機械原理課程設計--臺式電風扇搖頭裝置設計

1、<p><b>　　機械原理課程設計</b></p><p>　　課程題目：臺式電風扇搖頭裝置</p><p><b>　　專 業(yè)：</b></p><p><b>　　班 級：</b></p><p><b>　　學 號：</b&g

2、t;</p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　指導老師：</b></p><p>　　2013年6月23日 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一．設計要求 …………………………

3、………………………………2</p><p>　　二．設計任務.............................................2</p><p>　　三．功能分解.............................................3</p><p>　　四．選用機構………………………………………………………3</p

4、><p>　　4-1. 減速機構選用………………………………………………4</p><p>　　4-2. 離合器選用…………………………………………………5</p><p>　　4-3. 搖頭機構選用………………………………………………6</p><p>　　五．機構的設計………………………………………………………7</p><

5、;p>　　5-1. 鉸鏈四桿機構的設計………………………………………7</p><p>　　5-2. 四桿位置和尺寸的確定……………………………………8</p><p>　　5-3. 傳動比的分配………………………………………………9</p><p>　　六．總結········&

6、#183;····································

7、;··13</p><p>　　七．參考文獻…………………………………………………………15</p><p>　　臺式電風扇搖頭裝置方案</p><p><b>　　一．設計要求</b></p><p>　　設計臺式電風扇的搖頭裝置要求能左右旋轉并可調節(jié)俯仰角。以實現(xiàn)一個動力下扇葉旋轉和搖頭動作的聯(lián)合

8、運動效果。</p><p>　　臺式電風扇的搖頭機構，使電風扇作搖頭動作（在一定的仰角下隨搖桿擺動）。風扇的直徑為300mm，電扇電動機轉速n=1450r/min，電扇搖頭周期t=10s。電扇擺動角度ψ、仰俯角度φ與急回系數(shù)K的設計要求及任務分配見表。</p><p><b>　　二. 設計任務</b></p><p>　?、?按給定的主要參數(shù)

9、，擬定機械傳動系統(tǒng)總體方案；</p><p>　?、?畫出機構運動方案簡圖；</p><p>　?、?分配蝸輪蝸桿、齒輪傳動比，確定他們的基本參數(shù)，設計計算幾何尺寸；</p><p>　?、?確定電扇搖擺轉動的平面連桿機構的運動學尺寸，它應滿足擺角Ψ及急回系數(shù)K條件下使最小傳動角最大。并對平面連桿機構進行運動分析，繪制運動線圖，驗算曲柄存在的條件；</p>

10、;<p>　?、?編寫設計計算說明書；</p><p>　　學生可進一步完成臺式電風扇搖頭機構的計算機動態(tài)演示或模型試驗驗證。</p><p><b>　　功能分解</b></p><p>　　常見的搖頭機構有杠桿式、滑板式和撳拔式等。可以將電風扇的搖頭動作分解為風扇左右擺動和風扇上下俯仰運動。風扇要搖擺轉動克采用平面連桿機構實現(xiàn)

11、。以雙搖桿機構的連桿作為主動件（即風扇轉子通過蝸輪蝸桿帶動連桿傳動），則其中一個連架桿的擺動即實現(xiàn)風扇的左右擺動（風扇安裝在連架桿上）。機架可取80~90 mm。風扇的上下俯仰運動可采取連桿機構、凸輪機構等實現(xiàn)。本方案具體機構選用如下：</p><p>　　電動機傳過來的動力，由于功率大，轉軸運轉速度快，故需一減速裝置將電機的速度減慢傳給搖頭機構（本方案選用錐齒輪機構）。</p><p>

12、　　還可以采用空間連桿機構直接實現(xiàn)風扇的左右擺動和上下仰俯的復合運動（本方案選用平面四桿機構實現(xiàn)左右擺動）。</p><p>　　應設計相應的左右擺動機構完成風扇搖頭或不搖頭的吹風過程，所以必須設計相應的離合器機構（本方案設計為滑銷錐齒輪機構）。</p><p>　　扇頭的仰俯角調節(jié)，這樣可以增大風扇的吹風范圍。因此需要設計扇頭俯仰角調節(jié)機構（本方案設計為手動控制旋鈕）。</p>

