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1、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： .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。 .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300mm，
2、电扇电动机转速n=1450r/min，电扇摇头周期T=10s。电扇摆动角度与急回系数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8090mm。,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
3、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，
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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n1450r/min，而电扇摇头周期t=10s即摆动周期为6 r/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
11、,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
12、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
13、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，最终机构图可以出炉了,齿轮参数,参考文献 1 申永胜. 机械原理教程（第2版）. 北京：清华大学出版社，2005 2 裘建新. 机械原理课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2005 3 孙恒 陈作模.机械原理（第六版）.北京：高等教育出版社，2001 4 曲继方主编机械原理课程设计北京：机械工业出版社，1989 5 成大先. 机械设计手册（第五版）机构. 北京：化学工业出版社，2010,