电扇装置

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1、电扇装置电扇装置1台式电风扇摇头装置的功能与设计要求 1.1 工作原理及工艺过程 1.2 功能分解 电风扇的工作原理是将电风扇的送风区域进行周期性变换，达到增大送风区域的目的。显然，为了 完成电风扇的摆头动作，需实现下列运动功能要求： （1）风扇需要按运动规律做左右摆动，因此需要设计相应的摆动机构。 （2）风扇需要转换传动轴线和改变转速，因此需要设计相应的齿轮系机构。 对这两个机构的运动功能作进一步分析，可知它们分别应该实现下列基本运动： （3）左右摆动有三个基本运动：运动轴线变换、传动比降低和周期性摆动。 （4）转换运动轴线和改变传动比有一个基本动作：运动轴线变换。 此外，还要满足传动性能要

2、求：改变电风扇的送风区域时，在急回系数 K1.02、摆动角度 =90 的要求下，尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。 运动功能图 1.3 原始数据及设计要求 1.3.1 原始数据 风扇直径为 300mm，电扇电动机转速 n=1450r/min，电扇摇头周期 T=10s。电扇摆动角度=90与急回系数 k=1.02。 1.3.2 设计要求 设计台式电风扇的摇头装置要求能按给定的急回系数和摆角左右摆动，以实现一个动力下扇叶旋转和摇头动作的 联合运动。 1.4 设计任务 第 3 页 共 12 页 江西农业大学机械原理课程设计 1按给定主要参数，拟定机械传动系统总体方案。 2画机构运动简图。 3分

3、配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定他们的基本参数，设计计算几何尺寸。 4解析法确定平面连杆机构的运动学尺寸，它应满足摆角 及形成速比系数 k。并对平面连杆机构进行运动分析， 绘制运动线图。并验算曲柄存在条件，验算最小传动角（最大压力角） 。 5提出调节摆角的结构方案，并进行分析计算。 6编写设计说明书。 7进一步完成台式电风扇摇头机构的计算机动态演示验证。 2执行机构的设计 2.1（方案） 通过构件 2 对构件 3 做相对的圆周转动使构件 3 摆动，从而实现电风扇的摇头动作，如图 1。 图 1 图 1 方案立体图 2.2（方案） 当圆柱凸轮回转时，凹槽侧面迫使构件 2 摆动，从而实现电风扇的摇头功能

4、，如图 2。 第 4 页 共 12 页 江西农业大学机械原理课程设计 图 2 2.3（方案） 当圆盘回转时，凹槽带动槽轮使导杆摆动，从而实现电风扇的摇头功能，如图 3。 图 3 第 5 页 共 12 页 江西农业大学机械原理课程设计 2.4（方案） 在曲柄 2 回转的过程中，杆 1 实现摆动，从而产生使电风扇摇头的功能，如图 4。 图 4 由以上四个方案可以看出：方案二、三、四的机构都很难难制造且精度要求高，制造成本也相对要高。传动机构 也相对比较复杂，且齿轮数目太多，制造起来麻烦。方案一结构更简单，成本相对较低。方案三和方案四相似，结构 复杂制造成本太高较二还高。因此不难看出，方案一相对较好

5、。所以摇头机构选择方案一。 3执行机构的辅助构件设计 执行机构的辅助构件设计 3.1 滑销控制机构（方案） 通过滑销和锥齿轮卡和以实现是否摇头的运动。当滑销下滑实现摇头，上提则停止摇头，如图 5。 图 5 第 6 页 共 12 页 江西农业大学机械原理课程设计 3.2 齿轮控制机构（方案） 通过两个直齿轮的啮合与否来控制是否摇头，两个齿轮啮合时电风扇摇头、不啮合时就不摇头，从而实现了是否 摇头的控制，如图 6。 图 6 4减速机构的设计 减速机构的设计 4.1 蜗杆减速机构（方案）如图 7 图 7 4.2 锥齿轮减速机构（方案）如图 8 图 8 4.3 行星轮系减速机构（方案）如图 9 第 7

