《台式电风扇摇头机构设计机械原理课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《台式电风扇摇头机构设计机械原理课程设计（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机械原理课程设计说明书设计课题 台式电风扇摇头机构设计学 院 机械工程学院专 业 机械设计制造及其自动化班 级 09级机自3班设计人员 徐江海 学号 090101010065郭志远 学号 090101010077刘 欢 学号 090101010083侯江麟 学号 090101010082崔明阳 学号 090101010072 指导教师 郑丽娟 完成日期 2 0 1 1 年 7 月 8 日1.摘要2.机构设计任务书 2.1 设计目的 2.2 课程题目 2.3 工作原理 2.4 设计要求 2.5 设计背景3.机构方案设计 3.1思路来源 3.2思路流程 3.3方案选择与比较 3.3.1方案选择 3
2、.3.2 方案综合分析 3.3.3主方案分析4.典型机构的设计和运动分析 4.1轮系设计及分析4.2移动从动件圆柱凸轮机构设计理论廓线设计4.3 设计注意要求5.动力分析5.1传动比计算 5.1.1 总传动比计算 5.2.2分配各级传动比5.2传动参数的计算5.2.1各零件转速的计算 5.2.2各零件功率的计算 5.2.3各零件输入转矩的计算 5.2.4各构件的传动参数汇总5.3齿条、齿轮传动 5.4蜗杆上任一点（扇叶安装位置）运动分析：6.心得体会7.参考文献8.附件 1. 摘要机械原理课程设计旨在让我们在掌握一定理论知识之后，对现实的机械产品进行分析与设计，为了更好地将机械原理课程的理论与
3、实际想结合，我们组设计的研究课题是台式电风扇的摇头机构。此摇头机构由一个电机驱动，通过一定数量的齿轮组成轮系进行传动，可以实现电风扇扇叶在预定的工作角度内转动，有较强的适应性与稳定性。本说明书将首先对我们组设计的电风扇摇头机构以及工作方式借助Matlab等辅助软件进行分析、研究，并进行Pro/E动画仿真模拟，然后对主要构件的具体设计方案、制作方法以及Solidworks三维图样进行展示与说明，最后对整个机构的设计方案进行总结、评价与比较。关键词 摇头机构 三维设计 分析评价2. 机构设计任务书2.1设计目的a) 综合运用机械设计课程和其他课程的知识，分析和解决机械设计问题，进一步巩固、加深和拓
4、宽所学的知识。b) 通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识熟悉掌握机械设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。c) 通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的机械设计基本技能的训练。2.2课题名称 台式电风扇摇头机构2.3工作原理通过电机提供原动力。通过轮系、连杆、凸轮等机构进行传动。24设计要求最终机构要实现在单一驱动力驱动的前提下使这两种独立运动，即电风扇的转动与电风扇的摆动两组运动按预设传动比同时进行。传动装置可由一组轮系组成。25设计背景伴随着时代的发展，电风扇，早已走进了每一个中国家庭，它是一种利用电动机驱动扇叶旋转，来达
5、到使空气加速流通的家用电器，主要用于清凉解暑和流通空气。 目前市场上的电风扇可谓种类繁多，随着科技的进步，电风扇的功能、设计等方面都有了很明显的改善与提高。电风扇的发展简图纯机械结构电驱动风扇（电风扇）法条驱动式法条齿轮联动驱动式电风扇3. 机构方案设计3.1 思路来源 常用台式电风扇的工作效果是将电风扇的送风区域进行周期性地变换，显然，要实现这种周期性地变换就必须设计一套能够实现周期性平稳摆动的机构。为此，我们小组在参考了市场上现有的电扇的优缺点以及相关文献资料以后，拟定自行设计一套实现周期性平稳传动，且无急回现象的电风扇摇头机构。 3.2思路流程 电风扇摇头机构双摇杆机构电驱动风扇的转动风
6、扇的摆动凸轮机构齿轮机构通过对以上的思考流程的分析考虑，我们发现，电风扇摇头机构主要就是两个运动的同时进行与配合：电机带动扇叶的转动和电风扇头部的转动。因为这两个并列运动只有一个驱动力的来源：电动机，那就需要设计一种机构，在一个驱动力驱动的前提下能够使这两种独立运动协调配合，实现两个不同方向的同时运动。由于台式电风扇摇头机构是实现一定角度（一般小于180）的转动，我们首先想到的便是双摇杆机构（或者曲柄摇杆机构）。因为摇杆实现的是一定角度的非整周运动，与一般台式电风扇的工作形式类似。3.3方案选择与比较 3.3.1方案选择方案一：实际可以抽象为一个铰链四杆机构。此机构简单，但由于采用四杆机构，风
7、扇的具体位置确定较麻烦，且传动有失其平稳性，易于磨损。方案二：此方案通过电机带动蜗杆转动，驱动蜗轮转动，进而通过杆1拉动机头部分实现小角度摆动，但需要注意的是，该机构不宜用于实现大角度转动的电扇采用的原因是，大角度转动之后，容易引起蜗轮、蜗杆接触过紧或脱离的发生，影响正常使用。但对于小角度机器的使用，仍有其优点，比如结构简单，成本较低。方案三： 该方案通过电机驱动，蜗杆转动，进而由蜗杆带动蜗轮，实现两齿轮的传动，同时，齿轮传动带动两个滑块在各自轨道内滑动，使1杆实现一定角度的平面转动，进而拉动机身、风扇头部平稳摇动。但该机构设计机构复杂，确定各点的位置较困难，且成本较高。方案四： 该方案采用蜗
