臺式電風(fēng)扇搖頭裝置

臺式電風(fēng)扇搖頭裝置

組長：凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計

組員：對機(jī)構(gòu)的合理改進(jìn)

：對各種機(jī)構(gòu)的分析

：傳動方案的優(yōu)化確定

：CAD制圖指導(dǎo)老師：機(jī)械原理課程設(shè)計任務(wù)書

一、設(shè)計題目臺式電風(fēng)扇搖頭裝置二、工作原理及工藝動作過程：電風(fēng)扇的工作原理是將電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域進(jìn)行周期性變換，達(dá)到增大送風(fēng)區(qū)域的目的。顯然，為了完成電風(fēng)扇的擺頭動作，需實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)動功能要求：

⑴.風(fēng)扇需要按運(yùn)動規(guī)律做左右擺動，因此需要設(shè)計相應(yīng)的擺動機(jī)構(gòu)。

⑵.風(fēng)扇需要轉(zhuǎn)換傳動軸線和改變轉(zhuǎn)速，因此需要設(shè)計相應(yīng)的齒輪系機(jī)構(gòu)。此外，還要滿足傳動性能要求三、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求：

設(shè)計臺式電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)，風(fēng)扇的直徑為Ф300mm，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ψ與急回系數(shù)k的設(shè)計要求及任務(wù)分配見表1。四、設(shè)計方案提示

常見的搖頭機(jī)構(gòu)有杠桿式、滑板式等。本設(shè)計可采用平面連桿機(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)，蝸輪和小齒輪做成一體，小齒輪帶動大齒輪，大齒輪與鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿做成一體，并以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿作為原動件，則機(jī)架、兩個連架桿都作擺動，其中一個連架桿相對于機(jī)架的擺動即是搖頭動作。機(jī)架可取80～90mm。五、設(shè)計的主要任務(wù)1.按給定主要參數(shù)，擬定機(jī)械傳動系統(tǒng)總體方案。2.畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖。3.分配蝸輪蝸桿、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.解析法確定平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)尺寸，它應(yīng)滿足擺角ψ及行程速比系數(shù)k。并對平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析，繪制運(yùn)動線圖。驗(yàn)算曲柄存在條件，驗(yàn)算最小傳動角（最大壓力角）。5.提出調(diào)節(jié)擺角的結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行分析計算。6.編寫設(shè)計計算說明書。7.學(xué)生可進(jìn)一步完成臺式電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的計算機(jī)動態(tài)演示驗(yàn)證。摘要在當(dāng)今社會，市場愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、效率高、能耗低的機(jī)械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、市場競爭能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計中，首要任務(wù)是進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動方案的設(shè)計和構(gòu)思、各種傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計。我們組的設(shè)計題目是臺式電風(fēng)扇搖頭裝置，該裝置可增大受風(fēng)面積。通過合理的設(shè)計可以降低生產(chǎn)成本，提高風(fēng)扇效率，符合低碳環(huán)保的原則和可持與發(fā)展戰(zhàn)略。通過對設(shè)計任務(wù)的討論分析，功能上要求完成左右搖擺和轉(zhuǎn)換傳動軸線和改變轉(zhuǎn)速運(yùn)動。要完成這些功能需要有減速裝置、輪軸轉(zhuǎn)換、搖頭裝置。針對這些裝置我們選用了幾種機(jī)構(gòu)并經(jīng)過分析，設(shè)計了四種方案，經(jīng)過仔細(xì)的分析評價，最后選擇了最合適的方案。功能分解電風(fēng)扇的工作原理是將電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域進(jìn)行周期性變換，達(dá)到增大送風(fēng)區(qū)域的目的。顯然，為了完成電風(fēng)扇的擺頭動作，需實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)動功能要求：1）風(fēng)扇需要按運(yùn)動規(guī)律做左右或上下擺動，因此需要設(shè)計相應(yīng)的擺動機(jī)構(gòu)。2）風(fēng)扇需要轉(zhuǎn)換傳動軸線和改變轉(zhuǎn)速，因此需要設(shè)計相應(yīng)的機(jī)構(gòu)。對這兩個機(jī)構(gòu)的運(yùn)動功能作進(jìn)一步分析，可知它們分別應(yīng)該實(shí)現(xiàn)下列基本運(yùn)動：左右擺動有三個基本運(yùn)動：運(yùn)動軸線變換、傳動比降低和周期性擺動。轉(zhuǎn)換運(yùn)動軸線和改變傳動比有一個基本動作：運(yùn)動軸線變換。此外，還要滿足傳動性能要求：改變電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域時，在急回系數(shù)K擺動角度φ的要求下，盡量保持運(yùn)動的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換和減小機(jī)構(gòu)間的摩擦。運(yùn)動功能圖運(yùn)動循環(huán)圖機(jī)構(gòu)選用