6、 页 共 12 页 江西农业大学机械原理课程设计 图 9 5方案的确定 5.1 原动机的选择 笼式三相异步电动机，使用三相交流电、转速与旋转磁场转速不同，可以进行几档变速。而且笼式电动机的具有 简单、体积小、易维护、价格低、寿命长连续运动特性好、转速受负载转矩波动的影响小和硬机械特性等优点。这些 特性能够满足台式电风扇摇头装置的工作特性，所以选择笼式三相异步电动机作为原动机。 5.2 传动方案确定 综合考虑后得出以下传动方案：在电动机主轴尾部连接蜗轮蜗杆速机构以实现减速，蜗轮在与小齿轮连成一体， 小齿轮带动大齿轮，大齿轮与铰链四杆机构的连杆做成一体，并以 铰链四杆机构的连杆为原动件，则机架、两

7、个连 架杆都做摆动，其中一个连架杆相对机架的摆动即是摇头动作。扇叶直接接到原动机上，既可以实现电风扇的功能。 5.3 有关参数及相关计算 5.3.1 相关计算 725 2 r / 60 = ， 蜗杆头数 Z1=1， 蜗轮的齿数 Z2=62， 2 / T 3 Z 2 62 Z4 725 小齿轮齿数 Z3 与大齿轮齿数 Z4 的确定由 n 12 = = =62；n 34 = ；n=n12 xn34；则 n34 = 。则取 Z1 1 Z3 186 电动机转速 r=1450r/min 摇头周期 T=10s 总的传动比 n= Z3 =18；Z4 =70。 5.3.2 传动构件的尺寸确定 查阅相关资料后取

8、： 渐开线圆柱齿轮基本参数 取齿轮的齿数分别为 z3=18，z4=70。 0 模数 m=1.25，ha*=1， c*=0.25（ha*为齿顶高系数，c*为顶隙系数），压力角 =20 。 分度圆直径 d3=m z3=1.25x18=22.5（mm） ； d4=m z4=1.25x70=87.5（mm） 。 * 齿顶高 ha= ha m=m=1.25mm。 。 齿根高 hf=（ ha*+ c*）m=（1+0.25）x1.25=2.8125（mm） 齿全高 h=ha+hf=1.25+2.8125=4.0625（mm） 。 齿顶圆直径 da3= d3+2ha=22.5+2x1.25=25（mm） ；

9、da4= d4+2ha=87.5+2x1.25=90（mm） 。 第 8 页 共 12 页 江西农业大学机械原理课程设计 齿根圆直径 df3= d3-2hf=22.5-2x2.8125=16.875（mm） ； df4= d4-2 hf=87.5-2x2.8125=81.875（mm） 。 0 基圆直径 db3= d3cos=22.5xcos20 =21.14（mm） ； 0 db4= d4cos=87.5x cos20 =82.22（mm） 。 齿距 p=m=3.14x1.25=3.93（mm） 。 齿厚 s=m/2=1.96（mm） 。 齿槽宽 e=m/2=1.96（mm） 。 中心距 a

10、=（d3+ d4）/2=55mm。 顶隙 c= c*m=0.25x1.25=0.3125（mm） 。 普通圆柱蜗杆传动几何尺寸计算 查表取得：中心距 a 取 40mm，i=62，m=1，d1=18，z1=1，z2=62，x2=0.0000，=3010/47/，ha*=1， c*=0.25。 齿形角 =200（ZA 型） 。 蜗轮变为系数 x2=0.0000。 蜗杆轴向齿距 px=m=3.14mm。 蜗杆齿顶高 ha1= ha*m=1mm。 顶隙 c= c*m=0.25mm。 蜗杆齿根高 hf1=（ ha*+ c*）m=1.25mm。 蜗杆齿高 h1=ha1+hf1=2.25mm。 蜗杆齿宽 b

11、1 取 19.5mm。 蜗轮分度圆直径 d2=m z2=62mm。 蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2hf2=59.5mm。 蜗轮齿顶高 ha2=m（ha*+ x2）=1mm。 蜗轮齿根高 hf2=m（ha*- x2+ c*）=1.25mm。 蜗轮齿高 h2= ha2+hf2=2.25mm。 蜗轮齿顶圆弧半径 Ra2= d1/2-m=8mm。 蜗杆轴向齿厚 sx1= px/2=1.57mm。 蜗杆法向齿厚 sn1= sx1cos=1.568mm。 蜗杆节圆直径 d1/=d1+2x2m=18mm。 蜗轮节圆直径 d2/=d2=62mm。 6尺寸与运动综合 6.1 执行机构尺寸设计 设计与计算 （1

