臺(tái)式電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)機(jī)械原理說明書

1、1. 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)臺(tái)式電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)，使電風(fēng)扇作搖頭動(dòng)作（在一定的仰角下隨搖桿 擺動(dòng)）。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)角度書二95°、俯仰角度©二20°與急回系數(shù)K=。風(fēng)扇可以 在一定周期下進(jìn)行擺頭運(yùn)動(dòng)，使送風(fēng)面積增大。2. 設(shè)計(jì)要求.電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)至少包括連桿機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)三種機(jī)構(gòu)。.畫出機(jī)器的運(yùn)動(dòng)方案簡圖與運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。擬訂運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，執(zhí)行構(gòu)件的動(dòng) 作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排， 但必須滿足工藝上各個(gè)動(dòng)作的配合， 在時(shí) 間和空間上不能出現(xiàn)干涉。.設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)，自行確定運(yùn)動(dòng)

2、規(guī)律，選擇連桿機(jī)構(gòu)類型，校核最大壓力角。.設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪機(jī)構(gòu)，確定傳動(dòng)比，選擇適當(dāng)?shù)拿?shù)。.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。.學(xué)生可進(jìn)一步完成機(jī)器的計(jì)算機(jī)演示驗(yàn)證和凸輪的數(shù)控加工等。竝右虔頭機(jī)卅3. 功能分解電風(fēng)扇的工作原理是將電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域進(jìn)行周期性變換，達(dá)到增大送風(fēng)區(qū)域的目的。顯然，為了完成電風(fēng)扇的擺頭動(dòng)作，需實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)動(dòng)功能要求：.風(fēng)扇需要按運(yùn)動(dòng)規(guī)律做左右擺動(dòng)，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。.風(fēng)扇需要按路徑規(guī)律做上下俯仰，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的俯仰機(jī)構(gòu)。.風(fēng)扇需要轉(zhuǎn)換傳動(dòng)軸線和改變轉(zhuǎn)速，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的齒輪系機(jī)構(gòu)。對(duì)這兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能作進(jìn)一步分析，可知它們分別應(yīng)該實(shí)現(xiàn)下列基本運(yùn) 動(dòng)：.左右擺動(dòng)有三個(gè)基

3、本運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)軸線變換、傳動(dòng)比降低和周期性擺動(dòng)。.俯仰運(yùn)動(dòng)有兩個(gè)基本運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)方向變換和周期性俯仰。.轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)軸線和改變傳動(dòng)比有一個(gè)基本動(dòng)作：運(yùn)動(dòng)軸線變換。此外，還要滿足傳動(dòng)性能要求：改變電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域時(shí)，在急回系數(shù) K=、擺動(dòng)角度屮=95°的要求下， 盡量保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換和減小機(jī)構(gòu)間的摩擦。圖運(yùn)動(dòng)功能圖圖運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖4. 機(jī)構(gòu)選用根據(jù)前述要求，電風(fēng)扇的應(yīng)作繞一點(diǎn)的往復(fù)擺動(dòng)，且在工作周期中有急回特 性。驅(qū)動(dòng)方式為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中第 16頁中的設(shè) 計(jì)目錄，分別選擇相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)這三個(gè)機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)功能，見表一。表一 ？電風(fēng)扇擺頭的機(jī)構(gòu)選形0功能執(zhí)行機(jī)構(gòu)工藝動(dòng)作執(zhí)行

4、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)矩陣左右擺動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)急進(jìn)急回往復(fù)運(yùn)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)A上下擺動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)扇形往復(fù)運(yùn)動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)A電風(fēng)扇左右擺頭機(jī)構(gòu)考慮到用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、而且空間比較狹小，又需要的三個(gè)基本動(dòng)作和高傳動(dòng) 比要求。轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)軸線與改變傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)（蝸輪蝸桿與行星輪系組合而成的齒輪 箱歸32和&24。優(yōu)點(diǎn)是在較小空間內(nèi)可以運(yùn)動(dòng)軸線變換，且有自鎖功能。為了能 實(shí)現(xiàn)上下、左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在經(jīng)濟(jì)簡單的原則下選擇雙搖桿機(jī)構(gòu)（a43），實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)方向交替交換。綜上，整個(gè)電風(fēng)扇左右擺頭機(jī)構(gòu)Ai= a24, a32, a430電風(fēng)扇上下仰俯機(jī)構(gòu)考慮到能實(shí)行仰俯運(yùn)動(dòng)，事先計(jì)劃使用（凸輪機(jī)構(gòu)） a11 設(shè)計(jì)仰俯機(jī)構(gòu)，但 由于電扇的機(jī)

