1、论文题目 台式电风扇摇头装置 学 院 电子信息与机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 2009 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成时间 2011 年 7 月肇庆学院教务处制机 械 原 理 课 程 设 计机械原理课程设计签 名 页学 生 签 名： 年 月 日指导教师签名： 年 月 日评阅教师签名： 年 月 日目录目录 3第 1 章 台式电风扇摇头装置的功能与设计要求 41.1 设计题目 41.2 工作原理及工艺过程 41.3 设计要求 41.4 功能分解 5第 2 章 机构的选用与设计 72.1 机构的选用 72.2 左右摇头机构 .72.2.1 左右摇动方案一（放弃） 72.
2、2.2 左右摇头方案二 （采用） 82.2 上下仰俯机构 8第 3 章 传动比的设计 10第 4 章 机构尺寸设计 124.1 蜗轮蜗杆尺寸设计 124.1.1 蜗杆尺寸参数 124.1.2 蜗轮尺寸参数 .134.2 直齿圆柱齿轮尺寸参数 134.2.1 直齿圆柱齿轮 3 尺寸参数 134.2.2 直齿圆柱齿轮 4 尺寸参数 144.2 双摇杆机构尺寸参数 15第 5 章 小结 16第 6 章 参考文献 17第 1 章 台式电风扇摇头装置的功能与设计要求1.1 设计题目设计台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作。风扇的直径为 300mm，电扇电动机转速 n1450r/min ，电扇摇头周期
3、t=10s，电扇摆动角度 100、俯仰角度 22与急回系数K1.03。风扇可以在一定周期下进行摆头运动，使送风面积增大。1.2 工作原理及工艺过程1.3 设计要求.电风扇摇头机构至少包括连杆机构、蜗轮蜗杆机构和齿轮传动机构三种机构。.画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟订运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现干涉。.设计连杆机构，自行确定运动规律，选择连杆机构类型，校核最大压力角。.设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。.编写设计计算说明书。原动机执行机构 1传动减速机构 执行机构 2系统1.4 功能分解电风
4、扇的工作原理是将电风扇的送风区域进行周期性变换，达到增大送风区域的目的。显然，为了完成电风扇的摆头动作，需实现下列运动功能要求：电动机 齿轮传动 蜗轮蜗杆 曲柄 摇杆 左右摇头机构图 1.1 运动功能图.风扇需要按运动规律做左右摆动，因此需要设计相应的摆动机构。.风扇可利用仰俯旋钮实现上下俯仰，因此需要设计相应的俯仰机构。.风扇需要转换传动轴线和改变转速，因此需要设计相应的齿轮系机构。对这两个机构的运动功能作进一步分析，可知它们分别应该实现下列基本运动：.左右摆动有三个基本运动：运动轴线变换、传动比降低和周期性摆动。.俯仰运动的基本运动：与水平面之间的夹角的变换。.转换运动轴线和改变传动比有一
5、个基本动作：运动轴线变换。此外，还要满足传动性能要求：改变电风扇的送风区域时，在急回系数 K1.03、摆动角度 =100的要求下，尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。第 2 章 机构的选用与设计2.1 机构的选用根据前述要求，电风扇的应作绕一点的往复摆动，且在工作周期中有急回特性。驱动方式为电机驱动，利用机械原理课程设计指导书中的表 2.1 与表 2.2 的设计目录，分别选择相应的机构，以实现这三个机构的各项功能，见下表。由于要实现大传动比，且受到电风扇机壳体积大小的限制，结合机械原理课程设计指导书第 155 页的附录 2，减速机构可选用蜗轮蜗杆机构与直齿圆柱齿轮机构的组合机构。表 2.
6、1 电风扇摆头的机构选形功能 执行机构 工艺动作 执行机构左右摆动 连杆机构 扇形往复运动 齿轮机构 连杆机构上下仰俯 连杆机构 扇形往复运动 连杆机构 2.2 左右摇头机构为了能实现左右往复运动，在经济简单的原则下可选择双摇杆机构，实现运动方向交替交换。2.2.1 左右摇动方案一（放弃）图 2.1 方案一 该方案主动件有两个，一个单独带动风扇扇片转动，另一个则为上图带箭头的飞轮做整周回转，通过连杆带动机头左右摆动。由于风扇的转动动作与摇头动作不是由同一个原动机施给的，因此，此方案中不需要用到减速机构，只需使两个原动机有不同的转动速度即可。优点：机构简单，主动件为连架杆便于计算四杆机构参数缺点
7、：需要两个主动力即需要两个电机驱动2.2.2 左右摇头方案二 （采用）图 2.2 方案二1蜗轮，2蜗杆，3、4直齿圆柱齿轮，5电动机如图所示，ABCD 是以 BC 为连杆的双摇杆机构，因为它满足最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，故连杆 BC 可相对于两连架杆作整周转动。带有风扇的电动机 5、齿轮 3、4 和蜗杆 2、蜗轮 1 均于连架杆 AB 上，而蜗轮 1 又与连杆 BC 固联。电动机 5 转动时，一方面带动风扇转动，另一方面经齿轮传动和蜗杆传动带动连杆 BC 相对于连架杆 AB 转动，两连架杆AB、CD 作往复摆动，从而使风扇轴线可在一定角度范围内摆动。此方案中，齿轮机构 4-3
