畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

PAGEPAGEi摘要電風(fēng)扇搖頭裝置設(shè)計(jì)是從電風(fēng)扇設(shè)計(jì)開始的，也是電風(fēng)扇設(shè)計(jì)中最重要的部分，對于電風(fēng)扇的研究，國內(nèi)外已有不少的研究成果，但在創(chuàng)新這一塊做的還不夠,還有待進(jìn)一步完善。本文首先對搖頭電風(fēng)扇的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀以及其類型和特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，然后介紹了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,提出方案擬定,并選擇最優(yōu)方案,主要是現(xiàn)有的電風(fēng)扇搖頭裝置中平面搖桿機(jī)構(gòu)，包括平面搖桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)原則；其次根據(jù)已知原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,分配傳動(dòng)比，選擇合適的機(jī)構(gòu),如蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)以及齒輪機(jī)構(gòu),根據(jù)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,再次采用圖解法,根據(jù)已知條件(極位夾角,搖桿速度等)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu),然后在Adams組建仿真機(jī)構(gòu)模型,觀察所設(shè)計(jì)的尺寸是否滿足所需的運(yùn)動(dòng)軌跡，通過圖解法研究各桿件的運(yùn)動(dòng),進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析,最后總結(jié)了電風(fēng)扇的未來展望。關(guān)鍵詞：平面搖桿機(jī)構(gòu),蝸輪蝸桿,齒輪傳動(dòng),運(yùn)動(dòng)分析,動(dòng)態(tài)演示全套圖紙加V信153893706或扣3346389411PAGE30-目錄摘要 i第一章 引言 -1-1.1電風(fēng)扇發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 -1-1.2電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)與工作原理 -1-1.2.1電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu) -1-1.2.2電風(fēng)扇工作原理 -2-第二章電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) -3-2.1電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)概述 -3-2.2電風(fēng)扇搖頭裝置設(shè)計(jì)原則[1] -3-2.3電風(fēng)扇搖頭裝置方案擬定[2] -3-2.3.1方案1(離合式搖頭機(jī)構(gòu)) -3-2.3.2方案2(锨撥式搖頭機(jī)構(gòu)) -4-2.3.3方案3(平面連桿搖頭機(jī)構(gòu))[3] -5-2.3.4方案Ⅳ(另一種平面連桿搖頭機(jī)構(gòu))[4] -5-2.3.5對比分析選擇方案 -6-2.4功能分解 -6-3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) -8-3.1.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成和基本形式 -8-3.1.2平面雙搖桿機(jī)構(gòu)的分類和極限位置分析 -8-3.1.3四桿位置和尺寸的確定 -9-3.2傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) -10-3.2.1傳動(dòng)比的分配 -10-3.2.2蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu) -10-3.3.2蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算 -11-3.3.3齒輪機(jī)構(gòu)選用原則 -12-3.3.4齒輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算 -12-第四章平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 -13-4.1概述 -13-4.2平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 -13-4.3位置分析 -13-第五章機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的總體分析 -15-5.1Solidworks計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示 -15-5.2基于ANSYS的受力分析 -16-5.2.1ANSYSworkbench主要分析步驟 -17-5.2.2分析過程 -18-5.3基于ANSYS的模態(tài)分析 -20-5.3.1模態(tài)分析基本理論 -20-5.3.2分析過程 -21-5.4基于ADAMS的運(yùn)動(dòng)分析 -22-5.4.1前處理設(shè)置定義 -22-5.4.2結(jié)果分析 -24-第六章總結(jié)與展望 -26-參考文獻(xiàn) -27-致謝 -28-引言1.1電風(fēng)扇發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望近年來，相較人們對空調(diào)的普遍關(guān)注，電風(fēng)扇市場就有點(diǎn)門庭冷落。