电风扇摇头机构机械原理课程设计说明书.doc
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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
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