前言
为了扩大电风扇的送风面积,避免扇叶旋转所形成的气流集中吹响一个方向而造成人体的不适,电风扇中安装了摇头机构。
常见的摇头机构有杠杆式,滑板式和揿拔式等。可以将风扇的摇头动作分解为风扇左右摆动和风扇上下仰俯运动,其中左右摇摆机构由减速机构和连杆机构组成,减速机构可由蜗轮蜗杆和一对直齿轮组成的二级减速机构来实现,目前市场上摇头电风扇的减速机构大都由蜗轮、蜗杆、牙杆、摇头齿轮组成,连杆机构可设计成双摇杆机构、曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构等。
电扇左右摆头一般有两种结构,第一种是通过转子轴上面的蜗杆与配套的涡轮形成咬合,涡轮上有一个偏心轴,偏心轴带动连杆做前后运动,带动扇头做左右摆动;第二种是靠同步电机(自带减速器)使电扇摆头,同步电机的旋转方向是随机的,当受到阻力后会自动改变旋转方向,当摆头摆到设定位置后就会受阻使同步电机往回转,这样就形成了往返摆头现象。
目录
1 设计
题
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目 ……………………………………………………………………3
2 设计
要求
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……………………………………………………………………3
3 功能分解 ……………………………………………………………………3
4 机构选用 ……………………………………………………………………4
4.1 电风扇左右摆头机构 ………………………………………………………………4
4.2 电风扇上下仰俯机构 ………………………………………………………………4
5 运动
方案
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及选择 …………………………………………………………5
5.1 左右摆动方案一 ……………………………………………………………………5
5.2 左右摆动方案二 ……………………………………………………………………7
5.3 左右摆动方案三 ……………………………………………………………………8
5.4左右摆动方案四………………………………………………………………………9
5.5左右摆动方案五………………………………………………………………………10
5.6左右摆动方案六………………………………………………………………………10
5.7左右摇摆方案七………………………………………………………………………11
5.8左右摇摆方案选择……………………………………………………………………12
6 上下摇摆方案 ………………………………………………………………13
6.1上下摇摆方案一…………………………………………………………13
6.2上下摇摆方案二…………………………………………………………13
7 最终方案:左右摇摆方案六与上下摇摆方案的结合 ……………………14
8 四连杆长度的确定 …………………………………………………………14
9 传动比设计 …………………………………………………………………16
9.1 齿轮方案设计……………………………………………………………………16
9.2 方案比较 ……………………………………………………………………………17
小结 …………………………………………………………………………18
致谢 …………………………………………………………………………19
参考文献 ……………………………………………………………………20
1. 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(在一定的仰角下随摇杆摆动)。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=95°、俯仰角度φ=20°与急回系数K=1.025。风扇可以在一定周期下进行摆头运动,使送风面积增大。
2. 设计要求
⑴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。
⑵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。
⑶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。
⑷设计计算齿轮机构,确定传动比,选择适当的摸数。
⑸编写设计计算说明书。
⑹学生可进一步完成机器的计算机演示验证和凸轮的数控加工等。
3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:
⑴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。
⑵风扇需要按路径规律做上下俯仰,因此需要设计相应的俯仰机构。
⑶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
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,可知它们分别应该实现下列基本运动:
⑴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。
⑵俯仰运动有两个基本运动:运动方向变换和周期性俯仰。
⑶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=1.025、摆动角度Ψ=95°的要求下,尽量保持运动的平稳转换和减小机构间的摩擦。
图3.1 运动功能图
图3.2 运动循环图
4机构选用
根据设计要求,电风扇的摇头动作分为风扇的左右摇摆运动和上下仰俯运动,那么电风扇的摇头机构就要同时完成左右摆动和上下摆动,其中左右摆动包括减速机构和连杆机构,上下摆动只需连杆机构就能完成。
表4-1电风扇左右摆动机构选型
功能
执行动作
工艺动作
执行机构
左右摆动
减速机构
连杆机构
急回往复运动
齿轮机构
连杆机构
表4-2电风扇上下摆动机构选型
功能
执行动作
工艺动作
执行机构
上下摆动
连杆机构
上下往复运动
连杆机构
4.1 电风扇左右摆头机构
考虑到用电动机驱动、而且空间比较狭小,又需要的三个基本动作和高传动比要求。转换运动轴线与改变传动比机构(蜗轮蜗杆与行星轮系组合而成的齿轮箱)a32 和a24。优点是在较小空间内可以运动轴线变换,且有自锁功能。为了能实现上下、左右往复运动,在经济简单的原则下选择双摇杆机构(a43),实现运动方向交替交换。综上,整个电风扇左右摆头机构A1={a24,a32,a43}。
4.2 电风扇上下仰俯机构
考虑到能实行仰俯运动,事先
计划
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使用(凸轮机构)a11设计仰俯机构,但由于电扇的机壳大小有限,并且凸轮只常使用在低负载的传动过程,假如当电风扇的机头被某重物压住,则很容易损坏凸轮。所以,改变成方案二使用A2={a33}(连杆滑块机构)设计。将机壳引出杆使用一条路径导轨进行约束,来完成设想的仰俯运动。
5运动方案及选择
5.1 左右摆动方案一
图5-1-1方案一运动机构简图
图5-1-2摇头机构轨迹
图5-1-3方案一立体图
(1)两级减速机构
两级减速机构由涡轮、蜗杆、牙杆、和摇头齿轮组成。转轴末端为蜗杆。第一级减速是通过蜗杆带动涡轮来完成。电风扇的转速,经过两级减速后降低到6r/min,起计算公式为:
n1=n.=6(r/min)
式中 n1为摇头齿轮的转速(r/min)
N为电动机转速(r/min)
Z1为蜗杆头数
Z2为涡轮齿数
Z3为牙杆齿数
Z4为摇头齿轮的齿数
(2)四连杆机构
四连杆机构由摇头齿轮、摇摆连杆和角度盘组成,如图5-1-1所示。其四连杆是指角度盘中心到摇头齿轮中心的水平距离L1,摇摆连杆上的长度L2,角度盘中心到它的曲柄中心的距离R1,摇头齿轮中心到它的曲柄中心的偏心距R2。由于L1、L2、R1和R2的配合,摇头齿轮旋转一圈,电风扇往返摇头一次。其摇头轨迹见5-1-2所示。
现在先来分析四连杆能够执行摇头的条件。当摇头齿轮运动到右端极限位置,连杆L2与摇头齿轮的偏心距R2成一直线,构成ΔACO的三角图形,因此有:
L1+R1﹥L2+R2
当摇头齿轮运动到左端极限位置时,连杆L2又与偏心距R2成一直线,构成了ΔABO的图形,因此又有:
L2+R1﹥L1+R2
即 L1-R1
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