电扇摇头装置课程设计

机 械 原 理 课 程 设

计

台式电风扇摇头装置设计

起止日期： 2014 年 6 月 24日 至 2014 年 6 月 29日

学生姓名学号

学生姓名学号

学生姓名学号

班

级 机械1203班

成绩 指导教师(签字)

机械工程学院（部）

2014年06 月 29 日

目 录

一．设计要求 (3)

二 设计任务 (3)

三．功能分解 (4)

四．选用机构 (4)

4-1.减速机构选用 (5)

4-2.离合器选用 (5)

4-3.摇头机构选用 (8)

4-4.机构组合 (9)

五．机构的设计 (10)

5-1.铰链四杆机构的设计 (10)

5-2.四杆位置和尺寸的确定 (11)

5-3.传动比的分配 (13)

六．摇头装置三维实体图 (15)

七．摆角调节 (17)

八．总结 (17)

九．参考文献 (19)

台式电风扇摇头装置方案

一．设计要求

设计台式电风扇的摇头装置要求能左右旋转。以实现一个动力下扇叶旋转和摇头动作的联合运动效果。

台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作。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与急回系数K的设计要求及任务分配见表。

方案号电扇摇摆转动

摆角ψ/（°）急回系数K

二. 设计任务

⑴按给定的主要参数，拟定机械传动系统总体方案；

⑵画出机构运动方案简图；

⑶分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定他们的基本参数，设计计算几何尺寸；

⑷确定电扇摇摆转动的平面连杆机构的运动学尺寸，它应满足摆角Ψ及急回系数K条件下使最小传动角 最大。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图，验算曲柄存在的条件；

⑸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。

三．功能分解

常见的摇头机构有杠杆式、滑板式和揿拔式等。风扇要摇摆转动克采用平面连杆机构实现。以曲柄摇杆机构的曲柄作为主动件（即风扇转子通过蜗轮蜗杆带动连杆传动），则其中一个摇杆的摆动即实现风扇的左右摆动。机架可取80~90 mm。本方案具体机构选用如下：

摆转动力由电动机提供，由于功率大，转轴运转速度快，故需减速装置将电机的速度减慢传给摇头机构（本方案选用标准直齿轮和蜗杆涡轮二级减速装置）。

采用空间连杆机构直接实现风扇的左右摆动（本方案选用平面四杆机

构实现左右摆动）。

同时设计相应的左右摆动机构完成风扇摇头或不摇头的吹风过程，所以必须设计相应的离合器机构（本方案设计为滑销锥齿轮机构）。

四. 选用机构

驱动方式采用电动机驱动。为完成风扇左右俯仰的吹风过程，据上述功能分解，可以分别选用以下机构。机构选型表：

4.1减速机构选用

蜗杆涡轮减速机构

标准直齿轮减速机构

蜗杆涡轮传动比大, 结构紧凑，反行程具有自锁性，传动平稳, 无噪声, 因啮合时线接触, 且具有螺旋机构的特点, 故其承载能力强，适用于高速的传动场合，所以将其作为第一级减速机构。又考虑第二级减速机构传动比小，是在低速的运转中，本方案采用标准直齿轮装置作为第二级减速机构。综上，选择蜗杆涡轮机构和标准直齿轮机构作为减速机构。

4.2离合器选用

方案一主要采用的滑销上下运动，使得涡轮脱离蜗杆从而实现是否摇头

的运动。而方案二比方案一少用了一个齿轮，它主要采用的滑销和锥齿轮卡和从而实现是否摇头的运动，不管是从结构简便还是从经济的角度来说方案二都比方案一好，也更容易实现，所以我们选择方案二。

4.3摇头机构选用

方案一

方案二

要实现扇头的左右摇摆有很多运动方式可以选择，如选用凸轮机构，多杆机构，滑块机构等等，但四杆机构更容易制造，制造精度要求也不是很高，并且四杆能够摆幅，且制造成本较低，所以首选四杆机构，从以上两个简图中，我们不难看出方案一比方案二多了一个长轮盘，所以方案二更好。

4.4机构组合

如图所示，电机装在摇杆1上，铰链B处装有一个涡轮，电机转动时，电机轴上的蜗杆带动涡轮，涡轮与小齿空套在同一根轴上，再又小齿轮带动大齿轮，而连杆2固定在大齿轮上，从而迫使连杆2绕B点作整周转动，使连架杆1和3作往复摆动，达到风扇摇头的目的。

五．机构的设计

5.1铰链四杆机构的设计

平面四杆机构和极限位置分析

按组成它的各杆长度关系可分成两类：

(1) 各杆长度满足杆长条件, 即最短杆与最长杆长度之和小于或等于

其它两杆长度之和。且以最短杆的对边为机架, 即可得到双摇杆机构。

根据低副运动的可逆性原则, 由于此时最短杆是双整转副件, 所以,

连杆与两摇杆之间的转动副仍为周转副。因此摇杆的两极限位置分别

位于连杆(最短杆) 与另一摇杆的两次共线位置, 即一次为连杆与摇

杆重叠共线, 如图所示AB′C′D, 另一次为连杆与摇杆的延长共线即

图中所示ABCD。摇杆的两极限位置与曲柄摇杆机构中摇杆的极限位置

的确定方法相同, 很容易到。

(2) 各杆长度不满足杆长条件, 即最短杆与最长杆长度之和大于其

它两杆长度之和。则无论哪个构件为机架机构均为双摇杆机构。此时, 机

构中没有整转副存在, 即两摇杆与连架杆及连之间的相对转动角度都小

于360°

5.2四杆位置和尺寸的确定

根据计算,极位夹角为180°*(K-1)/(K+1)=1.78°, 如上图所示BC,CD 共线,根据题设机架AD长取80,再选取摇杆AB长为60，根据方案设计，∠D 的位BA B′为90°，易得到摇杆AB的两个极限位置，如图所示：当杆AB处在左极限时, BC, CD共线,

可得 L BC+ L CD=120..................................①当AB处在右极限时,即图中A′B′的位置, 此时BC, CD重叠, 算得L C′D′- L B′C′=40................................②

由①,②式可得L BC为40, L CD为80, B点的运动轨迹为圆弧 B B′, L BC+L AD=120< L CD+L AB=140满足条件最短杆与最长杆之和小于另外两杆之和, 且取最短杆BC的对边AD为机架,符合第一类平面双摇杆机构，故满足条件。

根据题目要求，电风扇摇头周期T=10s,可得其角速度w为30rad/s，即BC杆绕B点角速度为30rad/s,而电机又装在杆AB上，此时杆AB走过