台式电风扇摇头机构机械原理三级项目报告

'机械原理课程设计说明书设计题目台式电风扇摇头机构 设计题目设计台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作。风扇的直径为300mm，电扇电动机转速n＝1450r/min，电扇摇头周期t=10s，电扇摆动角度ψ＝100°、俯仰角度φ＝22°与急回系数K＝1.03。风扇可以在一定周期下进行摆头运动，使送风面积增大。项目成员分工所有组员一同完成功能机构及传动机构的整体设计，其余工作分工如下:111：机构的图解法（速度、加速度、力分析尺寸设计，说明书的编写；222：机构的解析法求解及MATLAP编程，PPT的制作；333：A1图纸的绘制；444：机构的三维建模及运动仿真。 目录一研究背景和意义1二设计工艺参数和工作原理12.1工艺参数要求12.2工作原理及工艺过程12.3设计要求12.4功能分解2三设计方案的评定及方案选择43.1左右摆动方案一（放弃）443.2左右摆动方案二（放弃）53.3左右摆动方案三（采用）6四各构件参数的确定74.1机构传动比的设计74.2蜗杆尺寸参数设计84.3蜗轮尺寸参数94.4直齿圆柱齿轮3尺寸参数104.5直齿圆柱齿轮4尺寸参数114.6双摇杆机构尺寸参数12五运动学分析135.1.图解法：135.2解析法:195.3图解法与解析法误差分析：20 六主要参考文献21七心得体会：21八附件238.1三维图片238.2MATLAB程序代码:248.3自评分表25 一研究背景和意义电风扇摇头机构可以使电风扇左右或者上下往复动一定角度，这样增大了送风面积，增大了空间的空气流通，所以一种合适的摇头机构的设计十分必要。二设计工艺参数和工作原理2.1工艺参数要求设计台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作。风扇的直径为300mm，电扇电动机转速n＝1450r/min，电扇摇头周期t=10s，电扇摆动角度ψ＝100°、俯仰角度φ＝22°与急回系数K＝1.03。风扇可以在一定周期下进行摆头运动，使送风面积增大。执行机构12.2工作原理及工艺过程系统执行机构2传动减速机构原动机2.3设计要求2.3.1电风扇摇头机构至少包括连杆机构、蜗轮蜗杆机构和齿轮传动机构三种机构。2.3.2画出机器的运动方案简图与运动循环图。拟订运动循环图时，执行构件的动作起止位置可根据具体情况重叠安排，但必须满足工艺上各个动作的配合，在时间和空间上不能出现干涉。31 2.3.3设计连杆机构，自行确定运动规律，选择连杆机构类型，校核最大压力角。2.3.4设计计算齿轮机构，确定传动比，选择适当的摸数。2.3.5编写设计计算说明书。2.4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。显然，为了完成电风扇的摆头动作，需实现下列运动功能要求：电动机齿轮传动蜗轮蜗杆曲柄摇杆图1.1运动功能图（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）风扇可利用仰俯旋钮实现上下俯仰，因此需要设计相应的俯仰机构。（3）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：（431 ）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。（5）俯仰运动的基本运动：与水平面之间的夹角的变换。（6）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，还要满足传动性能要求：改变电风扇的送风区域时，在急回系数K＝1.03、摆动角度Ψ=100°的要求下，尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。31 三设计方案的评定及方案选择3.1左右摆动方案一（放弃）此机构为我们所学最简单的四杆机构，但是此方案风扇的具体位置难以确定，且齿轮的体积较大，故舍去。31 3.2左右摆动方案二（放弃）该机构不易实现大角度转动风扇，因为大角度转动后容易引起涡轮蜗杆接触过紧或脱落，故舍去。