8、 和蜗轮蜗杆机构 2-1 组合作为减速机构。2.2 上下仰俯机构为了实现仰俯运动，事先计划使用凸轮机构设计仰俯机构，但由于电扇的机壳大小有限，并且凸轮只常使用在低负载的传动过程，假如当电风扇的机头被某重物压住，则很容易损坏凸轮，且凸轮制造困难，成本高，对一台普通台式风扇的设计来说，并不经济。也可以使用连杆滑块机构设计，将机壳引出杆使用一条路径导轨进行约束，来完成设想的仰俯运动。但是需要计算连杆长度以及导轨位移，如果在电动机座与立柱的连接处用两个带有扇形凸台圆盘（图2.3）在圆心处铰链联接，再加一个简易的制动机构，也同样可以手动实现电风扇的上下仰俯。图 2.3圆盘 1 上的扇形凸台圆心角为 18
9、0-22=158（） ，圆盘 2 上为半圆形凸台。电动机座与圆盘 1 相连接，立柱与圆盘 2 相连接。圆孔内旋入仰俯旋钮。当仰俯旋钮旋紧时，两圆盘之间的磨擦力增大，仰角不变，当仰俯旋钮旋松时，两圆盘相离，可以改变仰角。第 3 章 传动比的设计由于在设计的左右摆头机构中，将蜗轮带动连杆进行整周回转的匀速圆周运动。当蜗轮旋转一周，电扇机壳也正好摇摆一回，得出蜗轮的转速为。5102选取蜗轮 1，蜗杆 2 模数 m=1，齿轮 3、4 的模数 m=1.25。蜗轮 1 转速t2蜗轮蜗杆机构 2-1 的传动比2121Zi32直齿圆柱齿轮机构 4-3 的传动比4343Zi电动机的转速 31456024由以上式
10、子得， tZ2314512要实现大的传动比，因此，取蜗杆 ，齿轮 4 齿数 ，代217min4Z入上式得， tZ324651经计算，当 =30， =44 时，t=10.09,相对误差13；%9.009.1当 =36， =36 时，t=9.91,相对误差 ；1Z3 %9.0109.当 =30， =43 时，t=9.86,相对误差 ；486当 =29， =44 时，t=9.76,相对误差 。1Z3 %5.21075.9结合台式电风扇机壳尺寸大小的要求及摇动周期，选择 =36， =36。Z3蜗轮蜗杆机构 2-1 传动比 36121Zi直齿圆柱齿轮机构 4-3 传动比 8.2743i第 4 章 机构尺
11、寸设计4.1 蜗轮蜗杆尺寸设计4.1.1 蜗杆尺寸参数模数 m=1齿顶高系数 12*ah径向间隙系数 5.0c齿数 2Z压力角 =20分度圆直径 182d导程角 3.182mZarctg特性系数 18dq齿顶高 *2mha顶隙 5.0c齿根高 2.1)(*2ff齿顶圆直径 0aahd齿根圆直径 5.22ff轴向齿距 14.3mp轴向齿厚 72s法向齿厚 568.cosn4.1.2 蜗轮尺寸参数模数 m=1齿顶高系数 12*ah径向间隙系数 5.0c齿数 =361Z压力角 =20分度圆直径 3611mZd螺旋角 = =3.18齿顶高 *1ha顶隙 25.0c齿根高 .)(*1mff齿顶圆直径 3
12、81aahd齿根圆直径 5.21ff齿顶圆弧半径 91Ra蜗轮蜗杆啮合中心距 5421d4.2 直齿圆柱齿轮尺寸参数4.2.1 直齿圆柱齿轮 3 尺寸参数模数 m=1.25齿顶高系数 1*ah径向间隙系数 25.0c齿数 =363Z压力角 =20分度圆直径 4533mZd齿顶高 2.1*ha顶隙 5.0c齿根高 6.)(*3mff齿顶圆直径 4723aahd齿根圆直径 85.3ff齿厚 96.1/s齿宽 2me4.2.2 直齿圆柱齿轮 4 尺寸参数模数 m=1.25齿顶高系数 1*ah径向间隙系数 25.0c齿数 74Z压力角 =20分度圆直径 25.144mZd齿顶高 .*ha顶隙 3.0c
13、齿根高 562.1)(*4mff齿顶圆直径 734aahd齿根圆直径 .84ff齿厚 96.12/s齿宽 me齿轮 3 和齿轮 4 的啮合中心距 25.643da4.2 双摇杆机构尺寸参数极位夹角 =2.77180K图 4.1 双摇杆机构根据实际情况（30CM 直径的扇叶） ，同时经过计算，可取a=35， b=46，c=209，d=211.4。第 5 章 小结机械原理课程设计是一门综合性较强的学科，综合运用运动分析、力学分析、机构的选择与设计、零件设计等等各方面的知识，能够培养机械类专业学生创新能力。通过这次的课程设计，使我进一步巩固、掌握并社步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文
14、学表达等各方面的能力进行了初步的训练，理论与实际相结合。然而，这次的课程设计更让我深感惭愧与忧虑，它让我切切实实地认识到自己知识、技能的匮乏。知识的缺乏让我在一开始的时候便遇上了障碍，对某些方面的知识的掌握不牢，使我在解决问题时花费了更多的时间与精力，使得这次的课程设计有着许多的缺陷。然而这也激励我往后要学习好更多的专业知识，培养专业能力。第 6 章 参考文献1 孙恒、陈作模、葛文杰.机械原理M.第七版.北京:高等教育出版社,2006.5.2 裘建新.机械原理课程设计指导书M.北京:高等教育出版社,2008.12.3 牛鸣岐、王保民、王振甫.机械原理课程设计手册M.重庆:重庆大学出版社,2011.11.