但空調(diào)高耗電量且封閉空間的弊端，使得通風(fēng)效果相對較好、功耗相對較低的電風(fēng)扇仍然存在很大的市場。所以有必要研究電風(fēng)扇的發(fā)展。電風(fēng)扇又稱電扇，用于散熱，夏天用它來清涼為好,還可用來驅(qū)散室內(nèi)熱氣。1882年，美國紐約的克羅卡日卡齊斯發(fā)動(dòng)機(jī)廠的主任技師休伊斯卡茨霍伊拉，最早發(fā)明了商品化的電風(fēng)扇。1908年，美國的?？税l(fā)動(dòng)機(jī)及電氣公司，研制成功世界上最早的齒輪驅(qū)動(dòng)左右搖頭的電風(fēng)扇,這種電風(fēng)扇防止了不必要的三百六十度轉(zhuǎn)頭送風(fēng)，而成為以后銷售的主流。如今，電風(fēng)扇已一改人們印象中的傳統(tǒng)形象，在外觀和功能上都更追求個(gè)性化，塔式氣流扇尊貴典雅，卡通臺(tái)扇嬌巧可愛，而電腦控制、自然風(fēng)、睡眠風(fēng)、負(fù)離子功能等這些本屬于空調(diào)器的功能，也被眾多的電風(fēng)扇廠家拿來做文章，并在此基礎(chǔ)上增加了照明、驅(qū)蚊等更多的實(shí)用功能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，市場成熟度頗高的電風(fēng)扇行業(yè)在國內(nèi)仍然存在著相當(dāng)大的市場容量，但由于這個(gè)行業(yè)技術(shù)比較陳舊，外觀固定單一，市場上常見的落地扇、轉(zhuǎn)頁扇、臺(tái)扇、壁扇、樓頂扇、吊扇這幾個(gè)傳統(tǒng)類型電風(fēng)扇的外觀和功能的同質(zhì)化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，嚴(yán)重影響和制約了這個(gè)市場的發(fā)展和提升。但近年來一些主流企業(yè)開始有所覺察，他們通過積極創(chuàng)新，突破老式的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，紛紛開發(fā)出了一系列更富創(chuàng)新力，更具差異化個(gè)性的新產(chǎn)品，以求繼續(xù)做大蛋糕和進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)。1.2電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)與工作原理1.2.1電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)如圖1.1所示,臺(tái)扇由扇葉、網(wǎng)罩、扇頭、調(diào)速機(jī)構(gòu)、底座等部分組成,扇頭是臺(tái)扇中最復(fù)雜、最重要的部件，由電動(dòng)機(jī)、前后端蓋及搖頭機(jī)構(gòu)等構(gòu)成,而吊扇主要由扇頭、上下罩、吊桿、吊攀以及獨(dú)立安裝的調(diào)速器組成。轉(zhuǎn)頁扇由于導(dǎo)風(fēng)輪的作用，使其送出的風(fēng)風(fēng)力柔和，舒適宜人。圖1.1臺(tái)扇的基本結(jié)構(gòu)1.2.2電風(fēng)扇工作原理電風(fēng)扇工作時(shí)（假設(shè)房間與外界沒有熱傳遞）室內(nèi)的溫度不僅沒有降低，反而會(huì)升高。讓我們一塊來分析一下溫度升高的原因：電風(fēng)扇工作時(shí)，由于有電流通過電風(fēng)扇的線圈，導(dǎo)線是有電阻的，所以會(huì)不可避免的產(chǎn)生熱量向外放熱，故溫度會(huì)升高人體的體表有大量的汗液，當(dāng)電風(fēng)扇工作起來以后，室內(nèi)的空氣會(huì)流動(dòng)起來，所以就能夠促進(jìn)汗液的急速蒸發(fā)，結(jié)合“蒸發(fā)需要吸收大量的熱量”，故人們會(huì)感覺到?jīng)鏊?。風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扇葉后面空氣的流速要慢于扇葉前面空氣的流速，這樣后面空氣的壓力就比前面的大，這個(gè)壓力差，就推動(dòng)空氣向前，形成風(fēng)了。

第二章電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.1電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)概述搖頭機(jī)構(gòu)由減速機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)與過載保護(hù)裝置組成，形式有兩種:離合式與撥式。隨著時(shí)代的發(fā)展,電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)也不僅僅限于這些,例如就有一種電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)，包括電動(dòng)機(jī)、齒箱總成、搖頭連桿，電動(dòng)機(jī)及齒箱總成安裝在Ｙ型支架上，Ｙ型支架固定在連接頭上，其中搖頭連桿一端與Ｙ型支架連接，另一端通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與齒箱總成連接。所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是受齒箱總成控制的做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的上下曲柄蓋，曲柄蓋與連桿配合推動(dòng)電風(fēng)扇做復(fù)合搖頭運(yùn)動(dòng)。由于采用機(jī)械式傳動(dòng)取代了同步電機(jī)，使性能更穩(wěn)定、質(zhì)量更可靠，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。還有一種可調(diào)搖頭角度的電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu),包括連于連桿一端的搖臂輪，以及活動(dòng)連于撥輪墊孔內(nèi)的中心軸,實(shí)現(xiàn)了電風(fēng)扇搖頭擺動(dòng)角度的方便調(diào)整且結(jié)構(gòu)緊湊，適用于室內(nèi)放置電風(fēng)扇不同的位置要求，提高了電風(fēng)扇的使用效率。