台式电风扇摇头装置的设计.doc

1、目录0.设计任务书31.工作原理和工艺动作分解42.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图53.执行机构选型64.机械运动方案的选择和评定95.机械传动系统的速比和变速机构106.摇头机构的尺寸设计117.电风扇摇头机构的三维建模138.电风扇摇头机构速度与加速度分析149.设计总结1510.参考资料161515湖南工业大学课程设计任务书2010 2011 学年第 2 学期 学院（系、部） 专业 班级课程名称： 设计题目： 完成期限：自 年 月 日至 年 月 日共 1 周内容及任务一、 设计的任务与主要技术参数设计台式电风扇摇头装置，电风扇的直径为300mm，电风扇电动机转速为n=1450r/m

2、in，电风扇的摇头周期为T=10s。电风扇的摆动角度与行程速度系数K的参数是：方案号电扇摇摆转动电扇仰俯转动仰角/()摆角/（）急回系数KA901.0210二、设计工作量要求： ）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；2）构思能实现上述动作要求的送料机构，压紧与切皮机构，挤压脱皮机构；3）结合设计要求，比较各方案的优缺点，选定合理的机械运动方案；4）根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案；5）画出机械运动方案简图；6）对传动机构和执行机构进行尺度设计；7）完成设计计算说明书。要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。 （有条件的要求用三维动画表述） 。进度安排起止日期工作内容6

3、.24-6.25构思该机械运动方案6.25-6.27运动分析及作图6.28整理说明书与答辩参考资料1 朱理机械原理 北京：高等教育出版社，20102 戴娟机械原理课程设计 北京：高等教育出版社，2011指导教师： 年 月 日系（教研室）主任： 年 月 日台式电风扇摇头装置的设计1. 工作原理和工艺动作分解（1） 工作原理及工艺过程图1-1 工艺过程图功能分解 常见的摇头机构有杠杆式、滑板式和揿拔式等。可以将风扇的摇头动作分解为风扇的左右摆动和风扇的上下俯仰运动。风扇摇摆转动可以采用平面连杆机构实现。以双摇杆机构的连杆为主动件（即风扇转子通过涡轮蜗杆带动连杆传动），则其中一个连架杆的摆动即实现风

4、扇的左右摆动（风扇安装在连架杆上）。机架可选取8090mm。风扇的上下仰俯运动可采用连杆机构、凸轮机构等实现。 风扇在开启后，需要调整受风区域时，则自然希望风扇能摇头，增加、改变受风的区域。一般是风扇在启动摇头时，风扇是左右摇摆的。当然，风扇的左右摇摆一般是在一个平面内，并且是有范围限制的。但也有一些摆角是大于180的，甚至更大的。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

5、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。图1-2 功能分解图2. 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图图2-1 运动循环图3.执行机构选型 3.1(方案1)3. 执行机构选型图3-1平面四杆摇头机构 如图3-1，所示上面一种摇头机构方案和传动比的大小，此案应用在传动比大的运动机构中。由已知条件和运动要求

6、进行四连杆机构的尺寸综合，计算电动机功率、连杆机构设计等，绘出机械系统运动方案的电风扇的摇头机构中，电机装在摇杆1上，铰链B处装有一个蜗轮。电机转动时，电机轴上的蜗杆带动蜗轮, 蜗轮与小齿轮空套在同一根轴上,再由小齿轮带动大齿轮, 而大齿轮固定在连杆2上, 从而迫使连杆2绕B点作整周转动，使连架杆1和3作往复摆动，达到风扇摇头的目的。3.2(方案2)通过构件2对构件3做相对圆周转动使构件3摆动，从而实现电风扇的摇头动作，如图3-2图3-2 双摇杆机构示意图该机构通过齿轮啮合达到减速的目的，然后由涡轮蜗杆实现转动的方向改变的目的，由四连杆机构组成双摇杆机构实现风扇头的摆动。此方案的优点是涡轮蜗杆

7、机构的传递准确性搞，连杆机构制造简单成本低，齿轮传动平稳；缺点是涡轮蜗杆传递力的能力差，发热量比较大。3.3（方案3）在方案3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3-3 图3-3 曲柄滑块机构示意图该机构通过曲柄滑块曲柄2带动杆1实现摆动，此方案组成的零件繁多，机构复杂不易安装，制造精度要求高，生产成本高。4.机械运动方案的选择和评定由以上四个方案可以看出：方案一、三、四的机构相对于方案一很难制造且精度要求高，制造成本也相对较高。传动机构也相对比较复杂，且齿轮数目太多，制造起来麻烦。所以方案一结构更简单，成本相对较低且能达到预期的运动要求，由于电风扇的传递力的要求

8、不需很大，因此涡轮蜗杆机构适合设计要求。方案三和方案四相似，结构复杂制造成本太高较二还高。因此方案一相对较好。综合考虑摇头机构选择方案一。根据机构选型，做出的电风扇的运动简图，如图4-1所示。图4-1电风扇的运动简图当电动机工作时，蜗杆转动带动涡轮转动，此时杆件2为原动件，4为机架，它与电风扇座相连，在A点有一滚动轴承是电风扇座与风扇头相连，使之能在电风扇座上作定轴转动，组成双摇杆机构。杆1与电动机固接，当双摇杆机构工作时，电风扇随着杆1一起摆动，实现了电风扇的摇头功能要求。5.机械传动系统的速比和变速机构（1）根据风扇电动机转速n=1450r/min，电风扇摇头周期t=10s，确定系统总传动

