机械原理优秀课程设计台式电风扇摇头装置.doc

成全部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： 指导老师： 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3二设计方案提醒3三设计任务4四：注意事项4第二章：机构选择5一、摆头机构：5二、传动机构7第三章：机构设计8一、四杆机构设计8二、凸轮机构设计：11三、传动机构设计14第四章：机构运动分析18一、四杆机构运动分析：18二、圆柱凸轮机构运动分析：20第五章：方案确实定22一、比较两种方案并选择方案：22二、机构简图22总结23参考文件24第一章：要求和任务一设计原始数据设计台式电风扇摇头装置，风扇直径为300mm，风扇电动机转速n=1450r/min，风扇摇头周期t=10s。风扇摆动角度，仰俯角度和急回系数K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方案号风扇摇摆转动摆角/()急回系数KA801.01B851.015C901.02D951.025E1001.03F1051.05 我选择方案B：摆角为=85，急回系数K=1.015。二设计方案提醒： 常见摇头机构有杠杆式、滑块式、揿拔式等。本设计可采取平面连杆机构实现。由装在电动机主轴尾部蜗杆带动蜗轮旋转，涡轮和小齿轮做成一体，并以四杆机构连杆作为原动件，则机架、两个连架杆全部做摆动，其中一个连架杆相对于机架摆动即是摆头动作。机架可取8090mm。三设计任务：1最少提出两种方案，然后进行方案分析评选，选一个方案进行设计； 2设计传动系统中各机构运动尺寸，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机械传动系统和实施机构尺寸计算。四：注意事项 每位同学根据课程设计后最好准备一个专用笔记本，把课程设计中查阅、摘录资料。初步计算和构思草图全部统计在案，这些资料是整理设计说明书基础素材。课程设计中所需知识可能超出机械原理课程课堂讲述基础内容，同学应经过自学补充相关知识。 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。需要上交资料包含：(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，及关键机构运动简图、机构运动线图、机构受力分析等。（根据标准格式打印）第二章：机构选择为完成风扇左右摆动吹风需要实现下列运动功效要求：在扇叶旋转同时扇头能左右摆动一定角度，所以，应设计左右摆动机构完成风扇摇头或不摇头吹风过程，所以必需设计对应离合器机构。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)双摇杆机构在此次课程设计中因为电动机既要做风扇动力输出件，又要做摇头机构动力输出件，即摇头机构原动件要伴随风扇摆动，所以选择四杆机构中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) 圆柱凸轮机构此次课程设计采取圆柱凸轮机构。二、传动机构依据给定条件电动机转速n=1450r/min，而摆头机构周期T=10s。 n0=0.1r/s=6r/min由此可得传动机构要实现传动比。 i=n/n0=1450/6 =241.67可得出传动比较大。在本期机械原理中，关键学习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，其传动比全部比较小，圆柱齿轮传动比范围i=3-6，圆锥齿轮传动比范围i=2-3。而能实现较大传动比有蜗杆蜗轮机构(图2.5)，它做减速器传动比范围i=5-70。由蜗杆蜗轮和圆柱齿轮结合便可实现上述较大传动比传动。图2.5、 蜗杆蜗轮机构第三章：机构设计一、四杆机构设计此次设计四杆机构是带有整转副双摇杆机构。四杆机构含有整转副条件： 最长杆和最短杆之和另外两杆之和；形成周转副杆中必有一杆为最短杆。满足含有整转副双摇杆机构条件是： 最长杆和最短杆之和另外两杆之和； 机架为最短杆对边。图所表示机构以构件2作为原动件机构为含有整转副双摇杆机构。