所以電風(fēng)扇搖頭裝置多種多樣,而且是在不斷創(chuàng)新的。2.2電風(fēng)扇搖頭裝置設(shè)計(jì)原則[1]1)各構(gòu)件應(yīng)最簡化,使電風(fēng)扇尾部裝在小的殼體中;2)各構(gòu)件之間安排合理的位置,以免相互干擾;3)搖頭應(yīng)平穩(wěn);4)發(fā)動(dòng)機(jī)也應(yīng)跟隨搖頭裝置搖擺;5)應(yīng)使整體結(jié)構(gòu)美觀;6)自動(dòng)擺頭、送風(fēng)角度可調(diào);7)噪音低、可定時(shí)。2.3電風(fēng)扇搖頭裝置方案擬定[2]考慮到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度較低和電動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，選用同步轉(zhuǎn)速為1450r/min的電動(dòng)機(jī)。臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭裝置的主要機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)?？梢杂卸喾N多樣的設(shè)計(jì)方案，圖2.1—2.4給出了四種可用于搖頭裝置運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案。2.3.1方案1(離合式搖頭機(jī)構(gòu))該方案如圖所示圖2.1離合式搖頭機(jī)構(gòu)該方案(見圖2.1)主要特點(diǎn)：（1）是離合式搖頭機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單;（2）不具有急回作用;（3）不能承載較大載荷;（4）嚙合軸做變速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，特別在空行程中，角速度有較劇烈的變化，使搖頭直齒輪受到很大的慣性沖擊和震動(dòng)。2.3.2方案2(锨撥式搖頭機(jī)構(gòu))該方案(見圖2.2)主要特點(diǎn)：（1）是锨撥式機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較前述方案簡單;（2）不具有急回作用;（3）不能承載較大載荷。圖2.2锨撥式搖頭機(jī)構(gòu)2.3.3方案3(平面連桿搖頭機(jī)構(gòu))[3]圖2.3平面四桿搖頭機(jī)構(gòu)圖2.3所示為電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)原理，電動(dòng)機(jī)外殼作為其中的一根搖桿AB，蝸輪作為連桿BC，構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)ABCD。蝸桿隨扇葉同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)BC作為主動(dòng)件繞C點(diǎn)擺動(dòng)，使搖桿AB帶電動(dòng)機(jī)及扇葉一起擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)扇葉和搖頭機(jī)構(gòu)。該方案主要特點(diǎn)：（1）是一種平面連桿機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡單，加工方便，能承受較大載荷;（2）有渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)性平穩(wěn)，無噪聲，反形成具有自鎖性，但傳動(dòng)效率低，磨損較嚴(yán)重，蝸桿軸向力大;（3）工作行程中，能使搖頭裝置控制符合要求。2.3.4方案Ⅳ(另一種平面連桿搖頭機(jī)構(gòu))[4]圖2.4平面四桿搖頭機(jī)構(gòu)如圖2.4所示上面一種搖頭機(jī)構(gòu)方案和傳動(dòng)比的大小，方案Ⅳ應(yīng)用在傳動(dòng)比大的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。由已知條件和運(yùn)動(dòng)要求進(jìn)行四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸綜合，計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等，繪出機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)中，電機(jī)裝在搖桿1上，鉸鏈B處裝有一個(gè)蝸輪。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)軸上的蝸桿帶動(dòng)蝸輪,蝸輪與小齒輪空套在同一根軸上,再由小齒輪帶動(dòng)大齒輪,而大齒輪固定在連桿上,從而迫使連桿2繞B點(diǎn)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，使連架桿1和3作往復(fù)擺動(dòng)，達(dá)到風(fēng)扇搖頭的目的.它具有方案Ⅲ的特點(diǎn)。2.3.5對比分析選擇方案根據(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》中的表2.1與表2.2的設(shè)計(jì)目錄，分別選擇相應(yīng)的機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。由于要實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比，且受到電風(fēng)扇機(jī)殼體積大小的限制，結(jié)合《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》第155頁的附錄2，減速機(jī)構(gòu)可選用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)與直齒圓柱齒輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)。