課程設(shè)計《臺式電風(fēng)扇搖頭裝置》

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1、 一、 題目：臺式電風(fēng)扇搖頭裝置 二、 設(shè)計題目及任務(wù) 2.1 設(shè)計題目 設(shè)計臺式電風(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

2、 仰角 0/( °) A 80 1.01 10 B 85 1.015 12 C 90 1.02 15 D 95 1.025 20 E 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。確定它們的基本參數(shù)，設(shè)計計算幾何尺寸。

3、 (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，驗算曲柄存 在條件。 (5) 編寫設(shè)計計算說明書。 (6) 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)演示或模型試驗驗證。 2.3 設(shè)計提示 ( 1) 常見的搖頭機(jī)構(gòu)有杠桿式、滑板式和撳拔式等?？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 1 / 8

4、 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)實現(xiàn)。 以雙搖桿機(jī)

5、 2 / 8 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） ，則其中一個連架桿的擺動即 實現(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)等實現(xiàn)。 （2）還可以采用空間連桿機(jī)構(gòu)直接實現(xiàn)風(fēng)扇的左右擺動和上下仰俯的

6、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，但正常工作時機(jī)頭的俯仰角往往是固定的， 只依靠機(jī)頭自身左右擺動來送風(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，則自然希望風(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

7、， 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 隨著科技的發(fā)展，很多風(fēng)扇能在風(fēng)扇左右搖擺的同時， 能借助相應(yīng)的構(gòu)件作上下俯仰運(yùn) 動，實現(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)來實現(xiàn)各項運(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

8、 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) 僅對表 4.1 的基本結(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 又較為可行的方案為： 左右搖擺運(yùn)動采用凸輪機(jī)構(gòu)中帶有凹槽的圓柱凸輪機(jī)構(gòu) , 上下俯仰運(yùn) 3 / 8 動采用連桿機(jī)構(gòu)中的雙搖桿機(jī)構(gòu)。 雙搖桿機(jī)

9、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 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 來實現(xiàn)仰角改變。使用雙搖桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)風(fēng)扇的左右擺 頭時，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

10、載荷不大以及要求特定運(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，實現(xiàn)該類電風(fēng)扇有兩種實現(xiàn)方案。 5.1 方案一 由兩個動力分別驅(qū)動機(jī)頭左右擺頭和上下擺頭。 其中一個來自專用同步電機(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，

11、實現(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 擺頭兩個互成 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)來實現(xiàn)。 實施時來源于曲 柄盤的動力必須經(jīng)過一個傳動機(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

12、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， 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， 實現(xiàn)了電風(fēng)扇循環(huán)寬域 送風(fēng)。 5.3 方案比較選擇 方案一，雖然實現(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 3 / 8 市場對該類電風(fēng)扇認(rèn)同率低，無法普及。方案二

13、則可以有效避免這樣的不足。 單動力驅(qū)動，即直接由主電動機(jī)單齒箱驅(qū)動， 實現(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)計上的缺 陷， 使結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低，維修保養(yǎng)方便 , 實現(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

14、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，支承板借助鉸軸 12 活動鉸接在支承假 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 之間由同步

15、 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。 5 / 8 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)成一個四桿機(jī)

16、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，鉸接點(diǎn) A 處鉸接有鉸軸及其上的驅(qū)動凸輪機(jī)構(gòu)，鉸接點(diǎn) B 處鉸接與盤 狀曲柄，鉸點(diǎn) C位于盤狀曲柄的盤周，鉸接啦上下?lián)u頭連桿的一端，鉸點(diǎn) D是上下?lián)u頭連 桿另一端的鉸接點(diǎn)。點(diǎn) B' B' 分別表示 AB繞鉸點(diǎn) A 擺動到兩個極限位置時的位置點(diǎn)， a ! 和 a 2 表示機(jī)頭整體向兩側(cè)的極限擺角，而機(jī)頭整體的上下擺動范圍 a +a 2 可通過調(diào)整 BC i 的尺寸

17、來實現(xiàn)。 參照附圖 2 和 4。所述的凸輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以貫穿其中的鉸軸轉(zhuǎn)動，鉸軸上套有驅(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 鉚接，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

