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

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1、真誠(chéng)為您提供優(yōu)質(zhì)參考資料，若有不當(dāng)之處，請(qǐng)指正。 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(tái)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(jí)機(jī)械工程 學(xué) 號(hào)： 3201406120624 指導(dǎo)教師： 劉 念 聰 日 期：20 16 年 12月 28 日 目錄 第一章：要求和任務(wù) 3 一．設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) 3 二．設(shè)計(jì)方案提示 3 三．設(shè)計(jì)任務(wù) 4 四：注意事項(xiàng) 4 第二章：機(jī)構(gòu)

2、的選用 5 一、擺頭機(jī)構(gòu)： 5 二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 7 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 三、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 第四章：機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 18 一、四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析： 18 二、圓柱凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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 二、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 22 總結(jié) 23 參考文獻(xiàn) 24 第一章：要求和任務(wù) 一．設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)臺(tái)式電風(fēng)扇的搖頭裝置，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，仰俯角度φ與急回系

3、數(shù)K的設(shè)計(jì)要求及任務(wù)分配表見下表. 表: 臺(tái)式電風(fēng)扇擺頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 方案號(hào) 電扇搖擺轉(zhuǎn)動(dòng) 擺角ψ/() 急回系數(shù)K A 80 1.01 B 85 1.015 C 90 1.02 D 95 1.025 E 100 1.03 F 105 1.05 我選擇方案B：擺角為ψ=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(dòng)機(jī)主軸尾部的蝸桿帶動(dòng)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(dòng)件，則機(jī)架、兩個(gè)連架桿都做擺動(dòng)，其中一個(gè)連架桿相對(duì)于機(jī)

4、架的擺動(dòng)即是擺頭動(dòng)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(píng)比，選一種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)； 2．設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)中各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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(dòng)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(shí)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(shí)。 推薦參考資料機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 鄒

5、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(dòng)方案圖樣（A3大?。?份，及主要機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖、機(jī)構(gòu)的受力分析等。（按照標(biāo)準(zhǔn)格式打?。? 第二章：機(jī)構(gòu)的選用 為完成風(fēng)扇左右擺動(dòng)的吹風(fēng)需要實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)動(dòng)功能要求：在扇葉旋轉(zhuǎn)的同時(shí)扇頭能左右擺動(dòng)一定的角度，因此，應(yīng)設(shè)計(jì)左右擺動(dòng)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)： 1. 杠桿式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)

6、。 (a) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) (b)雙曲柄機(jī)構(gòu) (c)雙搖桿機(jī)構(gòu) 在本次課程設(shè)計(jì)中由于電動(dòng)機(jī)既要做風(fēng)扇的動(dòng)力輸出件，又要做搖頭機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸出件，即搖頭機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件要隨著風(fēng)扇擺動(dòng)，所以選用四桿機(jī)構(gòu)中的雙搖桿機(jī)構(gòu)作為搖頭機(jī)構(gòu)。 2. 凸輪機(jī)構(gòu)：盤行凸輪、圓柱凸輪。 (a) 盤行凸輪機(jī)構(gòu) (b) 圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 本次課程設(shè)計(jì)采用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)。 二、傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 根據(jù)給定的條件電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，而擺頭機(jī)構(gòu)的周期T=10s。 n0==0.1r/s=6r/min 由此可得傳動(dòng)機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)的傳動(dòng)比。 i=

7、n/n0=1450/6 =241.67 可得出傳動(dòng)比較大。 在本期機(jī)械原理中，主要學(xué)習(xí)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是齒輪傳動(dòng)，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(dòng)比都比較小，圓柱齒輪的傳動(dòng)比范圍i=3-6，圓錐齒輪的傳動(dòng)比范圍i=2-3。而能實(shí)現(xiàn)較大傳動(dòng)比的有蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)(圖2.5)，它做減速器的傳動(dòng)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(dòng)比的傳動(dòng)。 圖2.5、 蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu) 第三章：機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 一、四桿機(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)。 四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件： ①最長(zhǎng)桿與最短桿之和≤另外兩桿之和； ②形成周轉(zhuǎn)副的桿

8、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： ① 最長(zhǎng)桿與最短桿之和≤另外兩桿之和； ②機(jī)架為最短桿的對(duì)邊。 如圖所示的機(jī)構(gòu)的以構(gòu)件2作為原動(dòng)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Ф=850，急回系數(shù)k=1.015，根據(jù)急回特性急回系數(shù) k=（1800+θ）/（1800-θ） 可得出 θ=1800 =1800=1.340 根據(jù)極位夾角θ和擺角Ф，機(jī)架尺寸取90mm。做出兩極位時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖： ∠B’AB’’=850，∠C’DC’’=1.340由于∠C’DC’’的值極小，近視取0. C為B’B’’的中點(diǎn)AB’=A