對以上四種方案進(jìn)行比較,綜合其優(yōu)缺點(diǎn),本次設(shè)計(jì)選用方案Ⅳ,原因如下:采用平面連桿機(jī)構(gòu),使結(jié)構(gòu)簡單;2)有蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)性平穩(wěn)，無噪聲，反形成具有自鎖性，但傳動(dòng)效率低，磨損較嚴(yán)重，蝸桿軸向力大;3)齒輪的應(yīng)用使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比減小;4）整個(gè)機(jī)構(gòu)簡單，加工方便，節(jié)省成本。2.4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：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)。還要滿足傳動(dòng)性能要求，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)。改變電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域時(shí)，在急回系數(shù)K＝1.01、擺動(dòng)角度Ψ=80°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)循環(huán)圖如下:圖SEQ圖\*ARABIC1運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖

第三章

機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.1.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成和基本形式如圖3.1所示，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是由轉(zhuǎn)動(dòng)副將各構(gòu)件的頭尾聯(lián)接起的封閉四桿系統(tǒng)，并使其中一個(gè)構(gòu)件固定而組成。被固定件4稱為機(jī)架，與機(jī)架直接鉸接的兩個(gè)構(gòu)件1和3稱為連架桿，不直接與機(jī)架鉸接的構(gòu)件2稱為連桿。連架桿如果能作整圈運(yùn)動(dòng)就稱為曲柄，否則就稱為搖桿。其類型可分為:圖3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu):在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,若兩個(gè)連架桿中的一個(gè)為曲柄,另一個(gè)為搖桿,則稱之為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。2)雙曲柄機(jī)構(gòu):在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,若兩個(gè)連架桿均為曲柄,則稱為雙曲柄機(jī)構(gòu).當(dāng)兩曲柄的長度相等且平行(即其他兩桿的長度也相等)時(shí),稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu).若雙曲柄機(jī)構(gòu)的對邊桿長都相等,但不平行,則稱為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。3)雙搖桿機(jī)構(gòu):在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,若兩個(gè)連架桿均為搖桿,則稱之為雙搖桿機(jī)構(gòu)，其中在電風(fēng)扇搖頭裝置中用到了雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.1.2平面雙搖桿機(jī)構(gòu)的分類和極限位置分析按組成它的各桿長度關(guān)系可分成兩類，第一類是符合曲柄存在條件,即符合格拉肖夫準(zhǔn)則的四桿運(yùn)動(dòng)鏈,而以其最短桿對邊的桿為機(jī)架組成的雙搖桿機(jī)構(gòu)。第二類是不符合曲柄存在條件,即最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和的四桿運(yùn)動(dòng)鏈,以其任意一桿為機(jī)架構(gòu)成的雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中常見的形式之一,在機(jī)械中有特殊曲柄存在的條件,機(jī)構(gòu)若成為雙搖桿機(jī)構(gòu),可通過兩種途徑來實(shí)現(xiàn):(1)各桿長度滿足肖夫判別式,即最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。且以最短桿的對邊為機(jī)架,即可得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)低副運(yùn)動(dòng)的可逆性原則,由于此時(shí)最短桿是雙整轉(zhuǎn)副件,所以,連桿與兩搖桿之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副仍為整轉(zhuǎn)副。因此搖桿的兩極限位置分別位于連桿(最短桿)與另一搖桿的兩次共線位置,即一次為連桿與搖桿重疊共線,如圖3.2所示AB′C′D,另一次為連桿與搖桿的拉直共線即圖中所示ABCD。搖桿的兩極限位置與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿的極限位置的確定方法相同,很容易找到。圖3.2兩極限位置的確定(2)各桿長度不滿足格拉肖夫判別式,即最短桿與最長桿長度之和大于其它兩桿長度之和。則無論哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。此時(shí),機(jī)構(gòu)中沒有整轉(zhuǎn)副存在,即兩搖桿與連架桿及連之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)角度都小于360°。