台式电风扇摇头机构机械原理三级项目报告.docx

机械原理课程设计说明书设计题目 台式电风扇摇头机构 设计题目设计台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作。风扇的直径为300mm，电扇电动机转速n1450r/min，电扇摇头周期t=10s，电扇摆动角度100、俯仰角度22与急回系数K1.03。风扇可以在一定周期下进行摆头运动，使送风面积增大。 项目成员分工 所有组员一同完成功能机构及传动机构的整体设计，其余工作分工如下:111：机构的图解法（速度、加速度、力分析尺寸设计，说明书的编写；222： 机构的解析法求解及MATLAP编程，PPT的制作；333：A1图纸的绘制；444：机构的三维建模及运动仿真。目录一 研究背景和意义1二 设计工艺参数和工作原理12.1 工艺参数要求12.2 工作原理及工艺过程12.3 设计要求12.4 功能分解2三 设计方案的评定及方案选择43.1左右摆动方案一（放弃）443.2左右摆动方案二（放弃）53.3左右摆动方案三 （采用）6四 各构件参数的确定74.1机构传动比的设计74.2 蜗杆尺寸参数设计84.3蜗轮尺寸参数94.4 直齿圆柱齿轮3尺寸参数104.5 直齿圆柱齿轮4尺寸参数114.6 双摇杆机构尺寸参数12五 运动学分析135.1.图解法：135.2 解析法:195.3 图解法与解析法误差分析：20六 主要参考文献21七 心得体会：21八 附件238.1三维图片238.2 MATLAB程序代码:248.3自评分表25一 研究背景和意义 电风扇摇头机构可以使电风扇左右或者上下往复动一定角度，这样增大了送风面积，增大了空间的空气流通，所以一种合适的摇头机构的设计十分必要。二 设计工艺参数和工作原理2.1 工艺参数要求设计台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作。风扇的直径为300mm，电扇电动机转速n1450r/min，电扇摇头周期t=10s，电扇摆动角度100、俯仰角度22与急回系数K1.03。风扇可以在一定周期下进行摆头运动，使送风面积增大。执行机构12.2 工作原理及工艺过程系统执行机构2传动减速机构原动机 2.3 设计要求2.3.1电风扇摇头机构至少包括连杆机构、蜗轮蜗杆机构和齿轮传动机构三种机构。2.3.2画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟订运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现干涉。2.3.3设计连杆机构，自行确定运动规律，选择连杆机构类型，校核最大压力角。2.3.4设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。2.3.5编写设计计算说明书。2.4 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：电动机 齿轮传动 蜗轮蜗杆 曲柄 摇杆 图1.1 运动功能图（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）风扇可利用仰俯旋钮实现上下俯仰，因此需要设计相应的俯仰机构。（3）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：（4）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。（5）俯仰运动的基本运动：与水平面之间的夹角的变换。（6）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K1.03、摆动角度=100的要求下，尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。32三 设计方案的评定及方案选择3.1左右摆动方案一（放弃）此机构为我们所学最简单的四杆机构，但是此方案风扇的具体位置难以确定，且齿轮的体积较大，故舍去。3.2左右摆动方案二（放弃）该机构不易实现大角度转动风扇，因为大角度转动后容易引起涡轮蜗杆接触过紧或脱落，故舍去。3.3左右摆动方案三 （采用）1蜗轮，2蜗杆，3、4直齿圆柱齿轮，5电动机如图所示，ABCD是以BC为连杆的双摇杆机构，因为它满足最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，故连杆BC可相对于两连架杆作整周转动。带有风扇的电动机5、齿轮3、4和蜗杆2、蜗轮1均于连架杆AB上，而蜗轮1又与连杆BC固联。电动机5转动时，一方面带动风扇转动，另一方面经齿轮传动和蜗杆传动带动连杆BC相对于连架杆AB转动，两连架杆AB、CD作往复摆动，从而使风扇轴线可在一定角度范围内摆动。四 各构件参数的确定4.1机构传动比的设计此方案中，齿轮机构4-3和蜗轮蜗杆机构2-1组合作为减速机构。由于在设计的左右摆头机构中，将蜗轮带动连杆进行整周回转的匀速圆周运动。当蜗轮旋转一周，电扇机壳也正好摇摆一回，得出蜗轮的转速为。选取蜗轮1，蜗杆2模数m=1，齿轮3、4的模数m=1.25。蜗轮1转速 蜗轮蜗杆机构2-1的传动比 直齿圆柱齿轮机构4-3的传动比 电动机的转速 由以上式子得， 要实现大的传动比，因此，取蜗杆，齿轮4齿数，代入上式得， 经计算，当=30，=44时，t=10.09,相对误差；当=36，=36时，t=9.91,相对误差；当=30，=43时，t=9.86,相对误差；当=29，=44时，t=9.76,相对误差。结合台式电风扇机壳尺寸大小的要求及摇动周期，选择=36，=36。