畢業(yè)論文--電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)設(shè)計

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計 </b></p><p>　　題 目 電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　英文題目 design head of electric fan </p><p>　　院 系 機械與材料工程學(xué)院

2、 </p><p>　　專 業(yè) 機械設(shè)計制造及自動化 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　年 級 2010（機A1011） </p><p>　　指導(dǎo)教師

3、 </p><p>　　二零一四 年 六 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電風(fēng)扇搖頭裝置設(shè)計是從電風(fēng)扇設(shè)計開始的，也是電風(fēng)扇設(shè)計中最重要的部分，對于電風(fēng)扇的研究，國內(nèi)外已有不少的研究成果，但在創(chuàng)新這一塊做的還不夠, 還有待進一步完善。</p><p>　　本文首先對搖頭電風(fēng)

4、扇的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀以及其類型和特點進行了介紹，然后介紹了設(shè)計準則, 提出方案擬定, 并選擇最優(yōu)方案,主要是現(xiàn)有的電風(fēng)扇搖頭裝置中平面搖桿機構(gòu)，包括平面搖桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計原理、設(shè)計原則；其次根據(jù)已知原動機的轉(zhuǎn)速, 分配傳動比，選擇合適的機構(gòu), 如蝸輪蝸桿機構(gòu)以及齒輪機構(gòu), 根據(jù)傳動比確定它們的基本參數(shù)，設(shè)計計算幾何尺寸,再次采用圖解法, 根據(jù)已知條件(極位夾角, 搖桿速度等)設(shè)計平面四桿機構(gòu), 然后在實驗室組建仿真機構(gòu)模型,

5、觀察所設(shè)計的尺寸是否滿足所需的運動軌跡，再就制作臺式電風(fēng)扇搖頭平面機構(gòu)的計算機動態(tài)演示, 通過圖解法研究各桿件的運動, 進行運動分析, 最后總結(jié)并講述了電風(fēng)扇的未來展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 平面搖桿機構(gòu)，傳動比, 蝸輪蝸桿, 齒輪傳動, 運動分析 ,動態(tài)演示</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　

6、The design of the shaking equipment of fans is the beginning of the design of electric fans, and it is the most important part of the electric fans design at home and abroad, there are many research results, but in this

7、one innovation has not done enough and has yet to be further improved.</p><p>　　In this paper, shaking equipment on the history and development of electric fans and the status of its type and characteristics

8、 were first introduced, and then introduced the design for the proposed programming, and choose the best, mainly the existing fans installed in the plane shook his head rocker agencies, including Rocker plane the structu

9、re, working principle, design principles, design principles; Secondly choosing the appropriate agencies on the basis of known motive of the original spe</p><p>　　Key words: Plane rocker; transmission ratio;

10、 Worm Gear; Gear; sports analysis; dynamic demo</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要················

11、3;························i</p><p>　　Abstract·······

12、····································

13、3;········ii</p><p>　　第一章 引言·······················

14、······························1</p><p>　　1.1 電風(fēng)扇發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望

15、 ································1</p><p>　　1.2

16、 臺扇的結(jié)構(gòu)與工作原理···················1</p><p>　　第二章 電風(fēng)扇搖頭裝置機構(gòu)的設(shè)計·········

17、························3</p><p>　　2.1 電風(fēng)扇搖頭裝置機構(gòu)設(shè)計概述······

18、;························3</p><p>　　2.2 電風(fēng)扇搖頭裝置機構(gòu)設(shè)計原則·····

19、3;·························3</p><p>　　2.3 方案擬定······

20、····································

21、3;······3</p><p>　　2.3.1方案 Ⅰ (離合式搖頭機構(gòu))·······················&

22、#183;···3</p><p>　　2.3.2方案 Ⅱ (锨撥式搖頭機構(gòu))·························

23、3;·4</p><p>　　2.3.3 方案 Ⅲ (平面連桿搖頭機構(gòu))························5</p><p>　

24、　2.3.4 方案 Ⅳ (另一種平面連桿搖頭機構(gòu))·················5</p><p>　　2.3.5 對比分析并選擇方案·········

