課程設(shè)計(jì)臺式電風(fēng)扇搖頭裝置

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1、 題目：臺式電風(fēng)扇搖頭裝置 二、設(shè)計(jì)題目及任務(wù) 2.1設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)臺式電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)，使電風(fēng)扇做搖頭動作 (在一定的仰角下隨搖桿擺動) 。 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0 與急回系數(shù)K的設(shè)計(jì)要求及任務(wù)分配表見表 2.11. 表2.11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 電扇仰俯轉(zhuǎn)動 擺角〞(° ) 急回系數(shù)K 仰角0 /() A 80 1.01 10 B 85 1.015 12 C 90 1.02 15 D 95 1.025 20 E

2、 100 1.03 22 F 105 1.05 25 此次選擇的是方案 C:擺角為“ =90。，急回系數(shù)K=1.02,仰角0 =15 。 2.2設(shè)計(jì)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) 分配渦輪蝸桿、齒輪傳動比。確定它們的根本參數(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算幾何尺寸。 (4) 確定電扇搖擺轉(zhuǎn)動的平面連 桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)尺寸，它滿足擺角 〞及急回系數(shù)K條件 下使最 小傳動比角丫 min最大。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。 (5) 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 (6) 學(xué)生可進(jìn)一步完成臺式電風(fēng)扇搖

3、頭機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)動態(tài)演示或模型試驗(yàn)驗(yàn)證。 2.3設(shè)計(jì)提示 (1)常見的搖頭機(jī)構(gòu)有杠桿式、滑板式和擻拔式等?？梢詫L(fēng)扇的搖頭動作分解為風(fēng)扇 的左右擺動和風(fēng)扇的 上下俯仰運(yùn)動。 風(fēng)扇搖擺轉(zhuǎn)動可以采用平面連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) 以雙搖桿機(jī) 構(gòu)的連桿為主動件〔即風(fēng)扇轉(zhuǎn)子通過渦輪蝸桿帶動連桿傳動〕 ，那么其中一個(gè)連架桿的擺動即 實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的左右擺 動〔風(fēng)扇安裝在連架桿上〕 。機(jī)架可選取80~90mm風(fēng)扇的上下仰俯運(yùn)動 可采用連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)。 〔2〕還可以采用空間連桿機(jī)構(gòu)直接實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的左右擺動和上下仰俯的復(fù)合運(yùn)動。 三、功能分解 現(xiàn)市售電風(fēng)扇的機(jī)頭一般只是做單一的左右擺頭動作， 可

4、結(jié)合手動調(diào)節(jié)機(jī)頭俯仰角度來 改變受風(fēng)區(qū)域，但正常工作時(shí)機(jī)頭的俯仰角往往是固定的， 只依靠機(jī)頭白身左右擺動來送風(fēng)， 因此受風(fēng)區(qū)域、 面積有限。 本臺式電風(fēng)扇是立體送風(fēng)電風(fēng)扇， 該電風(fēng)扇有兩種實(shí)現(xiàn)方式。即風(fēng)扇左右擺動和風(fēng)扇上 下俯仰運(yùn)動。 3.1風(fēng)扇的左右搖擺運(yùn)動 風(fēng)扇在開啟后，需要調(diào)整受風(fēng)區(qū)域時(shí)，那么白然希望風(fēng)扇能搖頭，增加、改變受風(fēng)的區(qū)域。 一般是風(fēng)扇在啟 動搖頭時(shí)， 風(fēng)扇是左右搖擺的。當(dāng)然，風(fēng)扇的左右搖擺一般是在一個(gè)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(fēng)扇的上下俯仰運(yùn)動 隨著科技的開展，很多風(fēng)扇能在風(fēng)扇左右搖擺的同時(shí)， 能借

5、助相應(yīng)的構(gòu)件作上下俯仰運(yùn) 動，實(shí)現(xiàn)立體寬區(qū)域送風(fēng)。 四、機(jī)構(gòu)的選用 根據(jù)前述設(shè)計(jì)要求， 并且根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及相容性要求，確定兩種運(yùn)動的執(zhí)行元件 機(jī)頭，選用相應(yīng)的機(jī) 構(gòu)來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)運(yùn)動的功能，見表 4.1。 表4.1臺式電風(fēng)扇的機(jī)構(gòu)選型 僅對表4.1的根本結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，就可以得到 2X 2=4種運(yùn)動方案。初步選出結(jié)構(gòu)簡單 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工藝動作 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 左右搖擺 機(jī)頭 曲線往復(fù)運(yùn)動 連桿機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu) 上下俯仰 機(jī)頭 上下直線往復(fù)運(yùn)動 凸輪機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu) 7 / 8 上下俯仰運(yùn) 又較為可行的方案為： 左右搖擺運(yùn)動采用凸輪機(jī)構(gòu)中