3.1.3四桿位置和尺寸的確定圖3.3極為位夾角為0°的兩極限位置由電扇電動(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=80o與急回系數(shù)k=1.01的設(shè)計(jì)要求,可知,急位夾角為180°*(K-1)/(K+1)=0.9°很小,視為0°,如圖3.3所示BC,CD共線,先取搖桿LAB長為260,確定AB的位置,然后讓搖桿AB逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)80°,即A′B′,再確定機(jī)架AD的位置,且LAD取90,注:AD只能在搖桿AB,A′B′的同側(cè)。當(dāng)桿AB處在左極限時(shí),BC,CD共線,LBC與LCD之和可以得出,即LBC+LCD=309.1①當(dāng)AB處在右極限時(shí),即圖中A′B′的位置,此時(shí)BC,CD重疊,即LC′D′-LB′C′=263②,由①,②式可得LBC為23,LCD為286.1,B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧BB′.LBC+LcD=305.25<LAD+LAB=306滿足格拉肖夫判別式,且取最短桿BC的對邊AD為機(jī)架,符合第一類平面雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.2傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)3.2.1傳動(dòng)比的分配電風(fēng)扇的電動(dòng)機(jī)大多數(shù)采用電容運(yùn)轉(zhuǎn)式交流單相異步電動(dòng)機(jī)，主要由定子、轉(zhuǎn)子、蓋等組成。其設(shè)計(jì)規(guī)定轉(zhuǎn)速n=1450r/min,搖頭周期T=10s，可得減速機(jī)構(gòu)采用二級(jí)轉(zhuǎn)速，由此可以把傳動(dòng)比分配給蝸輪蝸桿與齒輪傳動(dòng),其中,第一級(jí)蝸渦輪蝸桿的傳動(dòng)比i1=w1/w2=75，第二級(jí)齒輪的傳動(dòng)比i2=w2/w3=3.2.2蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)又稱蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu),由蝸桿及蝸輪組成,主要用于傳遞兩交錯(cuò)軸間的傳動(dòng)及動(dòng)力的空間嚙合傳動(dòng)裝置,通常兩軸的交錯(cuò)角為90°。蝸桿是具有梯形螺紋或接近梯形螺紋的螺桿,而蝸輪則是開式螺母,所以蝸桿傳動(dòng)可以看成為螺桿螺母的傳動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)具有以下特點(diǎn):1)傳動(dòng)比大,結(jié)構(gòu)緊湊.一般可實(shí)現(xiàn)i12=10~100;2)傳動(dòng)平穩(wěn),無噪聲,其承載能力強(qiáng);3)反行程具有自鎖性.4)傳動(dòng)效率較低,磨損較嚴(yán)重。3.3.2蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算蝸桿軸向模數(shù)（蝸輪端面模數(shù)）mm=2傳動(dòng)比ii=75蝸桿頭數(shù)z1z1=1蝸輪齒數(shù)z2z2=iz1=75蝸桿直徑系數(shù)（蝸桿特性系數(shù)）qq=d1/m=9中心距aa=(d1+d2)/2=84蝸桿分度圓導(dǎo)程角γγ=arctan（z1/q）=mz1/d1=6.34°蝸桿節(jié)圓柱導(dǎo)程角γ′γ′=arctan（z1/(q+2x2)）=20.94°蝸桿軸向齒形角αα=20°（阿基米德圓柱蝸桿）蝸桿(輪)法向齒形角αntanαn=tanαcosγ=0.363頂隙cc=c*m=0.2×2=0.4蝸桿蝸輪齒頂高h(yuǎn)a1ha2ha1=ha2=ha*m=1/2(da1-d1)=1×2=2(一般ha*=1)蝸桿蝸輪齒根高h(yuǎn)f1hf2hf1=hf2=(ha*+c*)m=1/2(d1-df1)蝸桿蝸輪分度圓直徑d1d2d1=qm=9×2=18d2=mz2=150蝸桿蝸輪節(jié)圓直徑d1′d2′d1′=q+m=18d2′=150蝸桿、齒頂圓直徑da1蝸輪喉圓直徑da2da1=d1+2ha1=22da2=d2+2ha2=154蝸桿蝸輪齒根圓直徑df1df2df1=d1-2hf1=13df2=d2-2hf2=145蝸桿軸向齒距pxpx=m=6.283蝸桿軸向齒厚sxsx=0.5m=3.1415蝸桿分度圓法向旋齒高h(yuǎn)n1hn1=m=2蝸輪最大外圓直徑da2da2<=da2+1.5m=157蝸輪齒寬bb=0.75da1=15.43.3.3齒輪機(jī)構(gòu)選用原則齒輪傳動(dòng)與其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比,有以下優(yōu)點(diǎn):傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠,傳遞的圓周速度范圍較大;傳遞功率范圍可從幾瓦到十萬千瓦;使用效率高,壽命長,結(jié)構(gòu)緊湊;可傳遞在空間任意配置的兩軸之間的傳動(dòng)。根據(jù)齒輪傳動(dòng)比i=,以及大小齒輪安裝位置,小齒輪的齒數(shù)小于17容易發(fā)生根切，所以選擇小齒輪齒數(shù)為18.3.3.4齒輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算分度圓d1d2d1=mz1=36d2=mz2=116齒頂高h(yuǎn)aha1=ha2==ha*m=2齒根高h(yuǎn)fhf1=hf2=(ha*+c*)m=2.5齒高h(yuǎn)h1=h2==ha1+hf1=4.5齒頂圓直徑dada1=d1+2ha1=40da2=d2+2ha2=120齒根圓直徑dfdf1=d1-2hf1=31df2=d2-2hf2=111中心距aa=1/2(36+116)=76基圓直徑dbdb1=d1cosα=33.8db2=d2cosα=109齒寬bb1=15mb2=18m