25、;························6</p><p>　　第三章 機構(gòu)的尺寸設(shè)計······

26、;····································

27、83;7</p><p>　　3.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計······························

28、·········7</p><p>　　3.1.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的組成和基本形式····················&#

29、183;·7</p><p>　　3.1.2 平面雙搖桿機構(gòu)的分類和極限位置分析················7</p><p>　　3.1.3 四桿位置和尺寸的確定····

30、83;·························8</p><p>　　3.2 原動機的選擇和傳動比的分配····&#

31、183;··························9</p><p>　　3.2.1 原動機的選擇····

32、···································9</p>

33、;<p>　　3.2.2 傳動比的分配································&#

34、183;·····10</p><p>　　3.3 蝸輪蝸桿機構(gòu)·························&

35、#183;··················10</p><p>　　3.3.1 蝸輪蝸桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點···········

36、;·················10</p><p>　　3.3.2 蝸輪蝸桿機構(gòu)的幾何尺寸計算············&

37、#183;···········11</p><p>　　3.4 齒輪機構(gòu)···················&#

38、183;···························12</p><p>　　3.4.1 齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點··&#

39、183;·····························12</p><p>　　3.4.2 齒輪機構(gòu)的幾何尺寸計算

40、····························13</p><p>　　第四章 平面雙搖桿機構(gòu)的運動分析·

41、3;······························14</p><p>　　4.1 概述·&

42、#183;····································

43、;··············14</p><p>　　4.2 平面搖桿機構(gòu)的運動分析················

44、;··················14</p><p>　　第五章 機構(gòu)運動仿真的總體分析···········

45、3;······················17</p><p>　　5.1 計算機動態(tài)演示········&#

46、183;·································17</p><

47、p>　　5.2 組建機構(gòu)運動仿真模型·································&

48、#183;··21 </p><p>　　第六章  總結(jié)與展望···························

49、···················23</p><p>　　參考文獻·············

50、;····································

51、83;·····25</p><p>　　致謝··························

52、3;·································26</p><p&

53、gt;<b>　　引言</b></p><p>　　1.1 電風(fēng)扇發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望</p><p>　　近年來，相較人們對空調(diào)的普遍關(guān)注，電風(fēng)扇市場就有點門庭冷落。但空調(diào)高耗電量且封閉空間的弊端，使得通風(fēng)效果相對較好、功耗相對較低的電風(fēng)扇仍然存在很大的市場。所以有必要研究電風(fēng)扇的發(fā)展。</p><p>　　電風(fēng)扇又稱電扇，用于散熱，夏天用它來

54、清涼為好,還可用來驅(qū)散室內(nèi)熱氣。1882年，美國紐約的克羅卡日卡齊斯發(fā)動機廠的主任技師休伊斯卡茨霍伊拉，最早發(fā)明了商品化的電風(fēng)扇。 1908年，美國的埃克發(fā)動機及電氣公司，研制成功世界上最早的齒輪驅(qū)動左右搖頭的電風(fēng)扇, 這種電風(fēng)扇防止了不必要的三百六十度轉(zhuǎn)頭送風(fēng)，而成為以后銷售的主流。如今，電風(fēng)扇已一改人們印象中的傳統(tǒng)形象，在外觀和功能上都更追求個性化，塔式氣流扇尊貴典雅，卡通臺扇嬌巧可愛，而電腦控制、自然風(fēng)、睡眠風(fēng)、負離子功能等這些本

55、屬于空調(diào)器的功能，也被眾多的電風(fēng)扇廠家拿來做文章，并在此基礎(chǔ)上增加了照明、驅(qū)蚊等更多的實用功能。據(jù)統(tǒng)計，市場成熟度頗高的電風(fēng)扇行業(yè)在國內(nèi)仍然存在著相當大的市場容量，但由于這個行業(yè)技術(shù)比較陳舊，外觀固定單一，市場上常見的落地扇、轉(zhuǎn)頁扇、臺扇、壁扇、樓頂扇、吊扇這幾個傳統(tǒng)類型電風(fēng)扇的外觀和功能的同質(zhì)化現(xiàn)象十分嚴重，嚴重影響和制約了這個市場的發(fā)展和提升。但近年來一些主流企業(yè)開始有所覺察，他們通過積極創(chuàng)新，突破老式的傳統(tǒng)設(shè)計，紛紛開發(fā)出了一系列