蜗轮蜗杆机构2-1传动比 直齿圆柱齿轮机构4-3传动比 4.2 蜗杆尺寸参数设计模数m=1齿顶高系数径向间隙系数C*=0.2齿数压力角=20分度圆直径导程角3.18特性系数齿顶高顶隙c=c*m=0.2齿根高hf2=(hf2*+c*)m=1.2齿顶圆直径齿根圆直径轴向齿距轴向齿厚法向齿厚4.3蜗轮尺寸参数模数m=1齿顶高系数径向间隙系数C*=0.2齿数=36压力角=20分度圆直径螺旋角=3.18齿顶高顶隙C=C*m=0.2齿根高hf1=(hf1*+c*)m=1.2齿顶圆直径齿根圆直径齿顶圆弧半径蜗轮蜗杆啮合中心距4.4 直齿圆柱齿轮3尺寸参数模数m=1.25齿顶高系数径向间隙系数齿数=36压力角=20分度圆直径齿顶高顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿厚齿宽 4.5 直齿圆柱齿轮4尺寸参数模数m=1.25齿顶高系数径向间隙系数齿数压力角=20分度圆直径齿顶高顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿厚齿宽齿轮3和齿轮4的啮合中心距 4.6 双摇杆机构尺寸参数极位夹角=2.77图4.1 双摇杆机构根据实际情况（30CM直径的扇叶），同时经过计算，可取a=35，b=146，c=209，d=211.4。五 运动学分析5.1.图解法：1）状态一：速度分析：加速度分析：动力学分析：2)状态二：速度分析：加速度分析：动力学分析:5.2 解析法:5.3 图解法与解析法误差分析：位置一图解法解析法相对误差10.720.659.72%30.550.4616.36%11.821.772.75%31.070.997.48%位置二图解法解析法相对误差10.730.6510.96%30.530.505.66%11.461.404.11%31.701.596.47%误差分析：1） 图解法精度较低，测量时存在误差；2） 测量出的数据经计算时会被放大；计算示例：E1=（0.72-0.65）/0.72*100%=9.72%,其它如上。六 主要参考文献1安子军.机械原理第三版.北京：国防教育出版社，2015.4.1-2062刘永贤 蔡光起.机械工程概论.北京：机械工业出版社，2009.9.1-423陈国华.机械机构及应用.北京：机械工业出版社，2008.1.224-234七 心得体会： 222这次的课程设计更让我们深感惭愧与忧虑，它让我切切实实地认识到自己知识、技能的匮乏。知识的缺乏让我在一开始的时候便遇上了障碍，对某些方面的知识的掌握不牢，使我在解决问题时花费了更多的时间与精力，使得这次的课程设计有着许多的缺陷。然而这也激励我往后要学习好更多的专业知识，培养专业能力。333在这次课程设计中我学到得不仅是专业的知识，还有的是如何进行团队的合作，因为任何一个作品都不可能由单独某一个人来完成，它必然是团队成员的细致分工完成某一小部分，然后在将所有的部分紧密的结合起来，并认真调试它们之间的运动关系之后形成一个完美的作品。这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的可能不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。333在这次课程设计中使我和我的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解.也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为我们的出发点都是一致的。 经过这次课程设计我们学到了很多课本上没有的东西，它对我们今后的生活和工作都有很大的帮助，所以，这次的课程设计不仅仅有汗水和艰辛，更的是苦后的甘甜。444电风扇是我们生活中常见的家用电器，设计一个摇头的电风扇看起来容易，真正实践起来却没那么简单，从一开始的想方案，一个个与众不同的方案着实让我们费了不少头脑，太少了显得简单，太多了却又显得过于复杂，但在我们的集思广益之下，终是确定了一个。接下来的ppt，word更是我们智慧的结晶，是我们多少个晚上集体讨论的结果。经过这次三级项目，我更加体会到集体合作的重要性，通力合作才有了我们与众不同的项目，亲自查阅资料，动手制作，让我们加深了队课本知识的理解，对本门课程的理解，收获颇丰。八 附件8.1三维图片8.2 MATLAB程序代码:杆件位置 x=0:0.01:2*pi; a=sqrt(-29658852+6358592*cos(x)+21316*sin(x).2 - 319740*cos(x).2); b=sqrt(-296307360+6124992*cos(x)+2920*sin(x).2+1790544*cos(x).2); y2=-2*atan(146*sin(x)+a)./(-5254+730*cos(x); y3=-2*atan(1460*sin(x)+b)./(5364-876*cos(x); y1=x; plot(x,y1,x,y2,x,y3) legend( 角th(1) title(角度变化曲线图) grid on杆件角速度 x=0:0.01:2*pi; a=sqrt(-29658852+6358592*cos(x)+21316*sin(x).2 - 319740*cos(x).2); b=sqrt(-296307360+6124992*cos(x)+2920*sin(x).2+1790544*cos(x).2); b2=-2*atan(146*sin(x)+a)./(-5254+730*cos(x); b3=-2*atan(1460*sin(x)+b)./(5364-876*cos(x); c2=sin(b3-x)./sin(b2-b3); y2=c2*1./5*pi; c3=sin(x-b2)./sin(b3-b2); y3=c3*1./5*pi; plot(x,y2,x,y3) grid on title(角速度变化曲线图) legend(摇杆1角速度)杆件角加速度 x=0:0.01:2*pi; a=sqrt(-29658852+6358592*cos(x)+21316*sin(x).2 - 319740*cos(x).2); b=sqrt(-296307360+6124992*cos(x)+2920*sin(x).2+1790544*cos(x).2); b2=-2*atan(146*sin(x)+a)./(-5