臺式電風(fēng)扇的搖頭機構(gòu)機械原理說明書

1、1. 設(shè)計題目設(shè)計臺式電風(fēng)扇的搖頭機構(gòu)，使電風(fēng)扇作搖頭動作（在一定的仰角下隨搖桿擺動）。風(fēng)扇的直徑為300mm,電扇電動機轉(zhuǎn)速n=1450r/min,電扇搖頭周期t=10s,電扇擺動角度片95°俯仰角度片20°與急回系數(shù)K=1.025。風(fēng)扇可以在一定周期下進行擺頭運動，使送風(fēng)面積增大。2. 設(shè)計要求.電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)至少包括連桿機構(gòu)、蝸輪蝸桿機構(gòu)和齒輪傳動機構(gòu)三種機構(gòu)。.畫出機器的運動方案簡圖與運動循環(huán)圖。擬訂運動循環(huán)圖時，執(zhí)行構(gòu)件的動作起止位置可根據(jù)具體情況重疊安排，但必須滿足工藝上各個動作的配合，在時間和空間上不能出現(xiàn)干涉。.設(shè)計連桿機構(gòu)，自行確定運動規(guī)律，選擇連桿機構(gòu)類

2、型，校核最大壓力角。.設(shè)計計算齒輪機構(gòu)，確定傳動比，選擇適當(dāng)?shù)拿?shù)。.編寫設(shè)計計算說明書。.學(xué)生可進一步完成機器的計算機演示驗證和凸輪的數(shù)控加工等。竝右虔頭機卅3. 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)域進行周期性變換，達到增大送風(fēng)區(qū)域的目的。顯然，為了完成電風(fēng)扇的擺頭動作，需實現(xiàn)下列運動功能要求：.風(fēng)扇需要按運動規(guī)律做左右擺動，因此需要設(shè)計相應(yīng)的擺動機構(gòu)。.風(fēng)扇需要按路徑規(guī)律做上下俯仰，因此需要設(shè)計相應(yīng)的俯仰機構(gòu)。風(fēng)扇需要轉(zhuǎn)換傳動軸線和改變轉(zhuǎn)速，因此需要設(shè)計相應(yīng)的齒輪系機構(gòu)。對這兩個機構(gòu)的運動功能作進一步分析，可知它們分別應(yīng)該實現(xiàn)下列基本運動：左右擺動有三個基本運動：運動軸線變換、傳動

3、比降低和周期性擺動。.俯仰運動有兩個基本運動：運動方向變換和周期性俯仰。.轉(zhuǎn)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(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域時，在急回系數(shù)K=1.025、擺動角度屮=95°的要求下，盡量保持運動的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換和減小機構(gòu)間的摩擦。圖3.1運動功能圖圖3.2運動循環(huán)圖4. 機構(gòu)選用根據(jù)前述要求，電風(fēng)扇的應(yīng)作繞一點的往復(fù)擺動，且在工作周期中有急回特性。驅(qū)動方式為電機驅(qū)動，利用機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書中第16頁中的設(shè)計目錄，分別選擇相應(yīng)的機構(gòu)，以實現(xiàn)這三個機構(gòu)的各項功能，見表一。表一電風(fēng)扇擺頭的機構(gòu)選形0功能執(zhí)行機構(gòu)工藝動作執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計矩陣左右擺

4、動連桿機構(gòu)急進急回往復(fù)運動齒輪機構(gòu)連桿機構(gòu)A1上下擺動連桿機構(gòu)扇形往復(fù)運動連桿機構(gòu)A24.1電風(fēng)扇左右擺頭機構(gòu)考慮到用電動機驅(qū)動、而且空間比較狹小，又需要的三個基本動作和高傳動比要求。轉(zhuǎn)換運動軸線與改變傳動比機構(gòu)（蝸輪蝸桿與行星輪系組合而成的齒輪箱）a32和a240優(yōu)點是在較小空間內(nèi)可以運動軸線變換，且有自鎖功能。為了能實現(xiàn)上下、左右往復(fù)運動，在經(jīng)濟簡單的原則下選擇雙搖桿機構(gòu)（a43），實現(xiàn)運動方向交替交換。綜上，整個電風(fēng)扇左右擺頭機構(gòu)A1=a24,a32,a43。4.2電風(fēng)扇上下仰俯機構(gòu)考慮到能實行仰俯運動，事先計劃使用（凸輪機構(gòu)）a11設(shè)計仰俯機構(gòu)，但由于電扇的機殼大小有限，并且凸輪只常使

