1機(jī) 械 原 理設(shè) 計(jì) 說 明 書臺式電風(fēng)扇搖頭裝置的設(shè)計(jì)起止日期： 2011 年 6 月 24 日 至 2011 年 7 月 1 日學(xué) 生 姓 名班 級學(xué) 號成 績指 導(dǎo) 教 師 (簽 字 )機(jī)械工程學(xué)院（部）2011 年 7 月 1 日2目 錄0.設(shè)計(jì)任務(wù)書………………………………………………31.工作原理和工藝動(dòng)作分解………………………………42.根據(jù)工藝動(dòng)作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖……………53.執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型……………………………………………64.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評定……………………………105.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)………………………116.搖頭機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)……………………………………127.電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的三維建?！?48.電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)速度與加速度分析……………………159.參考資料…………………………………………………1610.設(shè)計(jì)總結(jié)…………………………………………………173湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2010 —2011 學(xué)年第 2 學(xué)期機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 機(jī)械大類 專業(yè) 機(jī)械 0904 班級課程名稱： 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)題目： 臺式電風(fēng)扇搖頭裝置的設(shè)計(jì) 完成期限：自 2011 年 6 月 24 日至 2011 年 7 月 1 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)設(shè)計(jì)的任務(wù)與主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)臺式電風(fēng)扇搖頭裝置，電風(fēng)扇的直徑為 Φ300，電風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 n=1450r∕min，電風(fēng)扇搖頭周期為 T=10s，電風(fēng)扇擺動(dòng)角度 Ψ=80°行程速度變化系數(shù) K=1.01設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 按給定主要參數(shù)，擬定機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案，并畫出傳動(dòng)系統(tǒng)圖；2. 畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案簡圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；3. 分配蝸輪蝸桿、齒輪傳動(dòng)比，確定其基本參數(shù)和幾何尺寸；4. 根據(jù)給定的擺角 Ψ 及行程速度變化系數(shù) K，確定平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，驗(yàn)算曲柄存在條件和最小傳動(dòng)角的結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行分析計(jì)算；5. 提出調(diào)解擺角的結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行分析計(jì)算；6. 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書；7. 學(xué)生可進(jìn)一步完成臺式電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示驗(yàn)證。要求有設(shè)計(jì)說明書一份，相關(guān)圖紙一至兩張。 （有條件的要求用三維動(dòng)畫表述） 。起止日期 工作內(nèi)容6.24-6.26 構(gòu)思該機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案6.27 -6.29 運(yùn)動(dòng)分析及作圖進(jìn)度安排 6.30 -7.1 整理說明書與答辯主要參考資料［1 ］ 朱理．機(jī)械原理［Ｍ］ ．北京：高等教育出版社，2008：15-200［2 ］ 戴娟．機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)［Ｍ］ ．北京：高等教育出版社，2011.1［3 ］ 郭衛(wèi)東.