9、B’’，構(gòu)件AB的長(zhǎng)為L(zhǎng)AB,構(gòu)件BC的長(zhǎng)為L(zhǎng)BC，構(gòu)件CD的長(zhǎng)為L(zhǎng)CD，則有: LBC=B’C=CB’’=LABsin=AB’sin42.50 AC=AB’cos42.50 LCD=CD= 取不同的LAB的值： LAB(mm) LBC(mm) AC(mm) LCD(mm) 10 6.75 7.37 89.70 15 10.13 11.06 89.31 20 13.51 14.75 88.78 25 16.89 18.43 88.09 30 20.26 22.14 87.23 35 2

10、3.64 25.80 86.22 對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整，通過LAB、LBC、LCD的值，在機(jī)架取90mm時(shí)，即LAD=90mm，計(jì)算極位夾角θ和風(fēng)扇擺角Ф： ∠C’DC’’=∠ADC’’-∠ADC’ ∠B’AB’’=∠B’AD-∠B’’AD ∠ADC’=arcos[] ∠ADC’’=arcos[] ∠B’AD=arcos[] ∠B’’AD=arcos[] LAB（mm） LBC（mm） LCD（mm） θ=C’DC’’ Ф=∠B’AB’’ 10 7 90 0.290 88.95

11、0 15 10 89 0.36 83.66 20 13.5 89 0.27 84.92 25 17 88 0.14 85.68 30 20 87 0.23 83.62 35 23.5 86 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(dòng)角度Ф，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、∠Ф=84.920和∠θ=0.270。根據(jù)以上數(shù)據(jù)繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖：二、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 為滿足機(jī)構(gòu)的左右擺動(dòng)，設(shè)計(jì)如下結(jié)構(gòu)的圓柱凸輪機(jī)構(gòu)： h為圓柱凸輪的行程，R為凸輪圓柱體

12、的半徑，2R為凸輪圓柱體的周長(zhǎng)。在此選擇R=20mm。 圓柱凸輪機(jī)構(gòu)擺動(dòng)到兩極限時(shí)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖： 通過兩極限位置畫出其簡(jiǎn)化位置圖如下，便于計(jì)算機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件長(zhǎng)。 根據(jù)幾何圖形得到其關(guān)系圖：h為凸輪的行程，∠B’AB’’=850 ∠B’AC=∠B’’AC=42.50 LAB= = ∠ADB=arcsin（sin132.50) LCD= 取不同的h的值，得到各構(gòu)件不同的長(zhǎng)度： h（mm） （mm） ∠ADB’( ) (mm) 10 13.64 6.41 89.51 15 20.69 9.76 88.86 20 27.59 13.06 8

13、7.97 25 34.49 16.41 86.81 30 41.39 19.82 85.36 35 48.29 23.31 83.62 40 55.18 26.88 81.57 從上面數(shù)據(jù)表中選取h=25mm，LAB=34.49mm,LCD=86.81mm，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整h=25mm，LAB=35mm,LCD=87mm。 三、傳動(dòng)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(dòng)，其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖： 由于風(fēng)扇的擺動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=1450r/min，所以蝸桿1的轉(zhuǎn)速n1=1

14、450r/min，由此可得出其傳動(dòng)比： i14===241.67， i14==241.67。 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(dòng)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: 17 4108.33 19 4591.67 18 4350 20 4833.3 21 5075 22 5316.67 由于Z2、Z4為齒數(shù)，所以Z2Z4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Z

15、2Z4=4350,取不同的Z2、Z4的值： 64 67.97 58 75 62 70.16 56 77.68 60 72.5 54 80.56 根據(jù)上面數(shù)據(jù)，取Z2=58、Z4=75 。 蝸桿與蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)比的取值范圍5-70，圓柱齒輪的傳動(dòng)比的取值范圍3-6，由齒數(shù)得其齒輪嚙合的傳動(dòng)比： i12===58 i34===4.17 其傳動(dòng)比在其取值范圍之內(nèi)。 模數(shù)的選擇: 模數(shù)的選擇原則：①優(yōu)先選擇第一系列，其次選擇第二系列，盡可能的不用括號(hào)內(nèi)模數(shù)；②若沒有計(jì)算出來(lái)的模數(shù)，選出來(lái)的模數(shù)就大不就小。 模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)系列

16、（GB/T—2008） 第一系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 第二系列 1.125 1.375 1.75 2.25 2.75 3.5 4.5 5.5 (6.5) 7 9 11 14 18 22 28 蝸桿模數(shù)系列表 第一系列 1 1.25 1.5 2 2.5 3.15 4 5 6 8 10 12.5 16 20 25 31.5 第二系列 1.5 3 3.5 4.5 5.5 6 7 12 14

