机械原理课程设计台式电风扇摇头装置ZSL[1]

机械原理课程设计说明书台式电风扇摇头装置
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一．设计题目……………………………………二．计划任务……………………………………三．设计提示……………………………………四．功能分解……………………………………五．机构的选用…………………………………六．机构组合设计与说明…………………………七．方案评价及相关计算…………………………八．小组中三个方案的评价与择优………………九．设计体会……………………………………一．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
我选择方案D：摆角为ψ=95°，急回系数K=1.025。

二．计划任务
（1）按给定的主要参数，拟定机械传动系统总体方案。

（2）画出机构运动方案简图。

（3）分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定它们的基本参数，设计计算几何尺寸。

（4）确定电风扇摇摆转动的屏幕、平面连杆机构的运动学尺寸，它应满足摆角及急回系数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。

三．设计提示
（1）常见的摇头机构有杠杆式、滑板式和揿拔式等。

可以将电风扇的摇头动作分解为风扇左右摆动和风扇上下俯仰运动。

风扇要摇摆转动克采用平面连杆机构实现。

以双摇杆机构的连杆作为主动件（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）。

机架可取80~90 mm。

风扇的上下俯仰运动可采取连杆机构、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。

四．功能分解
为完成风扇左右俯仰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。

扇头的仰俯角调节，这样可以增大风扇的吹风范围。

因此需要设计扇头俯仰角调节机构（本方案设计为外置条件旋钮）。

五、机构的选用
1、驱动方式采用电动机驱动。

为完成风扇的左右摆动的吹风过程，
采用弧形的轨道装置，轨道中间用一个半圆的滚轮，它结构简单，制造容易，工作可靠，实现风扇平稳的摇头，并且可以根据轨道的弧长控制风扇摇头的角度。

风扇的上下俯仰运动用外置手动按钮。

2、减速机构与离合器的选用
电动机传过来的动力，由于功率大，转轴运转速度快，在两对齿轮的减速下传给摇头机构。

离合器的选用是为了在不想风扇摇头时，扇头的摆动能够停止，所以当拉杆被提起时，两个齿轮被提起，与轴上的轮齿分开，电动机的动力就传不到摇头机构处。

3、摇头机构的选用
经减速齿轮传的动力，传递给轴上的半圆滚轮，半圆滚轮在弧形轨道内周期性的运动，实现了扇头的左右摆动。

4、外置的手动旋钮控制扇头的上下俯仰
在如图所示的圆孔中，安装一个外置手动的螺钉旋钮，当扇头控制好在什么角度后，旋紧螺钉，达到了风扇上下俯仰的目的。

六、机构的组合设计与说明
据上面功能机构的分析我选用以上各机构的组合来实现电风扇的减速、摇头、俯仰。

以下是风扇从两个角度看的立体图和一张简单的平
面图
经过电动机的运转，所有动力都来源于电动机，在经过电动机轴上的齿和减速齿轮啮合，减速齿轮又将动力传给下一级齿轮，带动半圆形滚轮开始做圆周转动，半圆形滚轮在上下两轨道之间周期性接触，从而带动电风扇机头左右摇摆。

为了保证半圆滚轮能与弧形轨道接触适中，上轨道的上面和下轨道的下面都置有带弹簧的销轴，使半圆滚轮与两块轨道间有合适的压力，从而滚轮能在轨道内运动并带动扇头左右摇摆。