第四章平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析4.1概述機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析是不考慮引起機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的外力的影響,而僅從幾何角度出發(fā),根據(jù)已知的原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,確定機(jī)構(gòu)其他構(gòu)件上各點(diǎn)的位移(軌跡)、速度和加速度,或構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。無論是分析研究現(xiàn)有機(jī)械的工作性能,還是優(yōu)化綜合新機(jī)械,機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析都是十分重要的。4.2平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的方法主要有圖解法和解析法。圖解法概念清晰、形象直觀。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)技術(shù)和數(shù)值方法的發(fā)展,不僅解析運(yùn)算冗繁的困難得以解決,而且采用電算解析法體現(xiàn)出運(yùn)算速度快,計(jì)算精度高的顯著優(yōu)勢。同時(shí)經(jīng)過減速后構(gòu)件2連桿的速度也是定值確定四根桿長之后,可知VAB=WABLAB=(80°/180)*260=363mm/s,可得構(gòu)件2頂點(diǎn)C的速度由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的，可得出渦輪的轉(zhuǎn)速也是恒定的，故構(gòu)件2的上B點(diǎn)的角加速度，故桿2上頂點(diǎn)c的切向加速度為0，只有法向加速度：4.3位置分析由于主動(dòng)桿件是連桿,所以本文從圖解法考慮,主動(dòng)桿2從極限位置如圖4.1所示開始,順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°,到達(dá)圖4.2位置,依次下去,分析如下:圖4.1運(yùn)動(dòng)分析的BC起始位置1如上圖所示,AB處在左極限位置,可以得到搖桿AB與機(jī)架AD夾角約為130°,用瞬心法求得WAB1/WBC=P12P42/P41P12=0Rad/s(P12與P42重疊)。圖4.2BC順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后的位置2(如上圖所示,BC逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°,可以得到搖桿AB與機(jī)架AD夾角為39.5°,用瞬心法求解得,WAB/WBC=P12P42/P41P12=333.2/260，由上面可知WBC=0.628Rad/s,所以求得,WAB=0.8Rad/s。此時(shí)角加速度第五章機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的總體分析5.1Solidworks計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示首先，畫出各個(gè)機(jī)構(gòu)的零件，其次，將零件組裝，再給各個(gè)機(jī)構(gòu)仿真。1）建立四桿機(jī)構(gòu)的仿真如圖5.1所示，四桿機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)搖頭的關(guān)鍵。同時(shí)為了齒輪、蝸輪蝸桿等的傳動(dòng)布置以及風(fēng)扇等結(jié)構(gòu)，將四缸機(jī)構(gòu)制作成如下機(jī)架。圖5.1四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真2）建立減速機(jī)構(gòu)的仿真如圖5.2所示，減速機(jī)構(gòu)包括蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，齒輪機(jī)構(gòu)。圖5.2減速機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真通過Solidworks將以上的各個(gè)運(yùn)動(dòng)副總體運(yùn)動(dòng)仿真，下面應(yīng)用FLASH演示臺(tái)式電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)。制作運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的各個(gè)元件，具體運(yùn)動(dòng)情況可觀看Solidworks的仿真，通過對蝸桿軸施加旋轉(zhuǎn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，觀察其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。按照臺(tái)式電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)各個(gè)狀態(tài)，各元件的不同位置擺放。圖5.9運(yùn)動(dòng)的幾種狀態(tài)如上為風(fēng)扇搖頭的左右極限位置模擬，看見三維效果比較好，適用于立體機(jī)構(gòu)的仿真。5.2基于ANSYS的受力分析由于風(fēng)扇的支架承受大部分零件、傳動(dòng)系統(tǒng)的重量，所以其承受能力是非常重要進(jìn)行考慮的，否則支架容易發(fā)生磨損、坍塌等現(xiàn)象。利用solidworks軟件將材料設(shè)定為普通碳鋼，將機(jī)架部分進(jìn)行壓縮，初步估算零部件的總體重量。整體重量約9.5千克，考慮其受力不均的影響，將其認(rèn)為為15千克力加載在支架上。通過將模型轉(zhuǎn)成x_t格式文檔，導(dǎo)入ansys軟件中。