17、 蝸桿蝸輪正確嚙合的條件：①、m1=m2，，；②、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，。 因此齒輪的模數(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=200，選其螺旋角=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=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)Z Z1=1 Z2=58 Z3=18 Z4=75 壓力角 200 200 200 200 模數(shù) m1=1.25 m

18、2=1.25 m3=1 m4=1 分度圓直徑 d1= 20mm d2=m2=72.5mm d3=m3=18mm d4=m3=75mm 基圓直徑 db2=d1cos db3=d3cos db4=d4cos 齒頂高系數(shù) 1 1 1 1 頂隙系數(shù)c* 0.25 0.25 0.25 0.25 標(biāo)準(zhǔn)中心距 α=d1+d2=92.5mm α=d3+d4=93mm 第四章：機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 一、四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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。

19、 = + 大?。? ? ? √ 方向：⊥CD ⊥AB ⊥BC VCB=LBC=0.1r/s13.5mm=1.3510-3m/s 根據(jù)上面關(guān)系畫出速度矢量關(guān)系： 選擇比例尺==1/2S VC=14.59mm1/2s=7.3010-3m/s VB=28.49mm1/2s=14.2510-3m/s AB===0.7r/s CD===0.08r/s 加速度分析： 由于桿BC做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，所以BC的角加速度BC=0，即a=0。 + = + + 大?。? ? √ ?

20、√ √ 方向： ⊥CD C→D ⊥AB B→A C→B a===0.60m/s2 a===15.0410-3m/s2 a===0.13510-3m/s2 選擇比例尺==1/10s2 其加速度矢量關(guān)系圖： a=12.56mm1/10s2=1.25610-3m/s2 a=15.04mm1/10s2=1.50410-3m/s2 AB===0.11r/s2 CD===0.014r/s2 二、圓柱凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析： 其任意時(shí)刻的速度加速度分析 VC===510-3m/s VBC===12.5610-3m/s = +

21、 大小 ? √ √ 方向 ⊥AB ⊥CD ? 選擇比例尺==1/2S，做速度矢量圖： VB=7.5mm1/2s=3.7510-3m/s AB===0.11r/s CD===0.057r/s 第五章：方案的確定 一、比較兩種方案并選取方案： 結(jié)構(gòu)上：四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要滿足機(jī)構(gòu)的力學(xué)即可，對(duì)于加工要求低；圓柱凸輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)加工要求較高，加工比較復(fù)雜。 運(yùn)動(dòng)上：四桿機(jī)構(gòu)能夠基本滿足風(fēng)扇擺頭的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其原動(dòng)件為連桿，不會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)位置；而圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的急回特性相對(duì)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

22、輕，原動(dòng)件可直接與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪焊接，在傳動(dòng)中這一級(jí)傳動(dòng)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(dòng)件只能與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輸出齒輪同軸，使其對(duì)能量的消耗增加，機(jī)械效率相對(duì)較低。 經(jīng)過以上對(duì)比，我選用方案一（雙搖桿機(jī)構(gòu)）。 二、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖： 總結(jié) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，回望這幾天時(shí)間學(xué)習(xí)，自己學(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，自己也曾經(jīng)有過很多想法和方案，有的很簡(jiǎn)單，有的很復(fù)雜。在這么多方案中選擇兩種較好的，確實(shí)要考慮很多東西。平時(shí)學(xué)到的機(jī)械原理知識(shí)還是有限，在抉擇中有點(diǎn)頭大。但是通過上網(wǎng)和去圖書館查資料，確定了本次設(shè)計(jì)的方案。當(dāng)然此次設(shè)計(jì)還有很多不足和需待

23、改進(jìn)的地方。 這次課程設(shè)計(jì)，是將本學(xué)期《機(jī)械原理》這門課程中所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)際中某一具體實(shí)例中，另外對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)也有了的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這次課程設(shè)計(jì)，從最初的毫無(wú)頭緒到逐漸做出雛形，然后進(jìn)一步改進(jìn)。雖然總共用了幾天的時(shí)間，但在這整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，自己在實(shí)踐中摸索成長(zhǎng)，在理論中分析探討，更加清晰地認(rèn)識(shí)到只有靈活地掌握好理論知識(shí)，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(shí)和技能。 在具體實(shí)踐時(shí)，往往會(huì)遇到很多事先沒預(yù)測(cè)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自己摸索中解決了。從這些過程中學(xué)會(huì)了運(yùn)用自己所學(xué)的知識(shí)用于實(shí)踐生活中，鍛煉了自己遇到問題，分析問題，解決問題的能力。 參考文獻(xiàn) [1]曾小慧,王玉丹. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書[M].武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)2012 [2]孫恒,陳作模.機(jī)械原理（第八版）[M]. 北京: 高等教育出版社,2013 [3]楊可楨，程光藴，李仲生.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第六版） [M]. 北京: 高等教育出版社, 2013 [4]陸鳳儀. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)（第二版）[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2011 25 / 25