56、更富創(chuàng)新力，更具差異化個性的新產(chǎn)品，以求繼續(xù)做大蛋糕和進行產(chǎn)品升級。</p><p>　　1.2電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)與工作原理</p><p>　　1.2.1 電風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖1.1所示, 臺扇由扇葉、網(wǎng)罩、扇頭、調(diào)速機構(gòu)、底座等部分組成, 扇頭是臺扇中最復(fù)雜、最重要的部件，由電動機、前后端蓋及搖頭機構(gòu)等構(gòu)成, 而吊扇主要由扇頭、上下罩、吊桿、吊攀以及

57、獨立安裝的調(diào)速器組成。轉(zhuǎn)頁扇由于導(dǎo)風(fēng)輪的作用，使其送出的風(fēng)風(fēng)力柔和，舒適宜人。</p><p>　　圖 1.1 臺扇的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.2.2 電風(fēng)扇工作原理</p><p>　　電風(fēng)扇工作時（假設(shè)房間與外界沒有熱傳遞）室內(nèi)的溫度不僅沒有降低，反而會升高。讓我們一塊來分析一下溫度升高的原因：電風(fēng)扇工作時，由于有電流通過電風(fēng)扇的線圈，導(dǎo)線是有電阻的，

58、所以會不可避免的產(chǎn)生熱量向外放熱，故溫度會升高。但人們?yōu)槭裁磿杏X到?jīng)鏊兀恳驗槿梭w的體表有大量的汗液，當電風(fēng)扇工作起來以后，室內(nèi)的空氣會流動起來，所以就能夠促進汗液的急速蒸發(fā)，結(jié)合“蒸發(fā)需要吸收大量的熱量”，故人們會感覺到?jīng)鏊?風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動時，扇葉后面空氣的流速要慢于扇葉前面空氣的流速，這樣后面空氣的壓力就比前面的大，這個壓力差，就推動空氣向前，形成風(fēng)了。</p><p>　　第二章 電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)的設(shè)計&l

59、t;/p><p>　　2.1 電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)設(shè)計概述</p><p>　　搖頭機構(gòu)由減速機構(gòu)、連桿機構(gòu)、控制機構(gòu)與過載保護裝置組成，形式有兩種:離合式與撥式。隨著時代的發(fā)展, 電風(fēng)扇的搖頭機構(gòu)也不僅僅限于這些, 例如就有一種電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)，包括電動機、齒箱總成、搖頭連桿，電動機及齒箱總成安裝在Ｙ型支架上，Ｙ型支架固定在連接頭上，其中搖頭連桿一端與Ｙ型支架連接，另一端通過傳動機構(gòu)與齒箱總成連接。

60、所述的傳動機構(gòu)是受齒箱總成控制的做旋轉(zhuǎn)運動的上下曲柄蓋，曲柄蓋與連桿配合推動電風(fēng)扇做復(fù)合搖頭運動。由于采用機械式傳動取代了同步電機，使性能更穩(wěn)定、質(zhì)量更可靠，且結(jié)構(gòu)簡單、成本低。還有一種可調(diào)搖頭角度的電風(fēng)扇搖頭機構(gòu), 包括連于連桿一端的搖臂輪，以及活動連于撥輪墊孔內(nèi)的中心軸, 實現(xiàn)了電風(fēng)扇搖頭擺動角度的方便調(diào)整且結(jié)構(gòu)緊湊，適用于室內(nèi)放置電風(fēng)扇不同的位置要求，提高了電風(fēng)扇的使用效率。所以電風(fēng)扇搖頭裝置多種多樣, 而且是在不斷創(chuàng)新的。<