18、 承架只能繞中心軸轉(zhuǎn)動。 而當(dāng)強(qiáng)行扭動電風(fēng)扇機(jī)頭時， 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，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，曲柄盤帶動其上的同步皮帶將動力傳遞到外套在鉸軸上的驅(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擺動， 由此兩個互為垂直的擺動組合成機(jī)頭的立體 循環(huán)運(yùn)動。

19、 七、機(jī)構(gòu)設(shè)計 7.1 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計 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 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)頭作左右來回擺頭運(yùn)動的?？芍L(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： 6 / 8 L ' ■ （（ 1 co

20、sy

21、 7 / 8 式中： :- 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 則經(jīng)計算得：凸輪機(jī)構(gòu)的中心距 :- =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圖 7.13 所示。

22、 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- W4 !眇 2附 期。 3M* 圖 7.13 7.2 雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 如圖 6.1 為電扇實現(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

23、機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)假設(shè)圖中桿 BC 為最短桿且（設(shè) IAB 最長） IBC T A^ l CD l ；入 又因為 8 / 8 假設(shè) 1 BC ：：： I AD ：：： 1CD ：：： ) _arccos r ：2 "rcco 1AD — (1BC 1CD 2 1A B Um 2 ,,,,,,,,,,,,, AB JAB

24、 1 AB 1AD 1AB 1AD 綜合 ①）色）④）式可設(shè)計為： 1AD =85mm,l Bc = 22.5mm, 1 CD = 127.5mm, 1 AB = 165mm 八、傳動方案設(shè)計 （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 i 1450/60 241.67 : 242 （2）傳動比分配 1/10 （根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB

25、/T10087 --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 0.6 20 14.04 齒輪 1 25 0.6 20 14.04 齒輪 2 75 0.

26、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鉸軸上的驅(qū)動凸輪主體時， 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)計結(jié)束了，回望這短暫的幾天時間學(xué)習(xí)，自己學(xué)到了不少。 9 / 8

27、 在真正開始設(shè)計這個電風(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 單，有的很 復(fù)雜。在這么多方案中選擇一種較好的，確實要考慮很多東西。平時學(xué)到的機(jī)械 原理知識還是有限， 在抉 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)計的方案。當(dāng)然此次設(shè)計還有很多不足和需待改進(jìn)的地方。 這次課程設(shè)計， 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)用到實際 中某一具體 實例中， 另外對于機(jī)械設(shè)計也有了初步的認(rèn)識和實踐經(jīng)驗。 這次課程設(shè)計， 從最 初的毫無頭緒到逐漸做 出雛形，

28、然后進(jìn)一步改進(jìn)。 雖然總共僅用了幾天的時間， 但在這整個 設(shè)計過程中， 自己在實踐中摸索成 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， 在實際應(yīng)用中才能夠得心應(yīng) 手， 才能真正將理論用于實踐， 從中學(xué)到更多的 知識和技能。 一個巴掌拍不響，一個人的力量是有限的，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、改進(jìn)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

29、失， 使我們 的知識結(jié)構(gòu)十分不完整。 于是系統(tǒng)地進(jìn)行實踐操作 對我們完善知識體系有莫大的幫助。 與此同時， 在具體實踐時， 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 的一大障 礙， 但最終還是通過求教和自己摸索中解決了。 從這些過程中我們又鍛煉了自己遇 到問題，分析問題，解 決問題的能力。同時也感受到了群眾的智慧是不可估量的。 “三人行 則必有我?guī)熝伞?” 在此設(shè)計中，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，也加 深了我們的 友誼。同時也要感謝石端虎和張元越兩位老師的耐心指導(dǎo)。

30、 以后這樣的實踐學(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)用自己所學(xué)的知識用于實踐生活中，更好的指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)。 十、參考資料 1. 《機(jī)械原理》 （第七版） 孫桓 陳作模 主編 高等教育出版社 2. 《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》 （第二版） 朱文堅 黃平 編 華南理工大學(xué)出版社 3. 《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》 孫德志 張偉華 鄧子龍 編 科學(xué)出版社 李柱國 主編 科學(xué)出版社 4. 《機(jī)械設(shè)計與理論》 5. 《機(jī)械原理設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》 裘建新 主編 高等教育出版社 8 / 8