电风扇摇头机构机械原理课程设计说明书.doc

选题：电风扇摇头机构设计与选优 选题背景 自1908年，美国的埃克发动机及电气公司，研制成功世界上最早的齿轮驱动左右摇头的电风扇。这种电风扇防止了不必要的三百六十度转头送风，而成为以后销售的主流。1450r/min的速度转动送风，同时每10秒完成一次90°的摇头，且往复行程的急回系数k=1.02（方案号：3），从而使电风扇能够匀速地向90°范围送风。 原始数据及设计要求分析 1 电风扇叶轮直径=(300； 2 叶轮转速=1450r/min； 3 摇头周期T=10 s； 4 行程的急回系数k=1.02； 5 动力源是电动机； 6 摇头过程要求尽量匀速且往复行程速度变化小； 7 作为家用电器，要求噪声小、重量轻、结构紧凑，制造方便。 工艺动作分解 1、电风扇工作可分为两个部分： 风扇叶轮的旋转； 风扇叶轮的摆头。 运动按性质分解： （1） 叶轮旋转 叶轮回转运动 （2） 摆头运动 往复摆动 四、机构设计步骤 1、方案选型与评价 综上分析，运动机构就是将连续旋转运动转化为连续往复摆动，可选择的的有曲柄摇杆机构，曲柄摇块机构，摆动导杆机构，摆动从动凸轮机构，，双摇杆机构，以及齿轮齿条机构。经过选择组合之后，选出一下方案： 图1 双摇杆机构 双摇杆机构 采用双摇杆机构，电动机工作带动叶轮做回转运动， 同时经过减速箱，蜗轮蜗杆减速后，带动连杆为双摇杆机构的主动件，将旋转运动转化为摇杆的摆动，带动叶轮主轴的摆动。 优点：四杆机构结构紧凑，重量轻 缺点：具有急回特性，不够匀速。 齿轮齿条+圆柱凸轮机构 图2齿轮齿条+圆柱凸轮机构 电动机转动直接带动蜗轮蜗杆运动，蜗轮再通过2k-H负号轮系机构减速再进过锥形齿轮进行换向，进而带动同轴的圆柱凸轮转动，凸轮的推杆带动齿轮做直线往复运动，使得与之啮合的齿轮做往复摆动90度运动。 优点：运动连续性好，采用凸轮可以准确实现预定运动。 缺点：机构复杂，制造困难，有多个齿轮会产生一定噪音。 （3）摆动凸轮 图3 摆动凸轮机构 特点：传动准确，凸轮运动精确，但是摆动角度有限，而且凸轮易磨损，不宜维护。 （4）蜗轮蜗杆加链传动，摆动导杆 图4 摆动导秆机构 特点：精确平稳，结构紧凑，但是机构急回特性明显 （5）斜齿轮加曲柄摇块机构 图5 曲柄摇杆机构 特点：采用斜齿轮精确传动，使运动匀速 （6）不完全齿轮齿条机构 图6 不完全齿轮齿条机构 电风扇的叶片和电机（3）固定于电机座齿轮（5）上，电机后端输出转速使锥形齿轮4转动，4齿轮与6齿轮啮合（6齿轮与5齿轮同轴但可相对转动），6齿轮再与齿轮7啮合，齿轮7带动不完全齿轮2转动，不完全齿轮2相对的四分之一圆上有齿（如上图所示），这样在如图示的角度，假设齿轮2逆时针转动： 2转过0-90°时：2与齿条1啮合，2与齿轮5脱离，带动齿条向做移动，齿条于电机齿轮5啮合便使5逆时针转过90度； 2转过90-180°时：2与齿条1脱离，直接与齿轮5啮合，又使5顺时针转过90°； 2转过180-270°时：过程同转过0-90°时； 2转过270-360°时：过程同转过90-180°时。 特点：结构紧凑，连续性好，机构新颖。重量大，不符合小型家电的要求。 2、原动机的设计 原动件选择三相异步电动机，叶轮旋转的转速为1450r/min，所以不需要减速，所选电动机的输出转速也需要是1450r/min。； 3、传动机构的设计 蜗轮蜗杆传动可以实现大传动比减速，改变运动平面。 定轴齿轮传动 虽然传动比小，但是易于制造安装。 2k-H轮系机构传动，可以实现大传动比减速，但是制造加工相对复杂。 锥形齿轮传动 传动比较小，可以改变运动方向。 4、主要机构的设计 双摇杆机构的重量轻，体积小； 圆柱凸轮加齿轮齿条 结构新颖、紧凑，运动连续性好。 5、机械系统运动方案的拟定与比较 最终经比较，选择了方案1和方案2。 方案1（双摇杆机构）结构简单，重量轻，符合小家电要求。 图7 方案1 图8 方案2 方案2（圆柱凸轮+齿轮齿条）：虽然结构复杂，但是方案新颖，运动连续性好。 6、机构尺寸设计 方案一：双摇杆机构 根据已知条件固定杆长设计为40mm，急回系数k=1.02，摆头角度90度 使用matlab软件进行编程 程序段如下： x0=[30 100 100 0.52]; %初步估计结果 k=1.02; %急回系数 theta=pi*(k-1)/(k+1); %转变为急位夹角 y