5、殼大小有限， 并且凸輪只常使用在低負(fù)載的傳動(dòng)過程， 假如當(dāng)電風(fēng) 扇的機(jī)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 A= a33 （連桿滑塊機(jī)構(gòu)） 設(shè)計(jì)。將機(jī)殼引出桿使用一條路徑導(dǎo)軌進(jìn)行約束， 來完成設(shè)想 的仰俯運(yùn)動(dòng)。5運(yùn)動(dòng)方案及選擇左右擺動(dòng)方案一（放棄）：圖 左右擺頭方案一機(jī)構(gòu)簡圖圖 左右擺頭方案一機(jī)構(gòu)立體視圖該方案主動(dòng)件有兩個(gè)， 一個(gè)單獨(dú)帶動(dòng)風(fēng)扇扇片轉(zhuǎn)動(dòng)， 另幾個(gè)則為上圖帶箭頭的圓 盤做整周回轉(zhuǎn)帶動(dòng)機(jī)頭左右擺動(dòng)。機(jī)構(gòu)分解： 總體傳動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)） 曲柄：圖中圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)中心到上表面連結(jié)處 搖桿：機(jī)頭所在直線 搖桿：連接機(jī)頭和轉(zhuǎn)盤優(yōu)點(diǎn)： 機(jī)構(gòu)簡單，主動(dòng)件為連架桿便于計(jì)算四桿

6、機(jī)構(gòu)參數(shù)缺點(diǎn)： 需要兩個(gè)主動(dòng)力即需要兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)左右擺動(dòng)方案二（放棄）：圖 5.2.1 左右擺動(dòng)方案二機(jī)構(gòu)簡圖圖 5.2.2 左右擺動(dòng)方案二立體圖 該設(shè)計(jì)方案采用了齒輪箱改變輸入輸出速度、渦輪蝸桿用于減速并轉(zhuǎn)換速度方 向、四桿機(jī)構(gòu)來進(jìn)行機(jī)頭的左右擺動(dòng)并達(dá)到急回效果。機(jī)構(gòu)分解：減 速齒輪箱及其蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) 左右擺頭四桿機(jī)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)：只需要一個(gè)主動(dòng)件即一個(gè)電機(jī)即可得到風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)和機(jī)頭擺動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)。 缺點(diǎn)：在達(dá)到機(jī)頭左右擺動(dòng)效果的同時(shí)， 馬達(dá)齒輪箱也會(huì)自轉(zhuǎn)， 達(dá)不到預(yù)期的效 果。左右擺動(dòng)方案三（采用）：圖 5.3.1 左右擺動(dòng)方案三機(jī)構(gòu)簡圖圖 5.3.2 左右擺動(dòng)方案三立體圖 該方案在方案 2 的基礎(chǔ)上

7、，改變了四桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架及各桿的位置， 消除了其自轉(zhuǎn)， 達(dá)到扇葉隨搖桿左右擺動(dòng)的效果。優(yōu)點(diǎn)：蝸輪與下面的轉(zhuǎn)盤同軸但可以拉伸， 在需要電扇轉(zhuǎn)頭時(shí)放下蝸輪使其與蝸 桿嚙合，使蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)頭；當(dāng)不需要轉(zhuǎn)頭時(shí)，拔起蝸輪即 可脫離嚙合。上下?lián)u擺方案圖 5.4.1 上下擺動(dòng)方案立體圖該方案中， 導(dǎo)軌來控制風(fēng)扇機(jī)頭的上下?lián)u擺， 導(dǎo)軌的形狀可以根據(jù)要求更改來達(dá) 到不同的上下?lián)u擺效果，并為了美觀將導(dǎo)軌藏于機(jī)殼內(nèi)部。導(dǎo)軌套在主軸上， 不隨著機(jī)頭左右轉(zhuǎn)動(dòng)， 而機(jī)頭在左右轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)其內(nèi)部的凸起物受 導(dǎo)軌軌跡的約束，帶動(dòng)機(jī)頭在左右轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)隨導(dǎo)軌軌跡上下?lián)u擺。優(yōu)點(diǎn)： 不涉及復(fù)雜機(jī)構(gòu)，提高了可靠性；上下?lián)u擺軌跡可以

