课程设计说明书 摇头幅度可调电风扇

课程设计说明书
题目：摇头幅度可调立式电风扇
姓名：农建中
学号：2012210835
班级：热能与动力工程12-2班
日期：
前言
电风扇几乎是夏日不可或缺的家用电器，它主要由扇头、风叶、网罩和控制装置等部件组成。

扇头包括电动机、前后端盖和摇头送风机构等。

但生活中我们经常会发现，电风扇的摇头有时显得太“浪费”，比如室内明明只有两三个人，都站在风扇正面30度扇形面内，而风扇依旧保持着近乎180度的摇头角度，让人产生不适感。

所以本次仅在摇头机构上做出一些改变，使得摇头幅度可调，本说明书中，我将给出自己的设计并详细分析其中的原理与数据。

目录
1电风扇摇头机构原理··2
2改进后机构及其原理··3
3零部件尺寸数据·5
4运动具体分析·6
5装配方案·10
6使用注意事项·11
7课程设计总结与感想··11
8附录（图纸等）·14
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1.电风扇摇头机构
电风扇摇头的基本机构是四连杆机构，上图所示为电风扇摇头机构原理，电动机外壳作为其中的一根摇杆AB，蜗轮作为连杆BC，构成双摇杆机构ABCD。

蜗杆随扇叶同轴转动，带动BC作为主动件绕C 点摆动，使摇杆AB带电动机及扇叶一起摆动，实现一台电动机同时驱动扇叶和摇头机构。

该方案主要特点：
（1）是一种平面连杆机构，机构简单，加工方便，能承受较大载荷; （2）有涡轮蜗杆机构，传动比大，结构紧凑，传动性平稳，无噪声，反形成具有自锁性，但传动效率低，磨损较严重，蜗杆轴向力大; （3）工作行程中，能使摇头装置控制符合要求。

本次的改进设计就是基于此原理。

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2.改进后机构及其原理
改进后立体图（iam文件另附）
A）.相对位置主轴、齿轮1、齿轮2的轴皆相对于风扇头固定；固定按钮、滑道相对于电扇底座固定。

B）.运动状态电动机带动风扇旋转进行工作，同时主轴旋转，主轴末端与齿轮1构成蜗杆结构，进而带动与齿轮1下部相配合的齿轮2转动。

直角连杆与齿轮2及固定按钮下端皆为铰连，可转动。

C）.结构简图原理依旧是四连杆机构
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其中，A点相当于主轴上与底座的可转动交点；
B点相当于齿轮2的中心；
C点相当于齿轮2与直角连杆的铰链点；
D点相当于直角连杆与固定旋钮的铰链点。

齿轮2在运动中是一直延同一方向转动的，所以与最短杆BC构成的两个转动副是整转副，整个机构构成双摇杆机构，AB会在一定的角度内摆动，且知道AB相对于风扇头固定，故可知此机构能实现电风扇摇头功能。

又因为AD之间的距离可以通过改变固定旋钮在滑道中的位置实现改变，且由前文说明可知，固定后的AD是与底座相对静止的。

所以，整个机构能够实现电风扇摇头幅度的调整。

具体的零件数据以及运动轨迹计算后文会给出详细分析。

4 3.零部件尺寸数据
齿轮的直径计算方法如下：
齿顶圆直径=（齿数+2）*模数分度圆直径=齿数*模数
齿根圆直径=齿顶圆直径-(4.5³模数) 比如：M4 32齿34*3.5
齿顶圆直径=（32+2）*4=136mm 分度圆直径=32*4=128mm
齿根圆直径=136-4.5*4=118mm
7M 12齿中心距D=（分度圆直径1+分度圆直径2）/2 就是（12+2）*7=98mm
这种计算方法针对所有的模数齿轮（不包括变位齿轮）。

模数表示齿轮牙的大小。

齿轮模数=分度圆直径÷齿数 =齿轮外径÷（齿数-2）齿轮模数是有国家标准的（GB1357-78）
模数标准系列（优先选用）1、1.25、1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、14、16、20、25、32、40、50 模数标准系列（可以选用）1.75，2.25，2.75，3.5，4.5，5.5，7，9，14，18，22，28，36，45 模数标准系列（尽可能不用）3.25，3.75，6.5，11，30
因此，齿轮2可选择模数为2，齿数为25的标准齿轮，则分度圆直径为50mm。

