臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置

臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置

組長(zhǎng)：凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

組員：對(duì)機(jī)構(gòu)的合理改進(jìn)

：對(duì)各種機(jī)構(gòu)的分析

：傳動(dòng)方案的優(yōu)化確定

：CAD制圖指導(dǎo)老師：機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書

一、設(shè)計(jì)題目臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置二、工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程：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：

⑴.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)。

⑵.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)。此外，還要滿足傳動(dòng)性能要求三、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求：

設(shè)計(jì)臺(tái)式電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)，風(fēng)扇的直徑為Ф300mm，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ψ與急回系數(shù)k的設(shè)計(jì)要求及任務(wù)分配見(jiàn)表1。四、設(shè)計(jì)方案提示

常見(jiàn)的搖頭機(jī)構(gòu)有杠桿式、滑板式等。本設(shè)計(jì)可采用平面連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。由裝在電動(dòng)機(jī)主軸尾部的蝸桿帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪和小齒輪做成一體，小齒輪帶動(dòng)大齒輪，大齒輪與鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿做成一體，并以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿作為原動(dòng)件，則機(jī)架、兩個(gè)連架桿都作擺動(dòng)，其中一個(gè)連架桿相對(duì)于機(jī)架的擺動(dòng)即是搖頭動(dòng)作。機(jī)架可取80～90mm。五、設(shè)計(jì)的主要任務(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(jiǎn)圖。3.分配蝸輪蝸桿、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.解析法確定平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，它應(yīng)滿足擺角ψ及行程速比系數(shù)k。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，驗(yàn)算最小傳動(dòng)角（最大壓力角）。5.提出調(diào)節(jié)擺角的結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行分析計(jì)算。6.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書。7.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)演示驗(yàn)證。摘要在當(dāng)今社會(huì)，市場(chǎng)愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、效率高、能耗低的機(jī)械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，首要任務(wù)是進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和構(gòu)思、各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。我們組的設(shè)計(jì)題目是臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置，該裝置可增大受風(fēng)面積。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)可以降低生產(chǎn)成本，提高風(fēng)扇效率，符合低碳環(huán)保的原則和可持與發(fā)展戰(zhàn)略。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)的討論分析，功能上要求完成左右搖擺和轉(zhuǎn)換傳動(dòng)軸線和改變轉(zhuǎn)速運(yùn)動(dòng)。要完成這些功能需要有減速裝置、輪軸轉(zhuǎn)換、搖頭裝置。針對(duì)這些裝置我們選用了幾種機(jī)構(gòu)并經(jīng)過(guò)分析，設(shè)計(jì)了四種方案，經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析評(píng)價(jià)，最后選擇了最合適的方案。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：1）風(fēng)扇需要按運(yùn)動(dòng)規(guī)律做左右或上下擺動(dòng)，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。2）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)。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φ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。運(yùn)動(dòng)功能圖運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖機(jī)構(gòu)選用

臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)常見(jiàn)的有杠桿式、滑板式等，在這里我們組選用的是杠桿式。要完成左右擺動(dòng)需要完成運(yùn)動(dòng)軸線變換、傳動(dòng)比降低和搖頭周期性擺動(dòng)?？梢苑謩e選用以下機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)軸線變換可以選用蝸桿蝸輪、錐齒輪等；減速機(jī)構(gòu)可以選用小齒輪帶動(dòng)大齒輪組減速、渦輪蝸桿減速等；風(fēng)扇搖擺轉(zhuǎn)動(dòng)可采用平面連桿和凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。減速機(jī)構(gòu)選用齒輪組減速渦輪蝸桿齒輪組齒輪組機(jī)構(gòu)是最常見(jiàn)的減速機(jī)構(gòu)，但是考慮到傳動(dòng)的傳動(dòng)比過(guò)大且風(fēng)扇頭尺處的限制，我們選擇了內(nèi)嚙合齒輪。還可以用帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)來(lái)減速，但由于風(fēng)扇尺寸限制均舍棄。減速機(jī)構(gòu)選用齒輪組減速齒輪組機(jī)構(gòu)是最常見(jiàn)的減速機(jī)構(gòu)，但是考慮到傳動(dòng)的傳動(dòng)比過(guò)大且風(fēng)扇頭尺處的限制，我們選擇了內(nèi)嚙合齒輪。還可以用帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)來(lái)減速，但由于風(fēng)扇尺寸限制均舍棄。傳動(dòng)軸線變換選用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)