機(jī)械原理教學(xué)輔導(dǎo)與習(xí)題解答北京：科學(xué)出版社，2010.6指 導(dǎo) 教 師 ： 2011 年 6 月 23 日系 （ 教 研 室 ） 主 任 ： 2011 年 6 月 23 日41. 工作原理和工藝動(dòng)作分解（1） 工作原理及工藝過程圖 1-1 工藝過程圖（2） 功能分解電風(fēng)扇的工作原理是將電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域進(jìn)行周期性變換，達(dá)到增大送風(fēng)區(qū)域的目的。顯然，為了 完成電風(fēng)扇的擺頭動(dòng)作，需實(shí)現(xiàn)下列運(yùn)動(dòng)功能要求：1）風(fēng)扇需要按運(yùn)動(dòng)規(guī)律做左右擺動(dòng)，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的擺動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2）風(fēng)扇需要轉(zhuǎn)換傳動(dòng)軸線和改變轉(zhuǎn)速，因此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的齒輪系機(jī)構(gòu)。對這兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)功能作進(jìn)一步分析，可知它們分別應(yīng)該實(shí)現(xiàn)下列基本運(yùn)動(dòng)：3）左右擺動(dòng)有三個(gè)基本運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)軸線變換、傳動(dòng)比降低和周期性擺動(dòng)。4）轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)軸線和改變傳動(dòng)比有一個(gè)基本動(dòng)作：運(yùn)動(dòng)軸線變換。此外，還要滿足傳動(dòng)性能要求：改變電風(fēng)扇的送風(fēng)區(qū)域時(shí)，在急回系數(shù) K＝1.01、擺動(dòng)角度 φ=80° 的要求下，盡量保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)轉(zhuǎn)換和減小機(jī)構(gòu)間的摩擦。圖 1-2 功能分解圖52. 根據(jù)工藝動(dòng)作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖圖 2-1 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖673. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型3.1(方案 1)通過構(gòu)件 2 對構(gòu)件 3 做相對圓周轉(zhuǎn)動(dòng)使構(gòu)件 3 擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的搖頭動(dòng)作，如圖 3-1圖 3-1 雙搖桿機(jī)構(gòu)示意圖該機(jī)構(gòu)通過齒輪嚙合達(dá)到減速的目的，然后由渦輪蝸桿實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向改變的目的，由四連桿機(jī)構(gòu)組成雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇頭的擺動(dòng)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)的傳遞準(zhǔn)確性搞，連桿機(jī)構(gòu)制造簡單成本低，齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)；缺點(diǎn)是渦輪蝸桿傳遞力的能力差，發(fā)熱量比較大。3.2（方案 2）當(dāng)圓柱凸輪回轉(zhuǎn)時(shí)，凹槽側(cè)面迫使構(gòu)件 2 擺動(dòng)，從而時(shí)間電風(fēng)扇的8搖頭功能，如圖 3-2圖 3-2 擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)示意圖該機(jī)構(gòu)通過兩個(gè)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)變向的目的，大小齒輪實(shí)現(xiàn)減速的目的，圓柱凸輪與電動(dòng)機(jī)連接由凸輪的形狀性質(zhì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇頭的擺動(dòng)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)扇頭的擺動(dòng)角度準(zhǔn)確，擺頭的時(shí)候在極限位置沒有速度的突變，占用的空間較??；缺點(diǎn)是渦輪蝸桿的發(fā)熱量較大，凸輪的設(shè)計(jì)較復(fù)雜，制造精度要求較高，加工成本較高。