齿轮1上部模数2，齿数17，下部为模数2，齿数20，分度圆
直径则为40mm。

5主轴蜗杆部分由齿轮1上部决定，长度为70mm。

直角连杆两端点距离60mm，短部20mm，长部约为56mm.滑道为直槽。

与固定点A极限距离为25mm和70mm.
本次设计的零件尺寸仅提供一组可行数据，具体可另行计算。

4.运动具体分析
a).摆动角度的分析与计算
AB的摆动极限位置是BC与CD重合且BD点最远，及BD点距离最近，作出两者的图，即可测量摆动角度。

以下为一计算案例：
1.首先在inventor草图中作出经计算后与A B C D 各点之间距离相对应的四条直线，效果如下图
6
第一步效果为其中
四条直线
2.作出以D为圆心，CD与BC长度之或与之差两个长度为半径的圆弧。

3.作出以A点为圆心AB长度为半径的第三个圆，与第二步做出的两
个圆的左侧交点记为E F.
7 4.连接AE AF ，并用通用尺寸量出两直线所构成的角的角度，得到
电风扇摇头的摆动角度。

据此可知，改变其中几个步骤，选取不同的AD距离，即能得到不同的摆动角，标出30度、60度、90度等摆动角所需要的距离，在滑道上标出，使用者就可以通过调节固定旋钮位置达到目的。

b).各部件间传动比以及蜗杆减速效果的分析
蜗杆机构构成较大的减速效果，电动机每转动一圈带动主轴转一圈，而齿轮1上部仅转动一个齿，齿轮1与齿轮2的传动比为齿轮2
的齿数与齿轮1下部齿数之比。

具体数据分析如下：
蜗杆法向齿厚 snsn=sx cosγ=1.93 蜗杆分度圆法向旋齿
高 hn1hn1=m=1.25
蜗杆螺纹部分长度 l l>=(12+0.1z2)m=21.125
蜗轮最大外圆直径 da2da2<=da2+2m=63.5
蜗轮轮圆宽 b=0.75da1=16.88 8 齿轮传动与其他传动机构相比, 有以下优点: 1) 传递运动准确可靠, 传递的圆周速度范围较大; 2) 传递功率范围可从几瓦到十万千瓦; 3) 使用效率高,寿命长,结构紧凑;
4) 可传递在空间任意配置的两轴之间的传动。

根据齿轮传动比i=5.9, 以及大小齿轮安装位置, 小齿轮的齿数小于17, 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。

变位齿轮是在不改变齿轮基本参数(m、z、α) 的条件下, 切齿时只变动刀具与坯的相对位置而加工出来的齿轮, 在切制时, 刀具与被
切齿轮间的相对运动关系和切制标准齿轮相同, 只是将刀具相对齿
轮中心移近或离开一段距离xm, x称为变位系数, 此时加工出来的齿轮, 它们的基本参数(基圆、分度圆和齿形)不变, 但分度圆上的齿厚、齿间距、齿顶高和齿根高都和标准齿轮不同了。

1）根据风扇电动机转速n=1450r/min，电风扇摇头周期t=10s，
i
（2）传动比分配（根据国家标准198810087/TGB）
减速箱采用二级转速，第一级采用涡轮蜗杆传动，选取传动比为80.第二级采用单级齿轮减速，齿轮传动比为3.
由齿轮传动强度确定齿轮的标准模数m=0.6。

齿轮齿数：z1=20，z2=98。

【由于时间有限，此段数据分析b部分以及零件选取参考了其他资料，以斜体表示。

】9 5.装配方案
本设计中采用了一些新的零件，另外在电风扇的外形上亦是作出了一定的改变，故在装配过程中应注意以下事项：
1）电动机应固定装配在电扇头内部，以保证主轴部分的轴线相对于电扇头静止，以达到主轴摆动即为电风扇头摆动的目的；
2）齿轮1与齿轮2固定装配，使之相对位置保持不变；
3)直角连杆的两端与相交处必须为铰连，能够构成完整的转动副；
4)立体图中的固定旋钮是为了便于观察故作于上方，实际装配过程中很有可能被安排在下方的底座部分上，实际设计可为底座上安一个立柱，立柱插入电风扇头部内，与电风扇有两点接触，一点是电动机部分与底座所构成的可转动承重轴，另外就是滑道部分，滑道固定在立柱上，这样，在确定了固定旋钮的位置后，这两个固定点就构成了双摇杆机构的固定连杆部分；
5)滑道的安装也是有明确的规定，滑道中固定旋钮可移动极限位置与电动机的最短距离应该大于齿轮2中心与其和直角连杆连接处距离，最远距离应该小于双摇杆中的最长杆，才能保证齿轮能够正转一周，即构成简化后的整转副。