12、）由急回系数 K 计算极位夹角 。由式 =180 K ?1 ，其中 K=1.02；得 =1.780 K +1 （2）选定比例尺 按已知条件画出摇杆 BC 的两个极限位置 C1D 和 C2D，连 C1,C2 两点，以 C1 为直角顶做 C2C1M=90?,再做C1C2N=90?,C1M 与 C2N 交于 P 点，以 PC2 为直径做 ?C1C2P 的外接圆。在此圆上任取一点 A 作为曲柄的固定铰链中心，连接 AC1 和 AC2 因同一圆弧的圆周角相等，故C1AC2=C1PC2= ，令 AB=a,BC=b,CD=c,DA=d.则 AC1 =b-a,AC2=b+a。 第 9 页 共 12 页 江西农

13、业大学机械原理课程设计 图一（总体示意图） 图二（局部图） （3）上图四杆机构若取 AD 为机架则为曲柄摇杆机构，而电风扇的摇头四杆机构是要是双摇杆机构，所以取以 CD 为机架的倒置四杆机构。 （4）计算各杆的实际长度。分别量取图中 AB、B2C2、C1D、AD 的长度，计算得 a=?AB1=0.6?，b=?B2C2=1.94?， c=?C2D=?，d=?AD=2.02?。 （C2D=1mm） 因为本设计使用曲柄连杆机构的倒置机构（即双摇杆机构） ，所以取杆 CD 为机架。则取 d=88mm，即 ?=88 。所以： a=74.77mm，b=81.62mm，c=88mm，d=112.09。 6.

14、2 验算曲柄存在条件即最小传动角 6.2.1 曲柄存在条件 第 10 页 共 12 页 江西农业大学机械原理课程设计 （1） 由上图可知 A 为整转副， 则以 A 为圆心 a 为半径的圆上各点都能与 B 构成整转副， a+db+c ,d-ab-c 即 若 ad,由式可得：a+bc+d 或 a+cb+d，又由式可得：ab,ac,ad； 若 da,由式可得：d+ba+c,d+ca+d，又由式可得 da,db,dc。 （2）由以上各式可得曲柄存在条件：组成该转动副的两个构件中必有一个构件为最短构件，且四杆机构的长度满 足杆长之和条件。 6.2.2 最小传动角验算 cosmin=b?+c?-(d-a)

15、?/2bc= 0.906 则 min=82.46?； cosmax=b?+c?-(d+a)?/2bc=-1.428 则 max=126.34?； 则传动角 的范围为（53.66?，82.46?） ，符合 min40? 的条件。 7.系统总图 系统总图 台式电风扇摇头系统结构简图 8.总体评价 总体评价 8.1 课题总结 通过这次课程设计，让我对机械原理这门课程有了更深入的了解，对以前不熟悉的环节理解。虽然在设计的过程 中遇到了好多麻烦，但是经过自己认真的思考和查阅资料，以及和同学一起讨论最终把问题都解决了。这次设计给我 一个感受，学习的过程中要懂得把所学的东西联系起来并运用到实践中来，而不是把

16、每个章节分开来理解。通过这个 实践我学得了好多，同时认识到理论联系实际的重要性，不仅加深了我对课程的理解程度而且也激起了我学习的兴趣。 机械原理课程设计是使我们较全面系统的掌握和深化机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养我们机械运 动方案设计创新设计和应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。 经过这几天的设计，让我初步了解了机械设计的全过程，可以初步的进行机构选型组合和确定运动方案；使我将 机械原理课程各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深了所学的理论知识 ；并对动力分析与设计有了一个 第 11 页 共 12 页 江西农业大学机械原理课程设计 较完整的概念；提高了运算绘图遗迹运用计算机和技术资料的能力；培养了我们学生综合运用所学知识，理论联系实 际，独立思考与分析问题的能力和创新能力。 机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作确定、执