臺式電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)常見的有杠桿式、滑板式等，在這里我們組選用的是杠桿式。要完成左右擺動需要完成運(yùn)動軸線變換、傳動比降低和搖頭周期性擺動?？梢苑謩e選用以下機(jī)構(gòu)。傳動軸線變換可以選用蝸桿蝸輪、錐齒輪等；減速機(jī)構(gòu)可以選用小齒輪帶動大齒輪組減速、渦輪蝸桿減速等；風(fēng)扇搖擺轉(zhuǎn)動可采用平面連桿和凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。減速機(jī)構(gòu)選用齒輪組減速渦輪蝸桿齒輪組齒輪組機(jī)構(gòu)是最常見的減速機(jī)構(gòu)，但是考慮到傳動的傳動比過大且風(fēng)扇頭尺處的限制，我們選擇了內(nèi)嚙合齒輪。還可以用帶傳動和鏈傳動來減速，但由于風(fēng)扇尺寸限制均舍棄。減速機(jī)構(gòu)選用齒輪組減速齒輪組機(jī)構(gòu)是最常見的減速機(jī)構(gòu)，但是考慮到傳動的傳動比過大且風(fēng)扇頭尺處的限制，我們選擇了內(nèi)嚙合齒輪。還可以用帶傳動和鏈傳動來減速，但由于風(fēng)扇尺寸限制均舍棄。傳動軸線變換選用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)

圓錐齒輪傳動直齒圓錐齒輪傳動

搖頭機(jī)構(gòu)的選用在這里我們選用杠桿式來作搖頭機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)杠桿機(jī)構(gòu)可用以下兩種機(jī)械運(yùn)動方案的選擇和評定

方案1該機(jī)構(gòu)通過齒輪嚙合達(dá)到減速的目的，然后由渦輪蝸桿實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動的方向改變的目的，由四連桿機(jī)構(gòu)組成雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇頭的擺動。此方案的優(yōu)點(diǎn)是渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)的傳遞準(zhǔn)確性高，連桿機(jī)構(gòu)制造簡單成本低，齒輪傳動平穩(wěn)；缺點(diǎn)是渦輪蝸桿傳遞力的能力差，發(fā)熱量比較大,常用較貴的減摩耐磨材料來制造蝸輪，成本較高。該設(shè)計方案采用了齒輪箱來減小輸出速度，蝸輪蝸桿來實(shí)現(xiàn)減速和傳動軸的變換。方案2當(dāng)偏心圓盤凸輪回轉(zhuǎn)時，凹槽側(cè)面迫使構(gòu)件6擺動，從而實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的搖頭功能該機(jī)構(gòu)通過三級減速，由凸輪的形狀性質(zhì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇頭的擺動規(guī)律。此方案繼承了方案一的傳動優(yōu)點(diǎn)，傳動準(zhǔn)確，風(fēng)扇頭的擺動角度可以調(diào)節(jié)，傳動平穩(wěn)，擺頭在極限位置沒有速度的突變，占用的空間較??；而且也改良了凸輪獨(dú)特性的缺點(diǎn)，缺點(diǎn)是渦輪蝸桿的發(fā)熱量較大擺動從動件偏心圓盤凸輪機(jī)構(gòu)示意圖整體簡圖方案三該方案直接由主電動機(jī)單齒箱驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)上下和左右擺頭，這時主電動機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)。但方案有效克服了立體送風(fēng)電風(fēng)扇傳動機(jī)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。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在小尺寸內(nèi)不宜設(shè)計方案4方案4跟方案一一樣，通過連桿裝置實(shí)現(xiàn)搖頭運(yùn)動

該機(jī)構(gòu)擯棄了渦輪蝸桿發(fā)熱量大，傳遞力效果差的缺點(diǎn)，用圓錐齒輪代替，缺點(diǎn)是圓錐齒輪造價成本相對較高由以上四個方案可以看出：方案一、四的機(jī)構(gòu)相對于方案二、三功能過于簡單，在考慮適當(dāng)創(chuàng)新的前提下，不宜采用。但是方案三太過于復(fù)雜，對運(yùn)動路徑的分析也很困難，所以方案二結(jié)構(gòu)相對簡單，成本相對較低且能達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動要求，由于電風(fēng)扇的傳遞力的要求不是很大，因此渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，和凸輪機(jī)構(gòu)適合設(shè)計要求，而且通過對凸輪機(jī)構(gòu)的改良，有了很好的發(fā)揮空間，因此方案二相對較好。綜合考慮搖頭機(jī)構(gòu)選擇方案二。原動機(jī)的選擇籠式三相異步電動機(jī)，使用三相交流電、轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不同，可以進(jìn)行幾檔變速。而且籠式電動機(jī)的具有簡單、體積小、易維護(hù)、價格低、壽命長連續(xù)運(yùn)動特性好、轉(zhuǎn)速受負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動的影響小和硬機(jī)械特性等優(yōu)點(diǎn)。這些特性能夠滿足臺式電風(fēng)扇搖頭裝置的工作特性，所以選擇籠式三相異步電動機(jī)作為原動機(jī)傳動方案的設(shè)計

