机械原理课程设计-台式电风扇摇头装置的设计

台式电风扇摇头装置设计

一.设计要求

设计台式电风扇的摇头装置要求能左右旋转并可调整俯仰角。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（在肯定的仰角下随摇杆摇摆）。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.电扇摇摆角度中、仰俯角度Φ与急回系数K的设计要求及任务安排见表。

方案号 电扇摇摆转动 电扇仰俯转动仰角夕/（°） 摆角ψ/（°） 急回系数K

H 115 1.06 27

2.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安排蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定他们的基本参数，设计计算几何尺寸；

（4）确定电扇摇摆转动的平面连杆机构的运动学尺寸，它应满意摆角中及急回系数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；

二.功能分解 明显为完成风扇左右俯仰的吹风过程须要实现下列运动功能要求：

在扇叶旋转的同时扇头能左右摇摆肯定的角度，因此，须要设计相应的左右摇摆机构（本方案设计为双摇杆机构）。

为完成风扇可摇头，可不摇头的吹风过程。因此必需设计相应的离合器机构（本方案设计为滑销离合器机构）。

扇头的俯仰角调整，这样可以增大风扇的吹风范围。因此，须要设计扇头俯仰角调整机构（本方案设计为外置条件按钮）。

三.机构选用 驱动方式采纳电动机驱动。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：

b减速机构选用

功能 执行构件 工艺动作 执行机构

减速 减速构件 周向运动 锥齿轮机构

执行摇头 滑销 上下运动 离合机构

左右摇摆 连杆 左右往复运动 曲柄摇杆机构

俯仰 撑杆 上下运动 滑块机构

图1：锥齿轮减速机构

图2,蜗杆减速机构

由于蜗杆蜗轮啮合齿轮间的相对滑动速度较大,摩擦磨损大,传动效率较低，易出现发热现象,常须要用较贵的减磨耐磨材料来制造蜗轮,制造精度要求高，刀具费用昂贵，成本高。锥齿轮可以用来传递两相交的运动，相比蜗杆蜗轮成本较低。所以在此我们选用锥齿轮减速。2,离合器选用方案一

目 录

0.设计任务书………………………………………………3

1.工作原理和工艺动作分解………………………………4

2.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图……………5

3.执行机构选型……………………………………………6

4.机械运动方案的选择和评定……………………………10

5.机械传动系统的速比和变速机构………………………11

6.摇头机构的尺寸设计……………………………………12

7.电风扇摇头机构的三维建模……………………………14

8.电风扇摇头机构速度与加速度分析……………………15

9.参考资料…………………………………………………16

10.设计总结…………………………………………………17

课程设计任务书

机械工程 学院（系、部） 机械大类 专业 机械0904 班级

课程名称： 机械原理课程设计

设计题目： 台式电风扇摇头装置的设计

完成期限：自 2011 年 6 月 24 日至 2011 年 7 月 1 日共 1 周

内

容

及

任

务

设计的任务与主要技术参数

设计台式电风扇摇头装置，电风扇的直径为Φ300，电风扇电动机转速为n=1450r∕min，电风扇摇头周期为T=10s，电风扇摆动角度Ψ=80°行程速度变化系数K=1.01

设计任务：

1. 按给定主要参数，拟定机械传动系统总体方案，并画出传动系统图；

2. 画出机构运动方案简图和运动循环图；

3. 分配蜗轮蜗杆、齿轮传动比，确定其基本参数和几何尺寸；

4. 根据给定的摆角Ψ及行程速度变化系数K，确定平面连杆机构的运动学尺寸，验算曲柄存在条件和最小传动角的结构方案，并进行分析计算；

5. 提出调解摆角的结构方案，并进行分析计算；

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

方案号 电扇摇摆转动 电扇仰俯转动

摆角ψ/(°) 急回系数K 仰角φ/(°)

A 80 1.01 10

B 85 1.015 12

C 90 1.02 15

D 95 1.025 20

E 100 1.03 22

F 105 1.05 25

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。

《机械原理课程设计》台式电风扇摇头机构

绪论： 风扇，指热天借以生风取凉的用具。电风扇，是用电驱动产生气流的装置，内配置的扇子通电后来进行转动化成自然风来达到乘凉的效果。

图1（家用风扇简图）

发明时间

机械风扇起源房顶上，1829年，一个叫詹姆斯·拜伦的美国人从钟表的结构中受到启发，发明了一种可以固定在天花板上，用发条驱动的机械风扇。这种风扇转动扇叶带来的徐徐凉风使人感到欣喜，但得爬上梯子去上发条，很麻烦。

1872年，一个叫约瑟夫的法国人又研制出一种靠发条涡轮启动，用齿轮链条装置传动的机械风扇，这个风扇比拜伦发明的机械风扇精致多了，使用也方便一些。

1880年，美国人舒乐首次将叶片直接装在电动机上，再接上电源，叶片飞速转动，阵阵凉风扑面而来，这就是世界上第一台电风扇。 电风扇的主要部件是：交流电动机。其工作原理是：通电线圈在磁场中受力而转动。能量的转化形式是：电能主要转化为机械能，同时由于线圈有电阻，所以不可避免的有一部分电能要转化为热能。

在人们的日常生活中，一台风扇为了满足多人多角度的使用，具备了在启动后左右反复摇头的功能，因此能增加令人感到凉爽的面积，这不失为一种方法。

在电风扇内部使风扇部分摇头有很多种方法。

工作原理：

1. 通过电机提供原动力

2. 通过轮系，连杆，凸轮等机构进行传动

设计要求：

最终机构要在单一驱动力驱动的前提下使这两种独立运动，即电风扇的转动与电风扇的摆动两组运动按预设传动比同时进行。传动装置可由一组轮系组成。

风扇转动结构原理：

双摇杆机构就是两连架杆均是摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。（如图2）机构中两摇杆可以分别为主动件。当连杆与摇杆共线时，为机构的两个极限位置。双摇杆机构连杆上的转动副都是周转副，故连杆能相对于两连架杆作整周回转。

图2（双摇杆机构简图）

风扇转动结构设计：（图3）

图3

本次设计的预定参数： 电机转速为600转每分钟

自由度：