課程設(shè)計(jì)《臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置》

1、一、題目：臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置二、設(shè)計(jì)題目及任務(wù)2.1 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)扇做搖頭動(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 ，仰俯角度 與急回系數(shù) K 的設(shè)計(jì)要求及任務(wù)分配表見表 2.11.表 2.11 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)電扇仰俯轉(zhuǎn)動(dòng)擺角 /( °)急回系數(shù) K仰角 /( °)A801.0110B851.01512C901.0215D951.02520E1001.0322F1051.0525此次選擇的是方案C：擺角為 =90&#

2、176;，急回系數(shù)K=1.02，仰角 =15°。2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)（ 1）按給定主要參數(shù)，擬定機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案。（ 2）畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡圖。（ 3）分配渦輪蝸桿、齒輪傳動(dòng)比。確定它們的基本參數(shù)，設(shè)計(jì)計(jì)算幾何尺寸。（ 4）確定電扇搖擺轉(zhuǎn)動(dòng)的平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，它滿足擺角 及急回系數(shù) K 條件下使最小傳動(dòng)比角 min 最大。并對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，繪制運(yùn)動(dòng)線圖，驗(yàn)算曲柄存在條件。（ 5）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。（ 6）學(xué)生可進(jìn)一步完成臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示或模型試驗(yàn)驗(yàn)證。2.3 設(shè)計(jì)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(dòng)作分解為風(fēng)

3、扇的左右擺動(dòng)和風(fēng)扇的上下俯仰運(yùn)動(dòng)。風(fēng)扇搖擺轉(zhuǎn)動(dòng)可以采用平面連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。以雙搖桿機(jī)構(gòu)的連桿為主動(dòng)件（即風(fēng)扇轉(zhuǎn)子通過渦輪蝸桿帶動(dòng)連桿傳動(dòng)），則其中一個(gè)連架桿的擺動(dòng)即實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的左右擺動(dòng)（風(fēng)扇安裝在連架桿上）。機(jī)架可選取 8090mm。風(fēng)扇的上下仰俯運(yùn)動(dòng)可采用連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)。（ 2）還可以采用空間連桿機(jī)構(gòu)直接實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的左右擺動(dòng)和上下仰俯的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。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(dòng)作，可結(jié)合手動(dòng)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(shí)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(dòng)來送風(fēng)，因此受風(fēng)區(qū)域、面積有限。本臺(tái)式電風(fēng)扇是立體送風(fēng)電風(fēng)扇，該電風(fēng)扇有兩種實(shí)現(xiàn)方式

4、。即風(fēng)扇左右擺動(dòng)和風(fēng)扇上下俯仰運(yùn)動(dòng)。3.1 風(fēng)扇的左右搖擺運(yùn)動(dòng)風(fēng)扇在開啟后，需要調(diào)整受風(fēng)區(qū)域時(shí)，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(dòng)搖頭時(shí)，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(gè)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(dòng)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(shí)，能借助相應(yīng)的構(gòu)件作上下俯仰運(yùn)動(dòng)，實(shí)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(jì)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(dòng)的執(zhí)行元件機(jī)頭，選用相應(yīng)的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的功能，見表4.1 。表 4.1臺(tái)式電風(fēng)扇的機(jī)構(gòu)選型功能

5、執(zhí)行構(gòu)件工藝動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)左右搖擺機(jī)頭曲線往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)僅對(duì)表 4.1 的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，就可以得到 2×2=4 種運(yùn)動(dòng)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(dòng)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)動(dòng)采用連桿機(jī)構(gòu)中的雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，傳動(dòng)距離較遠(yuǎn)，傳遞載荷較較大，可實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)規(guī)律。一般用于從動(dòng)件行程較大或承受重載的工作場合，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、擺動(dòng)等復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡。利用雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的俯仰運(yùn)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)在于它以運(yùn)動(dòng)副元素為面接觸，壓力小，能承載較重的機(jī)頭，使其上下俯