当要停止风扇摇头时，减速齿轮被拉杆提起时，电动机轴的动力就无法传动到其它地方，从而电风扇停止摇头动作。

外置手调俯仰角按钮置于风扇立柱与扇头相接处，手动增大扇头的俯角与仰角。

八、方案评价及相关计算
此方案的特点是它采用两对普通的直齿圆柱齿轮机构就实现了
减速作用，圆柱直齿轮易于制造，有确定的传动比等优点。

其次，采用滑销离合器实现是否摇头控制，结构比较简单，使用方便，经济又实惠，还有制作起来也比较的简单。

而且圆弧轨道的制造也很容易。

缺点：电风扇的俯仰运动要靠手动来调节，在此我采用的是外置手调俯仰角的旋钮。

此外如果风扇的摆角需要很大的时，所需的圆弧轨道长，所需的空间大。

根据速比系数K 计算极位角θ。

由式知
1
1_180+°=K K θ，其中K = 1.025 （2）选择合适的轮齿数。

由齿轮传动比i 12=w 1/w 2=z 2/z 1求得齿数，最终要达到将1450r/min 的转数降至6r/min 的转数的目的。

九、方案比较与择优
图- 1-1
如上图1-1所示的方案中它最大的特点是它只采用一对锥齿轮机构就实现了改变和减速作用。

采用锥齿轮机构可以使扇头结构紧凑，有确定的传动比等优点。

其次，采用滑销离合器实现是否摇头控制，结构比较简单，使用方便，经济又实惠，还有制作起来也比较的简单。

同时，采用双摇杆机构实现扇头的左右摆动，可以实现较大范围的转动。

制作起来经济且精度要求不是很高便于制造。

缺点：不能实现自动上下俯仰运动。

图-1-2
如图1-2：仰俯运动机构：同步电动机带动曲柄旋转，曲柄拉动风扇电机座所在的摇杆做上下15°的仰俯运动。

为了使同步电机能够轻松地带动风扇的机头做上下仰俯运动，减小电机磨损和能量的消耗，在设计时应使风扇机头的重心落在摇杆与机架相连的铰链处。

同时使用胶状固体润滑剂，减小噪音，减小零件磨损，延长零件使用寿命。

在使用过程中，通过开关控制同步电机的运动即可实现打开或关闭仰俯运动。

左右摇头机构：风扇主电动机的轴后部是蜗杆，通过蜗杆带动偏心轮运转，从而拉动摇杆，实现电风扇的左右摇头运动。

此方案实现了电风扇的自动左右摆头和上下摆头的要求，同时电风扇的结构简单，制造方便，运行可靠。

在日常使用中只要偶尔在运动部位加注胶状固体润滑剂就可以长期可靠运行，噪音很低，和大家在日
常生活中所见电风扇一样。

综上:选用如图1-2的方案为我们小组的方案。

十、设计体会
机械原理课程设计结束了，回望这短暂的几天时间学习，自己学到了不少。

在真正开始设计这个电风扇摇头装置之前，自己也曾经有过很多想法和方案，有的很简单，有的很复杂。

在这么多方案中选择一种较好的，确实要考虑很多东西。

平时学到的机械原理知识还是有限，在抉择中有点头大。

但是通过上网、去图书馆查资料以及小组成员的讨论，确定了本次设计的方案。

当然此次设计还有很多不足和需待改进的地方。

这次课程设计，是第一次将本学期《机械原理》这门课程中所学的知识综合运用到实际中某一具体实例中，另外对于机械设计也有了初步的认识和实践经验。

这次课程设计，从最初的毫无头绪到逐渐做出雏形，然后进一步改进。

虽然总共仅用了几天的时间，但在这整个设计过程中，自己在实践中摸索成长，在理论中分析探讨，更加清晰地认识到只有灵活地掌握好理论知识，在实际应用中才能够得心应手，才能真正将理论用于实践，从中学到更多的知识和技能。

一个巴掌拍不响，一个人的力量是有限的，想像力、创新力也如此。

小组成员通过分析思考、查找资料、再分析思考、小组讨论、确定初步方案、分工协作、组织成型、改进和确定最终方案。

“书上得来终觉浅，需知事事要躬行”。

书本的知识不可能面面具到，而又由于在学习过程中的不慎不断遗失，使我们的知识结构十分不完整。

于
是系统地进行实践操作对我们完善知识体系有莫大的帮助。

与此同时，在具体实践时，往往会遇到很多事先没预测到的困惑，
这成为我们完成设计的一大障碍，但最终还是通过求教和自己摸索中
解决了。

从这些过程中我们又锻炼了自己遇到问题，分析问题，解决
问题的能力。

同时也感受到了群众的智慧是不可估量的。

“三人行则
必有我师焉。

”
在此设计中，小组各成员之间积极配合、共同奋斗，在加深了对专业理解掌握的同时，也加深了我们的友谊。

同时也要感谢石端虎和张元越两位老师的耐心指导。

以后这样的实践学习的课程，学校要多加开设。

从中我们学生能学到
很多书本上学不到的东西，学会了运用自己所学的知识用于实践生活中，更好的指导我们学习。