，蝸桿的分度圓選擇d1=20mm。圓柱齒輪的壓力角選擇標(biāo)準(zhǔn)壓力角34 =200。齒輪尺寸參數(shù)表：名稱蝸桿1蝸輪2齒輪 3齒輪 4齒數(shù) ZZ1=1Z2=58Z3=18Z4=75壓力角200200200200模數(shù)m1=1.25m2=1.25m3=1m4=1分度圓直徑d1= 20mmd2=m2 Z2 =72.5mmd3=m3 Z3 =18mmd4=m3 Z4 =75mm基圓直徑db2=d1cosdb3=d3co

17、sdb4=d4cos齒頂高系數(shù)ha1111頂隙系數(shù)c*0.250.250.250.25標(biāo)準(zhǔn)中心距 =d1+d2=92.5mm =d3+d4=93mm第四章：機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析分析任意時(shí)刻的速度和加速度：令桿 AB 的角速度為AB，桿 CD 的角速度CD，桿 BC 的角速 度為 。VC = VB + VCB大小：方向：CDAB BCVCB= LBC=0.1r/s 13.5mm=1.35 10-3m/s根據(jù)上面關(guān)系畫出速度矢量關(guān)系：選擇比例尺 = 12mmmm/s=1/2SVC=14.59mm 1/2s=7.30 10-3m/sVB=28.49mm 1/2s=14.25 10-3m/s=0.7r/sV

18、B 14. 25 10-3 m/s TOC o 1-5 h z LAB20mm=0.08r/sVC7. 30 10-3 m/scd=LCD89mm加速度分析：BC 做勻速圓周運(yùn)動，所以BC 的角加速度BC=0，即aBC=0。大?。悍较颍簍aCnaC =aB +aB +aCBCD CDAB B A C B2 =0.60m/sn VC2(7. 310 3 m/s)2 TOC o 1-5 h z aC=LCD89mmn V2(14. 2510 3m/s)2-32anB= B =15.04 10-3m/s2n aCB( 1. 3510 3 m/s)213.5mmLAB 13. 5mm=0.135 10

19、-3m/s2其加速度矢量關(guān)系圖：選擇比例尺=1mm/s210mm2 =1/10s 2atC=12.56mm 1/10s2=1.256 10-3m/s2atB =15.04mm 1/10s2=1.504 10-3m/s2AB =atB1. 50410 3 m/s213.5mm=0.11r/s2CDat1. 256 10 3 m/s2c=LCD89mm=0.014r/s2其任意時(shí)刻的速度加速度分析2h 2 25mmC= T10s=5 10-3m/s選擇比例尺2RBC= T23. 14 20mm10s=12.56 10-3m/sVB = VC +VBC大小 ?方向 AB CD ?VB=7.5mm 1

20、/2s=3.75 10-3m/sVB3.7510-3 m/sab=LAB35mm=0.11r/sVC5CD=10-3 m/s87mm=0.057r/sLCD第五章：方案的確定結(jié)構(gòu)上：四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，只需要滿足機(jī)構(gòu)的力學(xué)即可，對于加工要求低；圓柱凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對加工要求較高，加工比較復(fù)雜。運(yùn)動上： 四桿機(jī)構(gòu)能夠基本滿足風(fēng)扇擺頭的運(yùn)動規(guī)律，其原動件為連桿， 不會出現(xiàn)死點(diǎn)位置；而圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的急回特性相對于四桿機(jī)構(gòu)較差。機(jī)械效率上：四桿機(jī)構(gòu)的四個(gè)連桿質(zhì)量較輕，原動件可直接與傳動機(jī)構(gòu)的齒輪焊接，在傳動中這一級傳動基本沒有能量損失；而圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的圓柱凸輪質(zhì)量較重，其原動件只能與傳動機(jī)構(gòu)的輸出齒輪同軸，使其對能量的消耗增加，機(jī)械效率相對較低。經(jīng)過以上對比，我選用方案一（雙搖桿機(jī)構(gòu)）。二