5、用在低負載的傳動過程，假如當(dāng)電風(fēng)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=応3（連桿滑塊機構(gòu)）設(shè)計。將機殼引出桿使用一條路徑導(dǎo)軌進行約束，來完成設(shè)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）：圖5.1左右擺頭方案一機構(gòu)簡圖圖5.2左右擺頭方案一機構(gòu)立體視圖該方案主動件有兩個，一個單獨帶動風(fēng)扇扇片轉(zhuǎn)動，另幾個則為上圖帶箭頭的圓盤做整周回轉(zhuǎn)帶動機頭左右擺動。機構(gòu)分解：總體傳動四桿機構(gòu)（曲柄搖桿機構(gòu)）曲柄：圖5.2中圓盤轉(zhuǎn)動中心到上表面連結(jié)處搖桿：機頭所在直線搖桿：連接機頭和轉(zhuǎn)盤優(yōu)點：機構(gòu)簡單，主動件為連架桿便于計算四桿機構(gòu)參數(shù)缺點：需要兩個主動力即需要兩個電

6、機驅(qū)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(gòu)簡圖圖5.2.2左右擺動方案二立體圖該設(shè)計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、四桿機構(gòu)來進行機頭的左右擺動并達到急回效果。機構(gòu)分解：減速齒輪箱及其蝸輪蝸桿機構(gòu)左右擺頭四桿機構(gòu)優(yōu)點：只需要一個主動件即一個電機即可得到風(fēng)扇轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，達不到預(yù)期的效果。5.3 左右擺動方案三（采用）：圖5.3.1左右擺動方案三機構(gòu)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(chǔ)上，改變了四桿機構(gòu)的機架及各桿的位置，消除了其自轉(zhuǎn)，達到扇葉隨搖桿左

7、右擺動的效果。優(yōu)點：蝸輪與下面的轉(zhuǎn)盤同軸但可以拉伸，在需要電扇轉(zhuǎn)頭時放下蝸輪使其與蝸桿嚙合，使蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，帶動轉(zhuǎn)頭；當(dāng)不需要轉(zhuǎn)頭時，拔起蝸輪即可脫離嚙合。5.4 上下?lián)u擺方案圖5.4.1上下擺動方案立體圖該方案中，導(dǎo)軌來控制風(fēng)扇機頭的上下?lián)u擺，導(dǎo)軌的形狀可以根據(jù)要求更改來達到不同的上下?lián)u擺效果，并為了美觀將導(dǎo)軌藏于機殼內(nèi)部。導(dǎo)軌套在主軸上，不隨著機頭左右轉(zhuǎn)動，而機頭在左右轉(zhuǎn)動時其內(nèi)部的凸起物受導(dǎo)軌軌跡的約束，帶動機頭在左右轉(zhuǎn)動的同時隨導(dǎo)軌軌跡上下?lián)u擺。優(yōu)點：不涉及復(fù)雜機構(gòu)，提高了可靠性；上下?lián)u擺軌跡可以隨要求改變。5.5 比較優(yōu)缺點即選擇左右擺動方案一：優(yōu)點：機構(gòu)簡單，主動件為連架桿便于