圓錐齒輪傳動(dòng)直齒圓錐齒輪傳動(dòng)

搖頭機(jī)構(gòu)的選用在這里我們選用杠桿式來(lái)作搖頭機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)杠桿機(jī)構(gòu)可用以下兩種機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評(píng)定

方案1該機(jī)構(gòu)通過(guò)齒輪嚙合達(dá)到減速的目的，然后由渦輪蝸桿實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向改變的目的，由四連桿機(jī)構(gòu)組成雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇頭的擺動(dòng)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)的傳遞準(zhǔn)確性高，連桿機(jī)構(gòu)制造簡(jiǎn)單成本低，齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)；缺點(diǎn)是渦輪蝸桿傳遞力的能力差，發(fā)熱量比較大,常用較貴的減摩耐磨材料來(lái)制造蝸輪，成本較高。該設(shè)計(jì)方案采用了齒輪箱來(lái)減小輸出速度，蝸輪蝸桿來(lái)實(shí)現(xiàn)減速和傳動(dòng)軸的變換。方案2當(dāng)偏心圓盤凸輪回轉(zhuǎn)時(shí)，凹槽側(cè)面迫使構(gòu)件6擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的搖頭功能該機(jī)構(gòu)通過(guò)三級(jí)減速，由凸輪的形狀性質(zhì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇頭的擺動(dòng)規(guī)律。此方案繼承了方案一的傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)準(zhǔn)確，風(fēng)扇頭的擺動(dòng)角度可以調(diào)節(jié)，傳動(dòng)平穩(wěn)，擺頭在極限位置沒(méi)有速度的突變，占用的空間較??；而且也改良了凸輪獨(dú)特性的缺點(diǎn)，缺點(diǎn)是渦輪蝸桿的發(fā)熱量較大擺動(dòng)從動(dòng)件偏心圓盤凸輪機(jī)構(gòu)示意圖整體簡(jiǎn)圖方案三該方案直接由主電動(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(wú)法直接采用傳統(tǒng)成熟的機(jī)構(gòu)。但方案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(jiǎn)單可靠，成本低，維修保養(yǎng)方便。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，在小尺寸內(nèi)不宜設(shè)計(jì)方案4方案4跟方案一一樣，通過(guò)連桿裝置實(shí)現(xiàn)搖頭運(yùn)動(dòng)

該機(jī)構(gòu)擯棄了渦輪蝸桿發(fā)熱量大，傳遞力效果差的缺點(diǎn)，用圓錐齒輪代替，缺點(diǎn)是圓錐齒輪造價(jià)成本相對(duì)較高由以上四個(gè)方案可以看出：方案一、四的機(jī)構(gòu)相對(duì)于方案二、三功能過(guò)于簡(jiǎn)單，在考慮適當(dāng)創(chuàng)新的前提下，不宜采用。但是方案三太過(guò)于復(fù)雜，對(duì)運(yùn)動(dòng)路徑的分析也很困難，所以方案二結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低且能達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)要求，由于電風(fēng)扇的傳遞力的要求不是很大，因此渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，和凸輪機(jī)構(gòu)適合設(shè)計(jì)要求，而且通過(guò)對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的改良，有了很好的發(fā)揮空間，因此方案二相對(duì)較好。綜合考慮搖頭機(jī)構(gòu)選擇方案二。原動(dòng)機(jī)的選擇籠式三相異步電動(dòng)機(jī)，使用三相交流電、轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速不同，可以進(jìn)行幾檔變速。而且籠式電動(dòng)機(jī)的具有簡(jiǎn)單、體積小、易維護(hù)、價(jià)格低、壽命長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)動(dòng)特性好、轉(zhuǎn)速受負(fù)載轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響小和硬機(jī)械特性等優(yōu)點(diǎn)。這些特性能夠滿足臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置的工作特性，所以選擇籠式三相異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)

