台式电风扇摇头装置

台式电风扇摇头装置

组长：凸轮机构的设计

组员：对机构的合理改进

：对各种机构的分析

：传动方案的优化确定

：CAD制图指导老师：机械原理课程设计任务书

一、设计题目台式电风扇摇头装置二、工作原理及工艺动作过程：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：

⑴.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。

⑵.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三、原始数据及设计要求：

设计台式电风扇的摇头机构，风扇的直径为Ф300mm，电扇电动机转速n=1450r/min，电扇摇头周期T=10s。电扇摆动角度ψ与急回系数k的设计要求及任务分配见表1。四、设计方案提示

常见的摇头机构有杠杆式、滑板式等。本设计可采用平面连杆机构实现。由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80～90mm。五、设计的主要任务1.按给定主要参数，拟定机械传动系统总体方案。2.画出机构运动方案简图。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ψ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。摘要在当今社会，市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、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。我们组的设计题目是台式电风扇摇头装置，该装置可增大受风面积。通过合理的设计可以降低生产成本，提高风扇效率，符合低碳环保的原则和可持与发展战略。通过对设计任务的讨论分析，功能上要求完成左右摇摆和转换传动轴线和改变转速运动。要完成这些功能需要有减速装置、轮轴转换、摇头装置。针对这些装置我们选用了几种机构并经过分析，设计了四种方案，经过仔细的分析评价，最后选择了最合适的方案。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：1）风扇需要按运动规律做左右或上下摆动，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：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。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K摆动角度φ的要求下，尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。运动功能图运动循环图机构选用

台式电风扇摇头机构常见的有杠杆式、滑板式等，在这里我们组选用的是杠杆式。要完成左右摆动需要完成运动轴线变换、传动比降低和摇头周期性摆动。可以分别选用以下机构。传动轴线变换可以选用蜗杆蜗轮、锥齿轮等；减速机构可以选用小齿轮带动大齿轮组减速、涡轮蜗杆减速等；风扇摇摆转动可采用平面连杆和凸轮机构实现。减速机构选用齿轮组减速涡轮蜗杆齿轮组齿轮组机构是最常见的减速机构，但是考虑到传动的传动比过大且风扇头尺处的限制，我们选择了内啮合齿轮。还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。减速机构选用齿轮组减速齿轮组机构是最常见的减速机构，但是考虑到传动的传动比过大且风扇头尺处的限制，我们选择了内啮合齿轮。还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。传动轴线变换选用蜗轮蜗杆机构蜗轮蜗杆机构

圆锥齿轮传动直齿圆锥齿轮传动

摇头机构的选用在这里我们选用杠杆式来作摇头机构四连杆机构四杆机构凸轮机构凸轮机构实现杠杆机构可用以下两种机械运动方案的选择和评定

方案1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机构的传递准确性高，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,常用较贵的减摩耐磨材料来制造蜗轮，成本较高。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。方案2当偏心圆盘凸轮回转时，凹槽侧面迫使构件6摆动，从而实现电风扇的摇头功能该机构通过三级减速，由凸轮的形状性质实现风扇头的摆动规律。此方案继承了方案一的传动优点，传动准确，风扇头的摆动角度可以调节，传动平稳，摆头在极限位置没有速度的突变，占用的空间较小；而且也改良了凸轮独特性的缺点，缺点是涡轮蜗杆的发热量较大摆动从动件偏心圆盘凸轮机构示意图整体简图方案三该方案直接由主电动机单齿箱驱动，实现上下和左右摆头，这时主电动机跟随一级转动副摆动，但对于传统设计，同一动力用于驱动另一组转动副时，动力传动机构的传动距离——一般为中心距必然作周期性的变化，无法直接采用传统成熟的机构。但方案有效克服了立体送风电风扇传动机构设计上的缺陷，使结构简单可靠，成本低，维修保养方便。缺点是结构过于复杂，在小尺寸内不宜设计方案4方案4跟方案一一样，通过连杆装置实现摇头运动

