機械原理課程設計說明書
台式電風扇搖頭裝置
設計者：
學號：院系：
班級：小組成員：
輔導教師：
時間：目錄一． 設計題目
二． 計畫任務
三． 設計提示
四． 功能分解
五． 機構的選用
六． 機構組合設計與說明
七． 方案評價及相關計算
八． 小組中三個方案的評價與擇優………………
九． 設計體會
一．設計題目
設計台式電風扇的搖頭機構，使電風扇做搖頭動作（在一定的仰角下隨搖桿擺動）。
風扇的直徑為300mm，電扇電動機轉速n=1450r/min，電扇搖頭週期t=10s。電扇擺動角度ψ，仰俯角度φ與急回係數k的設計要求及任務分配表見表2.11.
表2.11 台式電風扇擺頭機構設計資料
方案號電扇搖擺轉動電扇仰俯轉動
擺角ψ/(°) 急回係數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
我選擇方案d：擺角為ψ=95°，急回係數k=1.025。
二．計畫任務
（1）按給定的主要引數，擬定機械傳動系統總體方案。
（2）畫出機構運動方案簡圖。
（3）分配蝸輪蝸桿、齒輪傳動比，確定它們的基本引數，設計計算幾何尺寸。
（4）確定電風扇搖擺轉動的螢幕、平面連桿機構的運動學尺寸，它應滿足擺角及急回係數k條件下使最小傳動角最大。並對平面連桿機構進行運動分析，繪製運動線圖，驗算曲柄存在條件。
（5）編寫設計計算說明書。
（6）學生可進一步完成台式電風扇搖頭機構的計算機動態演示或模型試驗驗證。
三．設計提示
（1）常見的搖頭機構有槓桿式、滑板式和撳拔式等。可以將電風扇的搖頭動作分解為風扇左右擺動和風扇上下俯仰運動。風扇要搖擺轉動克採用平面連桿機構實現。
以雙搖桿機構的連桿作為主動件（即風扇轉子通過蝸輪蝸桿帶動連桿傳動），則其中乙個連架桿的擺動即實現風扇的左右擺動（風扇安裝在連架桿上）。機架可取80~90 mm。風扇的上下俯仰運動可採取連桿機構、凸輪機構等實現。
（2）還可以採用空間連桿機構直接實現風扇的左右擺動和上下仰俯的復合運動。
四．功能分解
為完成風扇左右俯仰的吹風需要實現下列運動功能要求：在扇葉旋轉的同時扇頭能左右擺動一定的角度，因此，應設計設計相應的左右擺動機構完成風扇搖頭或不搖頭的吹風過程，所以必須設計相應的離合器
機構。扇頭的仰俯角調節，這樣可以增大風扇的吹風範圍。因此需要設計扇頭俯仰角調節機構（本方案設計為外接條件旋鈕）。
五、機構的選用
1、 驅動方式採用電動機驅動。為完成風扇的左右擺動的吹風過程，採用弧形的軌道裝置，軌道中間用乙個半圓的滾輪，它結構簡單，製造容易，工作可靠，實現風扇平穩的搖頭，並且可以根據軌道的弧長控制風扇搖頭的角度。風扇的上下俯仰運動用外接手動按鈕。
2、 減速機構與離合器的選用
電動機傳過來的動力，由於功率大，轉軸運轉速度快，在兩對齒輪的減速下傳給搖頭機構。離合器的選用是為了在不想風扇搖頭時，扇頭的擺動能夠停止 ，所以當拉桿被提起時，兩個齒輪被提起，與軸上的輪齒分開，電動機的動力就傳不到搖頭機構處。
3、搖頭機構的選用
經減速齒輪傳的動力，傳遞給軸上的半圓滾輪，半圓滾輪在弧形軌道內週期性的運動，實現了扇頭的左右擺動。
4、外接的手動旋鈕控制扇頭的上下俯仰
在如圖所示的圓孔中，安裝乙個外接手動的螺釘旋鈕，當扇頭控制好在什麼角度後，旋緊螺釘，達到了風扇上下俯仰的目的。
六、機構的組合設計與說明
據上面功能機構的分析我選用以上各機構的組合來實現電風扇的減速、搖頭、俯仰。以下是風扇從兩個角度看的立體圖和一張簡單的平面圖
經過電動機的運轉，所有動力都**於電動機，在經過電動機軸上的齒和減速齒輪嚙合，減速齒輪又將動力傳給下一級齒輪，帶動半圓形滾輪開始做圓周轉動，半圓形滾輪在上下兩軌道之間週期性接觸，從而帶動電風扇機頭左右搖擺。為了保證半圓滾輪能與弧形軌道接觸適中，上軌道的上面和下軌道的下面都置有帶彈簧的銷軸，使半圓滾輪與兩塊軌道間有合適的壓力，從而滾輪能在軌道內運動並帶動扇頭左右搖擺。當要停止風扇搖頭時，減速齒輪被拉桿提起時，電動機軸的動力就無法傳動到其它地方，從而電風扇停止搖頭動作。
外接手調俯仰角按鈕置於風扇立柱與扇頭相接處，手動增大扇頭的俯角與仰角。
八、方案評價及相關計算
