机械原理课程设计台式电风扇摇头装置

成都理工大学机械基础训练I设计说明书设计题目：台式电风扇摆头机构设计学生姓名：**专业：14级机械工程学号：*************指导教师：***日期：20 16 年12月28 日目录第一章：要求和任务 (3)一．设计原始数据 (3)二．设计方案提示 (3)三．设计任务 (4)四：注意事项 (4)第二章：机构的选用 (5)一、摆头机构： (5)二、传动机构 (7)第三章：机构的设计 (8)一、四杆机构的设计 (8)二、凸轮机构的设计： (11)三、传动机构的设计 (14)第四章：机构的运动分析 (18)一、四杆机构的运动分析： (18)二、圆柱凸轮机构运动分析： (20)第五章：方案的确定 (22)一、比较两种方案并选取方案： (22)二、机构简图 (22)总结 (23)参考文献 (24)第一章：要求和任务一．设计原始数据设计台式电风扇的摇头装置，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下表.表: 台式电风扇摆头机构设计数据我选择方案B：摆角为ψ=85°，急回系数K=1.015。

二．设计方案提示：常见的摇头机构有杠杆式、滑块式、揿拔式等。

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，涡轮和小齿轮做成一体，并以四杆机构的连杆作为原动件，则机架、两个连架杆都做摆动，其中一个连架杆相对于机架的摆动即是摆头动作。

机架可取80—90mm。

三．设计任务：1．至少提出两种方案，然后进行方案分析评比，选一种方案进行设计；2．设计传动系统中各机构的运动尺寸，绘制机构运动简图。

3．编写课程设计说明书。

（用A4纸张，封面用标准格式）4．机械传动系统和执行机构的尺寸计算。

四：注意事项每位同学按照课程设计后最好准备一个专用笔记本，把课程设计中查阅、摘录的资料。

初步的计算以及构思的草图都记录在案，这些资料是整理设计说明书的基本素材。

课程设计中所需知识可能超出«机械原理»课程课堂讲述的基本内容，同学应通过自学补充有关知识。

推荐参考资料«机械原理课程设计手册» 邹慧君主编高等教育出版社。

需要上交的资料包括：(1)设计说明书1份；（打印）(2)设计方案草图1份；（手写）(3机械运动方案图样（A3大小）1份，及主要机构的运动简图、机构运动线图、机构的受力分析等。

（按照标准格式打印）第二章：机构的选用为完成风扇左右摆动的吹风需要实现下列运动功能要求：在扇叶旋转的同时扇头能左右摆动一定的角度，因此，应设计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。

一、摆头机构：1.杠杆式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机。

(a)曲柄摇杆机构(b)双曲柄机构(c)双摇杆机构在本次课程设计中由于电动机既要做风扇的动力输出件，又要做摇头机构的动力输出件，即摇头机构的原动件要随着风扇摆动，所以选用四杆机构中的双摇杆机构作为摇头机构。

2.凸轮机构：盘行凸轮、圆柱凸轮。

(a)盘行凸轮机构(b)圆柱凸轮机构本次课程设计采用圆柱凸轮机构。

二、传动机构根据给定的条件电动机的转速n=1450r/min，而摆头机构的周期T=10s。

n0=1T=0.1r/s=6r/min由此可得传动机构要实现的传动比。

i=n/n0=1450/6 =241.67可得出传动比较大。

在本期«机械原理»中，主要学习的传动机构是齿轮传动，不管是直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮还是直齿圆锥齿轮，其传动比都比较小，圆柱齿轮的传动比范围i=3-6，圆锥齿轮的传动比范围i=2-3。

而能实现较大传动比的有蜗杆蜗轮机构(图2.5)，它做减速器的传动比范围i=5-70。

由蜗杆蜗轮与圆柱齿轮结合便可实现上述较大传动比的传动。

图2.5、蜗杆蜗轮机构第三章：机构的设计一、四杆机构的设计本次设计的四杆机构是带有整转副的双摇杆机构。

四杆机构具有整转副的条件：①最长杆与最短杆之和≤另外两杆之和；②形成周转副的杆中必有一杆为最短杆。

满足具有整转副的双摇杆机构的条件是：①最长杆与最短杆之和≤另外两杆之和；②机架为最短杆的对边。

如图所示的机构的以构件2作为原动件的机构为具有整转副的双摇杆机构。

根据给定的数据电扇摆角Ф=850，急回系数k=1.015，根据急回特性急回系数k=（1800+θ）/（1800-θ）可得出θ=1800k-1k+1=18001.015-11.015+1=1.34根据极位夹角θ和摆角Ф，机架尺寸取90mm。