5.2.1ANSYSworkbench主要分析步驟定義幾何模型在有限元分析中，有兩種方法可以建立幾何模型。一種是在其他軟件中建立所需的三維模型，然后將其轉(zhuǎn)換為x-t格式，并導(dǎo)入相應(yīng)ANSYSworkbench的仿真模塊進(jìn)行有限元分析；二是直接建立ansysworkbench軟件所需的仿真模型。兩種方法都能滿足用戶的需求，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。網(wǎng)格單元?jiǎng)澐诌M(jìn)行ANSYSworkbench有限元仿真時(shí)，需要對仿真的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的網(wǎng)格單元?jiǎng)澐郑员ＷC仿真結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。比較常用的劃分網(wǎng)格單元的方法有兩種形式，一是選擇自動(dòng)劃分的方法，此時(shí)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入模型的尺寸和配合形式進(jìn)行合理的自動(dòng)劃分，用戶不用考慮不同零部件的單獨(dú)劃分；第二，選擇不同形態(tài)的網(wǎng)格單元。例如四邊形單元、六邊形單元、多邊形單元等，根據(jù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和協(xié)作關(guān)系，不同部分的單元?jiǎng)澐植煌?。施加邊界條件ANSYSworkbench在完成網(wǎng)格劃分后需要對模型施加邊界條件，以確保仿真結(jié)構(gòu)是最真實(shí)的模擬其所承受的工況條件，主要的邊界條件包括力、載荷、加速度、約束等等，這也是為后續(xù)求解奠定了基礎(chǔ)。求解求解是有限元仿真的最后一步，也是至關(guān)重要的一步，通過設(shè)置需要仿真的參數(shù)可以得到相應(yīng)的仿真結(jié)果，主要仿真參數(shù)包括整體變形、應(yīng)力、應(yīng)變、安全系數(shù)等等，用戶可以直觀的看到模型在不同工況條件下的仿真分析結(jié)果。在有限元分析中，在其他軟件中建立所需的三維模型，然后將其轉(zhuǎn)換為x-t格式，并導(dǎo)入相應(yīng)ANSYSworkbench的仿真模塊進(jìn)行有限元分析.5.2.2分析過程支架的材料設(shè)置為45鋼，材料的彈性模量、泊松比和密度如表5.1所示。表5.1鋼軌材料屬性參數(shù)材料彈性模量泊松比密度45209GPa0.2697890kg/m3網(wǎng)格單元?jiǎng)澐?。設(shè)置好支架材料后，雙擊主界面Geometry，然后點(diǎn)擊Generate按鈕，可以看到導(dǎo)入進(jìn)去的支架模型，如圖所示。雙擊主界面Modal，設(shè)置支架的網(wǎng)格劃分方法為自動(dòng)劃分，網(wǎng)格單元的大小設(shè)置為默認(rèn)尺寸，相關(guān)度設(shè)置為100。網(wǎng)格劃分的單元個(gè)數(shù)為5527，節(jié)點(diǎn)數(shù)為10762，支架網(wǎng)格劃分結(jié)構(gòu)如圖4-3所示。對底面施加固定約束，對頂部支架的機(jī)架板和孔壁分別施加150N的載荷大小，后處理結(jié)果。對支架的機(jī)架板結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元靜力分析，得到支架的整體變形、應(yīng)力，其仿真結(jié)果如下所示。頂板施加載荷由圖可知，支架的最大應(yīng)力發(fā)生在頂部橫梁的位置，其最大應(yīng)力為28.8MPa，因?yàn)檫x擇的材料是45強(qiáng)，所以根據(jù)數(shù)據(jù)，45強(qiáng)的最小屈服應(yīng)力是355MPa。28.8MPa<355MPa，最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力，支架設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，如圖所示，支架最大變形發(fā)生在頭部（受力處），支架中間部分變形幾乎相同，其最大變形均為0.06mm，變形量相對于支架本身的尺寸可以忽略不計(jì)。因此，支架強(qiáng)度和剛度符合設(shè)計(jì)要求。支架變形位移分析結(jié)果支架應(yīng)力分析結(jié)果孔壁施加載荷由圖可知，支架的最大應(yīng)力發(fā)生在頂部橫梁與孔壁頭部的位置，其最大應(yīng)力為68.764MPa，因?yàn)檫x擇的材料是45強(qiáng)，所以根據(jù)數(shù)據(jù)，45強(qiáng)的最小屈服應(yīng)力是355MPa。68.764MPa<355MPa，最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于屈服應(yīng)力，支架設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，如圖所示，支架最大變形發(fā)生在頭部（受力處），支架中間部分變形幾乎相同，其最大變形均為0.1693mm，變形量相對于支架本身的尺寸可以忽略不計(jì)。因此，支架強(qiáng)度和剛度符合設(shè)計(jì)要求。支架變形位移分析結(jié)果支架應(yīng)力分析結(jié)果5.3基于ANSYS的模態(tài)分析5.3.1模態(tài)分析基本理論（1）模態(tài)分析理論根據(jù)振動(dòng)理論，多自由度系統(tǒng)將一定固有頻率振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)形式稱為模態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)各點(diǎn)的位置具有一定的比例關(guān)系，稱之為固有振動(dòng)模式，無論使用何種阻尼，機(jī)械結(jié)構(gòu)的對外力響應(yīng)都是固有頻率的響應(yīng)。由有頻率、阻尼比和振型等模式參數(shù)組成各階模式。