此方案的特點是它採用兩對普通的直齒圓柱齒輪機構就實現了減速作用，圓柱直齒輪易於製造，有確定的傳動比等優點。其次，採用滑銷離合器實現是否搖頭控制，結構比較簡單，使用方便，經濟又實惠，還有製作起來也比較的簡單。而且圓弧軌道的製造也很容易。
缺點：電風扇的俯仰運動要靠手動來調節，在此我採用的是外接手調俯仰角的旋鈕。此外如果風扇的擺角需要很大的時，所需的圓弧軌道長，所需的空間大。
根據速比係數k計算極位角
由式知，其中k = 1.025
（2）選擇合適的輪齒數。由齒輪傳動比i12=w1/w2=z2/z1求得齒數，最終要達到將1450r/min的轉數降至6r/min的轉數的目的。
九、方案比較與擇優
圖 - 1-1
如上圖1-1所示的方案中它最大的特點是它只採用一對錐齒輪機構就實現了改變和減速作用。採用錐齒輪機構可以使扇頭結構緊湊，有確定的傳動比等優點。其次，採用滑銷離合器實現是否搖頭控制，結構比較簡單，使用方便，經濟又實惠，還有製作起來也比較的簡單。
同時，採用雙搖桿機構實現扇頭的左右擺動，可以實現較大範圍的轉動。製作起來經濟且精度要求不是很高便於製造。
缺點：不能實現自動上下俯仰運動。
圖 -1-2
如圖1-2：仰俯運動機構：同步電動機帶動曲柄旋轉，曲柄拉動風扇電機座所在的搖桿做上下15°的仰俯運動。
為了使同步電機能夠輕鬆地帶動風扇的機頭做上下仰俯運動，減小電機磨損和能量的消耗，在設計時應使風扇機頭的重心落在搖桿與機架相連的鉸鏈處。同時使用膠狀固體潤滑劑，減小噪音，減小零件磨損，延長零件使用壽命。在使用過程中，通過開關控制同步電機的運動即可實現開啟或關閉仰俯運動。
左右搖頭機構：風扇主電動機的軸後部是蝸桿，通過蝸桿帶動偏心輪運轉，從而拉動搖桿，實現電風扇的左右搖頭運動。
此方案實現了電風扇的自動左右擺頭和上下擺頭的要求，同時電風扇的結構簡單，製造方便，執行可靠。在日常使用中只要偶爾在運動部位加註膠狀固體潤滑劑就可以長期可靠執行，噪音很低，和大家在日常生活中所見電風扇一樣。
綜上:選用如圖1-2的方案為我們小組的方案。
十、設計體會
機械原理課程設計結束了，回望這短暫的幾天時間學習，自己學到了不少。在真正開始設計這個電風扇搖頭裝置之前，自己也曾經有過很多想法和方案，有的很簡單，有的很複雜。在這麼多方案中選擇一種較好的，確實要考慮很多東西。
平時學到的機械原理知識還是有限，在抉擇中有點頭大。但是通過上網、去圖書館查資料以及小組成員的討論，確定了本次設計的方案。當然此次設計還有很多不足和需待改進的地方。
這次課程設計，是第一次將本學期《機械原理》這門課程中所學的知識綜合運用到實際中某一具體例項中，另外對於機械設計也有了初步的認識和實踐經驗。這次課程設計，從最初的毫無頭緒到逐漸做出雛形，然後進一步改進。雖然總共僅用了幾天的時間，但在這整個設計過程中，自己在實踐中摸索成長，在理論中分析**，更加清晰地認識到只有靈活地掌握好理論知識，在實際應用中才能夠得心應手，
才能真正將理論用於實踐，從中學到更多的知識和技能。
乙個巴掌拍不響，乙個人的力量是有限的，想像力、創新力也如此。小組成員通過分析思考、查詢資料、再分析思考、小組討論、確定初步方案、分工協作、組織成型、改進和確定最終方案。「書上得來終覺淺，需知事事要躬行」。
書本的知識不可能面面具到，而又由於在學習過程中的不慎不斷遺失，使我們的知識結構十分不完整。於是系統地進行實踐操作對我們完善知識體系有莫大的幫助。
與此同時，在具體實踐時，往往會遇到很多事先沒**到的困惑，這成為我們完成設計的一大障礙，但最終還是通過求教和自己摸索中解決了。從這些過程中我們又鍛鍊了自己遇到問題，分析問題，解決問題的能力。同時也感受到了群眾的智慧型是不可估量的。
「三人行則必有我師焉。」
在此設計中，小組各成員之間積極配合、共同奮鬥，在加深了對專業理解掌握的同時，也加深了我們的友誼。同時也要感謝石端虎和張元越兩位老師的耐心指導。
以後這樣的實踐學習的課程，學校要多加開設。從中我們學生能學到很多書本上學不到的東西，學會了運用自己所學的知識用於實踐生活中，更好的指導我們學習。
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