機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 論文題目 臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置 學(xué) 院 電子信息與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí) 2009級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2011 年 7 月 肇慶學(xué)院教務(wù)處制 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 簽 名 頁 學(xué) 生 簽 名： 年

2、 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 評(píng)閱教師簽名： 年 月 日  目錄 目錄 3 第1章 臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置的功能與設(shè)計(jì)要求 4 1.1 設(shè)計(jì)題目 4 1.2 工作原理及工藝過程 4 1.3 設(shè)計(jì)要求 4 1.4 功能分解 5 第2章 機(jī)構(gòu)的選用與設(shè)計(jì) 7 2.1 機(jī)構(gòu)的選用 7 2.2左右搖頭機(jī)構(gòu) 7 2.2.1 左右搖動(dòng)方案一（放棄） 7 2.2.2 左右搖頭方案二 （采用） 8 2.2 上下仰俯機(jī)構(gòu) 8 第3章 傳動(dòng)比的設(shè)計(jì) 10 第4章 機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 12

3、 4.1 蝸輪蝸桿尺寸設(shè)計(jì) 12 4.1.1 蝸桿尺寸參數(shù) 12 4.1.2 蝸輪尺寸參數(shù) 13 4.2 直齒圓柱齒輪尺寸參數(shù) 13 4.2.1 直齒圓柱齒輪3尺寸參數(shù) 13 4.2.2 直齒圓柱齒輪4尺寸參數(shù) 14 4.2 雙搖桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù) 15 第5章 小結(jié) 16 第6章 參考文獻(xiàn) 17 第1章 臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置的功能與設(shè)計(jì)要求 1.1 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)臺(tái)式電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)，使電風(fēng)扇作搖頭動(dòng)作。風(fēng)扇的直徑為300mm，電扇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1450r/min，電扇搖頭周期t=10s，電扇擺動(dòng)角度ψ＝100、俯仰角度φ＝22與急回系數(shù)K＝1.03。

4、風(fēng)扇可以在一定周期下進(jìn)行擺頭運(yùn)動(dòng)，使送風(fēng)面積增大。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)1 1.2 工作原理及工藝過程 系統(tǒng) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)2 傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu) 原動(dòng)機(jī) 1.3 設(shè)計(jì)要求 ⑴.電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)至少包括連桿機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三種機(jī)構(gòu)。 ⑵.畫出機(jī)器的運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖與運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。擬訂運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng)作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個(gè)動(dòng)作的配合，在時(shí)間和空間上不能出現(xiàn)干涉。 ⑶.設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)，自行確定運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇連桿機(jī)構(gòu)類型，校核最大壓力角。 ⑷.設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)，確定傳動(dòng)比，選擇適當(dāng)?shù)拿?shù)。 ⑸.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 1.4 功能分

5、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(dòng)作，需實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)動(dòng)功能要求： 電動(dòng)機(jī) 齒輪傳動(dòng) 蝸輪蝸桿 曲柄 搖桿 左右搖頭機(jī)構(gòu) 圖1.1 運(yùn)動(dòng)功能圖 ⑴.風(fēng)扇需要按運(yùn)動(dòng)規(guī)律做左右擺動(dòng)，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。 ⑵.風(fēng)扇可利用仰俯旋鈕實(shí)現(xiàn)上下俯仰，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的俯仰機(jī)構(gòu)。 ⑶.風(fēng)扇需要轉(zhuǎn)換傳動(dòng)軸線和改變轉(zhuǎn)速，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的齒輪系機(jī)構(gòu)。 對(duì)這兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)： ⑴.左右擺動(dòng)有三

6、個(gè)基本運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)軸線變換、傳動(dòng)比降低和周期性擺動(dòng)。 ⑵.俯仰運(yùn)動(dòng)的基本運(yùn)動(dòng)：與水平面之間的夾角的變換。 ⑶.轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)軸線和改變傳動(dòng)比有一個(gè)基本動(dòng)作：運(yùn)動(dòng)軸線變換。 此外，還要滿足傳動(dòng)性能要求： 改變電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域時(shí)，在急回系數(shù)K＝1.03、擺動(dòng)角度Ψ=100的要求下，盡量保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換和減小機(jī)構(gòu)間的摩擦。 第2章 機(jī)構(gòu)的選用與設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)構(gòu)的選用 根據(jù)前述要求，電風(fēng)扇的應(yīng)作繞一點(diǎn)的往復(fù)擺動(dòng)，且在工作周期中有急回特性。驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》中的表2.1與表2.2的設(shè)計(jì)目錄，分別選擇相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)這三個(gè)機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)功能，見下表。 由于