8、計算四桿機構(gòu)參數(shù)缺點：需要兩個主動力即需要兩個電機驅(qū)動左右擺動方案二：優(yōu)點：只需要一個主動件即一個電機即可得到風(fēng)扇轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，達不到預(yù)期的效果。左右擺動方案三：優(yōu)點：蝸輪與下面的轉(zhuǎn)盤同軸但可以拉伸，在需要電扇轉(zhuǎn)頭時放下蝸輪使其與蝸桿嚙合，使蝸桿帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，帶動轉(zhuǎn)頭；當(dāng)不需要轉(zhuǎn)頭時，拔起蝸輪即可脫離嚙合。上下擺動方案：此方案機構(gòu)簡單，運動的是外力并非運動機構(gòu)，所以可靠性比較高，也不易導(dǎo)致質(zhì)量問題。5.6最終方案：左右擺動方案三與上下擺動的結(jié)合。圖5.6.1最終方案三視圖四桿長度的定義：首先定義一個搖桿的長度，再由擺角及行程比系

9、數(shù)K來估算出曲柄的長度，同時可以由lmaxlminh丨2且最短桿為連架桿來輔助估算，再由圖562得到連桿和機架的長度以及最小傳動角。表5.6.2序號搖桿長c擺角W曲柄長a行程比系數(shù)K機架長d連桿長b最小傳動角a112.8959.21.025107.1981108.80659.4559212.5959.21.02530.164429.439052.4375312.5959.11.02574.833375.706955.8823412.5959.211.02520.929919.422854.6688512.55959.211.02546.735646.774452.9633612.6959.11

10、.02595.390496.747058.2291712.61959.21.02568.997569.710355.1512812.61959.251.02548.952749.062753.1278912.62959.21.02571.501072.27955.42411012.65959.21.02578.844879.499456.2042圖563觀察表5.6.2，根據(jù)實際情況（30CM直徑的扇葉），挑出比例最協(xié)調(diào)及最小傳動角相對大的第二組數(shù)據(jù)，并按比例縮放到c=2.72cm、a=3cm、d=6.56cm、b=6.4cm6. 傳動比設(shè)計由于在設(shè)計的左右擺頭機構(gòu)中，將蝸輪帶動連桿進行整周回

11、轉(zhuǎn)的勻速圓周運動。當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)一周，電扇機殼也正好搖擺一回，得出蝸輪的轉(zhuǎn)速為w=2Xji/10=ji/5。由于已知條件電動機轉(zhuǎn)速與蝸輪轉(zhuǎn)速相差較大，并且需要改變軸向傳動，因此在設(shè)計中運用了能產(chǎn)生較大傳動比的蝸輪蝸桿機構(gòu)與行星齒輪機構(gòu)。最終得出理想的傳動比。6.1行星輪系設(shè)計行星輪系在一定齒數(shù)比的情況下能產(chǎn)生較大的傳動比。設(shè)計中，采用一對外嚙合和一對內(nèi)嚙合齒輪構(gòu)成。其中Z3為內(nèi)嚙合齒輪，Zi=18，mi=1；Z2=33，25m2=1，Z2'=17，m2'=1;Z3=68，m3=1。計算得傳動比為。3圖6.1行星輪系6.2蝸輪蝸桿輪系設(shè)計與行星輪系配合，并考慮電扇機殼的體積大小，蝸輪

12、蝸桿的尺寸不宜過大。設(shè)計中蝸桿的直徑為18，m=1,a=20,丫=590210.48;蝸輪的Z=29,m=1,a=20,B=590210.48，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(fù)合輪系，能順利地符合設(shè)計要求，不僅傳動的軸向改變，而且，完成了較大傳動比的減速過程，綜合兩者的傳動比，得72537. 機構(gòu)參數(shù)計算7.1雙搖桿機構(gòu)設(shè)計因為使用的是以連桿做主動件的雙搖桿機構(gòu)，區(qū)別于日常的設(shè)計方法，所以，此次設(shè)計我們采用一種新的設(shè)計思路一一機架轉(zhuǎn)換法。機架轉(zhuǎn)換法的理論依據(jù)如圖所示，圖一中的V1是絕對速度，V2是機構(gòu)運動后，機架相對于搖桿的相對速度，此時V仁V2然后轉(zhuǎn)換機架，將機架轉(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這樣按照圖2的機構(gòu)設(shè)計尺寸，所得