6、帶有凹槽的圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 動采用連桿機(jī)構(gòu)中的雙搖桿機(jī)構(gòu)。 雙搖桿機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，傳動距離較遠(yuǎn)，傳遞載荷較較大，可實(shí) 現(xiàn)急回運(yùn)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(shí)現(xiàn)移動、擺動等復(fù)雜運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌 跡。利用雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的俯仰運(yùn)動， 優(yōu)點(diǎn)在于它以運(yùn)動副元 素為面接觸，壓力小，能承載較重的 機(jī)頭，使其上下俯仰運(yùn)動可靠。并且可根據(jù)桿長的改變 來實(shí)現(xiàn)仰角改變。使用雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的左右擺 頭時(shí)，所需空間也較大。 凸輪機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，可獲得任意運(yùn)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

7、求特定運(yùn)動規(guī)律的場合。 故凸輪不適合 作為帶動風(fēng)扇作俯仰運(yùn)動的 機(jī)構(gòu)。而風(fēng)扇的左右搖擺又是特別有規(guī)律的， 所以實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的左 右擺頭還是選用凸輪機(jī)構(gòu)。 五、機(jī)構(gòu)組合 由上述選用的機(jī)構(gòu)組合，根據(jù)動力源驅(qū)動方式，實(shí)現(xiàn)該類電風(fēng)扇有兩種實(shí)現(xiàn)方案。 5.1方案一 由兩個(gè)動力分別驅(qū)動機(jī)頭左右擺頭和上下擺頭。 其中一個(gè)來白專用同步電機(jī)或經(jīng)齒輪箱 減速的主電動 機(jī)動力驅(qū)動上下擺頭， 另一個(gè)同步電動機(jī)專門驅(qū)動機(jī)頭做左右擺頭， 兩種動作 組合成一種非特定的立體運(yùn) 動軌跡，實(shí)現(xiàn)立體送風(fēng)。 5.2方案二 單動力驅(qū)動，即直接利用主電動機(jī)的動力，經(jīng)減速后同時(shí)驅(qū)動兩套不同的機(jī)構(gòu)分別完成 左右和上下 擺頭兩個(gè)互

8、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(jī)構(gòu)即第一機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)； 左右擺頭是由凸輪擺動機(jī)構(gòu)即第二機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 實(shí)施時(shí)來源于曲 柄盤的動力必須經(jīng)過一個(gè)傳動機(jī)構(gòu)傳遞給 第二機(jī)構(gòu)，但齒箱跟隨第一機(jī)構(gòu)擺動而第二機(jī)構(gòu)不 跟隨擺動， 這時(shí)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(fēng)扇的第一 機(jī)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(jī)構(gòu)驅(qū)動凸輪的傳動軸線與第一機(jī)構(gòu)的擺動軸線重合。 因此，動力從 驅(qū)動盤傳遞到凸 輪時(shí)，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(shí)現(xiàn)了電風(fēng)扇循環(huán)寬域 送風(fēng)。

9、5.3方案比擬選擇 方案一，雖然實(shí)現(xiàn)了立體寬區(qū)域送風(fēng)，但同步電動機(jī)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(jī)的損壞， 使電風(fēng)扇的整機(jī)可靠性和壽命大大的降低， 因而 市場對該類電風(fēng)扇認(rèn)同率低，無法普及。方案二那么可以有效防止這樣的缺乏。 單動力驅(qū)動，即直接由主電動機(jī)單齒箱驅(qū)動， 實(shí)現(xiàn)上下和左右擺頭， 這時(shí)主電動機(jī)跟隨 一級轉(zhuǎn)動副擺 動，但對于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，同一動力用于驅(qū)動另一組轉(zhuǎn)動副時(shí)， 動力傳動機(jī)構(gòu)的傳 動距離一一一般為中心距必然 作周期性的變化， 無法直接采用傳統(tǒng)成熟的機(jī)構(gòu)。但方案二有 效克服了立體送風(fēng)電風(fēng)扇傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上的缺 陷， 使結(jié)構(gòu)簡單可靠，本錢低，維修保養(yǎng)方