模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性設(shè)計(jì)的核心，它主要適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的多自由度系統(tǒng)，也是結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究的重要分析方法，其核心內(nèi)容是固有頻率，確定阻尼比和振型等模態(tài)參數(shù)來描述結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特性，了解結(jié)構(gòu)固有頻率，在設(shè)計(jì)和改進(jìn)過程中可以發(fā)生共振，同時(shí)可以得到彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的分布情況。構(gòu)架模態(tài)分析的意義為了使與結(jié)構(gòu)連接的零件正常工作，結(jié)構(gòu)必須具有一定的剛度。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)與彈簧裝置的強(qiáng)度結(jié)合考慮，以獲得良好的驅(qū)動(dòng)性能。在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析中，一般通過模態(tài)分析來研究結(jié)構(gòu)的剛度，結(jié)構(gòu)的模態(tài)計(jì)算為新型軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和改造提供了非常重要的理論依據(jù)。通過模態(tài)分析可以測試實(shí)際頻率，比較和診斷結(jié)構(gòu)的故障和風(fēng)險(xiǎn)。固有頻率是系統(tǒng)的固有特性，它只涉及系統(tǒng)本身的質(zhì)量和剛度。系統(tǒng)的慣性力和阻尼力與模態(tài)分析的動(dòng)力學(xué)方程密切相關(guān)。平衡方程如下。（5-1）式中:——結(jié)構(gòu)質(zhì)量陣；——結(jié)構(gòu)阻尼陣；——結(jié)構(gòu)剛度陣；——結(jié)構(gòu)的載量；——加速度列量；——速度列變量；——位移列變量。模態(tài)分析的基本步驟如下：（1）建立有限元模型；（2）定義邊界條件并施加載荷；（3）進(jìn)行設(shè)置，擴(kuò)展模態(tài)并求解；（4）觀察結(jié)果和后處理。模式分析的典型定義是將線性定常系統(tǒng)振動(dòng)微分方程中的物理坐標(biāo)變換為模態(tài)坐標(biāo)，并將形成模態(tài)坐標(biāo)和模態(tài)參數(shù)描述的獨(dú)立方程，從而獲得系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，坐標(biāo)變換的轉(zhuǎn)換矩陣是模態(tài)矩陣，每列是模態(tài)陣型。5.3.2分析過程本章主要是對風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，以此來驗(yàn)證搖頭機(jī)構(gòu)在正常工作過程中具有較好的振動(dòng)特性，不會(huì)發(fā)生共振的現(xiàn)象，搖頭機(jī)構(gòu)的六階模態(tài)分析結(jié)果如圖所示。（a）第一階振型（b)第二階振型(c)第三階振型(d)第四階振型(e)第五階振型(f)第六階振型通過六階模態(tài)分析完成了風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)的有限元模態(tài)分析，得出風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)的一階固有頻率為390.14hz，其工作頻率與固有頻率相差甚遠(yuǎn)。因此，風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)在工作過程中不會(huì)產(chǎn)生共振，證明了設(shè)計(jì)的合理性。5.4基于ADAMS的運(yùn)動(dòng)分析5.4.1前處理設(shè)置定義將三維模型存為x_t格式存入Adams中，由提前定義好的裝配關(guān)系，約束條件同樣也會(huì)存入Adams中，方便進(jìn)行編輯。首先通過布爾操作將零件進(jìn)行處理、刪除、更名等，然后以中間支架作為承載齒輪副共同速度標(biāo)記點(diǎn)的載體，分別施加其與蝸桿、渦輪、大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)副，同時(shí)對于連桿機(jī)構(gòu)施加底部支架與中間支架、搖桿及搖桿與連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)副，對于支架施加固定副使其充當(dāng)大地，然后對其中零件具有共同轉(zhuǎn)動(dòng)的（通過鍵、過盈配合連接的零件）施加固定副，完成對風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的設(shè)置。如下：對于蝸桿軸施加轉(zhuǎn)速為1450r/min的勻速驅(qū)動(dòng)，將其轉(zhuǎn)為角速度的大小，即303.6°/s，然后以兩個(gè)周期20s進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真：通過ADAMS的后處理分析，可以通過在指定點(diǎn)施加指定形式的測量可得，根據(jù)前文的研究，建立本文的機(jī)構(gòu)原理簡圖：5.4.2結(jié)果分析首先觀察風(fēng)扇中心點(diǎn)的位移變化與角速度，中心點(diǎn)的位置控制在3mm之內(nèi)，隨著一個(gè)搖頭周期，呈現(xiàn)兩次上升兩次下降的趨勢，同時(shí)可見中心點(diǎn)的角速度大小約在5.3rad/s左右上下波動(dòng)，隨著風(fēng)扇從右極限位置轉(zhuǎn)動(dòng)到左極限位置，角速度先下降后上升然后再下降，同時(shí)隨搖頭運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)周期性變化。位移變化曲線