31 3.3左右摆动方案三（采用）1——蜗轮，2——蜗杆，3、4——直齿圆柱齿轮，5——电动机如图所示，ABCD是以BC为连杆的双摇杆机构，因为它满足最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，故连杆BC可相对于两连架杆作整周转动。带有风扇的电动机5、齿轮3、4和蜗杆2、蜗轮1均于连架杆AB上，而蜗轮1又与连杆BC固联。电动机5转动时，一方面带动风扇转动，另一方面经齿轮传动和蜗杆传动带动连杆BC相对于连架杆AB转动，两连架杆AB、CD作往复摆动，从而使风扇轴线可在一定角度范围内摆动。31 四各构件参数的确定4.1机构传动比的设计此方案中，齿轮机构4-3和蜗轮蜗杆机构2-1组合作为减速机构。由于在设计的左右摆头机构中，将蜗轮带动连杆进行整周回转的匀速圆周运动。当蜗轮旋转一周，电扇机壳也正好摇摆一回，得出蜗轮的转速为。选取蜗轮1，蜗杆2模数m=1，齿轮3、4的模数m=1.25。蜗轮1转速蜗轮蜗杆机构2-1的传动比直齿圆柱齿轮机构4-3的传动比31 电动机的转速由以上式子得，要实现大的传动比，因此，取蜗杆，齿轮4齿数，代入上式得，经计算，当=30，=44时，t=10.09,相对误差；当=36，=36时，t=9.91,相对误差；当=30，=43时，t=9.86,相对误差；当=29，=44时，t=9.76,相对误差。31 结合台式电风扇机壳尺寸大小的要求及摇动周期，选择=36，=36。蜗轮蜗杆机构2-1传动比直齿圆柱齿轮机构4-3传动比4.2蜗杆尺寸参数设计模数m=1齿顶高系数径向间隙系数C*=0.2齿数压力角α=20°分度圆直径导程角3.18°特性系数齿顶高31 顶隙c=c*m=0.2齿根高hf2=(hf2*+c*)m=1.2齿顶圆直径齿根圆直径轴向齿距轴向齿厚法向齿厚4.3蜗轮尺寸参数模数m=1齿顶高系数径向间隙系数C*=0.2齿数=36压力角α=20°分度圆直径螺旋角β=γ=3.18°31 齿顶高顶隙C=C*m=0.2齿根高hf1=(hf1*+c*)m=1.2齿顶圆直径齿根圆直径齿顶圆弧半径蜗轮蜗杆啮合中心距4.4直齿圆柱齿轮3尺寸参数模数m=1.25齿顶高系数径向间隙系数齿数=36压力角α=20°分度圆直径31 齿顶高顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿厚齿宽4.5直齿圆柱齿轮4尺寸参数模数m=1.25齿顶高系数径向间隙系数齿数压力角α=20°分度圆直径齿顶高31 顶隙齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿厚齿宽齿轮3和齿轮4的啮合中心距4.6双摇杆机构尺寸参数极位夹角°=2.77°31 图4.1双摇杆机构根据实际情况（30CM直径的扇叶），同时经过计算，可取a=35，b=146，c=209，d=211.4。五运动学分析5.1.图解法：1）状态一：31 速度分析：31 加速度分析：31 31 动力学分析：31 2)状态二：速度分析：31 加速度分析：31 动力学分析:31 31 5.2解析法:31 31 5.3图解法与解析法误差分析：位置一图解法解析法相对误差ω10.720.659.72%ω30.550.4616.36%α11.821.772.75%α31.070.997.48%位置二图解法解析法相对误差31 ω10.730.6510.96%ω30.530.505.66%α11.461.404.11%α31.701.596.47%误差分析：1）图解法精度较低，测量时存在误差；2）测量出的数据经计算时会被放大；计算示例：E1=[（0.72-0.65）/0.72]*100%=9.72%,其它如上。六主要参考文献[1]安子军.机械原理[第三版].北京：国防教育出版社，2015.4.1-206[2]刘永贤蔡光起.机械工程概论.北京：机械工业出版社，2009.9.1-42[3]陈国华.机械机构及应用.北京：机械工业出版社，2008.1.224-234七心得体会：22231 这次的课程设计更让我们深感惭愧与忧虑，它让我切切实实地认识到自己知识、技能的匮乏。知识的缺乏让我在一开始的时候便遇上了障碍，对某些方面的知识的掌握不牢，使我在解决问题时花费了更多的时间与精力，使得这次的课程设计有着许多的缺陷。然而这也激励我往后要学习好更多的专业知识，培养专业能力。