机械原理课程设计台式电风扇摇头装置资料

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：陈朋

专业：14级机械工程

学号：3201406120624

指导教师：刘念聪

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=1

T=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-1

k+1=1800

1.015-1

1.015+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 2

850

=AB ’sin42.50

AC=AB ’cos42.50 L CD =CD=22AC AD - 取不同的LAB 的值：

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)(2

22CD BC AD AB

CD BC AD L L L L L L L ++++]

∠ADC ’’=arcos [)(2)(2

22BC CD AD AB

BC CD AD L L L L L L L -+-+]

∠B ’AD=arcos [AB AD AD

CD BC AB L L L L L L 2)(2

22++-]

∠B ’’AD=arcos [AB

AD AD

BC CD AB L L L L L L 2)(2

22+--]

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 =

2

42.52sin

h

）47.5-180（sin 0

0AD

L =

’

sin '

ADB L AB

∠? ∠ADB=arcsin （

AD

AB

L 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：

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=

4

1n n =6r/min 1450r/min =241.67， i 14=

3

14

2Z 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 =1

58

=58 i 34=

34Z Z =18

75

=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 ⊥BC

V 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=

2mm

1mm/s

=1/2S

V C =14.59mm ×1/2s=7.30×10-3m/s V B =28.49mm ×1/2s=14.25×10-3m/s

ωAB =AB B L V =20mm m/s 0125.14-3?=0.7r/s

ωCD =CD

C L V =89mm m/s

0130.7-3?=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。

a t C + a n C = a t B + a n B + a n

CB

大小： ? √ ? √ √ 方向： ⊥CD C →D ⊥AB B →A C →B

a n

C

=CD

C L V 2=mm 89)m/s 103.7(23-?=0.60m/s 2

a n

B

=AB

B L V 2=mm 5.13)m/s 1025.14(2

3-?=15.04×10-3m/s 2

a n

CB =BC

CB

L V 2

=mm 5.13)m/s 1035.1(23-?=0.135×10-3m/s 2

选择比例尺μ=10mm

1mm/s 2

=1/10s 2

其加速度矢量关系图：

a t C =12.56mm ×1/10s 2=1.256×10-3m/s 2

a t B =15.04mm ×1/10s 2=1.504×10-3m/s 2

εAB

=AB

B

L t a =mm

5.13m/s 10504.12

3-?=0.11r/s 2

ε

CD

=

CD

L t c

a =mm

89m/s 10256.123-?=0.014r/s 2

二、圆柱凸轮机构运动分析：

其任意时刻的速度加速度分析