台式电风扇摇头装置的设计

1 机 械 原 理 设计书 台式电风扇摇头装置的设计 起止日期： 2011 年 6月 24日 至 2011 年 7 月 1 日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 机械学院（部） 2011年 7 月1 日 目　录 0.设计任务书………………………………………………3 1.工作原理和工艺动作分解………………………………4 2.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图……………5 3.执行机构选型……………………………………………6 4.机械运动的选择和评定……………………………10 5.机械传动系统的速比和变速机构………………………11 6.摇头机构的尺寸设计……………………………………12 7.电风扇摇头机构的三维建模……………………………14 8.电风扇摇头机构速度与加速度……………………15 9.参考资料…………………………………………………16 10.设计总结…………………………………………………17 湖南工业大学 课程设计任务书 2010 —2011 学年第 2 学期 机械工程 学院（系、部） 机械大类 专业 机械0904 班级 课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 台式电风扇摇头装置的设计 完成期限：自 2011 年 6 月 24 日至 2011 年 7 月 1 日共 1 周 内 容 及 任 务 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Φ300，电风扇电动机转速为n=1450r∕min，电风扇摇头周期为T=10s，电风扇摆动角度Ψ=80°行程速度变化系数K=1.01 设计任务： 1. 按给定主要参数，拟定机械传动系统总体方案，并画出传动系统图； 2. 画出机构运动方案简图和运动循环图； 3. 分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定其基本参数和几何尺寸； 4. 根据给定的摆角Ψ及行程速度变化系数K，确定平面连杆机构的运动学尺寸，验算曲柄存在条件和最小传动角的结构方案，并进行分析计算； 5. 提出调解摆角的结构方案，并进行分析计算； 6. 编写设计计算； 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。 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 6.24-6.26 构思该机械运动方案 6.27 -6.29 运动分析及作图 6.30 -7.1 整理说明书与答辩 主要 参考 资料 ［1］ 朱理．机械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200 ［2］ 戴娟．机械原理课程设计［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2011.1 ［3］ 郭卫东.机械原理教学辅导与习题解答北京：科学出版社，2010.6 指导教师： 邹培海 2011 年 6 月 23 日 系（教研室）主任： 王菊槐 2011 年 6 月 23 日 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 （2） 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 K＝1.01、摆动角度φ=80° 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) 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3-1 图3-1 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。 3.2（方案2） 当圆柱凸轮回转时，凹槽侧面迫使构件2摆动，从而时间电风扇的摇头功能，如图3-2 图3-2 摆动从动件圆柱凸轮机构示意图 该机构通过两个涡轮蜗杆机构实现转动变向的目的，大小齿轮实现减速的目的，圆柱凸轮与电动机连接由凸轮的形状性质实现风扇头的摆动。此方案的优点是风扇头的摆动角度准确，摆头的时候在极限位置没有速度的突变，占用的空间较小；缺点是涡轮蜗杆的发热量较大，凸轮的设计较复杂，制造精度要求较高，加工成本较高。 3.3（方案3） 当圆盘回转时，凹槽带动槽轮使导杆摆动，从而实现电风扇的摇头动能，如图3-3 图3-3 摆动从动件凸轮机构示意图 该机构用涡轮蜗杆机构达到转动变向的目的，大小齿轮组合实现变速的要求，凸轮的形状实现风扇头的摆动。次方案的优点是风扇摆动准确，噪声小；缺点是机构组合传动比较复杂，制造精度要求高，生产成本较高，所占用的空间也较大。 3.4（方案3） 在方案4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3-4 图3-4 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：方案二、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 电动机转速r=1450r/min，摇头周期T=10s （1）总传动比为 i总= （2） 传动比分配 减速机构采用二级转速，第一级采用单级齿轮减速，出论传动比为 ；第二级采用涡轮蜗杆传动，传动比为65. 具体见表5-1传动方案的一些参数。 表5-1 参数 名称 齿数 模数/mm 压力角/° 涡轮 65 1 20 蜗杆 1 1 20 齿轮1 13 1 20 齿轮2 48 1 20 6.摇头机构的尺寸设计 6.1、定机构的尺寸 根据涡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的尺寸我50mm。又因为对电风扇的行程速度变化系数K=1.01，电风扇摆动角度ψ=80°，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=56mm，LAB=31mm，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 L​min+Lmax​≤L’+L” (56+20<50+31) ① Lmin 为连杆 ② 由①②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 则δmin=46.8° 则δmax=51.18° ∴传动角范围在（46.8°~ 51.18°），符合γmin≥40°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 ω1= 。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ω2=36°/s=0.628rad/s，根据公式Vc=r2*ω2得出杆2的顶点C转速VC=20*0.628=12.56mm/s 8.2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转速也是恒定的，所以杆2的角加速度为α2=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 9.参考资料 机械原理/朱理主编.—2版.—北京：高等教育出版社，2010.4 机械原理课程设计指导书/戴娟主编.—北京：高等教育出版社，2011.1 机械原理教学辅导与习题解答/郭卫东.北京：科学出版社，2010.6 10.设计总结 几天的机械原理课程设计结束了，在这次设计过程中我知道了很多东西，其中有很多是在课堂中学不到的。首先我认识到了沟通的重要性，在现在的工作学习中很多事都不是一个人能够解决的，通过讨论我们可以把自己不好的想法去掉然后将几个人的好的意见结合到一起，这样做出来的东西就能充分发挥每个人的优点，从而使它更加完美，所以我们必须提高自己的团队合作精神。在这次讨论过程中，虽然我们会发生口角，但是在遇到分歧时我们不会一味的埋怨，而是在互相理解的前提下找出合理的解决方案，因为大家的出发点都是好的，所以我们都能够解决分歧并在这个过程中增进了友谊。 课程设计是我们机械原理专业知识的一次实际运用，是我们机械专业的学生要经历的一个必不可少的过程，它的目的就是让我们具备初级的设计能力，为以后的学习工作打下一个坚实的基础，在这一周的设计中，因为我们是第一次自己亲手做设计，有很多的问题我们想不到，以至于我们遇到了很多的困难，经历了许多失败，但是我们没有放弃，在打击中成长，通过查资料和自我总结我们终于有了自己的方案，基本的思路是：电动机出来后经过一对齿轮变速，在通过一对蜗轮蜗杆进一步变速从而使转速符合电风扇摆动的转速，摇头动作通过一个四杆机构实现。万事开头难，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。 _1370697579.unknown _1370842515.unknown _1370704070.unknown _1370688770.unknown