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1、 湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋机械工程学院 学院（系、部） 2015 2016 学年第 二 学期 课程名称 机械原理课程设计 指导教师 职称 学生姓名 专业班级 学号 144 题 目 台式电风扇摇头装置的设计 成 绩 起止日期 2016 年 6 月 13 日2016 年 6 月 17 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸3张456机 械 原 理设计说明书台式电风扇摇头装置的设计的设计 起止日期： 2016 年 6 月 13 日 至 2016 年 6 月 21 日学生姓名陈班级 学号成绩指导教师 (签字 )机械工程学院（部）机
2、械工程学院（部）2016 年年 6 月月 18 日日前言前言进入二十一世纪以来，市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格可靠、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。机械产品设计中，首要任务是进行机械运动方案的设计和构思、各种传动机构和执行机构的选用和创新设计。机械理课程设计能够培养机械类专业学生的创新能力，是学生综合应用机械原理课程所学理论知识和技能解决问题，获得工程技术训练必不可少的实践性教学环节。我们组的设计题目是台式电风扇摇头装置，通过对设计任务的讨论分析，功能上要求完成左右摇摆和上下仰俯运动。要完成这些功能需要有主动装置、
3、减速装置、轮轴转换、四连杆装置。经过仔细的分析评价，最后选择了最合适的方案。目录目录前言前言 2目录目录 3 1.设计题目设计题目42.设计任务设计任务53.功能分解功能分解54. 机构选用机构选用 64.1 减速机构选用74.2 离合器的选用84.3 摇头机构选用95.机构组合方案及评价机构组合方案及评价 106.传动比设计传动比设计116.1 铰链四杆机构设计116.2 四杆位置和尺寸的确定126.3 传动比的分配147.设计总结设计总结188.参考资料参考资料19台式电风扇摇头装置1设计要求1.1要求设计台式电风扇的摇头装置要求能左右旋转并可调节俯仰角。以实现一个动力下扇叶旋转和摇头动作
4、的联合运动效果。1.2原始数据设计台式电风扇摆头装置,风扇的直径为300mm，电扇电动机转速n=1450r/min，电扇摇头周期T=10s。电扇摆动角度与急回系数k 的设计要求及任务分配见下表。台式电风扇摆头机构设计数据表方案号电扇摆角急回系数k方案号电扇摆角急回系数kA801.01D951.025B851.015E1001.03C901,.02F1051.052 2设计任务设计任务(1).按给定主要参数，拟定机械传动系统总体方案，并在图纸上画出传动系统图；(2).画出机构运动方案简图和运动循环图；(3). 分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定它们的基本参数和几何尺寸;(4). 根据摆角及行程速比系
5、数k，确定平面连杆机构的运动学尺寸，验算曲柄存在条件和最小传动角（最大压力角）；并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。(5).提出调节摆角的结构方案，并进行分析计算；(6).编写设计计算说明书；(7).学生可进一步完成台式电风扇摇头机构的计算机动态演示验证。3 3功能分解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：.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。.风扇需要做上下俯仰，因此需要设计相应的俯仰机构。.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。此外，还
6、要满足传动性能要求：设计参数表方案号电扇摆角急回系数k方案号电扇摆角急回系数kA801.01D951.025B851.015E1001.03C901,.02F1051.054 4机构选用机构选用台式电风扇摇头机构常见的有杠杆式、滑板式等，可以将风扇的摇头动作分解为风扇左右摆动和风扇上下俯仰运动。要完成左右摆动需要完成减速、传动轴线变换、左右摆动、上下俯仰运动，可以分别选用以下机构。减速机构可以选用齿轮传动、带轮传动、链轮传动等；离合器选用滑销滑销和锥齿轮卡和等； 风扇摇摆转动可采用平面连杆实现。以双摇杆机构的连杆作为主动件（即风扇转自通过蜗杆蜗轮带动连杆传动） ，则其中一个连架杆的摆动即实现风