做出两极位时的机构运动简图：∠B’AB’’=850，∠C’DC’’=1.340由于∠C’DC’’的值极小，近视取0.C 为B’B’’的中点AB’=AB’’，构件AB的长为L AB,构件BC的长为L BC，构件CD 的长为L CD ，则有:L BC =B ’C=CB ’’=L AB sin 2850=AB ’sin42.50 AC=AB ’cos42.50L CD =CD=22AC AD -取不同的LAB 的值：L AB (mm)L BC (mm) AC(mm) L CD (mm) 106.757.37 89.70 1510.13 11.06 89.31 2013.51 14.75 88.78 2516.89 18.43 88.09 3020.26 22.14 87.23 35 23.64 25.80 86.22 对上述数据进行圆整，通过L AB 、L BC 、L CD 的值，在机架取90mm 时，即L AD =90mm ，计算极位夹角θ和风扇摆角Ф：∠C ’DC ’’=∠ADC ’’-∠ADC ’∠B ’AB ’’=∠B ’AD-∠B ’’AD∠ADC ’=arcos [)(2)(222CD BC AD AB CD BC AD L L L L L L L ++++]∠ADC ’’=arcos [)(2)(222BC CD AD ABBC CD AD L L L L L L L -+-+]∠B ’AD=arcos [AB AD ADCD BC AB L L L L L L 2)(222++-]∠B ’’AD=arcos [ABAD ADBC CD AB L L L L L L 2)(222+--]L AB （mm ）L BC （mm ） L CD （mm ） θ=C ’DC ’’°Ф=∠B ’AB ’’°10 7 90 0.290 88.950 15 10 89 0.36 83.66 20 13.5 89 0.27 84.92 25 17 88 0.14 85.68 30 20 87 0.23 83.62 3523.586根据上面反馈的数据，而在本次课程设计中设计的最终目的是达到风扇左右摆动角度Ф，而急回特性次之，因此选用设计的数据组是L AD =20mm 、L BC =13.5mm 、L CD =89mm 、∠Ф=84.920和∠θ=0.270。

根据以上数据绘制机构运动简图：二、凸轮机构的设计：为满足机构的左右摆动，设计如下结构的圆柱凸轮机构：h为圆柱凸轮的行程，R为凸轮圆柱体的半径，2R为凸轮圆柱体的周长。

在此选择R=20mm。

圆柱凸轮机构摆动到两极限时的机构运动简图：通过两极限位置画出其简化位置图如下，便于计算机构的各构件长。

根据几何图形得到其关系图：h 为凸轮的行程，∠B’AB ’’=850∠B ’AC=∠B ’’AC=42.50 L AB =242.52sinh）47.5-180（sin 00ADL =’sin 'ADB L AB∠⇒ ∠ADB=arcsin （ADABL L sin132.50) L CD =202）hsin21.25（）’cos （+∠ADB L AD 取不同的h 的值，得到各构件不同的长度： h （mm ）AB L （mm ）∠ADB ’( 0) CD L (mm)10 13.64 6.41 89.5115 20.69 9.76 88.8620 27.59 13.06 87.9725 34.49 16.41 86.8130 41.39 19.82 85.3635 48.29 23.31 83.6240 55.18 26.88 81.57从上面数据表中选取h=25mm，L AB=34.49mm,L CD=86.81mm，对其数据进行圆整h=25mm，L AB=35mm,L CD=87mm。

三、传动机构的设计：此设计中采用蜗杆蜗轮和齿轮传动，其机构运动简图：由于风扇的摆动的周期T=10s，可得出齿轮4的转速n4=0.1r/s=6r/min,由于电风扇电动机的转速n=1450r/min，所以蜗杆1的转速n1=1450r/min，由此可得出其传动比：i 14=41n n =6r/min 1450r/min =241.67， i 14=3142Z Z Z Z =241.67。

为便于制造蜗杆采用单头蜗杆，即Z 1=1，为了让机构的结构更紧凑齿轮的尺寸越小越好，为达到传动比只有Z 3取得越小才能使得Z 2、Z 4越小，机构的尺寸才越小，但为让其不发生根切Z 3≥17，取不同的Z 3的值:由于Z 2、Z 4为齿数，所以Z 2•Z 4为整数，，因此取Z 3=18为佳，由于单头蜗杆蜗轮蜗轮的的齿数Z 的取值范围为5-70，Z3=18时，得出Z 2•Z 4=4350,取不同的Z 2、Z 4的值：根据上面数据，取Z 2=58、Z 4=75 。

蜗杆与蜗轮转动比的取值范围5-70，圆柱齿轮的传动比的取值范围3-6，由齿数得其齿轮啮合的传动比：i 12=12Z Z =158=58 i 34=34Z Z =1875=4.17 其传动比在其取值范围之内。

模数的选择:模数的选择原则：①优先选择第一系列，其次选择第二系列，尽可能的不用括号内模数；②若没有计算出来的模数，选出来的模数就大不就小。

蜗杆模数系列表蜗杆蜗轮正确啮合的条件：①、m 1=m 2，21αα=，21βγ=；②、两者螺旋线的旋向相同。

两圆柱直齿轮正常啮合的条件：m 3=m 4，43αα=。

因此齿轮的模数选择m 1=m 2=1.25，m 3=m 4=1。

蜗杆的压力角采用阿基米德蜗杆压力角21αα==200，选其螺旋角21βγ==150（蜗杆蜗轮螺旋角的取值范围50-200）。

而在模数为1.25时，蜗杆的分度圆选择d 1=20mm 。

圆柱齿轮的压力角选择标准压力角43αα==200。

第四章：机构的运动分析一、四杆机构的运动分析：分析任意时刻的速度和加速度：令杆AB 的角速度为ωAB ，杆CD 的角速度ωCD ，杆BC 的角速度为ω。

C V = B V + CB V大小： ? ? √方向：⊥CD ⊥AB ⊥BCV CB =ω·L BC =0.1r/s ×13.5mm=1.35×10-3m/s根据上面关系画出速度矢量关系： 选择比例尺µ=2mm1mm/s=1/2SV C =14.59mm ×1/2s=7.30×10-3m/s V B =28.49mm ×1/2s=14.25×10-3m/sωAB =AB B L V =20mm m/s 0125.14-3⨯=0.7r/sωCD =CDC L V =89mm m/s0130.7-3⨯=0.08r/s加速度分析：由于杆BC 做匀速圆周运动，所以BC 的角加速度εBC =0，即a t BC =0。