9、比为 （2）传动比分配 （根据国家标准） 减速箱采用二级转速，第一级采用涡轮蜗杆传动，选取传动比为80.第二级采用单级齿轮减速，齿轮传动比为3. 由齿轮传动强度确定齿轮的标准模数m=1。齿轮齿数：z1=20，z2=98。 具体见表5-1传动方案的一些参数表5-1齿数模数/mm压力角/螺旋角涡轮112014.04蜗杆8012014.04齿轮12512014.04齿轮27512014.04曲柄盘带动其上的同步皮带将动力传递到外套在铰轴上的驱动凸轮主体时，曲柄盘的转速和凸轮机构中的从动齿轮的转速是相等的，即带有槽的圆柱凸轮的转速和曲柄盘的转速是相等的。6.摇头机构的尺寸设计6.1、定机构的尺寸根据涡

10、轮的齿数与模数可以确定涡轮的直径D1=65，所以可以去杆2的尺寸为20mm，又根据电风扇的大小等综合因素我们取杆3的尺寸为55mm。又因为对电风扇的行程速度变化系数K=1.02，电风扇摆动角度=90，所以用cad辅助可以做出该四连机构的尺寸形状为（图中已省去部分作图辅助线）：根据图上可以量取LAD=58mm，LAB=28mm，所以四连机构的尺寸就初步确定了。如图6-1图6-1 摇头机构尺寸分析图6.2、验算曲柄存在条件即最小传动角6.2.1、曲柄存在的条件Lmin+LmaxL+L” (58+2055+28) Lmin 为连杆 由可以得该四连机构为双摇杆机构，满足要求。6.2.2、最小传动角验算

11、 则min=64.34 则max=43.53传动角范围在（43.53 64.34），符合min40的条件。7.电风扇摇头机构的三维建模根据上述设计，作出三维模型如图7-1所示：图7-1 电风扇摇头机构的三维建模图8.电风扇摇头机构速度与加速度分析8.1速度分析（如图8-1）设计要求电风扇的摇头装置周期为T=10s。推出杆1的角速度可以算得出为 1= 。因为电动机带动涡轮的速度是恒定值，所以杆2的角速度也是恒定的为2=36/s=0.628rad/s，根据公式Vc=r2*2得出杆2的顶点C转速VC=20*0.628=12.56mm/s8.2加速度分析（如图8-1）因为电动机的转速是恒定的得出蜗轮的

12、转速也是恒定的，所以杆2的角加速度为2=0rad/s2，杆2的顶点c的切向加速度atc=0，只有法向的加速度，根据公式anc=V2/r得出anc=12.562/20=7.89mm/s2。 图8-1 局部速度与加速度分析图9.设计总结 这次设计经历了一个多星期，在这段时间里是我各个方面都得到了训练，对机械原理了解的跟深入了，使我们的阅历增加了很多。摆脱了我们以往只能在书本上学习的范畴而是自己亲手设计实验出来的。同时，自己有时候要独立思考，通过查阅书籍，上网看资料等都能让自己的设计更加完美，让自己能学的更多。短短一周课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能

13、力是如此的不足，以后我会更加努力的学习的。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，是培养我们学生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。在这一周的设计中，因为我们是第一次自己亲手做设计，有很多的问题都想不到，以至于遇到了很多的困难，经历了许多失败，但是没有放弃。通过查资料和自我总结终于有了自己的方案。在有了基本的原理后，其他的工作就是水到渠成，在这个过程中电脑是必备的东西，我们用到了几个常用的作图软件CAD、Pro/e，我们的想法首先要通过这些软件体现出来，以验证它们的可行性与数据的正误，这些软件给了我

14、们很大的帮助，但同时也暴露了我的一些弱项比如绘图的速度慢而且有些不会画，使得一些想法不能够体现，给这次设计带来了一些遗憾。不过在这次课程设计过程中绘图能力也有的一定的提高，将自己的绘图能力提高了一个档次。在以后的学习中我将要进一步提高自己的绘图能力，使自己具有好的理论知识、好的操作能力、好的沟通能力，成为一个优秀的设计人员。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、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺寸综合、机械运动方案设计等，使我们学生通过一台机器的完整的运动方案设计过程，进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及技术资料查询等诸方

15、面的独立工作能力进行初步的训练，培养理论与实际相结合、应用计算机完成机构分析和设计的能力，更为重要的是培养开发和创新能力。机械原理课程设计在机械类学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。经过这几天的机械原理设计，初步了解了机械设计的全过程。并且可以初步的进行机构选型组合和确定运动方案；使我们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，独立思考羽分析问题的能力和创新能力。 总之，只要自己能用心，不管什么事情都能够做的很好的。10.参考资料机械原理 朱 理 主 编 北京高等教育出版社机械原理课程设计指导书 戴 娟 主 编 北京高等教育出版社机械原理教学辅导与习题解答 郭卫东 主 编 北京科学出版社机械创新设计 张美麟 主 编 化学工业出版社