1、機械原理課程設計臺式電風扇搖頭裝置1. 設計題目設計臺式電風扇的搖頭機構，使電風扇作搖頭動作(在一定的仰角下隨搖桿 擺動)。風扇的直徑為 300mm，電扇電動機轉速 n= 1450r/min,電扇搖頭周期 t=10s,電扇擺動角度 蚌95°、俯仰角度4= 20°與急回系數K = 1.025。風扇可以 在一定周期下進行擺頭運動，使送風面積增大。2. 設計要求(1.電風扇搖頭機構至少包括連桿機構、蝸輪蝸桿機構和齒輪傳動機構三種機構。(2 .畫出機器的運動方案簡圖與運動循環圖。 擬訂運動循環圖時，執行構件的動作 起止位置可根據具體情況重疊安排， 但必須滿足工藝上各個動作的配合，

2、在時間 和空間上不能出現干涉。(3.設計連桿機構，自行確定運動規律，選擇連桿機構類型，校核最大壓力角。(4.設計計算齒輪機構，確定傳動比，選擇適當的摸數。(5 .編寫設計計算說明書。(6 .學生可進一步完成機器的計算機演示驗證和凸輪的數控加工等。第11頁共11頁左右擺頭PL枸3. 功能分解電風扇的工作原理是將電風扇的送風區域進行周期性變換，達到增大送風區域的目的。顯然，為了完成電風扇的擺頭動作，需實現下列運動功能要求： (1 .風扇需要按運動規律做左右擺動，因此需要設計相應的擺動機構。(2.風扇需要按路徑規律做上下俯仰，因此需要設計相應的俯仰機構。風扇需要轉換傳動軸線和改變轉速，因此需要設計相

3、應的齒輪系機構。對這兩個機構的運動功能作進一步分析，可知它們分別應該實現下列基本運動：(1 .左右擺動有三個基本運動：運動軸線變換、傳動比降低和周期性擺動。(2.俯仰運動有兩個基本運動：運動方向變換和周期性俯仰。(3.轉換運動軸線和改變傳動比有一個基本動作：運動軸線變換。此外，還要滿足傳動性能要求：改變電風扇的送風區域時，在急回系數K = 1.025、擺動角度中=95°的要求下,盡量保持運動的平穩轉換和減小機構間的摩擦。圖3.1運動功能圖圖3.2運動循環圖4. 機構選用根據前述要求，電風扇的應作繞一點的往復擺動，且在工作周期中有急回特性。驅動方式為電機驅動，利用機械原理課程設計指導書

4、中第16頁中的設計目錄，分別選擇相應的機構，以實現這三個機構的各項功能，見表一。表一電風扇擺頭的機構選形0功能執行機構工藝動作執行機構設計矩陣左右擺動連桿機構急進急回往復運動齒輪機構連桿機構A1上下擺動連桿機構扇形往復運動連桿機構A24.1電風扇左右擺頭機構考慮到用電動機驅動、而且空間比較狹小，乂需要的三個基本動作和高傳動 比要求。轉換運動軸線與改變傳動比機構 （蝸輪蝸桿與行星輪系組合而成的齒輪 箱）032和3240優點是在較小空間內可以運動軸線變換，且有自鎖功能。為了能 實現上下、左右往復運動，在經濟簡單的原則下選擇雙搖桿機構（343）,實現運動方向交替交換。綜上，整個電風扇左右擺頭機構Al

5、= 324, 332，&3 。4.2電風扇上下仰俯機構考慮到能實行仰俯運動，事先計劃使用（凸輪機構）aii設計仰俯機構，但由丁電扇的機殼大小有限，并且凸輪只常使用在低負載的傳動過程， 假如當電風 扇的機頭被某重物壓住，則很容易損壞凸輪。所以，改變成方案二使用A2= 印3 （連桿滑塊機構）設計。將機殼引出桿使用一條路徑導軌進行約束， 來完成設想 的仰俯運動。5. 運動方案及選擇5.1左右擺動方案一（放棄）：葉片圖5.1左右擺頭方案一機構簡圖圖5.2左右擺頭方案一機構立體視圖該方案主動件有兩個，一個單獨帶動風扇扇片轉動，另幾個則為上圖帶箭頭的圓 盤做整周回轉帶動機頭左右擺動 機構分解：總體

6、傳動四桿機構（曲柄搖桿機構）曲柄：圖5.2中圓盤轉動中心到上表面連結處搖桿：機頭所在直線搖桿：連接機頭和轉盤優點：機構簡單，主動件為連架桿便丁計算四桿機構參數缺點：需要兩個主動力即需要兩個電機驅動5.2左右擺動方案二（放棄）圖5.2.1左右擺動方案二機構簡圖圖5.2.2左右擺動方案二立體圖該設計方案采用了齒輪箱改變輸入輸出速度、渦輪蝸桿用丁減速并轉換速度方 向、四桿機構來進行機頭的左右擺動并達到急回效果。機構分解：減速一一齒輪箱及其蝸輪蝸桿機構左右擺頭一一四桿機構優點：只需要一個主動件即一個電機即可得到風扇轉動和機頭擺動兩種運動。缺點：在達到機頭左右擺動效果的同時， 馬達齒輪箱也會自轉，達不到