7、扇的左右摆动（风扇安装在连架杆上） 。4.1 减速机构选用方案一锥齿轮减速机构方案二蜗杆减速机构锥齿轮可以用来传递两相交的运动，相比蜗杆蜗轮成本较低。所以在此我们选用锥齿轮减速。蜗杆涡轮传动比大, 结构紧凑，反行程具有自锁性，传动平稳, 无噪声, 因啮合时线接触, 且具有螺旋机构的特点, 故其承载能力强，但考虑后面与离合机构的配合关系，由于蜗杆涡轮啮合齿轮间的相对滑动速度较大，摩擦磨损大，传动效率低，易出现发热现象，需要用较贵的减摩材料来制造涡轮，制造精度要求高，成本高。我们还考虑到可以用带传动和链传动来减速，但由于风扇尺寸限制均舍弃。4.2 离合器选用方案一方案二方案一主要采用的滑销上下运动
8、，使得涡轮脱离蜗杆从而实现是否摇头的运动。而方案二比方案一少用了一个齿轮，它主要采用的滑销和锥齿轮卡和从而实现是否摇头的运动，不管是从结构简便还是从经济的角度来说方案二都比方案一好，也更容易实现，所以我们选择方案二。4.3 摇头机构选用方案一四杆机构方案二凸轮机构要实现扇头的左右摇摆运动有很多种运动方式可以选择,例如我们可以选用凸轮机构,多杆机构,滑块机构齿轮机构等.但四杆机构更容易制造,制造精度要求也不是很高,并且四杆机构能实现摆幅也更广更容易实现,最重要的是它的制造成本比较低.所以首选四杆机构.从以上两个简图中我们不难看出方案二比方案一多了一个齿轮盘,所以方案一更好.5 5机构组合方案及评
9、价机构组合方案及评价机构组合方案运动简图该设计方案使用了齿轮减速箱以及平面四连杆机构来实现左右摇摆，使用了直齿圆锥齿轮来减速和实现运动轴的变换。机构分解：机构分解：减速：齿轮箱和直齿圆锥齿轮机构；运动轴变换：直齿圆锥齿轮机构；左右摇摆：平面四杆机构。优点：主动件只用一台电动机实现风扇叶片的转动和左右摇摆；缺点：一般锥齿轮传动比在 110 范围内，传动比较大时，齿轮所占的空间也较大；6 6机构的设计机构的设计6.1 铰链四杆机构的设计平面四杆机构和极限位置分析按组成它的各杆长度关系可分成两类：(1) 各杆长度满足杆长条件, 即最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。且以最短杆的对边为机
10、架, 即可得到双摇杆机构。根据低副运动的可逆性原则, 由于此时最短杆是双整转副件, 所以, 连杆与两摇杆之间的转动副仍为整转副。因此摇杆的两极限位置分别位于连杆(最短杆) 与另一摇杆的两次共线位置, 即一次为连杆与摇杆重叠共线, 如图所示 ABCD, 另一次为连杆与摇杆的拉直共线即图中所示 ABCD。 摇杆的两极限位置与曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置的确定方法相同, 很容易找到。两极限位置的确定(2) 各杆长度不满足杆长条件, 即最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之和。则无论哪个构件为机架机构均为双摇杆机构。此时, 机构中没有整转副存在, 即两摇杆与连架杆及连之间的相对转动角度都小于 360
11、6.2 四杆位置和尺寸的确定极为位夹角为 0的两极限位置根据计算,极位夹角为 180*(K-1)/(K+1)=4.39很小,视为 0, 如上图所示 BC,CD 共线, 先取摇杆 LAB 长为 70, 确定 AB 的位置,然后让摇杆 AB 顺时针旋转 105,得到 AB, 再确定机架 AD 的位置, 电扇摇摆转动方案号摆角 /（） 急回系数 K电扇仰俯转动仰角 /()F1051.0522取BAD=5（则BAD）且 LAD 取 90, 注: AD 只能在摇杆 AB, AB的同侧。 当杆 AB 处在左极限时, BC, CD 共线,利用余弦定理算得 LBC 与 LCD 之和可以得出,算得 LBC+ L
12、CD=132 当 AB 处在右极限时,即图中 AB的位置, 此时 BC, CD 重叠, 算得 LCD- LBC=25 . 由,式可得 LBC 为 53.5, LCD 为 78.5, B 点的运动轨迹为圆弧 B B, LBC+LAD=143.5=(12+0.1z2)m=21.125 蜗轮最大外圆直径 da2 da2=da2+2m=63.5蜗轮轮圆宽 b b=0.75da1=16.88（2）齿轮机构的设计根据齿轮传动比 i=5.9, 以及大小齿轮安装位置, 小齿轮的齿数小于 17, 所用齿轮齿数较少, 标准齿轮不能满足要求, 所以采用变位齿轮。齿轮机构的几何尺寸计算传动比 i i=5.9分度圆 d
13、1 d2 d1=mz1=7.5 d2=mz2=44齿顶高 ha ha1=(ha*+x2)m=0.75 ha2=(ha*+x2)m=0.25齿根高 hf hf1=(ha*+c*-x1)m=0.0425 hf2=(ha*+c*-x2)m=0.925齿高 h h1=ha1+hf1=1.175 h2=ha2+hf2=1.175齿顶圆直径 da da1=d1+2ha1=9 da2=d2+2ha2=44.5齿根圆直径 df df1=d1-2hf1=6.65 df2=d2-2hf2=42.15中心距 a a=1/2(7.5+44)=25.75基圆直径 db db1=d1 cos=7.1 db2=d2 cos=41.3齿顶圆压力角 a a1=arcos(db1/da1)=37.9 a2=arcos(db2/ba2)=21.86齿宽 b b=12m=67.7.设计总结设计总结经过几天的不断努力，我终于将机械原理课程设计做完了.看