61、;/p><p>　　2.2 電風(fēng)扇搖頭裝置設(shè)計原則[1]</p><p>　　1) 各構(gòu)件應(yīng)最簡化, 使電風(fēng)扇尾部裝在小的殼體中;</p><p>　　2) 各構(gòu)件之間安排合理的位置,以免相互干擾;</p><p><b>　　3) 搖頭應(yīng)平穩(wěn);</b></p><p>　　4) 發(fā)動機也應(yīng)跟隨搖頭裝

62、置搖擺;</p><p>　　5) 應(yīng)使整體結(jié)構(gòu)美觀;</p><p>　　6) 自動擺頭、送風(fēng)角度可調(diào);</p><p>　　7) 噪音低、可定時。</p><p>　　2.3 電風(fēng)扇搖頭裝置方案擬定[2]</p><p>　　考慮到執(zhí)行機構(gòu)的速度較低和電動機的經(jīng)濟性，選用同步轉(zhuǎn)速為750r/min的電動機。臺式電

63、風(fēng)扇搖頭裝置的主要機構(gòu)是鉸鏈四桿機構(gòu)的運動?？梢杂卸喾N多樣的設(shè)計方案，圖2.1—2.4給出了四種可用于搖頭裝置運動的執(zhí)行機構(gòu)方案。</p><p>　　2.3.1 方案 Ⅰ (離合式搖頭機構(gòu))</p><p><b>　　該方案如圖所示</b></p><p>　　圖 2.1 離合式搖頭機構(gòu)</p><p>　　該方案

64、(見圖2.1)主要特點：</p><p>　?。?）是離合式搖頭機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單;</p><p>　?。?）不具有急回作用;</p><p>　?。?）不能承載較大載荷;</p><p>　　（4）嚙合軸做變速往復(fù)運動，特別在空行程中，角速度有較劇烈的變化，使搖頭直</p><p>　　齒輪受到很大的慣性沖擊和震動。&

65、lt;/p><p>　　2.3.2 方案Ⅱ (锨撥式搖頭機構(gòu))</p><p>　　該方案(見圖2.2)主要特點：</p><p>　?。?）是锨撥式機構(gòu)，結(jié)構(gòu)較前述方案簡單;</p><p>　　（2）不具有急回作用;</p><p>　?。?）不能承載較大載荷。</p><p>　　圖 2.2

66、 锨撥式搖頭機構(gòu)</p><p>　　2.3.3 方案 Ⅲ (平面連桿搖頭機構(gòu))[3]</p><p>　　圖 2.3 平面四桿搖頭機構(gòu)</p><p>　　圖2.3所示為電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)原理，電動機外殼作為其中的一根搖桿AB，蝸輪作為連桿BC，構(gòu)成雙搖桿機構(gòu)ABCD。蝸桿隨扇葉同軸轉(zhuǎn)動，帶動BC作為主動件繞C點擺動，使搖桿AB帶電動機及扇葉一起擺動，實現(xiàn)一臺電動機同

67、時驅(qū)動扇葉和搖頭機構(gòu)。該方案主要特點：</p><p>　?。?）是一種平面連桿機構(gòu)，機構(gòu)簡單，加工方便，能承受較大載荷;</p><p>　?。?）有渦輪蝸桿機構(gòu)，傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動性平穩(wěn)，無噪聲，反形成具有自鎖性， 但傳動效率低，磨損較嚴重，蝸桿軸向力大;</p><p>　?。?）工作行程中，能使搖頭裝置控制符合要求。</p><p&

68、gt;　　2.3.4 方案 Ⅳ (另一種平面連桿搖頭機構(gòu))[4]</p><p>　　圖 2.4 平面四桿搖頭機構(gòu)</p><p>　　如圖2.4所示上面一種搖頭機構(gòu)方案和傳動比的大小，方案Ⅳ應(yīng)用在傳動比大的運動機構(gòu)中。由已知條件和運動要求進行四連桿機構(gòu)的尺寸綜合，計算電動機功率、連桿機構(gòu)設(shè)計等，繪出機械系統(tǒng)運動方案的電風(fēng)扇的搖頭機構(gòu)中，電機裝在搖桿1上，鉸鏈B處裝有一個蝸輪。電機轉(zhuǎn)動時