13、;<p><b>　　四. 選用機構</b></p><p>　　驅動方式采用電動機驅動。為完成風扇左右俯仰的吹風過程，據上述功能分解，可以分別選用以下機構。機構選型表：</p><p><b>　　1．減速機構選用</b></p><p><b>　　蝸桿減速機構</b></p&

14、gt;<p>　　蝸桿渦輪傳動比大, 結構緊湊，反行程具有自鎖性，傳動平穩(wěn), 無噪聲, 因嚙合時線接觸, 且具有螺旋機構的特點, 故其承載能力強，但考慮后面與離合機構的配合關系，由于蝸桿渦輪嚙合齒輪間的相對滑動速度較大，摩擦磨損大，傳動效率低，易出現(xiàn)發(fā)熱現(xiàn)象，需要用較貴的減摩材料來制造渦輪，制造精度要求高，成本高。而錐齒輪可以用來傳遞兩相交的運動，相比渦輪蝸桿成本低，所以選擇錐形齒輪減速。綜上，選擇錐形齒輪減速機構。&l

15、t;/p><p><b>　　離合器選用</b></p><p>　　方案一主要采用的滑銷上下運動，使得渦輪脫離蝸桿從而實現(xiàn)是否搖頭的運動。而方案二比方案一少用了一個齒輪，它主要采用的滑銷和錐齒輪卡和從而實現(xiàn)是否搖頭的運動，不管是從結構簡便還是從經濟的角度來說方案二都比方案一好，也更容易實現(xiàn)，所以我們選擇方案二。</p><p><b>

16、　　3．搖頭機構選用</b></p><p>　　方案一：平面四桿搖頭機構</p><p>　　四桿機構更容易制造，制造精度要求也不是很高，并且四桿機構實現(xiàn)擺幅也更容易實現(xiàn)，最重要的是它的制造成本比較低，所以首選四桿機構，從以上兩個簡圖中我們不難看出方案一比方案二多了一個齒輪盤，所以方案二更佳。</p><p><b>　　機構組合</b

17、></p><p><b>　　五．機構的設計</b></p><p>　　1.鉸鏈四桿機構的設計</p><p>　　平面四桿機構和極限位置分析</p><p>　　按組成它的各桿長度關系可分成兩類：</p><p>　　(1) 各桿長度滿足桿長條件, 即最短桿與最長桿長度之和小于或等于其

18、它兩桿長度之和。且以最短桿的對邊為機架, 即可得到雙搖桿機構。根據低副運動的可逆性原則, 由于此時最短桿是雙整轉副件, 所以, 連桿與兩搖桿之間的轉動副仍為整轉副。因此搖桿的兩極限位置分別位于連桿(最短桿) 與另一搖桿的兩次共線位置, 即一次為連桿與搖桿重疊共線, 如圖所示AB′C′D, 另一次為連桿與搖桿的拉直共線即圖中所示ABCD。 搖桿的兩極限位置與曲柄搖桿機構中搖桿的極限位置的確定方法相同, 很容易找到。</p>

19、<p><b>　　兩極限位置的確定</b></p><p>　　(2) 各桿長度不滿足桿長條件, 即最短桿與最長桿長度之和大于其它兩桿長度之和。則無論哪個構件為機架機構均為雙搖桿機構。此時, 機構中沒有整轉副存在, 即兩搖桿與連架桿及連之間的相對轉動角度都小于360°</p><p>　　四桿位置和尺寸的確定</p><p&g

20、t;　　極為位夾角為0°的兩極限位置</p><p>　　根據計算,極位夾角為180°*(K-1)/(K+1)=4.39°很小,視為0°, 如上圖所示BC,CD共線, 先取搖桿LAB長為70, 確定AB的位置,然后讓搖桿AB順時針旋轉105°,得到A′B′, 再確定機架AD的位置, 取∠B′AD=5°（則∠BAD＝１１０°）且LAD 取90,

21、注: AD 只能在搖桿AB, A′B′的同側。 </p><p>　　當桿AB處在左極限時, BC, CD共線,利用余弦定理算得 LBC 與 LCD 之和可以得出,</p><p>　　算得 LBC+ LCD=132 ....................................①</p><p>　　當AB處在右極限時,即圖中A′B′的位置,