6、仰運(yùn)動(dòng)可靠。并且可根據(jù)桿長的改變來實(shí)現(xiàn)仰角改變。使用雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇的左右擺頭時(shí)，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(dòng)規(guī)律，但動(dòng)載荷較大，傳動(dòng)效率較低。用于從動(dòng)件行程較小和載荷不大以及要求特定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的場合。故凸輪不適合作為帶動(dòng)風(fēng)扇作俯仰運(yùn)動(dòng)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(shí)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(dòng)力源驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)該類電風(fēng)扇有兩種實(shí)現(xiàn)方案。5.1 方案一由兩個(gè)動(dòng)力分別驅(qū)動(dòng)機(jī)頭左右擺頭和上下擺頭。其中一個(gè)來自專用同步電機(jī)或經(jīng)齒輪箱減速的主電動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)上下擺頭，另一個(gè)同步電動(dòng)機(jī)專門驅(qū)動(dòng)機(jī)頭做左右

7、擺頭，兩種動(dòng)作組合成一種非特定的立體運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)立體送風(fēng)。5.2 方案二單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，即直接利用主電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，經(jīng)減速后同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩套不同的機(jī)構(gòu)分別完成左右和上下擺頭兩個(gè)互成90°的動(dòng)作。其中上下擺頭是由齒箱輸出曲柄盤直接驅(qū)動(dòng)曲柄四桿機(jī)構(gòu)即第一機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；左右擺頭是由凸輪擺動(dòng)機(jī)構(gòu)即第二機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。實(shí)施時(shí)來源于曲柄盤的動(dòng)力必須經(jīng)過一個(gè)傳動(dòng)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(dòng)而第二機(jī)構(gòu)不跟隨擺動(dòng)，這時(shí)動(dòng)力的傳遞只要通過特定的位置才能保持傳動(dòng)中心距不變。此電風(fēng)扇的第一機(jī)構(gòu)擺動(dòng)軸線即所謂關(guān)節(jié)，不管如何擺動(dòng)，曲柄盤軸線相對(duì)擺動(dòng)軸線即關(guān)節(jié)的距離始終不變，而第二機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)凸輪的傳動(dòng)軸線與第一機(jī)構(gòu)

8、的擺動(dòng)軸線重合。因此，動(dòng)力從驅(qū)動(dòng)盤傳遞到凸輪時(shí)，傳動(dòng)中心距不產(chǎn)生任何變化，從而選用同步齒型帶傳送動(dòng)力，實(shí)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(shí)現(xiàn)了立體寬區(qū)域送風(fēng)，但同步電動(dòng)機(jī)的使用使動(dòng)力源增多，電路復(fù)雜，且偶然的超載也會(huì)導(dǎo)致同步電動(dòng)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，因而市場對(duì)該類電風(fēng)扇認(rèn)同率低，無法普及。方案二則可以有效避免這樣的不足。單動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，即直接由主電動(dòng)機(jī)單齒箱驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)上下和左右擺頭，這時(shí)主電動(dòng)機(jī)跟隨一級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)副擺動(dòng)，但對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，同一動(dòng)力用于驅(qū)動(dòng)另一組轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)距離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

9、二有效克服了立體送風(fēng)電風(fēng)扇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上的缺陷，使結(jié)構(gòu)簡單可靠，成本低，維修保養(yǎng)方便，實(shí)現(xiàn)了單動(dòng)力關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)換恒中心距雙驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)俯仰水平立體送風(fēng)。因此，綜上所述，選擇方案二。六、方案詳述下面結(jié)合附圖1，對(duì)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(dòng)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(dòng)機(jī)前殼10 用螺絲與電動(dòng)機(jī)前端蓋7連接，電動(dòng)機(jī)支承板8 安裝在電動(dòng)機(jī)后端蓋4 上，減速箱與電動(dòng)機(jī)后端蓋固接，電動(dòng)機(jī)后殼 6 通過螺絲與電動(dòng)機(jī)連接，支承板借助鉸軸12 活動(dòng)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)

10、動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)中的從動(dòng)齒輪19 之間由同步皮帶3 傳輸動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)凸輪主體靠軸套 21 配套定位并運(yùn)作。圖 6.1上下俯仰運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)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(gè)四桿機(jī)構(gòu)，參照?qǐng)D 6.1 傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)到兩個(gè)極限位置時(shí)的位置點(diǎn)，1 和 2表示機(jī)頭整體向