333在这次课程设计中我学到得不仅是专业的知识，还有的是如何进行团队的合作，因为任何一个作品都不可能由单独某一个人来完成，它必然是团队成员的细致分工完成某一小部分，然后在将所有的部分紧密的结合起来，并认真调试它们之间的运动关系之后形成一个完美的作品。　　这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的可能不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。33331 在这次课程设计中使我和我的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为我们的出发点都是一致的。经过这次课程设计我们学到了很多课本上没有的东西，它对我们今后的生活和工作都有很大的帮助，所以，这次的课程设计不仅仅有汗水和艰辛，更的是苦后的甘甜。444电风扇是我们生活中常见的家用电器，设计一个摇头的电风扇看起来容易，真正实践起来却没那么简单，从一开始的想方案，一个个与众不同的方案着实让我们费了不少头脑，太少了显得简单，太多了却又显得过于复杂，但在我们的集思广益之下，终是确定了一个。接下来的ppt，word更是我们智慧的结晶，是我们多少个晚上集体讨论的结果。经过这次三级项目，我更加体会到集体合作的重要性，通力合作才有了我们与众不同的项目，亲自查阅资料，动手制作，让我们加深了队课本知识的理解，对本门课程的理解，收获颇丰。八附件8.1三维图片31 8.2MATLAB程序代码:杆件位置>>x=0:0.01:2*pi;>>a=sqrt(-29658852+6358592*cos(x)+21316*sin(x).^2-319740*cos(x).^2);>>b=sqrt(-296307360+6124992*cos(x)+2920*sin(x).^2+1790544*cos(x).^2);>>y2=-2*atan((146*sin(x)+a)./(-5254+730*cos(x)));>>y3=-2*atan((1460*sin(x)+b)./(5364-876*cos(x)));31 >>y1=x;>>plot(x,y1,x,y2,x,y3)>>legend("角th(1)")>>title("角度变化曲线图")>>gridon杆件角速度>>x=0:0.01:2*pi;>>a=sqrt(-29658852+6358592*cos(x)+21316*sin(x).^2-319740*cos(x).^2);>>b=sqrt(-296307360+6124992*cos(x)+2920*sin(x).^2+1790544*cos(x).^2);>>b2=-2*atan((146*sin(x)+a)./(-5254+730*cos(x)));>>b3=-2*atan((1460*sin(x)+b)./(5364-876*cos(x)));>>c2=sin(b3-x)./sin(b2-b3);>>y2=c2*1./5*pi;>>c3=sin(x-b2)./sin(b3-b2);>>y3=c3*1./5*pi;>>plot(x,y2,x,y3)>>gridon>>title("角速度变化曲线图")>>legend("摇杆1角速度")杆件角加速度>>x=0:0.01:2*pi;31 >>a=sqrt(-29658852+6358592*cos(x)+21316*sin(x).^2-319740*cos(x).^2);>>b=sqrt(-296307360+6124992*cos(x)+2920*sin(x).^2+1790544*cos(x).^2);>>b2=-2*atan((146*sin(x)+a)./(-5254+730*cos(x)));>>b3=-2*atan((1460*sin(x)+b)./(5364-876*cos(x)));>>c2=sin(b3-x)./sin(b2-b3);>>y2=c2*1./5*pi;>>c3=sin(x-b2)./sin(b3-b2);>>y3=c3*1./5*pi;>>e2=(-1./25*pi*pi*73.*cos(x-b3)+y2.*y2.*cos(b2-b3)+10.*y3.*y3)./sin(b2-b3);>>plot(x,e2)>>legend("连杆2角加速度")>>gridon>>title("角加速度变化曲线图")31'