依据给定数据风扇摆角=850，急回系数k=1.015，依据急回特征急回系数k=（1800+）/（1800-）可得出=1800 =1800=1.340依据极位夹角和摆角，机架尺寸取90mm。做出两极位时机构运动简图：BAB=850，CDC=1.340因为CDC值极小，近视取0.C为BB中点AB=AB，构件AB长为LAB,构件BC长为LBC，构件CD长为LCD，则有: LBC=BC=CB=LABsin=ABsin42.50 AC=ABcos42.50 LCD=CD=取不一样LAB值：LAB(mm)LBC(mm)AC(mm)LCD(mm)106.757.3789.701510.1311.0689.312013.5114.7588.782516.8918.4388.093020.2622.1487.233523.6425.8086.22对上述数据进行圆整，经过LAB、LBC、LCD值，在机架取90mm时，即LAD=90mm，计算极位夹角和风扇摆角： CDC=ADC-ADC BAB=BAD-BAD ADC=arcosADC=arcosBAD=arcosBAD=arcos LAB（mm）LBC（mm）LCD（mm）=CDC=BAB107900.29088.9501510890.3683.662013.5890.2784.922517880.1485.683020870.2383.623523.586依据上面反馈数据，而在此次课程设计中设计最终目标是达成风扇左右摆动角度，而急回特征次之，所以选择设计数据组是LAD=20mm、LBC=13.5mm、LCD=89mm、=84.920和=0.270。依据以上数据绘制机构运动简图：二、凸轮机构设计：为满足机构左右摆动，设计以下结构圆柱凸轮机构：h为圆柱凸轮行程，R为凸轮圆柱体半径，2R为凸轮圆柱体周长。在此选择R=20mm。圆柱凸轮机构摆动到两极限时机构运动简图：经过两极限位置画出其简化位置图以下，便于计算机构各构件长。 依据几何图形得到其关系图：h为凸轮行程，BAB=850BAC=BAC=42.50LAB= ADB=arcsin（sin132.50)LCD=取不一样h值，得到各构件不一样长度：h（mm）（mm）ADB( )(mm)1013.646.4189.511520.699.7688.862027.5913.0687.972534.4916.4186.813041.3919.8285.363548.2923.3183.624055.1826.8881.57从上面数据表中选择h=25mm，LAB=34.49mm,LCD=86.81mm，对其数据进行圆整h=25mm，LAB=35mm,LCD=87mm。三、传动机构设计：此设计中采取蜗杆蜗轮和齿轮传动，其机构运动简图：因为风扇摆动周期T=10s，可得出齿轮4转速n4=0.1r/s=6r/min,因为电风扇电动机转速n=1450r/min，所以蜗杆1转速n1=1450r/min，由此可得出其传动比：i14=241.67，i14=241.67。为便于制造蜗杆采取单头蜗杆，即Z1=1，为了让机构结构更紧凑齿轮尺寸越小越好，为达成传动比只有Z3取得越小才能使得Z2、Z4越小，机构尺寸才越小，但为让其不发生根切Z317，取不一样Z3值:174108.33194591.67184350204833.3215075225316.67因为Z2、Z4为齿数，所以Z2Z4为整数，所以取Z3=18为佳，因为单头蜗杆蜗轮蜗轮齿数Z取值范围为5-70，Z3=18时，得出Z2Z4=4350,取不一样Z2、Z4值：6467.9758756270.165677.686072.55480.56依据上面数据，取Z2=58、Z4=75 。蜗杆和蜗轮转动比取值范围5-70，圆柱齿轮传动比取值范围3-6，由齿数得其齿轮啮合传动比：i12=58 i34=4.17其传动比在其取值范围之内。模数选择:模数选择标准：优先选择第一系列，其次选择第二系列，尽可能不用括号内模数；若没有计算出来模数，选出来模数就大不就小。模数标准系列（GB/T）第一系列11.251.522.534568101216202532第二系列1.1251.3751.752.252.753.54.55.5(6.5)791114182228蜗杆模数系列表第一系列11.251.522.53.1545681012.516202531.5第二系列1.533.54.55.5671214蜗杆蜗轮正确啮合条件：、m1=m2，；、二者螺旋线旋向相同。