機械原理課程設計臺式電風扇搖頭裝置機械原理課程設計臺式電風扇搖頭裝置機械原理課程設計臺式電風扇搖頭裝置機械原理課程設計臺式電風扇搖頭裝置編制僅供參考審核批準生效日期地址：電話：傳真:郵編:成都理工大學機械基礎訓練=1\*ROMANI設計說明書設計題目：臺式電風扇擺頭機構設計學生姓名：陳朋專業：14級機械工程學號：20624指導教師：劉念聰日期：2016年12月28日目錄 第一章：要求和任 3一．設計原始數據 3二．設計方案提示 3三．設計任務 4四：注意事項 4第二章：機構的選用 5一、擺頭機構： 5二、傳動機構 7第三章：機構的設計 8一、四桿機構的設計 8二、凸輪機構的設計： 11三、傳動機構的設計 14第四章：機構的運動分析 18一、四桿機構的運動分析： 18二、圓柱凸輪機構運動分析： 20第五章：方案的確 22一、比較兩種方案并選取方案： 22二、機構簡圖 22總結 23參考文獻 24第一章：要求和任務一．設計原始數據設計臺式電風扇的搖頭裝置，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ψ，仰俯角度φ與急回系數K的設計要求及任務分配表見下表.表:臺式電風扇擺頭機構設計數據方案號電扇搖擺轉動擺角ψ/(°)急回系數KA80B85C90D95E100F105我選擇方案B：擺角為ψ=85°，急回系數K=。二．設計方案提示：常見的搖頭機構有杠桿式、滑塊式、撳拔式等。本設計可采用平面連桿機構實現。由裝在電動機主軸尾部的蝸桿帶動蝸輪旋轉，渦輪和小齒輪做成一體，并以四桿機構的連桿作為原動件，則機架、兩個連架桿都做擺動，其中一個連架桿相對于機架的擺動即是擺頭動作。機架可取80—90mm。三．設計任務：1．至少提出兩種方案，然后進行方案分析評比，選一種方案進行設計；2．設計傳動系統中各機構的運動尺寸，繪制機構運動簡圖。3．編寫課程設計說明書。（用A4紙張，封面用標準格式）4．機械傳動系統和執行機構的尺寸計算。四：注意事項每位同學按照課程設計后最好準備一個專用筆記本，把課程設計中查閱、摘錄的資料。初步的計算以及構思的草圖都記錄在案，這些資料是整理設計說明書的基本素材。課程設計中所需知識可能超出?機械原理?課程課堂講述的基本內容，同學應通過自學補充有關知識。推薦參考資料?機械原理課程設計手冊?鄒慧君主編高等教育出版社。需要上交的資料包括：(1)設計說明書1份；（打印）(2)設計方案草圖1份；（手寫）(3機械運動方案圖樣（A3大小）1份，及主要機構的運動簡圖、機構運動線圖、機構的受力分析等。（按照標準格式打印）第二章：機構的選用為完成風扇左右擺動的吹風需要實現下列運動功能要求：在扇葉旋轉的同時扇頭能左右擺動一定的角度，因此，應設計左右擺動機構完成風扇搖頭或不搖頭的吹風過程，所以必須設計相應的離合器機構。一、擺頭機構：杠桿式：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構、雙搖桿機。曲柄搖桿機構(b)雙曲柄機構(c)雙搖桿機構在本次課程設計中由于電動機既要做風扇的動力輸出件，又要做搖頭機構的動力輸出件，即搖頭機構的原動件要隨著風扇擺動，所以選用四桿機構中的雙搖桿機構作為搖頭機構。凸輪機構：盤行凸輪、圓柱凸輪。盤行凸輪機構(b)圓柱凸輪機構本次課程設計采用圓柱凸輪機構。二、傳動機構根據給定的條件電動機的轉速n=1450r/min，而擺頭機構的周期T=10s。n0=EQ\F(1,T)=s=6r/min由此可得傳動機構要實現的傳動比。i=n/n0=1450/6=可得出傳動比較大。在本期?機械原理?中，主要學習的傳動機構是齒輪傳動，不管是直齒圓柱齒輪、斜齒圓柱齒輪還是直齒圓錐齒輪，其傳動比都比較小，圓柱齒輪的傳動比范圍i=3-6，圓錐齒輪的傳動比范圍i=2-3。而能實現較大傳動比的有蝸桿蝸輪機構(圖，它做減速器的傳動比范圍i=5-70。由蝸桿蝸輪與圓柱齒輪結合便可實現上述較大傳動比的傳動。圖、蝸桿蝸輪機構第三章：機構的設計一、四桿機構的設計本次設計的四桿機構是帶有整轉副的雙搖桿機構。四桿機構具有整轉副的條件：①最長桿與最短桿之和≤另外兩桿之和；②形成周轉副的桿中必有一桿為最短桿。滿足具有整轉副的雙搖桿機構的條件是：最長桿與最短桿之和≤另外兩桿之和；②機架為最短桿的對邊。如圖所示的機構的以構件2作為原動件的機構為具有整轉副的雙搖桿機構。根據給定的數據電扇擺角Ф=850，急回系數k=，根據急回特性急回系數k=（1800+θ）/（1800-θ）可得出θ=1800EQ\F(k-1,k+1)=1800EQ\F,+1)=根據極位夾角θ和擺角Ф，機架尺寸取90mm。做出兩極位時的機構運動簡圖：∠B’AB’’=850，∠C’DC’’=由于∠C’DC’’的值極小，近視取0.C為B’B’’的中點AB’=AB’’，構件AB的長為LAB,構件BC的長為LBC，構件CD的長為LCD，則有:LBC=B’C=CB’’=LABsin=AB’AC=AB’LCD=CD=取不同的LAB的值：LAB(mm)LBC(mm)AC(mm)LCD(mm)101520253035對上述數據進行圓整，通過LAB、LBC、LCD的值，在機架取90mm時，即LAD=90mm，計算極位夾角θ和風扇擺角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’’°1079015108920892517883020873586根據上面反饋的數據，而在本次課程設計中設計的最終目的是達到風扇左右擺動角度Ф，而急回特性次之，因此選用設計的數據組是LAD=20mm、LBC=、LCD=89mm、∠Ф=和∠θ=。