7、要實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比，且受到電風(fēng)扇機(jī)殼體積大小的限制，結(jié)合《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》第155頁的附錄2，減速機(jī)構(gòu)可選用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)與直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)。 表2.1 電風(fēng)扇擺頭的機(jī)構(gòu)選形 功能 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 工藝動(dòng)作 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 左右擺動(dòng) 連桿機(jī)構(gòu) 扇形往復(fù)運(yùn)動(dòng) 齒輪機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu) 上下仰俯 連桿機(jī)構(gòu) 扇形往復(fù)運(yùn)動(dòng) 連桿機(jī)構(gòu) ～ 2.2左右搖頭機(jī)構(gòu) 為了能實(shí)現(xiàn)左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單的原則下可選擇雙搖桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向交替交換。 2.2.1 左右搖動(dòng)方案一（放棄） 圖2.1 方案一 該方案主動(dòng)件有兩個(gè)，一個(gè)單獨(dú)帶動(dòng)風(fēng)扇扇片轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)則為上圖帶

8、箭頭的飛輪做整周回轉(zhuǎn)，通過連桿帶動(dòng)機(jī)頭左右擺動(dòng)。由于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作與搖頭動(dòng)作不是由同一個(gè)原動(dòng)機(jī)施給的，因此，此方案中不需要用到減速機(jī)構(gòu)，只需使兩個(gè)原動(dòng)機(jī)有不同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度即可。 優(yōu)點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，主動(dòng)件為連架桿便于計(jì)算四桿機(jī)構(gòu)參數(shù) 缺點(diǎn)：需要兩個(gè)主動(dòng)力即需要兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 2.2.2 左右搖頭方案二 （采用） 圖2.2 方案二 1——蝸輪，2——蝸桿，3、4——直齒圓柱齒輪，5——電動(dòng)機(jī) 如圖所示，ABCD是以BC為連桿的雙搖桿機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗鼭M足最短桿與最長桿長度之和小于其余兩桿長度之和，故連桿BC可相對(duì)于兩連架桿作整周轉(zhuǎn)動(dòng)。帶有風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)5、齒輪3、4和蝸桿2、蝸輪1均于連架桿

9、AB上，而蝸輪1又與連桿BC固聯(lián)。電動(dòng)機(jī)5轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一方面帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面經(jīng)齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)帶動(dòng)連桿BC相對(duì)于連架桿AB轉(zhuǎn)動(dòng)，兩連架桿AB、CD作往復(fù)擺動(dòng)，從而使風(fēng)扇軸線可在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)。 此方案中，齒輪機(jī)構(gòu)4-3和蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)2-1組合作為減速機(jī)構(gòu)。 2.2 上下仰俯機(jī)構(gòu) 為了實(shí)現(xiàn)仰俯運(yùn)動(dòng)，事先計(jì)劃使用凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)仰俯機(jī)構(gòu)，但由于電扇的機(jī)殼大小有限，并且凸輪只常使用在低負(fù)載的傳動(dòng)過程，假如當(dāng)電風(fēng)扇的機(jī)頭被某重物壓住，則很容易損壞凸輪，且凸輪制造困難，成本高，對(duì)一臺(tái)普通臺(tái)式風(fēng)扇的設(shè)計(jì)來說，并不經(jīng)濟(jì)。也可以使用連桿滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，將機(jī)殼引出桿使用一條路徑導(dǎo)軌進(jìn)行約束，來完成設(shè)想

10、的仰俯運(yùn)動(dòng)。但是需要計(jì)算連桿長度以及導(dǎo)軌位移，如果在電動(dòng)機(jī)座與立柱的連接處用兩個(gè)帶有扇形凸臺(tái)圓盤（圖2.3）在圓心處鉸鏈聯(lián)接，再加一個(gè)簡(jiǎn)易的制動(dòng)機(jī)構(gòu)，也同樣可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的上下仰俯。 圖2.3 圓盤1上的扇形凸臺(tái)圓心角為180-22=158（），圓盤2上為半圓形凸臺(tái)。電動(dòng)機(jī)座與圓盤1相連接，立柱與圓盤2相連接。圓孔內(nèi)旋入仰俯旋鈕。當(dāng)仰俯旋鈕旋緊時(shí)，兩圓盤之間的磨擦力增大，仰角不變，當(dāng)仰俯旋鈕旋松時(shí)，兩圓盤相離，可以改變仰角。 第3章 傳動(dòng)比的設(shè)計(jì) 由于在設(shè)計(jì)的左右擺頭機(jī)構(gòu)中，將蝸輪帶動(dòng)連桿進(jìn)行整周回轉(zhuǎn)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)一周，電扇機(jī)殼也正好搖擺一回，得出蝸