69、，電機軸上的蝸桿帶動蝸輪, 蝸輪與小齒輪空套在同一根軸上,再由小齒輪帶動大齒輪, 而大齒輪固定在連桿上, 從而迫使連桿2繞B點作整周轉(zhuǎn)動，使連架桿1和3作往復(fù)擺動，達到風(fēng)扇搖頭的目的。它具有方案Ⅲ的特點。</p><p>　　2.3.5 對比分析選擇方案</p><p>　　對以上四種方案進行比較, 綜合其優(yōu)缺點, 本次設(shè)計選用方案Ⅳ,原因如下:</p><p>　

70、　采用平面連桿機構(gòu), 使結(jié)構(gòu)簡單;</p><p>　　2) 有蝸輪蝸桿機構(gòu)，傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動性平穩(wěn)，無噪聲，反形成具有自鎖性，但傳動效率低，磨損較嚴重，蝸桿軸向力大;</p><p>　　3) 齒輪的應(yīng)用使整個傳動系統(tǒng)的傳動比減小; </p><p>　　4）整個機構(gòu)簡單，加工方便，節(jié)省成本。</p><p>　　第三章 

71、 機構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　3.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計[5]</p><p>　　3.1.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的組成和基本形式</p><p>　　如圖3.1所示，鉸鏈四桿機構(gòu)是由轉(zhuǎn)動副將各構(gòu)件的頭尾聯(lián)接起的封閉四桿系統(tǒng)，并使其中一個構(gòu)件固定而組成。被固定件4稱為機架，與機架直接鉸接的兩個構(gòu)件1和3稱為連架桿，不直接與機架鉸接的構(gòu)件2稱為連桿。連架桿如

72、果能作整圈運動就稱為曲柄，否則就稱為搖桿。其類型可分為:</p><p>　　圖 3.1 鉸鏈四桿機構(gòu)</p><p>　　1) 曲柄搖桿機構(gòu): 在鉸鏈四桿機構(gòu)中,若兩個連架桿中的一個為曲柄,另一個為搖桿, 則稱之為曲柄搖桿機構(gòu)。</p><p>　　2) 雙曲柄機構(gòu): 在鉸鏈四桿機構(gòu)中, 若兩個連架桿均為曲柄, 則稱為雙曲柄機構(gòu). 當兩曲柄的長度相等且平行 (

73、即其他兩桿的長度也相等) 時, 稱為平行雙曲柄機構(gòu). 若雙曲柄機構(gòu)的對邊桿長都相等, 但不平行, 則稱為反向雙曲柄機構(gòu)。</p><p>　　3) 雙搖桿機構(gòu): 在鉸鏈四桿機構(gòu)中, 若兩個連架桿均為搖桿, 則稱之為雙搖桿機構(gòu)，</p><p>　　其中在電風(fēng)扇搖頭裝置中用到了雙搖桿機構(gòu)。</p><p>　　3.1.2平面雙搖桿機構(gòu)的分類和極限位置分析</

74、p><p>　　按組成它的各桿長度關(guān)系可分成兩類， 第一類是符合曲柄存在條件, 即符合格拉肖夫準則的四桿運動鏈, 而以其最短桿對邊的桿為機架組成的雙搖桿機構(gòu)。 第二類是不符合曲柄存在條件, 即最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和的四桿運動鏈, 以其任意一桿為機架構(gòu)成的雙搖桿機構(gòu)。</p><p>　　雙搖桿機構(gòu)是鉸鏈四桿機構(gòu)中常見的形式之一, 在機械中有特殊曲柄存在的條件,機構(gòu)若成為雙搖