8、隨要求改變。比較優(yōu)缺點(diǎn)即選擇左右擺動(dòng)方案一： 優(yōu)點(diǎn)：機(jī)構(gòu)簡單，主動(dòng)件為連架桿便于計(jì)算四桿機(jī)構(gòu)參數(shù) 缺點(diǎn)：需要兩個(gè)主動(dòng)力即需要兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)左右擺動(dòng)方案二： 優(yōu)點(diǎn)：只需要一個(gè)主動(dòng)件即一個(gè)電機(jī)即可得到風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)和機(jī)頭擺動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)。 缺點(diǎn)：在達(dá)到機(jī)頭左右擺動(dòng)效果的同時(shí)， 馬達(dá)齒輪箱也會(huì)自轉(zhuǎn)， 達(dá)不到預(yù)期的效 果。左右擺動(dòng)方案三：優(yōu)點(diǎn)：蝸輪與下面的轉(zhuǎn)盤同軸但可以拉伸， 在需要電扇轉(zhuǎn)頭時(shí)放下蝸輪使其與蝸 桿嚙合，使蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)頭；當(dāng)不需要轉(zhuǎn)頭時(shí)，拔起蝸輪即 可脫離嚙合。上下擺動(dòng)方案：此方案機(jī)構(gòu)簡單， 運(yùn)動(dòng)的是外力并非運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)， 所以可靠性比較高， 也不易導(dǎo)致 質(zhì)量問題。最終方案： 左右擺動(dòng)方案三

9、 與 上下擺動(dòng)的結(jié)合。圖 5.6.1 最終方案三視圖四桿長度的定義：首先定義一個(gè)搖桿的長度，再由擺角及行程比系數(shù)K來估算出曲柄的長度，同時(shí)可以由lmax lmin丨1且最短桿為連架桿來輔助估算，再由圖562得到連桿和機(jī)架的長度以及最小傳動(dòng)角。表 5.6.2序號(hào)搖桿長c擺角W曲柄長a行程比系數(shù)K機(jī)架長d連桿長b最小傳動(dòng)角a1952953954955956957958959951095圖563觀察表5.6.2，根據(jù)實(shí)際情況（30CM直徑的扇葉），挑出比例最協(xié)調(diào)及最小傳動(dòng)角相對(duì)大的第二組數(shù)據(jù)，并按比例縮放到 c=2.72cm、a=3cm d=6.56cm、b=6. 傳動(dòng)比設(shè)計(jì)由于在設(shè)計(jì)的左右擺頭機(jī)構(gòu)

10、中，將蝸輪帶動(dòng)連桿進(jìn)行整周回轉(zhuǎn)的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)一周，電扇機(jī)殼也正好搖擺一回，得出蝸輪的轉(zhuǎn)速為w=2X孔/10= ji /5。由于已知條件電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與蝸輪轉(zhuǎn)速相差較大，并且需要改變軸向傳動(dòng)，因此在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了能產(chǎn)生較大傳動(dòng)比的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)與行星齒輪機(jī)構(gòu)。最終得出理想的傳動(dòng)比。行星輪系設(shè)計(jì)行星輪系在一定齒數(shù)比的情況下能產(chǎn)生較大的傳動(dòng)比。設(shè)計(jì)中，采用一對(duì)外嚙合和一對(duì)內(nèi)嚙合齒輪構(gòu)成。其中 Z3為內(nèi)嚙合齒輪，乙=18，m=1 ；乙=33，2=1，25Z2'=17， m2'=1; Z3=68， z=1。計(jì)算得傳動(dòng)比為。3圖行星輪系蝸輪蝸桿輪系設(shè)計(jì)與行星輪系配合，并考慮電扇機(jī)殼的體

11、積大小，蝸輪蝸桿的尺寸不宜過大。設(shè)計(jì)中蝸桿的直徑為18，m=1,a =20 , 丫 =59 02 10.48 ;蝸輪的Z=29, m=1,a=20 , B =59 02 10.48，如此，蝸輪蝸桿輪系的傳動(dòng)比i=29，且均為左旋。、將兩種輪系組合成一個(gè)復(fù)合輪系，能順利地符合設(shè)計(jì)要求，不僅傳動(dòng)的軸向 改變，而且，完成了較大傳動(dòng)比的減速過程，綜合兩者的傳動(dòng)比，得i總=725 037. 機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)因?yàn)槭褂玫氖且赃B桿做主動(dòng)件的雙搖桿機(jī)構(gòu)，區(qū)別于日常的設(shè)計(jì)方法，所以,此次設(shè)計(jì)我們采用一種新的設(shè)計(jì)思路一一機(jī)架轉(zhuǎn)換法。機(jī)架轉(zhuǎn)換法的理論依據(jù)如圖所示，圖一中的 V1是絕對(duì)速度，V2是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 后，機(jī)架相對(duì)于搖桿的相對(duì)速度，此時(shí) V仁V2然后轉(zhuǎn)換機(jī)架，將機(jī)架轉(zhuǎn)換至圖 一中的搖桿位置，現(xiàn)在同一位置處，設(shè)定圖二中的 V仁V2這樣按照?qǐng)D2的機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)尺寸，所得的尺寸就是實(shí)際