两圆柱直齿轮正常啮合条件：m3=m4，。所以齿轮模数选择m1=m2=1.25，m3=m4=1。蜗杆压力角采取阿基米德蜗杆压力角=200，选其螺旋角=150（蜗杆蜗轮螺旋角取值范围50-200）。而在模数为1.25时，蜗杆分度圆选择d1=20mm。圆柱齿轮压力角选择标准压力角=200。齿轮尺寸参数表：名称蜗杆1蜗轮2齿轮3齿轮4齿数ZZ1=1Z2=58Z3=18Z4=75压力角200200200200模数m1=1.25m2=1.25m3=1m4=1分度圆直径d1= 20mmd2=m2=72.5mmd3=m3=18mmd4=m3=75mm基圆直径db2=d1cosdb3=d3cosdb4=d4cos齿顶高系数1111顶隙系数c*0.250.250.250.25标准中心距=d1+d2=92.5mm=d3+d4=93mm第四章：机构运动分析一、四杆机构运动分析： 分析任意时刻速度和加速度：令杆AB角速度为AB，杆CD角速度CD，杆BC角速度为。 = + 大小： ? ? 方向：CD AB BCVCB=LBC=0.1r/s13.5mm=1.3510-3m/s依据上面关系画出速度矢量关系：选择百分比尺=1/2SVC=14.59mm1/2s=7.3010-3m/sVB=28.49mm1/2s=14.2510-3m/sAB=0.7r/sCD=0.08r/s加速度分析：因为杆BC做匀速圆周运动，所以BC角加速度BC=0，即a=0。 + = + + 大小： ? ? 方向： CD CD AB BA CBa=0.60m/s2a=15.0410-3m/s2a=0.13510-3m/s2选择百分比尺=1/10s2其加速度矢量关系图：a=12.56mm1/10s2=1.25610-3m/s2a=15.04mm1/10s2=1.50410-3m/s2AB=0.11r/s2CD=0.014r/s2二、圆柱凸轮机构运动分析：其任意时刻速度加速度分析 VC=510-3m/sVBC=12.5610-3m/s = + 大小 ? 方向 AB CD ?选择百分比尺=1/2S，做速度矢量图：VB=7.5mm1/2s=3.7510-3m/sAB=0.11r/sCD=0.057r/s 第五章：方案确实定一、比较两种方案并选择方案：结构上：四杆机构结构简单，只需要满足机构力学即可，对于加工要求低；圆柱凸轮机构结构较复杂，对加工要求较高，加工比较复杂。运动上：四杆机构能够基础满足风扇摆头运动规律，其原动件为连杆，不会出现死点位置；而圆柱凸轮机构急回特征相对于四杆机构较差。机械效率上：四杆机构四个连杆质量较轻，原动件可直接和传动机构齿轮焊接，在传动中这一级传动基础没有能量损失；而圆柱凸轮机构圆柱凸轮质量较重，其原动件只能和传动机构输出齿轮同轴，使其对能量消耗增加，机械效率相对较低。经过以上对比，我选择方案一（双摇杆机构）。二、机构简图：总结机械原理课程设计结束了，回望这几天时间学习，自己学到了不少。在真正开始设计这个电风扇摇头装置之前，自己也曾经有过很多想法和方案，有很简单，有很复杂。在这么多方案中选择两种很好，确实要考虑很多东西。平时学到机械原理知识还是有限，在抉择中有点头大。不过经过上网和去图书馆查资料，确定了此次设计方案。当然此次设计还有很多不足和需待改善地方。这次课程设计，是将本学期机械原理这门课程中所学知识综合利用到实际中某一具体实例中，另外对于机械设计也有了认识和实践经验。这次课程设计，从最初毫无头绪到逐步做出雏形，然后深入改善。即使总共用了几天时间，但在这整个设计过程中，自己在实践中探索成长，在理论中分析探讨，愈加清楚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，从中学到更多知识和技能。在具体实践时，往往会碰到很多事先没估计到迷惑，这成为我们完成设计一大障碍，但最终还是经过讨教和自己探索中处理了。从这些过程中学会了利用自己所学知识用于实践生活中，锻炼了自己碰到问题，分析问题，处理问题能力。参考文件1曾小慧,王玉丹. 机械原理课程设计指导书M.武汉:中国地质大学2孙恒,陈作模.机械原理（第八版）M. 北京: 高等教育出版社,3杨可桢，程光藴，李仲生.机械设计基础（第六版） M. 北京: 高等教育出版社, 4陆凤仪. 机械原理课程设计（第二版）M. 北京: 机械工业出版社,