22、此時BC, CD重疊, 算得 LC′D′- LB′C′=25 .................................② </p><p>　　由①,②式可得LBC為53.5, LCD為78.5, B點的運動軌跡為圓弧 B B′, LBC+LAD=143.5< LCD+LAB=148.5滿足條件最短桿與最長桿之和小于另外兩桿之和, 且取最短桿BC的對邊AD為機架,符合第一類平面雙搖

23、桿機構，故滿足條件。 </p><p>　　矢量法分析連桿角速度</p><p>　　確定四根桿長之后,畫出其一般位置如圖所示, 此時可根據理論力學知識求出桿AB, BC, CD的速度,已知搖滾AB轉動角度為 ∠110°，用時t=T/2=5s，故VAB=WABLAB=(110°/5/180*π) *70=26.9mm/s小三角形中,可求出WBC=0.63Rad/s。&

24、lt;/p><p><b>　　3.傳動比的分配</b></p><p>　　其設計規(guī)定轉速 n=1450r/min, 可得, w=151.8 rad/s</p><p>　　由上面可知連桿的角速度WBC=0.63Rad/s, 而電動機的角速度w= 151.8rad/s 所以總傳動比 i = 241</p><p>　　由

25、此可以把傳動比分配給蝸輪蝸桿與齒輪傳動, 其中,蝸渦輪蝸桿的傳動比i1=w1/w2 = 95.，齒輪的傳動比i2 = w2/w3 = 2.6</p><p>　?。?）蝸輪蝸桿機構的幾何尺寸計算</p><p>　　蝸桿軸向模數(shù) （蝸輪端面模數(shù)）m m = 1.25</p><p>　　傳動比 i i

26、= 95</p><p>　　蝸桿頭數(shù) z1 z1 = 1</p><p>　　蝸輪齒數(shù) z2 z2 = i z1 = 95</p><p>　　中心距 a a = (d1+d2+2x2m)/2 =40</p

27、><p>　　蝸桿分度圓導程角 γ tanγ = z1/q = mz1/d1 =0.0625</p><p>　　蝸桿節(jié)圓柱導程角γ′ tanγ′ =z1/(q+2x2) = 0.0667</p><p>　　蝸桿軸向齒形角 α α =20°</p><p>　　

28、蝸桿(輪)法向齒形角αn tanαn = tanαcosγ=0.363</p><p>　　蝸桿蝸輪齒頂高 ha1 ha2 ha1 = ha*m = 1/2(da1-d1) </p><p>　　= 1 X 1.25 =1.25</p><p>　　ha2=m(ha*+x2)= 1/2(da2-d2) = 1.25

29、(1-0.5) = 0.625</p><p>　　( 一般ha* = 1)</p><p>　　蝸桿蝸輪齒根高 hf1 hf2 hf1 = (ha*+c*)m =1/2(d1-df1) </p><p>　　= (1+0.2)X1.25 = 1.5</p><p>　　hf2=1/2(d2-df2)=m(ha*-x2+

30、c*)=1.25(1+0.5+0.2)=2.215 </p><p>　　蝸桿蝸輪分度圓直徑 d1 d2 d1=qm=16X1.25=20</p><p>　　d2=mz2=2a-d1-2x2m=61.25</p><p>　　蝸桿蝸輪節(jié)圓直徑 d1′ d2′ </p><p>　　d1′=(q

31、+2x2)m=d1+2x2m=18.75</p><p><b>　　d2′=61.25</b></p><p>　　蝸桿、齒頂圓直徑da1蝸輪喉圓直徑 da2 da1=(q+2)m=22.5 </p><p>　　da2=(z2+2+2x2)m=62.5 </p><p>　　蝸桿蝸輪齒根圓直徑 df1 df

32、2 df1=d1-2hf1=17</p><p>　　df2=d2-2hf2=57</p><p>　　蝸桿軸向齒距 px px=∏ m=3.925</p><p>　　蝸桿軸向齒厚 sx sx=0.5∏m=1.96</p><p>