11、輪的轉(zhuǎn)速為。 選取蝸輪1，蝸桿2模數(shù)m=1，齒輪3、4的模數(shù)m=1.25。 蝸輪1轉(zhuǎn)速 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)2-1的傳動(dòng)比 直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)4-3的傳動(dòng)比 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速

12、 由以上式子得， 要實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比，因此，取蝸桿，齒輪4齒數(shù)，代入上式得， 經(jīng)計(jì)算，當(dāng)=30，=44時(shí)，t=10.09,相對(duì)誤差； 當(dāng)=36，=36時(shí)，t=9.91,相對(duì)誤差； 當(dāng)=30，=43時(shí)，t=9.86,相對(duì)誤差； 當(dāng)=29，=44時(shí)，t=9.76,相對(duì)誤差。 結(jié)合臺(tái)式電風(fēng)扇機(jī)殼尺寸大小的要求及搖動(dòng)周期，選擇=36，=36。 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)2-1傳動(dòng)比 直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)4-3傳動(dòng)比

13、 第4章 機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 4.1 蝸輪蝸桿尺寸設(shè)計(jì) 4.1.1 蝸桿尺寸參數(shù) 模數(shù)m=1 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù) 齒數(shù) 壓力角α=20 分度圓直徑 導(dǎo)程角3.18 特性系數(shù) 齒頂高 頂隙 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 軸向齒距 軸向齒厚 法向齒厚 4.1.2 蝸輪尺寸參數(shù) 模數(shù)m=1 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù) 齒數(shù)=36 壓力角α=20 分度圓直徑 螺旋角β=γ=3.18 齒頂高 頂隙 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒頂圓弧半徑 蝸輪蝸桿嚙合中心距 4.2 直齒圓柱齒輪尺寸參數(shù) 4.2.1 直齒圓柱齒輪3

14、尺寸參數(shù) 模數(shù)m=1.25 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù) 齒數(shù)=36 壓力角α=20 分度圓直徑 齒頂高 頂隙 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒厚 齒寬 4.2.2 直齒圓柱齒輪4尺寸參數(shù) 模數(shù)m=1.25 齒頂高系數(shù) 徑向間隙系數(shù) 齒數(shù) 壓力角α=20 分度圓直徑 齒頂高 頂隙 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒厚 齒寬 齒輪3和齒輪4的嚙合中心距 4.2 雙搖桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù) 極位夾角=2.77 圖4.1 雙搖桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)實(shí)際情況（30CM直徑的扇葉），同時(shí)經(jīng)過計(jì)算，可取a=35，b=46，c=209，d=211.4。

15、 第5章 小結(jié) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科，綜合運(yùn)用運(yùn)動(dòng)分析、力學(xué)分析、機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)等等各方面的知識(shí)，能夠培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力。 通過這次的課程設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步鞏固、掌握并社步運(yùn)用機(jī)械原理的知識(shí)和理論，對(duì)分析、運(yùn)算、繪圖、文學(xué)表達(dá)等各方面的能力進(jìn)行了初步的訓(xùn)練，理論與實(shí)際相結(jié)合。 然而，這次的課程設(shè)計(jì)更讓我深感慚愧與憂慮，它讓我切切實(shí)實(shí)地認(rèn)識(shí)到自己知識(shí)、技能的匱乏。知識(shí)的缺乏讓我在一開始的時(shí)候便遇上了障礙，對(duì)某些方面的知識(shí)的掌握不牢，使我在解決問題時(shí)花費(fèi)了更多的時(shí)間與精力，使得這次的課程設(shè)計(jì)有著許多的缺陷。然而這也激勵(lì)我往后要學(xué)習(xí)好更多的專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)專業(yè)能力。 第6章 參考文獻(xiàn) [1] 孫恒、陳作模、葛文杰.機(jī)械原理[M].第七版.北京:高等教育出版社,2006.5. [2] 裘建新.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].北京:高等教育出版社,2008.12. [3] 牛鳴岐、王保民、王振甫.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2011.11.