10、便， 實(shí)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(fēng)。 因此，綜上所述，選擇方案二。 、* _、￥、j、一 八、方案詳述 下面結(jié)合附圖1對方案二進(jìn)行詳述。 參照附圖1。電風(fēng)扇機(jī)頭整體，即電動機(jī) 5、減速箱2、風(fēng)葉、索母、網(wǎng)罩，和安裝、 固定機(jī)頭的固定座11等。其中，電動機(jī)前殼10用螺絲與電動機(jī)前端蓋 7連接，電動機(jī)支承 板8安裝在電動 機(jī)后端蓋4上，減速箱與電動機(jī)后端蓋固接， 電動機(jī)后殼6通過螺絲與電動 機(jī)連接，支承板借助較軸12活動較接在支承假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)動凸輪機(jī)構(gòu)中的從動齒輪 19之間由同

11、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(yùn)作。 圖6.1上下俯仰運(yùn)動的傳動原理示意圖 這樣，電風(fēng)扇機(jī)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(gè)四桿機(jī)構(gòu)，參 照圖6.1傳動原 理示意圖。在圖中，AB代表機(jī)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，較接點(diǎn) A 處較接有較軸及其上的驅(qū)動凸輪機(jī)構(gòu)，較接點(diǎn) B處較接與盤 狀曲柄，較點(diǎn)C位于盤狀曲柄的盤周，較接啦上下?lián)u頭連桿的一端，較點(diǎn) D是上下?lián)u頭連 桿另一端的較接點(diǎn)。點(diǎn) B' B'分別表示AB繞較點(diǎn)A擺動到兩個(gè)極限位置時(shí)的位置點(diǎn)， a ! 和a 2表示機(jī)頭整體向兩側(cè)的極限擺角，而機(jī)頭整體的上下

12、擺動范圍 a i+a 2可通過調(diào)整BC 的尺寸來實(shí)現(xiàn)。 參照附圖2和4。所述的凸輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以貫穿其中的較軸轉(zhuǎn)動，較軸上套有驅(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釧接，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(shí)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(hù)結(jié) 構(gòu)，在正常工作時(shí)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

13、當(dāng)強(qiáng)行扭動電風(fēng)扇機(jī)頭時(shí)， 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(jī)構(gòu)保護(hù)作用。 工作時(shí)，減速箱在電動機(jī)驅(qū)動下， 通過輸出曲柄盤帶動上下?lián)u頭連桿推動機(jī)頭作上下擺 頭動作；同 時(shí)，曲柄盤帶動其上的同步皮帶將動力傳遞到外套在較軸上的驅(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(jī)頭整體繞中心盤作左右來回?cái)[動， 由此兩個(gè)互為垂直的擺動組合成機(jī)頭的立體 循環(huán)運(yùn)動。 七、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7.1凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 〔如圖7.11 〕是一種空間凸輪機(jī)構(gòu)， 這種機(jī)構(gòu)是把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動改

14、變?yōu)槠叫杏谛D(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)的擺動運(yùn)動。 此凸輪機(jī)構(gòu)是用來帶動風(fēng)扇機(jī)頭作左右來回?cái)[頭運(yùn)動的。可知風(fēng)扇的擺角是 “ =90 根據(jù)擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動原理，見圖 7.12擺動從動件圓柱凸輪運(yùn)動簡圖，由公 式： L ' ((1 cosy 11 / 8 式中: 凸輪機(jī)構(gòu)的中心距 那么經(jīng)計(jì)算得：凸輪機(jī)構(gòu)的中心距 L ——擺動從動件的長度 ■——擺動從動件的最大擺角 :-=25.6mm, L = 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列圖 7.13所示 圖7.11擺動從動件圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 圖7.12擺動從動件圓柱凸輪運(yùn)動簡圖 60-

