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1、机械原理课程设计报告设计题目：电风扇摇头机构创新设计班级： 学号： 设计者： 指导教师： 尤晶晶南京林业大学 2014年1月摘要本设计主耍研究曲柄摇杆机构使电风扇摆动的设计，设计岀简单的四杆机构，电 动机上连接蜗杆，通过蜗轮给曲柄原动件一个力，带动摇杆左右运动，实现电风 扇的往复摆动运动.并分析其极限位置，传动角最小位置，运动速度,角速度，角加 速度及角位移与转角关系曲线.为了扩大电风扇的送风面积，避免扇叶旋转所形成的气流集中吹响一个方向而造 成人体的不适，电风扇中安装了摇头机构。 常见的摇头机构有杠杆式，滑板式 和掀拔式等。可以将风扇的摇头动作分解为风扇左右摆动和风扇上下仰俯运动， 其中左右
2、摇摆机构由减速机构和连杆机构组成，减速机构可由蜗轮蜗杆和一对直 齿轮组成的二级减速机构来实现，目前市场上摇头电风扇的减速机构大都由蜗 轮、蜗杆、牙杆、摇头齿轮组成，连杆机构可设计成双摇杆机构、曲柄摇杆机构 和曲柄滑块机构等。电扇左右摆头一般有两种结构，第一种是通过转子轴上面 的蜗杆与配套的涡轮形成咬合，涡轮上有一个偏心轴，偏心轴带动连杆做前后运 动，带动扇头做左右摆动；第二种是靠同步电机（自带减速器）使电扇摆头，同 步电机的旋转方向是随机的，当受到阻力后会自动改变旋转方向，当摆头摆到设 定位置后就会受阻使同步电机往冋转，这样就形成了往返摆头现象。摘要1刖§1设计条件及要求3功能分解4
3、机构的选用5设计准备6机构简图6工作原理7变速过程机构简图8曲柄摇杆机构简图9开关装置10急回特性11传动角最小时12摇杆摇至中间位置13角位移推算15设计优缺点18课程设计的收获和体会19参考文献资料20题目：电风扇摇头机构创新设计设计课题：电风扇摇头机构创新设计 设计条件及要求：（1）风扇的直径为300mm,电动机转速为1450r/mirio（2）风扇摇头周期为t二12s,摆动角度为0=124°。（3）各构件之间相对位置合理，以免发生相互干扰。（4）结构尽量紧凑，传动性能好，合理分配传动比。（5）摇头应平稳，且有开关控制。（6）通过计算确定各构件几何尺寸，并画出机构运动简图。（7
4、）画出输出件处于两个极限位置吋所有构件的位姿，并计算输出件行程速 度变化系数。（8）画岀机构传动角最小时所有构件的位姿，计算最小传动角，并分析所设 计的机构是否存在死点位置。（9）计算输出件处于中间位置时的速度大小。（10）分析所设计机构的优缺点。（11）画出输出件的角位移线图、角速度线图及角加速度线图。（横坐标：电 机转角）功能分解：电风扇的工作原理是将电风扇的送风区域进行周期性变换，达到增大送风区域的 目的。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
5、。3.1风扇的左右摇摆运动风扇在开启后，需要调整受风区域时，则自然希望风扇能摇头，增加、改变受风 的区域。一般是风扇在启动摇头时，风扇是左右摇摆的。当然，风扇的左右摇摆 一般是在一个平面内，并且是有范围限制的。但也有一些摆角是大于180。的， 甚至更大的。1）风扇需要按运动规律做左右摆动，因此需要设计相应的摆动机构。2）风扇需要转换传动轴线和改变转速，因此需要设计相应的齿轮系机构。对这两个机构的运动功能作进一步分析，可知它们分别应该实现下列基本运动： o日_日3）左右摆动有三个基本运动：运动轴线变换、传动比降低和周期性摆动。4）转换运动轴线和改变传动比有一个基本动作：运动轴线变换。此外，还要满
6、足传动性能要求：改变电风扇的送风区域时，在摆动角度0=124° , 周期为t二12s的要求下，尽量保持运动的平稳传换和减小机构间的摩擦。3. 2风扇的上下俯仰运动随着科技的发展，很多风扇能在风扇左右摇摆的同时，能借助相应的构件作上 下俯仰运动，实现立体宽区域送风。机构的选用：根据前述设计要求，并且根据技术、经济及相容性要求，确定两种运动的执行 元件一一机头，选用相应的机构来实现各项运动的功能.表4.1台式电风扇的机构功能执行构件工艺动作执行机构左右揺摆机头曲线往复运动连杆机构凸轮机构上下俯仰机头上下直线往复运动凸轮机构连杆机构仅对表4. 1的基本结构进行组合，就可以得到2x2=4种运
7、动方案。初步选出结 构简单又较为可行的方案为：上下俯仰运动采用凸轮机构中带有凹槽的圆柱凸轮 机构，左右摇摆运动釆用连杆机构中的曲柄摇杆机构。本次设计只研究左右摇摆 功能。设计准备：周期t二12s,转速即为5r/mino电风扇转速为1450r/min,所以得传动比 i二1450/5二290。摆动角度o二124° ,即曲柄摇杆机构中摇杆摆动至最左边与最右边角度之差为124° o0 1-0 2=arccos(ad2 +cd2-(ab+bc)2)/(2*ad*cd)-arccos(ad2 +cd2-(bc-ab) 2)/(2*ad*cd)机构简图:计算其自由度f二3n-2pl-ph