在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)中，蝸輪帶動(dòng)連桿做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)蝸輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)電扇擺動(dòng)一個(gè)周期。由于電扇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1450r/min，而電扇搖頭周期t=10s即擺動(dòng)周期為6r/min，則傳動(dòng)比.而蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比（蝸桿帶動(dòng)蝸輪）不宜太大，不然對(duì)機(jī)構(gòu)的磨損比較嚴(yán)重，所以無(wú)法達(dá)到的要求，必須經(jīng)變速機(jī)構(gòu)減速，這里選擇圓錐齒輪減速，使達(dá)到傳動(dòng)方向的一致性在這里我們先通過(guò)渦輪蝸桿實(shí)現(xiàn)一級(jí)減速，再通過(guò)圓錐齒輪實(shí)現(xiàn)二級(jí)減速機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算不妨取B方案做參數(shù)分析，確定機(jī)構(gòu)的尺寸行程系數(shù)擺動(dòng)角度，計(jì)算得，取，則另一角度為178.66，由于沒(méi)有采用四連桿機(jī)構(gòu)，所以這里的急回系數(shù)只能從凸輪機(jī)構(gòu)上面下功夫，從凸輪機(jī)構(gòu)的選定來(lái)看，一種是自己設(shè)計(jì)凸輪的模型，從而可以得到自己所需要的運(yùn)動(dòng)軌跡，但是對(duì)于電風(fēng)扇這類小產(chǎn)品需要特定的凸輪模型不宜采用；另一種是利用圓盤的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)，下面對(duì)圓盤的偏心傳動(dòng)分析：

急回機(jī)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)：對(duì)設(shè)計(jì)題目中的要求通過(guò)繞偏心軸旋轉(zhuǎn)，使偏心軸沿滑塊上下運(yùn)動(dòng)通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的搖頭，但是這類偏心傳動(dòng)的往返運(yùn)動(dòng)不能實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)所以用下圖所示機(jī)構(gòu)就可以解決設(shè)偏心距為e，圓盤半徑r，動(dòng)量距l(xiāng)下圖為以上兩種偏心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡從圖中可以看出a曲線上升與下降是呈對(duì)稱關(guān)系，b曲線上升時(shí)間明顯比下降時(shí)的多，所以可以構(gòu)成急回運(yùn)動(dòng)下圖為以上兩種偏心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡我們可以通過(guò)作圖法與解析法求得確切的數(shù)據(jù)通過(guò)上面的計(jì)算,所以由上面的計(jì)算得L=0.06R最后來(lái)確定電風(fēng)扇的擺角：在這里我們?nèi)A盤半徑R=60mm,所以動(dòng)量矩L=3.6mm，支點(diǎn)距離l=41.23mm

改變擺角，急回系數(shù)的計(jì)算所以我們可以通過(guò)改變動(dòng)量矩和支點(diǎn)距離來(lái)改變風(fēng)扇頭的運(yùn)動(dòng)軌跡這兩個(gè)參數(shù)都可以很容易改變所以我們可以通過(guò)改變動(dòng)量矩和支點(diǎn)距離來(lái)改變風(fēng)扇頭的運(yùn)動(dòng)軌跡這兩個(gè)參數(shù)都可以很容易改變所以我們可以通過(guò)改變動(dòng)量矩和支點(diǎn)距離來(lái)改變風(fēng)扇頭的運(yùn)動(dòng)軌跡這兩個(gè)參數(shù)都可以很容易改變值得改進(jìn)的地方1.一般風(fēng)扇都是左右搖擺，在這里我們借鑒方案三的構(gòu)思，所以我們可以通過(guò)上下壁的旋轉(zhuǎn)，使凸輪旋轉(zhuǎn)中心上下運(yùn)動(dòng)，從而使風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到功能的改進(jìn)2、通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)只有二級(jí)減速則減速齒輪過(guò)大，使風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)尺寸過(guò)大，渦輪蝸桿壓力過(guò)大，這是不宜采用的，在這里我們借鑒方案一的三級(jí)減速，所以最終采用三級(jí)減速，外加一個(gè)內(nèi)嚙合齒輪下面對(duì)減速傳動(dòng)比作計(jì)算這里齒輪嚙合是內(nèi)嚙合，為了避免發(fā)生根切現(xiàn)象，齒輪最小齒數(shù)為當(dāng)、時(shí)，。為了實(shí)現(xiàn)最大傳送效率：在這里我們?nèi)?，主?dòng)齒輪，；被動(dòng)齒輪z2=60，；圓錐主動(dòng)齒輪，；圓錐被動(dòng)齒輪z4=45，m=1；蝸桿分度圓直徑取d=18，m=1，；蝸輪m=1,z6=29;則總的減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為。通過(guò)一系列的計(jì)算，最終機(jī)構(gòu)圖可以