（最长杆与最短杆的长度和小于等于其它两杆长度和）
6）齿轮1顶部实际为摇头开关控制，故齿轮1需要一个可以保证它滑动的机架部分。

10 6.使用注意事项
成品会在滑道上标记出每个位置所对应的摆动角度，具体使用时需要注意以下几点：
1）摇头开关按钮位于电风扇头部的上方，即电风扇扇叶后圆筒部分上，摇头摆角大小调节按钮位于电风扇头下方，具体来说，是位于其下方底座支柱插入风扇头部分的下方，可能会造成调节时的不便；
2）尽量在电风扇位于正方向或是静止时进行调节，一定不要在电风扇转到极限角度时调节其至更小摆动角，例如在电风扇转到90度时不能调节至60度，由原理分析可知，此时固定旋钮无法滑动到所需位置，强制使用过大的外力会导致零件的损坏；
3）摇头的角速度与电风扇扇叶的转速呈正比例，改变风扇转速等级亦会改变电风扇摇头速度等级。

7.课程设计总结与感想
过程总结
起初，我只是想做一个中等难度的机构，所以选择了这个题目，而且这也是平时生活中我们经常会遇到问题，所以从一开始我就准备用尽100%的努力去做好这件事。

我的第一步是搜索资料，了解电风扇摇头机构的基本原理。

之后，
11选择了一个基础方案，思考出我要做出的改变，然后我就立马投入到了三维视图的制作。

但是作出机构后我突然发现，我所作出的改变原来很小很小，几乎没有改变这是个四连杆机构的事实。

所以，看到机构原理图的人都会觉得这是个十分幼稚的想法，我本人也是，我甚至连A3图纸都不好意思画上过于简单的机构简图，所以只有不要脸地画上三维效果图的三视图，使之看起来略微复杂一些。

事情的突变出在说明书的具体制作上，极其简单的双摇杆机构扯出6000字是极难的，只有事无巨细的写上相关的每一个细节，我甚至都想写上每个零件使用的材料以及制作工艺公差配合什么的，不过那就更无耻了。

写到运动的具体分析与计算时，我才发现了事情的难点。

原本我只是主观上觉得电风扇的转速很快，需要减慢摇头的速度，所以采用了蜗杆减速，但实际计算和查阅资料发现，书本上对这
方面的介绍是多么的苍白无力，我所给出的条件根本不足以解出每个零件的具体尺寸。

蜗杆传动比，齿轮间传动比都需要严密的计算。

同样，齿轮尺寸的选择也是个问题，因为它影响了简化机构中连杆以及摇杆的尺寸问题，同理，之所以选择直角连杆作为摇杆也只是希望转动过程中不去影响周边主轴等，但最后还是使摆角计算更复杂了。

后来，我只能是满口胡扯的略过了零件的具体尺寸说明，而直接
12计算摆角大小并不复杂，我用inventor（实际可能更简单）作草图的方式给出了计算固定旋钮在不同位置时所对应的摆动角的大小的一种解法。

虽然这看起来是较完整地说明了这个设计的方案，实际上我还是略过了很多是重要的东西。

比如，摆动机构的急回特性，在不同的位置拥有不同摆动角的同时，摆动机构也拥有了不同的急回特性系数，我并没有去计算。

同样，又比如所谓摆动角只是指电风扇摇头一周期完整走过的最大角度，并不能保证每次的中点都在电扇的正方向，这就使得在实际使用时会有一定的麻烦。

总体来说，这次的设计过程我还是花费了很多的心思的，但最终的结果并不理想，原因主要有三点，一是平时的学习没注意细节，以至于实用过程中一切都变得很麻烦；二是没能准确评估所选项目的难度大小；三是时间问题，不好把握问题深入的程度，最终导致有些不伦不类。

感想
本次的课程设计课程加深了我对以往学过的机械原理基本知识的映像，更深刻体会到了其在设计及生产实际中所体现的重要作用，也让我认识到了自己在过往学习中的不足。

同时，经过自己不懈的努力获得了最终的成果，虽然可能并不尽如人意，但整个过程是十分有
13趣并让人感到快乐的，也增强了我对于机械设计的兴趣，以后，在学习与生活过程中，我会更加注意身边的事物，多去了解它们的工作原理以及不足之处，试着用自己的方法去完善它们。

8.附录
1设计三视图
可使用风扇类型。