8、二3*9-2*12-2二1 ,原动件为1个时，机构有确定的运动。该机构只需一个电动机.工作原理:蜗杆与电动机相连，电动机转动带动蜗杆转动；蜗轮与蜗杆啮合，蜗杆带动蜗轮 转动；齿轮3与蜗轮相连，蜗轮带动齿轮3转动；齿轮3与齿轮4啮合，齿轮3 带动齿轮4转动；齿轮4与a点相连，使b绕a点做整周运动；b点带动c点摆 动；c点与电动机外箱相连，c点摆动，电动机摆动，即电风扇摆动。变速过程机构简图:齿数模数确定:ml二1z1二17,m2=lz2=170,m3=lz3=, 17,m4=lz4=493o用传动比验证：il4二z2/z1*z4/z3=29o。曲柄摇杆机构简图:四杆长度确定：ad=45mm, a
9、b=35mm, bc=40mm, cd二40mm。用曲柄摇杆验证：曲柄摇杆条件：1l最短杆+l最长杆w2l剩余杆,2.最短杆相邻的杆为机架。ad+ab二bc+cd,且ad为机架，满足曲柄摇杆机构条件，ab为曲柄，cd为摇杆。开关装置：由一个滑销离合器实现风扇是否摇头控制。滑销的上下移动，实现了滑销离合器 的结合与断开。同时也伴随着蜗杆与蜗轮的啮合与脱离，实现了摇头动作的控制.急回特性:极限位置为ab1c1d, ab2c2d极位夹角2二26° ,摆动角度0=124°k 二（180° +血）/（180° - ）二 1.34 摇杆往左摆时速度慢，往右摆时速度快
10、。传动角最小时:在传动角最小时有两个位置，第一个位置是ab1c1d,其丫1二90° o 第二个位置是ab2c2d,其丫 2=14°经比较丫 1 丫 2,得到丫 2=14°为传动角最小值。该机构存在死点位置。在极限位置时为死点位置。摇杆摇至中间位置:c摇杆往左运动至中间时:32二323+334vc二334*13二w2*lp24p23w23=248° /t3 23=0.0575lp24p23二470得3340.43, vc=17 摆动至屮间速度为17mm/s摇杆往右运动至中间时:3 4二 3 23+ 3 34vc二 3 34*13二 3 4*lp24p233
11、 23=2480 /t3 23 二0.0575lp24p23 二 49得 3 341.95, vc=78 摆动至中间速度为78mm/s角位移推算：摇杆往左运动至中间时:cos a 二(ab2 +ad 2-bd 2)/(2*ad*ab)bd二3250-3150 cos acoszbcd= (cd2 +bc2 -bd2)/(2*cd*bc)cos zadb= (ad2 +bd2 -ab2) / (2*ad*bd)0 二zadb+zbdc二zadb+(180° -zbcd) /2=arcos(4050-3150cos a)/(90*(3250-3150cos a) %)+90°-
12、 l/2arccos(3150cos a -50) /3200摇杆往右运动至屮间时:cos (360° -a)=cosa=(ab2+ad 2-bd 2)/(2*ad*ab)bd=3250-3150 cos acoszbcd= (cd2 +bc2 -bd2)/(2*cd*bc)cos zadb= (ad2 +bd2 -ab2)/(2*ad*bd)0 =zadc 二(180° -zbcd)/2-zadb二 90° -l/2*arccos(3150cos a -50)/3200-arcos(4050-3150cos a)/(90*(3250-3150cos a)八)对角
13、位移求导可得角速度，对角位移二次求导可得角加速度。设计优缺点：优点：该四杆机构运动可以精确，工作可靠，运行平稳，制造经济，结构紧凑，传动精度高，运转 速度高，承载能力较大，应用范围广，噪声较小，耐磨性好，调整方便，能耗较小，质量较 小，能同时满足角度&和极为夹角w的取值，并且具有结构简单等优点。蜗轮蜗杆能实现大传动比，结构紧凑，因是线接触，故承载能力大，传动平稳、 噪声低，可实现自锁，起到安全保护作用。齿轮能在空间任意两轴（平行轴、相交轴、交叉轴）间传递运动和动力；传动比 精确；结构紧凑，适用于近距离传动；传动效率高（0.920.99）；传递的功率 和速度范围大（传递功率可达loooo
14、kw,线速度可达300m/s）；工作可靠,使用 寿命长。缺点：四杆机构不能实现间歇运动，任意性较差，只能达到有限个精确位置，加速度峰 值较大，振动较大，误差敏感性低，尺寸较大.蜗轮蜗杆齿面滑动速度大,传动效率低（一般在07、0.9）,发热量大，容易使 齿面磨损，为了减磨，蜗轮齿圈需要用青铜制造，成本高，轴向力大.制造齿轮需要专用的机床和设备，成木较高；加工、安装、调整的精度要求高， 否则，工作噪声和振动大；不适用于远距离传动。课程设计的收获和体会：经过一个星期的设计，从开始的无从入手，得到老师的启示，到确定机构， 到计算，分析运动，得到了一个完整的设计。 这次课程设计，是第一次将本学 期机械原
15、理这门课程中所学的知识综合运用到实际中某一具休实例中，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 计过程屮，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。宿舍成员通过分析思考、查找资料、再分析思考、讨论、 确定初步方案、协作、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，在具休实践时，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
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