课程设计《台式电风扇摇头装置》

一、题目：台式电风扇摇头装置

二、设计题目及任务

2.1设计题目

设计台式电风扇的摇头机构，使电风扇做摇头动作（在一定的仰角下随摇杆摆动）。

风扇的直径为300mm，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，仰俯角度φ与急回系数K的设计要求及任务分配表见表2.11.

表2.11 台式电风扇摆头机构设计数据

此次选择的是方案C：摆角为ψ=90°，急回系数K=1.02，仰角φ=15°。

2.2设计任务

（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）分配涡轮蜗杆、齿轮传动比。确定它们的基本参数，设计计算几何尺寸。

（4）确定电扇摇摆转动的平面连杆机构的运动学尺寸，它满足摆角ψ及急回系数K条件下使最小传动比角γmin最大。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。

（5）编写设计计算说明书。

（6）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或模型试验验证。

2.3设计提示

（1）常见的摇头机构有杠杆式、滑板式和揿拔式等。可以将风扇的摇头动作分解为风扇的左右摆动和风扇的上下俯仰运动。风扇摇摆转动可以采用平面连杆机构实现。以双摇杆机

构的连杆为主动件（即风扇转子通过涡轮蜗杆带动连杆传动），则其中一个连架杆的摆动即实现风扇的左右摆动（风扇安装在连架杆上）。机架可选取80~90mm。风扇的上下仰俯运动可采用连杆机构、凸轮机构等实现。

（2）还可以采用空间连杆机构直接实现风扇的左右摆动和上下仰俯的复合运动。

三、功能分解

现市售电风扇的机头一般只是做单一的左右摆头动作，可结合手动调节机头俯仰角度来改变受风区域，但正常工作时机头的俯仰角往往是固定的，只依靠机头自身左右摆动来送风，因此受风区域、面积有限。

本台式电风扇是立体送风电风扇，该电风扇有两种实现方式。即风扇左右摆动和风扇上下俯仰运动。

3.1风扇的左右摇摆运动

风扇在开启后，需要调整受风区域时，则自然希望风扇能摇头，增加、改变受风的区域。一般是风扇在启动摇头时，风扇是左右摇摆的。当然，风扇的左右摇摆一般是在一个平面内，并且是有范围限制的。但也有一些摆角是大于180°的，甚至更大的。

3.2风扇的上下俯仰运动

随着科技的发展，很多风扇能在风扇左右摇摆的同时，能借助相应的构件作上下俯仰运动，实现立体宽区域送风。

四、机构的选用

根据前述设计要求，并且根据技术、经济及相容性要求，确定两种运动的执行元件——机头，选用相应的机构来实现各项运动的功能，见表4.1。

表4.1 台式电风扇的机构选型

仅对表4.1的基本结构进行组合，就可以得到2×2=4种运动方案。初步选出结构简单又较为可行的方案为：左右摇摆运动采用凸轮机构中带有凹槽的圆柱凸轮机构，上下俯仰运

动采用连杆机构中的双摇杆机构。

双摇杆机构：结构简单，制造容易，工作可靠，传动距离较远，传递载荷较较大，可实现急回运动规律。一般用于从动件行程较大或承受重载的工作场合，可以实现移动、摆动等复杂运动规律或运动轨迹。利用双摇杆机构实现电风扇的俯仰运动，优点在于它以运动副元素为面接触，压力小，能承载较重的机头，使其上下俯仰运动可靠。并且可根据杆长的改变来实现仰角改变。使用双摇杆机构实现风扇的左右摆头时，所需空间也较大。

凸轮机构：结构紧凑，工作可靠，调整方便，可获得任意运动规律，但动载荷较大，传动效率较低。用于从动件行程较小和载荷不大以及要求特定运动规律的场合。故凸轮不适合作为带动风扇作俯仰运动的机构。而风扇的左右摇摆又是特别有规律的，所以实现风扇的左右摆头还是选用凸轮机构。

五、机构组合

由上述选用的机构组合，根据动力源驱动方式，实现该类电风扇有两种实现方案。

5.1方案一

由两个动力分别驱动机头左右摆头和上下摆头。其中一个来自专用同步电机或经齿轮箱减速的主电动机动力驱动上下摆头，另一个同步电动机专门驱动机头做左右摆头，两种动作组合成一种非特定的立体运动轨迹，实现立体送风。

5.2方案二

单动力驱动，即直接利用主电动机的动力，经减速后同时驱动两套不同的机构分别完成左右和上下摆头两个互成90°的动作。其中上下摆头是由齿箱输出曲柄盘直接驱动曲柄四杆机构即第一机构来实现；左右摆头是由凸轮摆动机构即第二机构来实现。实施时来源于曲柄盘的动力必须经过一个传动机构传递给第二机构，但齿箱跟随第一机构摆动而第二机构不跟随摆动，这时动力的传递只要通过特定的位置才能保持传动中心距不变。此电风扇的第一机构摆动轴线即所谓关节，不管如何摆动，曲柄盘轴线相对摆动轴线即关节的距离始终不变，而第二机构驱动凸轮的传动轴线与第一机构的摆动轴线重合。因此，动力从驱动盘传递到凸轮时，传动中心距不产生任何变化，从而选用同步齿型带传送动力，实现了电风扇循环宽域送风。

5.3方案比较选择

方案一，虽然实现了立体宽区域送风，但同步电动机的使用使动力源增多，电路复杂，且偶然的超载也会导致同步电动机的损坏，使电风扇的整机可靠性和寿命大大的降低，因而

市场对该类电风扇认同率低，无法普及。方案二则可以有效避免这样的不足。

单动力驱动，即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。但方案二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，实现了单动力关节转换恒中心距双驱动结构俯仰水平立体送风。

因此，综上所述，选择方案二。

六、方案详述

下面结合附图1，对方案二进行详述。

参照附图1。电风扇机头整体，即电动机5、减速箱2、风叶、索母、网罩，和安装、固定机头的固定座11等。其中，电动机前壳10用螺丝与电动机前端盖7连接，电动机支承板8安装在电动机后端盖4上，减速箱与电动机后端盖固接，电动机后壳6通过螺丝与电动机连接，支承板借助铰轴12活动铰接在支承假9上，支承架与减速箱上的输出曲柄盘20之间连接有上下摇头连杆1，曲柄盘与左右摆头驱动凸轮机构中的从动齿轮19之间由同步皮带3传输动力，驱动凸轮主体靠轴套21配套定位并运作。

图6.1 上下俯仰运动的传动原理示意图