11、兩側(cè)的極限擺角，而機(jī)頭整體的上下擺動(dòng)范圍 1+2可通過調(diào)整 BC的尺寸來實(shí)現(xiàn)。參照附圖 2 和 4。所述的凸輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以貫穿其中的鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)，鉸軸上套有驅(qū)動(dòng)凸輪主體18，而驅(qū)動(dòng)輪上有供拔銷滑動(dòng)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(shí)花鍵套又與固定座為花鍵盤連接，可相對(duì)上下滑動(dòng)而不可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)中心盤相對(duì)固定座不能轉(zhuǎn)動(dòng)，并與固定座配合限制支承架上下移位，使支承架只能繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。而當(dāng)強(qiáng)行

12、扭動(dòng)電風(fēng)扇機(jī)頭時(shí)，活動(dòng)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(shí)，減速箱在電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)下，通過輸出曲柄盤帶動(dòng)上下?lián)u頭連桿推動(dòng)機(jī)頭作上下擺頭動(dòng)作；同時(shí)，曲柄盤帶動(dòng)其上的同步皮帶將動(dòng)力傳遞到外套在鉸軸上的驅(qū)動(dòng)凸輪主體，驅(qū)動(dòng)凸輪主體在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中迫使拔銷連同中心盤作相對(duì)擺動(dòng)，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?cái)[動(dòng)，由此兩個(gè)互為垂直的擺動(dòng)組合成機(jī)頭的立體循環(huán)運(yùn)動(dòng)。七、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)7.1 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)擺動(dòng)從動(dòng)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(dòng)改變?yōu)槠叫杏谛D(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。此凸輪機(jī)構(gòu)是用來帶

13、動(dòng)風(fēng)扇機(jī)頭作左右來回?cái)[頭運(yùn)動(dòng)的。可知風(fēng)扇的擺角是=90°，根據(jù)擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理，見圖 7.12 擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪運(yùn)動(dòng)簡圖，由公式：式中：凸輪機(jī)構(gòu)的中心距擺動(dòng)從動(dòng)件的長度擺動(dòng)從動(dòng)件的最大擺角則經(jīng)計(jì)算得：凸輪機(jī)構(gòu)的中心距= 25.6mm，= 30 mm，=90°。驅(qū)動(dòng)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。圖 7.11 擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)圖 7.12 擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪運(yùn)動(dòng)簡圖圖 7.137.2 雙搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 6.1 為電扇實(shí)現(xiàn)上下俯仰運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)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)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。現(xiàn)假設(shè)圖中桿為最短桿

14、且（設(shè)最長）; 又因?yàn)榧僭O(shè)綜合式可設(shè)計(jì)為：。八、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)（ 1）根據(jù)風(fēng)扇電動(dòng)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(dòng)比為（ 2）傳動(dòng)比分配（根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)）減速箱采用二級(jí)轉(zhuǎn)速，第一級(jí)采用渦輪蝸桿傳動(dòng)，選取傳動(dòng)比為 80. 第二級(jí)采用單級(jí)齒輪減速，齒輪傳動(dòng)比為 3.由齒輪傳動(dòng)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(dòng)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10.62014.04蝸桿800.62014.04齒輪 1250.62014.04齒輪 2750.62014.04曲柄盤帶動(dòng)

15、其上的同步皮帶將動(dòng)力傳遞到外套在鉸軸上的驅(qū)動(dòng)凸輪主體時(shí)，曲柄盤的轉(zhuǎn)速和凸輪機(jī)構(gòu)中的從動(dòng)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(jì)結(jié)束了，回望這短暫的幾天時(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，有的很簡單，有的很復(fù)雜。在這么多方案中選擇一種較好的，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)、去圖書館查資料以及小組成員的討論，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改進(jìn)的地方。這次課程設(shè)計(jì)，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(shí)

16、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)也有了初步的認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這次課程設(shè)計(jì)，從最初的毫無頭緒到逐漸做出雛形，然后進(jìn)一步改進(jìn)。雖然總共僅用了幾天的時(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，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。一個(gè)巴掌拍不響，一個(gè)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(shí)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失，使我們的知識(shí)結(jié)構(gòu)十分不完整。于是系統(tǒng)地進(jìn)行實(shí)踐操作對(duì)我們完善知識(shí)體系有莫大的幫助。與此同時(shí)，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(shí)也感受到了群眾的智慧是不可估量的?！叭诵袆t必有我?guī)熝?。”在此設(shè)計(jì)中，小組各成員之間積極配合、共同奮斗，