电风扇执行机构

1、青岛理工大学设计题目:台式电风扇摇头装置设计院系：班级：姓名:学号:指导教师：2012年7月机械原理课程设计说明书设计题目：台式电风扇摇头装置设计汽车与交通学院系车辆工程专业102班设计者： 指导老师:2012年7月8日机械原理课程设计2目录设计题目 二计划任务 三.设计提示 四功能分解 五.机构的选用5.1减速机构的设计5.2离合器的设计和选用5.3凸轮机构5.4摇头机构的设计及选用5.4动力机构5.5俯仰装置六机构组合设计七.机构的设计7.1铰链四杆机构的设计7.2四杆位置和尺寸的确定7.3传动比的分配八方案的对比及评价（最后的组合方案）12九设计体会13参考文献14机械原理课程设计18设

2、计台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作（在一定的仰角下随摇 头摆动）。图1所示为电风扇的外形图。/加*闷mFL忖"n匹图1电风扇外形图风扇的直径为300mm电风扇电动机转速n = 1450 r/min ,电风扇摇头周 期t = 10 s 。电风扇摆动角度、仰俯角度与急回系数 K的设计要求及任务分配 见下表1 0表1台式电风扇摆头机构设计数据方案号电风扇摇头转动电风扇仰俯转动摆角屮（。）急回系数K仰角©（O ）A801.0110B851.01512C901.0215D951.02520E1001.0322F1051.0525丄 我们选择方案E作为设计数据，摆角为屮=100

3、。急回系数K为1.03。二.计划任务（1）（2）（3） 尺寸。（4）按给定的主要参数，拟定机械传动系统总体方案。 画出机构运动方案简图。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 确定电风扇摇摆转动的屏幕、平面连杆机构的运动学尺寸，它应满 足摆角及急回系数K条件下使最小传动角最大。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。（5）编写设计计算说明书。（6）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或模型试 验验证。常见的摇头机构有杠杆式、滑板式和揿拔式等。可以将电风扇的摇头动作 分解为风扇左右摆动和风扇上下俯仰运动。风扇要摇摆转动克采用平面连杆机 构

4、实现。以双摇杆机构的连杆作为主动件（即风扇转子通过蜗轮蜗杆带动连杆 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）。 机架可取8090 mm风扇的上下俯仰运动可采取连杆机构、凸轮机构等实现。还可以采用空间连杆机构直接实现风扇的左右摆动和上下仰俯的复合运动。四. 功能分解显然为完成风扇左右俯仰的吹风需要实现下列运动功能要求：在扇叶旋转 的同时扇头能左右摆动一定的角度，因此，需要设计相应的功能的摆动机构。 我设计方案为双摇杆机构。为实现风扇的可摇头，可控摇头的吹风过程。因此必须设计相应的离合器 机构对电风扇进行控制。针对此我所应用的方案为滑销离合器机构。扇头的仰俯角调节

5、，这样可以增大风扇的吹风范围。因此需要设计扇头俯 仰角调节机构。在我设计的方案中为外置条件手动按钮。此外，还要满足传动性能要求：电动马达涡轮蜗杆曲柄摇杆左右摇头图4.1运动功能图五. 机构的选用驱动方式采用电动机驱动。为完成风扇的左右俯仰的吹风过程，据上述功 能分解，可以分别选用以下机构。如下表一：执行机构功能执行构件工艺动作锥齿轮机构减速减速构件周向运动离合机构执行摇头滑销上下运动双摇杆机构左右摆动连杆左右往复运动凸轮机构辅助左右摆动凸轮周转运动滑块机构俯仰撑杆上下运动表一：机构选型表5.1减速机构的设计图2:锥齿轮减速机构减速机构：在此我采用一对锥齿轮来实现减速， 锥齿轮可以用来传递两相

6、交的运动，相比其他的减速机构而言成本较低，而且锥齿轮有比较稳定的传动比。5.2离合器的设计和选用离合器机构：用了一个滑销离合器实现风扇是否摇头的控制。通过齿轮轴 的上下移动实现滑销离合器的结合与断开，同时也伴随锥齿轮之间的连接与脱 离，实现了对电风扇摇头动作的控制。在脱离时，运动不能传到摇头装置，因 而此时风扇不能左右摇头；相反，当连接时，通过锥齿轮的传动动力，带动摇头装置的运动，这样就实现了风扇左右摇头的控制。5.3凸轮机构图4凸轮机构5.4摇头机构的设计及选用图5:摇头机构摇头装置：通过离合器将运动传到凸轮，以此作为动力带动四杆机构的运 动，通过双摇杆四杆机构的运动完成实现风扇的左右摇头运