3.3（方案 3）當(dāng)圓盤回轉(zhuǎn)時(shí)，凹槽帶動(dòng)槽輪使導(dǎo)桿擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇的搖頭動(dòng)能，如圖 3-39圖 3-3 擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)示意圖該機(jī)構(gòu)用渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)變向的目的，大小齒輪組合實(shí)現(xiàn)變速的要求，凸輪的形狀實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇頭的擺動(dòng)。次方案的優(yōu)點(diǎn)是風(fēng)扇擺動(dòng)準(zhǔn)確，噪聲小；缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)組合傳動(dòng)比較復(fù)雜，制造精度要求高，生產(chǎn)成本較高，所占用的空間也較大。3.4（方案 3）在方案 4 曲柄 2 回轉(zhuǎn)的過程中，桿 1 實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，從而產(chǎn)生使電風(fēng)扇搖頭的功能，如圖 3-4 10圖 3-4 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)示意圖該機(jī)構(gòu)通過曲柄滑塊曲柄 2 帶動(dòng)桿 1 實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，此方案組成的零件繁多，機(jī)構(gòu)復(fù)雜不易安裝，制造精度要求高，生產(chǎn)成本高。114.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的選擇和評定由以上四個(gè)方案可以看出：方案二、三、四的機(jī)構(gòu)相對于方案一很難制造且精度要求高，制造成本也相對較高。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也相對比較復(fù)雜，且齒輪數(shù)目太多，制造起來麻煩。所以方案一結(jié)構(gòu)更簡單，成本相對較低且能達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動(dòng)要求，由于電風(fēng)扇的傳遞力的要求不需很大，因此渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)適合設(shè)計(jì)要求。方案三和方案四相似，結(jié)構(gòu)復(fù)雜制造成本太高較二還高。因此方案一相對較好。綜合考慮搖頭機(jī)構(gòu)選擇方案一。根據(jù)機(jī)構(gòu)選型，做出的電風(fēng)扇的運(yùn)動(dòng)簡圖，如圖 4-1 所示。圖 4-1 電風(fēng)扇的運(yùn)動(dòng)簡圖當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)桿件 2 為原動(dòng)件，4 為機(jī)架，它與電風(fēng)扇座相連，在 A 點(diǎn)有一滾動(dòng)軸承是電風(fēng)扇座與風(fēng)扇頭相連，使之能在電風(fēng)扇座上作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，組成雙搖桿機(jī)構(gòu)。桿 1 與電動(dòng)機(jī)固接，當(dāng)雙搖桿機(jī)構(gòu)工作時(shí)，電風(fēng)扇隨著桿 1 一起擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了電風(fēng)扇的搖頭功能要求。125.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r=1450r/min，搖頭周期 T=10s（1）總傳動(dòng)比為i 總 =（2） 傳動(dòng)比分配減速機(jī)構(gòu)采用二級轉(zhuǎn)速，第一級采用單級齒輪減速，出論傳動(dòng)比為 ；第1348二級采用渦輪蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)比為 65.具體見表 5-1 傳動(dòng)方案的一些參數(shù)。表 5-1參數(shù)名稱 齒數(shù) 模數(shù)/mm 壓力角/°渦輪 65 1 20蝸桿 1 1 20齒輪 1 13 1 20齒輪 2 48 1 20136.搖頭機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)6.1、定機(jī)構(gòu)的尺寸根據(jù)渦輪的齒數(shù)與模數(shù)可以確定渦輪的直徑 D1=65，所以可以去桿 2 的尺寸為 20mm，又根據(jù)電風(fēng)扇的大小等綜合因素我們?nèi)U 3 的尺寸我 50mm。又因?yàn)閷﹄婏L(fēng)扇的行程速度變化系數(shù) K=1.01，電風(fēng)扇擺動(dòng)角度 ψ=80 °，所以用cad 輔助可以做出該四連機(jī)構(gòu)的尺寸形狀為（圖中已省去部分作圖輔助線）：根據(jù)圖上可以量取 LAD=56mm，L AB=31mm，所以四連機(jī)構(gòu)的尺寸就初步確定了。