7、預期的效 果。5.3左右擺動方案二（米用）：圖5.3.1左右擺動方案三機構簡圖圖5.3.2左右擺動方案三立體圖該方案在方案2的基礎上，改變了四桿機構的機架及各桿的位置，消除了其自轉, 達到扇葉隨搖桿左右擺動的效果。優點：蝸輪與下面的轉盤同軸但可以拉伸， 在需要電扇轉頭時放下蝸輪使其與蝸 桿嚙合，使蝸桿帶動蝸輪轉動，帶動轉頭；當不需要轉頭時，拔起蝸輪即 可脫離嚙合。5.4上下搖擺方案圖5.4.1上下擺動方案立體圖該方案中，導軌來控制風扇機頭的上下搖擺，導軌的形狀可以根據要求更改來達 到不同的上下搖擺效果，并為了美觀將導軌藏丁機殼內部。導軌套在主軸上，不隨著機頭左右轉動，而機頭在左右轉動時其內部的

8、凸起物受 導軌軌跡的約束，帶動機頭在左右轉動的同時隨導軌軌跡上下搖擺。優點：不涉及復雜機構，提高了可靠性；上下搖擺軌跡可以隨要求改變。5.5比較優缺點即選擇左右擺動方案一：優點：機構簡單，主動件為連架桿便丁計算四桿機構參數缺點：需要兩個主動力即需要兩個電機驅動左右擺動方案二：優點：只需要一個主動件即一個電機即可得到風扇轉動和機頭擺動兩種運動。缺點：在達到機頭左右擺動效果的同時， 馬達齒輪箱也會自轉，達不到預期的效 果。左右擺動方案三：優點：蝸輪與下面的轉盤同軸但可以拉伸， 在需要電扇轉頭時放下蝸輪使其與蝸 桿嚙合，使蝸桿帶動蝸輪轉動，帶動轉頭；當不需要轉頭時，拔起蝸輪即 可脫離嚙合。上下擺動方

9、案：此方案機構簡單，運動的是外力并非運動機構，所以可靠性比較高，也不易導致 質量問題。5.6最終方案：左右擺動方案三與上下擺動的結合。ltd I ! 5*ilw I !i圖5.6.1 最終方案三視圖四桿長度的定義：首先定義一個搖桿的長度，再由擺角及行程比系數 K來估算出曲柄的長度，同 時可以由lmax +、in且最短桿為連架桿來輔助估算，再由圖5.6.2得到連桿和機架的長度以及最小傳動角。表 5.6.2序號搖桿L： c擺角W曲柄長a行程比系數K機架長d連桿長b最小傳動角a112.8959.21.025107.1981108.80659.4559212.5959.21.02530.164429.

10、439052.4375312.5959.11.02574.833375.706955.8823412.5959.211.02520.929919.422854.6688512.55959.211.02546.735646.774452.9633612.6959.11.02595.390496.747058.2291712.61959.21.02568.997569.710355.1512812.61959.251.02548.952749.062753.1278912.62959.21.02571.501072.27955.42411012.65959.21.02578.844879.4994

11、56.2042圖 5.6.3觀察表5.6.2,根據實際情況（30CM直徑的扇葉），挑出比例最協調及最小傳動 角相對大的第二組數據，并按比例縮放到c=2.72cm、a=3cm、d=6.56cm、b=6.4cm 6.傳動比設計由丁在設計的左右擺頭機構中，將蝸輪帶動連桿進行整周回轉的勻速圓周運動。當蝸輪旋轉一周，電扇機殼也正好搖擺一回，得出蝸輪的轉速為 w=2X刀 /10=刀/5。由丁已知條件電動機轉速與蝸輪轉速相差較大， 并且需要改變軸向傳 動，因此在設計中運用了能產生較大傳動比的蝸輪蝸桿機構與行星齒輪機構。最終得出理想的傳動比。6.1行星輪系設計行星輪系在一定齒數比的情況下能產生較大的傳動比。設

12、計中，采用一對外嚙合和一對內嚙合齒輪構成。 其中Z3為內嚙合齒輪，Zi=18, m=1； Z2=33, m2=1, 25乙,=17, m2=1; Z3=68, m3=1。計算得傳動比為 一。3圖6.1行星輪系6.2蝸輪蝸桿輪系設計與行星輪系配合，并考慮電扇機殼的體積大小，蝸輪蝸桿的尺寸不宜過大。設計中蝸桿的直徑為 18, m=1,a =20七Y =59。02勺0.48“ ；蝸輪的 Z=29, m=1, a=20 °, 6 =59 P210.48”，如此，蝸輪蝸桿輪系的傳動比i=29，且均為左旋。、將兩種輪系組合成一個復合輪系，能順利地符合設計要求，不僅傳動的軸向725改變，而且，完成了較大傳動比的減速過程，綜合兩者的傳動比，得 i總=。37.機構參數計算7.1雙搖桿機構設計因為使用的是以連桿做主動件的雙搖桿機構，區別丁日常的設計方法，所以,此次設計我們采用一種新的設計思路一一機架轉換法。機架轉換法的理論依據如圖所示，圖一中的 V1是絕對速度，V2是機構運動后，機架相對丁搖桿的相對速度，此時 V1=V2然后轉換機架，將機架轉換至圖 一中的搖桿位置，現在同一位置處，設定圖二中的 V1=V2這樣按照圖2的機構