在擺動機(jī)構(gòu)中，蝸輪帶動連桿做勻速圓周運(yùn)動，當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)一周時電扇擺動一個周期。由于電扇電動機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1450r/min，而電扇搖頭周期t=10s即擺動周期為6r/min，則傳動比.而蝸輪蝸桿的傳動比（蝸桿帶動蝸輪）不宜太大，不然對機(jī)構(gòu)的磨損比較嚴(yán)重，所以無法達(dá)到的要求，必須經(jīng)變速機(jī)構(gòu)減速，這里選擇圓錐齒輪減速，使達(dá)到傳動方向的一致性在這里我們先通過渦輪蝸桿實(shí)現(xiàn)一級減速，再通過圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)二級減速機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計計算不妨取B方案做參數(shù)分析，確定機(jī)構(gòu)的尺寸行程系數(shù)擺動角度，計算得，取，則另一角度為178.66，由于沒有采用四連桿機(jī)構(gòu)，所以這里的急回系數(shù)只能從凸輪機(jī)構(gòu)上面下功夫，從凸輪機(jī)構(gòu)的選定來看，一種是自己設(shè)計凸輪的模型，從而可以得到自己所需要的運(yùn)動軌跡，但是對于電風(fēng)扇這類小產(chǎn)品需要特定的凸輪模型不宜采用；另一種是利用圓盤的偏心轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動，下面對圓盤的偏心傳動分析：

急回機(jī)構(gòu)的計算設(shè)計：對設(shè)計題目中的要求通過繞偏心軸旋轉(zhuǎn)，使偏心軸沿滑塊上下運(yùn)動通過杠桿機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的搖頭，但是這類偏心傳動的往返運(yùn)動不能實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動所以用下圖所示機(jī)構(gòu)就可以解決設(shè)偏心距為e，圓盤半徑r，動量距l(xiāng)下圖為以上兩種偏心運(yùn)動的運(yùn)動軌跡從圖中可以看出a曲線上升與下降是呈對稱關(guān)系，b曲線上升時間明顯比下降時的多，所以可以構(gòu)成急回運(yùn)動下圖為以上兩種偏心運(yùn)動的運(yùn)動軌跡我們可以通過作圖法與解析法求得確切的數(shù)據(jù)通過上面的計算,所以由上面的計算得L=0.06R最后來確定電風(fēng)扇的擺角：在這里我們?nèi)A盤半徑R=60mm,所以動量矩L=3.6mm，支點(diǎn)距離l=41.23mm

改變擺角，急回系數(shù)的計算所以我們可以通過改變動量矩和支點(diǎn)距離來改變風(fēng)扇頭的運(yùn)動軌跡這兩個參數(shù)都可以很容易改變所以我們可以通過改變動量矩和支點(diǎn)距離來改變風(fēng)扇頭的運(yùn)動軌跡這兩個參數(shù)都可以很容易改變所以我們可以通過改變動量矩和支點(diǎn)距離來改變風(fēng)扇頭的運(yùn)動軌跡這兩個參數(shù)都可以很容易改變值得改進(jìn)的地方1.一般風(fēng)扇都是左右搖擺，在這里我們借鑒方案三的構(gòu)思，所以我們可以通過上下壁的旋轉(zhuǎn)，使凸輪旋轉(zhuǎn)中心上下運(yùn)動，從而使風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動，從而達(dá)到功能的改進(jìn)2、通過計算發(fā)現(xiàn)只有二級減速則減速齒輪過大，使風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)尺寸過大，渦輪蝸桿壓力過大，這是不宜采用的，在這里我們借鑒方案一的三級減速，所以最終采用三級減速，外加一個內(nèi)嚙合齒輪下面對減速傳動比作計算這里齒輪嚙合是內(nèi)嚙合，為了避免發(fā)生根切現(xiàn)象，齒輪最小齒數(shù)為當(dāng)、時，。為了實(shí)現(xiàn)最大傳送效率：在這里我們?nèi)。鲃育X輪，；被動齒輪z2=60，；圓錐主動齒輪，；圓錐被動齒輪z4=45，m=1；蝸桿分度圓直徑取d=18，m=1，；蝸輪m=1,z6=29;則總的減速機(jī)構(gòu)的傳動比為。通過一系列的計算，最終機(jī)構(gòu)圖可以