如圖 6-1圖 6-1 搖頭機(jī)構(gòu)尺寸分析圖6.2、驗(yàn)算曲柄存在條件即最小傳動(dòng)角6.2.1、曲柄存在的條件Lmin+Lmax≤L’+L” (56+2050+31) ①Lmin 為連桿 ②14由①②可以得該四連機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，滿足要求。6.2.2、最小傳動(dòng)角驗(yàn)算則 δ min=46.8°685.03120'2' 2min ?????????ABDCOS?則 δ max=51.18°7.72ax∴傳動(dòng)角范圍在（46.8°~ 51.18°） ，符合 γ min≥40°的條件。7.電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的三維建模根據(jù)上述設(shè)計(jì)，作出三維模型如圖 7-1 所示：15圖 7-1 電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)的三維建模圖168.電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)速度與加速度分析8.1 速度分析（如圖 8-1）設(shè)計(jì)要求電風(fēng)扇的搖頭裝置周期為 T=10s。推出桿 1 的角速度可以算得出為ω 1= 。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)帶動(dòng)渦輪的速度是恒定值，所以桿 2 的角速s???160?度也是恒定的為 ω 2=36°/s=0.628rad/s，根據(jù)公式 Vc=r2*ω 2得出桿 2 的頂點(diǎn)C 轉(zhuǎn)速 VC=20*0.628=12.56mm/s8.2 加速度分析（如圖 8-1）因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的得出蝸輪的轉(zhuǎn)速也是恒定的，所以桿 2 的角加速度為 α 2=0rad/s2，桿 2 的頂點(diǎn) c 的切向加速度 atc=0，只有法向的加速度，根據(jù)公式 anc=V2/r 得出 anc=12.562/20=7.89mm/s2。圖 8-1 局部速度與加速度分析圖179.參考資料機(jī)械原理/朱理主編.—2 版.—北京：高等教育出版社，2010.4機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書/戴娟主編.—北京：高等教育出版社，2011.1機(jī)械原理教學(xué)輔導(dǎo)與習(xí)題解答/郭衛(wèi)東.北京：科學(xué)出版社，2010.61810.設(shè)計(jì)總結(jié)幾天的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次設(shè)計(jì)過程中我知道了很多東西，其中有很多是在課堂中學(xué)不到的。首先我認(rèn)識到了溝通的重要性，在現(xiàn)在的工作學(xué)習(xí)中很多事都不是一個(gè)人能夠解決的，通過討論我們可以把自己不好的想法去掉然后將幾個(gè)人的好的意見結(jié)合到一起，這樣做出來的東西就能充分發(fā)揮每個(gè)人的優(yōu)點(diǎn)，從而使它更加完美，所以我們必須提高自己的團(tuán)隊(duì)合作精神。在這次討論過程中，雖然我們會(huì)發(fā)生口角，但是在遇到分歧時(shí)我們不會(huì)一味的埋怨，而是在互相理解的前提下找出合理的解決方案，因?yàn)榇蠹业某霭l(fā)點(diǎn)都是好的，所以我們都能夠解決分歧并在這個(gè)過程中增進(jìn)了友誼。課程設(shè)計(jì)是我們機(jī)械原理專業(yè)知識的一次實(shí)際運(yùn)用，是我們機(jī)械專業(yè)的學(xué)生要經(jīng)歷的一個(gè)必不可少的過程，它的目的就是讓我們具備初級的設(shè)計(jì)能力，為以后的學(xué)習(xí)工作打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在這一周的設(shè)計(jì)中，因?yàn)槲覀兪堑谝淮巫约河H手做設(shè)計(jì)，有很多的問題我們想不到，以至于我們遇到了很多的困難，經(jīng)歷了許多失敗，但是我們沒有放棄，在打擊中成長，通過查資料和自我總結(jié)我們終于有了自己的方案，基本的思路是：電動(dòng)機(jī)出來后經(jīng)過一對齒輪變速，在通過一對蝸輪蝸桿進(jìn)一步變速從而使轉(zhuǎn)速符合電風(fēng)扇擺動(dòng)的轉(zhuǎn)速，搖頭動(dòng)作通過一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。萬事開頭難，在有了基本的原理后，其他的工作就是水到渠成，在這個(gè)過程中電腦是必備的東西，我們用到了幾個(gè)常用的作圖軟件CAD、 Pro/e，我們的想法首先要通過這些軟件體現(xiàn)出來，以驗(yàn)證它們的可行性與數(shù)據(jù)的正誤，這些軟件給了我們很大的幫助，但同時(shí)也暴露了我的一些弱項(xiàng)比如繪圖的速度慢而且有些不會(huì)畫，使得一些想法不能夠體現(xiàn)，給這次設(shè)計(jì)帶來了一些遺憾。不過在這次課程設(shè)計(jì)過程中繪圖能力也有的一定的提高，將自己的繪圖能力提高了一個(gè)檔次。在以后的學(xué)習(xí)中我將要進(jìn)一步提高自己的繪圖能力，使自己具有好的理論知識、好的操作能力、好的溝通能力，成為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員。