根據以上數據繪制機構運動簡圖：二、凸輪機構的設計：為滿足機構的左右擺動，設計如下結構的圓柱凸輪機構：h為圓柱凸輪的行程，R為凸輪圓柱體的半徑，2R為凸輪圓柱體的周長。在此選擇R=20mm。圓柱凸輪機構擺動到兩極限時的機構運動簡圖：通過兩極限位置畫出其簡化位置圖如下，便于計算機構的各構件長。根據幾何圖形得到其關系圖：h為凸輪的行程，∠B’AB’’=850∠B’AC=∠B’’AC=LAB==∠ADB=arcsin（LCD=取不同的h的值，得到各構件不同的長度：h（mm）（mm）∠ADB’()(mm)10152025303540從上面數據表中選取h=25mm，LAB=,LCD=，對其數據進行圓整h=25mm，LAB=35mm,LCD=87mm。三、傳動機構的設計：此設計中采用蝸桿蝸輪和齒輪傳動，其機構運動簡圖：由于風扇的擺動的周期T=10s，可得出齒輪4的轉速n4=s=6r/min,由于電風扇電動機的轉速n=1450r/min，所以蝸桿1的轉速n1=1450r/min，由此可得出其傳動比：i14===，i14==。為便于制造蝸桿采用單頭蝸桿，即Z1=1，為了讓機構的結構更緊湊齒輪的尺寸越小越好，為達到傳動比只有Z3取得越小才能使得Z2、Z4越小，機構的尺寸才越小，但為讓其不發生根切Z3≥17，取不同的Z3的值:17191843502021507522由于Z2、Z4為齒數，所以Z2Z4為整數，，因此取Z3=18為佳，由于單頭蝸桿蝸輪蝸輪的的齒數Z的取值范圍為5-70，Z3=18時，得出Z2Z4=4350,取不同的Z2、Z4的值：64587562566054根據上面數據，取Z2=58、Z4=75。蝸桿與蝸輪轉動比的取值范圍5-70，圓柱齒輪的傳動比的取值范圍3-6，由齒數得其齒輪嚙合的傳動比：i12===58i34===其傳動比在其取值范圍之內。模數的選擇:模數的選擇原則：①優先選擇第一系列，其次選擇第二系列，盡可能的不用括號內模數；②若沒有計算出來的模數，選出來的模數就大不就小。模數標準系列（GB/T—2008）第一系列1234568101216202532第二系列791114182228蝸桿模數系列表第一系列12456810162025第二系列3671214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，。因此齒輪的模數選擇m1=m2=，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）。而在模數為時，蝸桿的分度圓選擇d1=20mm。圓柱齒輪的壓力角選擇標準壓力角=200。齒輪尺寸參數表：名稱蝸桿1蝸輪2齒輪3齒輪4齒數ZZ1=1Z2=58Z3=18Z4=75壓力角200200200200模數m1=m2=m3=1m4=1分度圓直徑d1=20mmd2=m2=d3=m3=18mmd4=m3=75mm基圓直徑db2=d1cosdb3=d3cosdb4=d4cos齒頂高系數1111頂隙系數c*標準中心距α=d1+d2=α=d3+d4=93mm第四章：機構的運動分析一、四桿機構的運動分析：分析任意時刻的速度和加速度：令桿AB的角速度為AB，桿CD的角速度CD，桿BC的角速度為。=+大小：√方向：⊥CD⊥AB⊥BCVCB=·LBC=s×=×10-3m/s根據上面關系畫出速度矢量關系：選擇比例尺μ==1/2SVC=×1/2s=×10-3m/sVB=×1/2s=×10-3m/sAB===sCD===s加速度分析：由于桿BC做勻速圓周運動，所以BC的角加速度BC=0，即a=0。+=++大小：√√√方向：⊥CDC→D⊥ABB→AC→Ba===s2a===×10-3m/s2a===×10-3m/s2 選擇比例尺μ==1/10s2其加速度矢量關系圖：a=×1/10s2=×10-3m/s2a=×1/10s2=×10-3m/s2AB===s2CD===s2二、圓柱凸輪機構運動分析：其任意時刻的速度加速度分析VC===5×10-3m/sVBC===×10-3m/s=+大小√√方向⊥AB⊥CD選擇比例尺μ==1/2S，做速度矢量圖：VB=×1/2s=×10-3m/sAB===sCD===s第五章：方案的確定一、比較兩種方案并選取方案：結構上：四桿機構結構簡單，只需要滿足機構的力學即可，對于加工要求低；圓柱凸輪機構結構較復雜，對加工要求較高，加工比較復雜。運動上：四桿機構能夠基本滿足風扇擺頭的運動規律，其原動件為連桿，不會出現死點位置；而圓柱凸輪機構的急回特性相對于四桿機構較差。機械效率上：四桿機構的四個連桿質量較輕，原動件可直接與傳動機構的齒輪焊接，在傳動中這一級傳動基本沒有能量損失；而圓柱凸輪機構的圓柱凸輪質量較重，其原動件只能與傳動機構的輸出齒輪同軸，使其對能量的消耗增加，機械效率相對較低。經過以上對比，我選用方案一（雙搖桿機構）。二、機構簡圖：總結機械原理課程設計結束了，回望