7、动。5.4动力机构/图6电动机电动机参数：额定电压220v输入总功率55W额定电流0.3A额定频率50HZ5.5俯仰装置图7:外置手调俯仰角按钮图设计一个外置手调俯仰角按钮，将其置于风扇立柱与扇头相接处，顺时针 转动调节为增大仰角，逆时针旋转为增大俯角。可以任意的对电风扇俯仰角进 行手动调节。六. 机构组合设计我设计的摇头风扇组合由电机、锥齿轮机构、摇头连杆机构、离合机构及 扇叶等组成。具体可以分为：1. 减速机构：采用锥齿轮机构实现，用电机轴高速旋转的降速来带动曲 柄摇杆机构的摇头转动。2. 摇头机构：将电机输出的转动经过双摇杆连杆传动机构，最终转化为扇头的摆动。3控制机构：由一个滑销离合器

8、实现风扇是否摇头的控制。曲柄齿轮轴 的上下移动实现了滑销离合器的结合与断开。同时也伴随锥齿轮与脱离，实现 了摇头动作的控制。4.扇叶旋转：扇叶直接安装于电动机主轴之上，可实现其高速旋转运动。5.俯仰运动：设计了一个外置手调俯仰角按钮，将其置于风扇立柱与扇头相接处，顺时针转动调节为增大仰角，逆时针旋转为增大俯角。七. 机构的设计7.1铰链四杆机构的设计7.1.1平面双摇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：各杆长度满足杆长条件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

9、，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AB C D,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。CAB J两极限位置的确定各杆长度不满足杆长条件和。则无论哪个构件为机架机构均为双摇杆机构。此时 在，即两摇杆与连架杆及连之间的相对转动角度都小于最短杆与最长杆长度之和大于其它两杆长度之,机构中没有整转副存360°7.2四杆位置和尺寸的确定方案号电扇摇摆转动电扇仰俯转动仰角® /( °

10、; )摆角书/ (°)急回系数KE1001.0322极位夹角为日=(K -1)/(K +1) =2.6。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逆时针旋转100° , 即A B',再确定机架AD的位置,且LAD取90,注：AD只能在摇杆AB, A B'的、同侧。当杆AB处在左极限时，BC, CD共线，LBC与LCD之和可以得出，即LBC+ LCD=131,当AB处在右极限时,即图中A B'的位置,此时BC, CD重叠, 即LC 'D'-LB 'C'=2

11、5,由,式可得LBC为53, LCD为78, B点的运动轨迹为圆弧B B' , LBC + LAD = 143 < LCD +LAB =148满足格拉肖夫判别式, 且取最短杆BC的对边AD为机架,符合第一类平面双摇杆机构。/矢量法分析连杆角速度确定四根杆长之后，画出其一般位置如图所示，此时可根据理论力学知识求出 杆 AB, BC, CD的速度,已知 VAB = WABLAB = (200/1800 n 70 = 24.4mm/s 小三 角行中,可求出 VAB = WABLAB = (200/1800 nO 二 24.4mm/s WBC=0.27Rad/s7.3传动比的分配其设计规

12、定转速n二1450r/min ,可得，w = 151.8 rad/s由上面可知连杆的 角速度WBC = 0.27Rad/s ,而电动机的角速度w =151.8rad/s所以总传动比 i = 562由此可以把传动比分配给蜗轮蜗杆与齿轮传动，其中,蜗涡轮蜗杆的传动 比 i1 = w1/w2 = 95 .，齿轮的传动比 i2 = w2/w3 = 5.97.3.1蜗轮蜗杆机构的几何尺寸计算蜗杆轴向模数（蜗轮端面模数）mm = 1.25传动比ii = 95蜗杆头数z1Z1 =1蜗轮齿数 Z2Z2 = P* Z1 = 95蜗杆直径系数（蜗杆特性系数）qq = d1/m = 16蜗杆变位系数X2X2=a/m