15、W4 !眇 期。 3M* 圖 7.13 7.2雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖6.1為電扇實(shí)現(xiàn)上下俯仰運(yùn)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(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。現(xiàn)假設(shè)圖中桿 BC 為最短桿且〔設(shè)IAB最長〕 |bc T A | CD | ；入又因?yàn)? arccos ^um2 假設(shè) 1BC ： ： ： |AD Ab : ，2 "rcco JAB_ 1 AB1AD 1 AB 1 AD 綜曰①〕色〕④〕式可議計(jì)為： 1ad =85mm,l bc = 22.5mm, 1 cd = 127.5mm, 1 ab = 165mm - 3 八、傳動方案設(shè)計(jì)

16、4 ) (1)根據(jù)風(fēng)扇電動機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1450r/min，電風(fēng)扇搖頭周期t=10s，確定系統(tǒng)總傳動比i為 1450/60 i 241.67 : 242 (2)傳動比分配 (根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T1008J7 --1988 ) 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(qiáng)度確定齒輪的標(biāo)準(zhǔn)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 1 0.6 20 14.04 蝸桿 80 0

17、.6 20 14.04 齒輪1 25 0.6 20 14.04 齒輪2 75 0.6 20 14.04 曲柄盤帶動其上的同步皮帶將動力傳遞到外套在較軸上的驅(qū)動凸輪主體時(shí)， 曲柄盤的轉(zhuǎn) 速和凸輪機(jī)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(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，回望這短暫的幾天時(shí)間學(xué)習(xí)，白己學(xué)到了不少 在真正開始設(shè)計(jì)這個(gè)電風(fēng)扇搖頭裝置之前， 白己也曾經(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(shí)要考慮很多東西。平時(shí)學(xué)到的機(jī)械 原理知識還是有限， 在抉

18、擇中有點(diǎn)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(jì)的方案。當(dāng)然此次 設(shè)計(jì)還有很多缺乏和需待改良的地方。 這次課程設(shè)計(jì)，是第一次將本學(xué)期〈〈機(jī)械原理?這門課程中所學(xué)的知識綜合運(yùn)用到實(shí)際 中某一具體 實(shí)例中，另外對于機(jī)械設(shè)計(jì)也有了初步的認(rèn)識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 這次課程設(shè)計(jì)， 從最 初的毫無頭緒到逐漸做 出雛形，然后進(jìn)一步改良。 雖然總共僅用了幾天的時(shí)間， 但在這整個(gè) 設(shè)計(jì)過程中，白己在實(shí)踐中摸索成 長，在理論中分析探討， 更加清晰地認(rèn)識到只有靈活地掌 握好理論知識， 在實(shí)際應(yīng)用中才能夠得心應(yīng) 手，才能真正將理論用于實(shí)踐， 從中學(xué)到更多的 知識和技能。 一個(gè)巴掌拍不

19、響，一個(gè)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、改良和確 定最終方案。 “書上得來終 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(jìn)行實(shí)踐操作對我們完善知識體系有莫大的幫助。 與此同時(shí)，在具體實(shí)踐時(shí)， 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(jì) 的一大障 礙，但最終還是通過求教和白己摸索中解決了。 從這些過程中我們又鍛煉了白己遇 到問題，分析問題，解 決問題的能力。同時(shí)也感受到了群眾的智慧是不可

20、估量的。 “三人行 那么必有我?guī)熝?。? 在此設(shè)計(jì)中，小組各成員之間積極配合、共同奮斗，在加深了對專業(yè)理解掌握的同時(shí)，也加 深了我們的 友誼。同時(shí)也要感謝石端虎和張?jiān)絻晌焕蠋煹哪托闹笇?dǎo)。 以后這樣的實(shí)踐學(xué)習(xí)的課程， 學(xué)校要多加開設(shè)。 從中我們學(xué)生能學(xué)到很多書本上學(xué)不到 的東西，學(xué) 會了運(yùn)用白己所學(xué)的知識用于實(shí)踐生活中，更好的指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)。 孫桓陳作模主編 朱文堅(jiān)黃平編 孫德志張偉華鄧子龍編 李柱國主編 裘建新主編 高等教育出版社 華南理工大學(xué)出版社 科學(xué)出版社 科學(xué)出版社 高等教育出版社 十、參考資料 1. 〈〈機(jī)械原理?〔第七版〕 2. 〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)? 〔第二版〕 3. 〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)根底課程設(shè)計(jì)? 4. 〈〈機(jī)械設(shè)計(jì)與理論? 5. 〈〈機(jī)械原理設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書?