该机构摈弃了涡轮蜗杆发热量大，传递力效果差的缺点，用圆锥齿轮代替，缺点是圆锥齿轮造价成本相对较高由以上四个方案可以看出：方案一、四的机构相对于方案二、三功能过于简单，在考虑适当创新的前提下，不宜采用。但是方案三太过于复杂，对运动路径的分析也很困难，所以方案二结构相对简单，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不是很大，因此涡轮蜗杆机构，和凸轮机构适合设计要求，而且通过对凸轮机构的改良，有了很好的发挥空间，因此方案二相对较好。综合考虑摇头机构选择方案二。原动机的选择笼式三相异步电动机，使用三相交流电、转速与旋转磁场转速不同，可以进行几档变速。而且笼式电动机的具有简单、体积小、易维护、价格低、寿命长连续运动特性好、转速受负载转矩波动的影响小和硬机械特性等优点。这些特性能够满足台式电风扇摇头装置的工作特性，所以选择笼式三相异步电动机作为原动机传动方案的设计

在摆动机构中，蜗轮带动连杆做匀速圆周运动，当蜗轮旋转一周时电扇摆动一个周期。由于电扇电动机转速n＝1450r/min，而电扇摇头周期t=10s即摆动周期为6r/min，则传动比.而蜗轮蜗杆的传动比（蜗杆带动蜗轮）不宜太大，不然对机构的磨损比较严重，所以无法达到的要求，必须经变速机构减速，这里选择圆锥齿轮减速，使达到传动方向的一致性在这里我们先通过涡轮蜗杆实现一级减速，再通过圆锥齿轮实现二级减速机构参数的设计计算不妨取B方案做参数分析，确定机构的尺寸行程系数摆动角度，计算得，取，则另一角度为178.66，由于没有采用四连杆机构，所以这里的急回系数只能从凸轮机构上面下功夫，从凸轮机构的选定来看，一种是自己设计凸轮的模型，从而可以得到自己所需要的运动轨迹，但是对于电风扇这类小产品需要特定的凸轮模型不宜采用；另一种是利用圆盘的偏心转动，从而实现急回运动，下面对圆盘的偏心传动分析：

急回机构的计算设计：对设计题目中的要求通过绕偏心轴旋转，使偏心轴沿滑块上下运动通过杠杆机构从而实现电风扇的摇头，但是这类偏心传动的往返运动不能实现急回运动所以用下图所示机构就可以解决设偏心距为e，圆盘半径r，动量距l下图为以上两种偏心运动的运动轨迹从图中可以看出a曲线上升与下降是呈对称关系，b曲线上升时间明显比下降时的多，所以可以构成急回运动下图为以上两种偏心运动的运动轨迹我们可以通过作图法与解析法求得确切的数据通过上面的计算,所以由上面的计算得L=0.06R最后来确定电风扇的摆角：在这里我们取圆盘半径R=60mm,所以动量矩L=3.6mm，支点距离l=41.23mm

改变摆角，急回系数的计算所以我们可以通过改变动量矩和支点距离来改变风扇头的运动轨迹这两个参数都可以很容易改变所以我们可以通过改变动量矩和支点距离来改变风扇头的运动轨迹这两个参数都可以很容易改变所以我们可以通过改变动量矩和支点距离来改变风扇头的运动轨迹这两个参数都可以很容易改变值得改进的地方1.一般风扇都是左右摇摆，在这里我们借鉴方案三的构思，所以我们可以通过上下壁的旋转，使凸轮旋转中心上下运动，从而使风扇实现上下运动，从而达到功能的改进2、通过计算发现只有二级减速则减速齿轮过大，使风扇摇头机构尺寸过大，涡轮蜗杆压力过大，这是不宜采用的，在这里我们借鉴方案一的三级减速，所以最终采用三级减速，外加一个内啮合齿轮下面对减速传动比作计算这里齿轮啮合是内啮合，为了避免发生根切现象，齿轮最小齿数为当、时，。为了实现最大传送效率：在这里我们取，主动齿轮，；被动齿轮z2=60，；圆锥主动齿轮，；圆锥被动齿轮z4=45，m=1；蜗杆分度圆直径取d=18，m=1，；蜗轮m=1,z6=29;则总的减速机构的传动比为。通过一系列的计算，最终机构图可以