8、轮蜗杆、齿轮齿条等构件，既实现了电扇的工作需求，又避免了摇动过程中的急回等现象的发生。同时，机构设计较简单，传动不复杂，成本较低，易于投入生产。3.3.2方案综合分析 方案一、二机构简单，构件数较少，且能够实现一定角度的摆动和自身扇叶的转动，但若尺寸设计不当，它们易存在一定的极位夹角，会出现急回现象，电机快速转动时容易对整个机构造成损坏。另外，方案二不宜用于实现大角度转动的电扇采用，原因是，大角度转动之后，容易引起蜗轮、蜗杆接触过紧或脱离的发生，影响正常使用。 方案三相对一、二而言机构设计较复杂，但传动过程中的平稳性能相对增强。但由于机构设计过于复杂，构件数目较多，提高了成本，降低了市场价值。
9、 方案四机构传动稳定，无急回，且构造相对于方案三简单、实用、经济，为理想方案。 因此，我们小组选择方案四作为我们的最终主方案。3.3.3主方案分析主方案三维视图：传动原理：通过电机驱动，使扇叶转动，同时电机的转动驱动蜗杆的转动，蜗杆带动蜗轮，然后与蜗轮同轴的斜齿轮等速转动，斜齿轮驱动与之相连的斜齿轮柱，由于斜齿轮柱上存在凹槽轨道，使和它接触的细杆（与齿条一体）发上移动，齿条的移动带动灰色齿轮转动，由于蜗杆架与灰色齿轮固连，灰齿轮的一定角度的转动实现蜗杆的小角度摆动，进而实现电风扇摇头功能。4. 典型机构的设计和运动分析4.1轮系设计及分析蜗杆、蜗轮、锥齿轮组成定轴轮系。 相互啮合关系如下： 该
10、轮系的工作过程：蜗杆（电机）转动驱动蜗轮，蜗轮与其上的锥齿轮同轴从动，该锥齿轮推动与之啮合的横向轴线锥齿轮转动，并进行后续的运动。该轮系机构简图如下：参数设定： 锥形齿轮1： z1=20，m1=2.5mm, 1=20.6, 1=20, d1=m1z1=5mm. 锥形齿轮2： z2=15, m2=2.5mm, 2=69.4, 2=20, d2=m2z2=37.5mm,ha=1,c=0.2. 蜗轮3： z3=40, m3=1.25, 3=20, d3=m3z3=50mm, ha=1,c=0.2, 厚度h3=15mm. 蜗杆4： z4=1, 4=20 , ha=1,c=0.2, d4=20mm, m
11、4=1.25mm, 直径系数 q=d3/m3=16,螺旋升角 tan=z3/q=0.0625, =3.85 已知蜗杆的转速n4=1200r/min,代入n4=1200r/min,得n1=22.5r/min。根据圆柱凸轮轨迹螺旋线的设计可知，齿条4s内地位移为84mm，与齿条相啮合传动的齿轮直径d=mz=80mm。所以蜗杆与齿轮的传动比为i=239.2，即电风扇转速与摇头速度之比为239.2:1。也就是电风扇每8s摇动一个周期，摇动转速=30.1 /s。在一个周期中，电风扇转动了208=160转。符合正常电风扇运转速度。由于风扇摆动速度为匀速，则电风扇摆动角度随时间t在半个周期内呈线性变化关系。
12、用matlab绘制的-t关系曲线图如下：4.2移动从动件圆柱凸轮机构设计理论廓线的设计 一个周期内欲实现沿轴线方向以21mm/s(0t4)及-21mm/s(4t8)的预定运动，需对圆柱凸轮的理论廓线进行设计：凸轮上需设置一定的螺旋线，螺旋线方程，即理论廓线的方程为：按预设螺旋线方程，通过matlab绘图，模拟出螺旋线，如下：以这样的螺旋线设计方案，与之接触的齿条一端沿z轴（即凸轮轴线方向）匀速运动，且无径向进给运动产生，保证了电风扇摇头机构的转动无急回、死点的现象出现，使机构能够平稳进行。此时，作为从动件的齿条一端与之啮合传动三维视图如右：43 设计注意要求该机构的工作原理为通过电机驱动，使扇
13、叶转动，同时电机的转动驱动蜗杆的转动，蜗杆带动蜗轮，然后与蜗轮同轴的斜齿轮等速转动，斜齿轮驱动与之相连的斜齿轮柱，由于斜齿轮柱上存在凹槽轨道，使和它接触的细杆（与齿条一体）发上移动，齿条的移动带动灰色齿轮转动，由于蜗杆架与灰色齿轮固连，灰齿轮的一定角度的转动实现蜗杆的小角度摆动，进而实现电风扇摇头功能。因此，设计时要注意将齿轮7与蜗轮3分离，即蜗轮3与蜗轮4为同轴同速转动，而其固定轴对齿轮7只起到径向约束作用，并不固连在一起。局部放大图如下：5. 动力分析 （整个机构的结构简图）51传动比计算5.1.1 总全传动比计算根据传动比的定义有如下结果：i总=n4/n7=1200/5=240其中：n4为电动机满载转速，本设计中为1200r/min； n7为电风扇摇头转速，为5r/min。5.1.2 各级传动比由于传动系统是三级传动，故应该满足以下公式：i总=i1 i2 i3 其中，i总总传动比，i1 、i2、i3分别为第1、2、3级传动比。传动比的分配原则可概括为：a ) 使各级传动的承载能力大致相等（齿面接触强度大致相等）；b ) 使减速器能能获得最小外形尺寸和重量；c ) 使各级传动中大齿轮的浸油深度大致相等，润滑最为简便。结合以上原则，再查相关文献可确定本设计中的各级传动比为：5.2传动参数的计算5.2.1各构件转速的计算根据转速与传动比的关系，计算如
