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1、北京交通大学机械原理课程设计台式电风扇摇头装置北京交通大学机械原理课程设计组长：任思远组员：陶哲承 王宇指导老师：张英2012-5-6 台式电风扇摇头装置一、设计题目及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,.02F1051.05二、设计方案提示常见的摇头机构有杠杆式、滑板式和揿拔式等。本设计可采用平面连杆机构实现。由
2、装在电动机主轴尾部的蜗杆带动蜗轮旋转，蜗轮和小齿轮做成一体，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作为原动件，则机架、两个连架杆都作摆动，其中一个连架杆相对于机架的摆动即是摇头动作。机架可取8090mm。三、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，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，它应满足摆角及行程速比系数k。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。验算曲柄存在条件，验算最小传动角（最大压力角）；5
3、.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。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
4、，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、减速装置、轮轴转换、四连杆装置。针对这些装置我们先选用了许多种机构并经过分析组装成了四种方案，经过仔细的分析评价，最后选择了最合适的方案。目录前言 1目录 2 1.设计题目32.设计任务33.功能分解34. 机构选用 34.1减速机构选用3齿轮传动34.2传动轴线变换选用4 蜗杆蜗轮机构4 圆锥齿轮传动54.3摇头机构选用5四连杆机构5凸轮机构64.4电风扇上下仰俯机构65.机构组合方案及评价 65.1方案一6机构分解 7优点 7缺点 75.2方案二7机构分解 7优点 7缺点 75.3方案三7 机构分解 8优点8缺点85.4
5、方案四 8 机构分解9优点9缺点96.传动比设计96.1齿轮机构设计96.2蜗轮蜗杆轮系设计97.机构参数计算 107.1双摇杆机构设计 108.设计方案改进 119.最终方案设计及其参数 1210. 小结1411. 致谢15参考目录16台式电风扇摇头装置1设计题目一、设计题目及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,
6、.02F1051.052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，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，它应满足摆角及行程速比系数k。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。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
7、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，还要满足传动性能要求：表1 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
8、机构。减速机构可以选用齿轮传动、带轮传动、链轮传动等；传动轴线变换可以选用蜗杆蜗轮、锥齿轮等；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扇的左右摆动（风扇安装在连架杆上）。4.1减速机构选用 齿轮传动图1 内啮合齿轮机构图2 外啮合齿齿轮机构是最常见的减速机构，考虑到风扇头尺处的限制，我们选择了内啮合齿轮。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传动轴线变换选用 蜗杆蜗轮机构图3 蜗杆蜗轮机构图3 蜗杆蜗轮机构4.2.2 圆锥齿轮传动图4 直齿圆锥齿轮传动4.3摇头机构选用4
9、.3.1 四连杆机构图5 四杆机构4.3.2 凸轮机构图6凸轮机构四连杆机构特点：机构简单，加工方便，成本低，运动较平稳；凸轮机构制造较为困难，加工成本高，且易磨损，存在冲击，运动不平稳，产生噪音。所以我们选择舍弃凸轮机构，而选择了四连杆机构.4.4 电风扇上下仰俯机构左右摇摆发生在水平面内，而上下仰俯发生在纵向平面内，两者运动形式相同，只不过，运动平面不同，所以可以用同以机构来实现。如果左右摇摆和上下仰俯都由四连杆机构或凸轮机构来实现，那这个风扇尺寸将十分庞大，参照市场上同类台式电风扇，我们还是采用活动铰链和仰俯按钮来实现。5机构组合方案及评价5.1方案一：图7 机构组合方案一运动简图该设计
10、方案包括两台电动机作为主动件（其中风扇叶片和转盘分别由两台电动机提供动力），采用四连杆机构来实现左右摇摆以及急回运动。机构分解：风扇叶片的转动：电动机一；左右摇摆：四连杆机构和电动机二；减速机构（与转盘相连）：齿轮箱。优点：机构结构简单，叶片转动与左右摇摆机构分离，减轻了风扇头部的重量；缺点：需要两台电动机提供动力，成本高；5.2方案二：图8 机构组合方案二运动简图该设计方案采用了齿轮箱来减小输出速度，蜗轮蜗杆来实现减速和传动轴的变换即速度方向的变换。机构分解：减速：齿轮箱和蜗轮蜗杆机构；运动轴变换：蜗轮蜗杆机构；左右摇摆：平面四杆机构。优点：a主动件只用了一台电动机即用一台电动机实现风扇叶片的转动和左右摇摆；b蜗轮蜗杆传动平稳，啮合冲击小，由于蜗杆的齿数少，故单级传动可获得较大的传动比（可达1000），且结构紧凑；c有自锁现象。缺点：由于蜗杆蜗轮啮合轮齿间的相对滑动速度较大，摩擦磨损大，传动效率较低，易出现发热现象，常用较贵的减摩耐磨材料来制造蜗轮，成本较高。