33、　　蝸桿法向齒厚 sn sn=sx cosγ=1.93</p><p>　　蝸桿分度圓法向旋齒高 hn1 hn1=m=1.25</p><p>　　蝸桿螺紋部分長度l l>=(12+0.1z2)m=21.125</p><p>　　蝸輪最大外圓直徑 da

34、2 da2<=da2+2m=63.5</p><p>　　蝸輪輪圓寬b b=0.75da1=16.88</p><p>　?。?）齒輪機構的設計</p><p>　　根據齒輪傳動比i=5.9, 以及大小齒輪安裝位置, 小齒輪的齒數(shù)小于17, 所用齒輪齒數(shù)較少, 標準齒輪不能滿足

35、要求, 所以采用變位齒輪。</p><p>　　齒輪機構的幾何尺寸計算</p><p>　　傳動比 i i=5.9</p><p>　　分度圓 d1 d2 d1=mz1=7.5 d2=mz2=44</p><p>　　齒頂高 ha

36、 ha1=(ha*+x2)m=0.75 </p><p>　　ha2=(ha*+x2)m=0.25</p><p>　　齒根高 hf </p><p>　　hf1=(ha*+c*-x1)m=0.0425 hf2=(ha*+c*-x2)m=0.925</p><p>　　齒高 h

37、 </p><p>　　h1=ha1+hf1=1.175 h2=ha2+hf2=1.175</p><p>　　齒頂圓直徑 da da1=d1+2ha1=9 da2=d2+2ha2=44.5</p><p>　　齒根圓直徑 df </p><p>

38、　　df1=d1-2hf1=6.65 df2=d2-2hf2=42.15</p><p>　　中心距 a a=1/2(7.5+44)=25.75</p><p>　　基圓直徑 db db1=d1 cosα=7.1 </p><p>　　db2=d2 cosα=41.3<

39、/p><p>　　齒頂圓壓力角αa αa1=arcos(db1/da1)=37.9° αa2=arcos(db2/ba2)=21.86°</p><p>　　齒寬 b b=12m=6</p><p><b>　　六．總結</b></p><p

40、>　　機械原理課程設計結束了，回望這短暫的幾天時間學習，自己學到了不少。通過這次課程設計，讓我對機械原理這門課程有了更深入的了解，對以前不熟悉的環(huán)節(jié)理解。雖然在設計的過程中遇到了好多麻煩，但是經過自己認真的思考和查閱資料，以及和同學一起討論最終把問題都解決了。這次設計給我一個感受，學習的過程中要懂得把所學的東西聯(lián)系起來并運用到實踐中來，而不是把每個章節(jié)分開來理解。通過這個實踐我學得了好多，同時認識到理論聯(lián)系實際的重要性，不僅加深了

41、我對課程的理解程度而且也激起了我學習的興趣。</p><p>　　機械原理課程設計結合一種簡單機器進行機器功能分析、工藝動作確定、執(zhí)行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺寸綜合、機械運動方案設計等，使我們學生通過一臺機器的完整的運動方案設計過程，進一步鞏固、掌握并初步運用機械原理的知識和理論，對分析、運算、繪圖、文字表達及技術資料查詢等諸方面的獨立工作能力進行初步的訓練，培養(yǎng)理論與實際相結合、應用計算機完成機構分析

42、和設計的能力，更為重要的是培養(yǎng)開發(fā)和創(chuàng)新能力。機械原理課程設計在機械類學生的知識體系訓練中，具有不可替代的重要作用 </p><p>　　通過這次設計，讓我認識到自己掌握的知識還很缺乏，自己綜合應用所學的專業(yè)知識能力是如此的不足，在以后的學習中要加以改進。同時也充分認識到理論是實際的差別，只有理論聯(lián)系實際，才能更好的提高自己的綜合能力。以后在學習中要多注意這次設計中所遇到的問題，并及時的改正。自己的知識仍然很有限

43、，要多學習知識，提高自己。</p><p><b>　　八.參考文獻</b></p><p>　　1.孫桓,等,機械原理.7版.北京:高等教育出版社</p><p>　　2.梁崇高,等平面連桿機構的計算設計.北京:高等教育出版社</p><p>　　3.鄒慧君.機械運動方案設計手冊.上海:上海交通大學出版社</p&