13、- (d1 + d2)/2m = - 0.5中心距aa = (d1 + d2 + 2x2m)/2 = 40蜗杆分度圆导程角tan 丫 = z Jq = mz1/d1 = 0.0625蜗杆节圆柱导程角tan Y= z1/(q + 2x2) = 0.0667蜗杆轴向齿形角a= 20。（阿基米德圆柱蜗杆）蜗杆（轮）法向齿形角atana = tan acosY= 0.363顶隙cc 二 c* m = 0.2 X 1.25 二 0.25蜗杆蜗轮齿顶咼ha1 ha2ha1 = ha*m =1/2(da1 -*) =1 x1.25= 1.25 ha2 = m(ha*+X2)=1/2(da2-d2)=1.25

14、x(1-0.5) = 0.625(一般 ha* = 1)蜗杆蜗轮齿根高hf1 hf2hf1 =(ha*+c*)m =1/2© -dfj = (1 +0.2)咒 1.25=1.5hf2 =1/2(d2 -df2) = m(ha*-x2 +c*) =1.25咒(1 + 0.5 +0.2) = 2.215蜗杆蜗轮分度圆直径 d1 d2d1 = qm = 16x1.25= 20 d2 = mz2 = 2a- d1- 2x2m = 61.25蜗杆蜗轮节圆直径 d1 'd2'd1 = (q + 2x2)m = d1 + 2x2m = 18.75d2 =61.25蜗杆、齿顶圆直径d

15、ai蜗轮喉圆直径dai = (q + 2)m = 22.5da2 = (z 2 + 2 + 2x2)m = 62.5 dai = di + 2hai = 22.5 da2 = d2 + 2ha2 = 62.5蜗杆蜗轮齿根圆直径df1 df2蜗杆轴向齿距Px蜗杆轴向齿厚Sx蜗杆法向齿厚Sn蜗杆分度圆法向旋齿高hn1dfi = di - 2hfi =17df2 = d 2 - 2hf2 = 57pX =兀 m = 3.925Sx = 0.5 兀-m = 1.96Sn = Sx COS Y= 1.93hn 1 = m = 1.25蜗杆螺纹部分长度II >(12 + 0.1z2)m = 21.1

16、25蜗轮最大外圆直径 da2 dada2 + 2m = 63.5蜗轮轮圆宽bb = 0.75da1 =16.887.3.2齿轮机构的设计根据齿轮传动比i = 5.9 ,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。以及大小齿轮安装位置，小齿轮的齿数小于17,7.3.3齿轮机构的几何尺寸计算传动比ii = 88/15 = 5.9分度圆d1 d2di = mzi = 7.5d2= mz2 = 44齿顶高haha1 = (ha* +x2) m = 0.75ha2 = (ha* +X2) m = 0.25齿根高hfhfi = (ha* +c*-x1)m = 0.0425 hf2 = (ha

17、* +c* -x2)m = 0.925齿高hm = hai + hf1 = 1.175 h2 = ha2 + hf2 = 1.175齿顶圆直径dada1=d1 + 2ha1 = 9齿根圆直径dfda2=d2 +2ha2 = 44.5df1=d 1 - 2h f 1 = 6.65df2 = d2 -2hf2 = 42.15中心距aa= 1/2(7.5+ 44) = 25.75基圆直径dbd b1=d1 COSa= 7.1db2=d2 COSa= 41.3齿顶圆压力角a(Xa1=arcos(db1/da1)= 37.9°=arcos(db2/ba2) = 21.86齿宽bb = 12m

18、= 6图8 :凸轮轨迹的展开图C*?<0'63*I20-C3»'八. 最后的组合方案'.VzZZZzZzy图9:组合图九. 设计体会这次设计经历了一个多星期，在这段时间里我各方各面都得到了训练，对 机械原理更加深入了解，使我们的阅历增加了很多。我们通过自己亲手设计摆 脱了以往书本上学习的约束。这次设计使我们明白了想要做好课程设计必须要有深厚的基础，不然做起 来真的很麻烦，设计刚开始时因为基础不牢固我们走了很多的弯路。这次设计 成功后，我仿佛经过了一次长途旅程到达终点，感觉眼前一亮，特别的舒服。 这次设计让我明白干任何事都要有耐心，要仔细，课程设计有很多次

19、让我感到 心烦，但我们还是坚持下来了。短短一周课程设计，使我们发现了自己掌握的知识如此缺乏，自己综合应 用所学的专业知识能力如此不足，以后我会更加努力学习。机械原理课程设计 是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。经过这几天的学习，让我们初步了解了机械设计的全过程，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节的理论和方法 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；培养了我们综合运用所学知识，理论联系实际独立思考 与分析问题的能力和创新