75、桿機構(gòu), 可通過兩種途徑來實現(xiàn):</p><p>　　(1) 各桿長度滿肖夫判別式, 即最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。且以最短桿的對邊為機架, 即可得到雙搖桿機構(gòu)。根據(jù)低副運動的可逆性原則, 由于此時最短桿是雙整轉(zhuǎn)副件, 所以, 連桿與兩搖桿之間的轉(zhuǎn)動副仍為整轉(zhuǎn)副。因此搖桿的兩極限位置分別位于連桿(最短桿) 與另一搖桿的兩次共線位置, 即一次為連桿與搖桿重疊共線, 如圖3.2 所示AB′C′D

76、, 另一次為連桿與搖桿的拉直共線即圖中所示ABCD。 搖桿的兩極限位置與曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿的極限位置的確定方法相同, 很容易找到。</p><p>　　圖 3.2 兩極限位置的確定</p><p>　　(2) 各桿長度不滿足格拉肖夫判別式, 即最短桿與最長桿長度之和大于其它兩桿長度之和。則無論哪個構(gòu)件為機架機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。此時, 機構(gòu)中沒有整轉(zhuǎn)副存在, 即兩搖桿與連架桿及連之間的相對轉(zhuǎn)

77、動角度都小于360°。</p><p>　　3.1.3 四桿位置和尺寸的確定</p><p>　　圖3.3 極為位夾角為0°的兩極限位置</p><p>　　由電扇電動機轉(zhuǎn)速n=750r/min，電扇搖頭周期T=10s。電扇擺動角度ψ=100與急回系數(shù)k=1.03的設(shè)計要求, 可知,級位夾角為180°*(K-1)/(K+1)=2.6&#

78、176;很小,視為0°, 如圖3.3所示BC,CD共線, 先取搖桿LAB長為70, 確定AB的位置,然后讓搖桿AB逆時針旋轉(zhuǎn)100°,即A′B′, 再確定機架AD的位置, 且LAD 取90, 注: AD 只能在搖桿AB, A′B′的同側(cè)。 </p><p>　　當桿AB處在左極限時, BC, CD共線, LBC 與 LCD 之和可以得出,即LBC+ LCD=131 ①, 當AB處在右極限時,

79、即圖中A′B′的位置, 此時BC, CD重疊,即LC′D′- LB′C′=25 ② ,由①,②式可得LBC為53, LCD為78, B點的運動軌跡為圓弧B B′, LBC+LAD=143< LCD+LAB=148 滿足格拉肖夫判別式, 且取最短桿BC的對邊AD為機架,符合第一類平面雙搖桿機構(gòu)。 </p><p>　　圖3.4 矢量法分析連桿角速度</p><p>　　確定四根桿長

80、之后,畫出其一般位置如圖3.4所示, 此時可根據(jù)理論力學(xué)知識求出桿AB, BC, CD的速度,已知VAB=WABLAB=(100°/180∏)*70=24.4mm/s, 在下圖小三角行中,可求出WBC=0.27Rad/s。</p><p>　　3.2 原動機的選擇和傳動比的分配[6]</p><p>　　3.2.1 原動機的選擇</p><p>　　電風(fēng)

81、扇的電動機大多數(shù)采用電容運轉(zhuǎn)式交流單相異步電動機，主要由定子、轉(zhuǎn)子、蓋等組成，其結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。</p><p>　　圖 3.5 電容式電動機結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　其設(shè)計規(guī)定轉(zhuǎn)速 n=750r/min, 可得, w= 2∏ n = 78.5rad/s, 通過查手冊(見表3.1), 可選擇所需的原動機</p><p>　　表3.1 原動機的選擇</

82、p><p>　　3.2.2 傳動比的分配</p><p>　　由上面可知連桿的角速度WBC=0.27Rad/s, 而電動機的角速度w= 78.5rad/s 所以</p><p>　　總傳動比 i = 290 </p><p>　　由此可以把傳動比分配給蝸輪蝸桿與齒輪傳動, 其中,蝸渦輪蝸桿的傳動比i1=w1/w2 = 49 .齒輪的傳動比i2 =

83、 w2/w3 = 5.9</p><p>　　3.3 蝸輪蝸桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點[6]</p><p>　　3.3.1蝸輪蝸桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點</p><p>　　蝸輪蝸桿機構(gòu)又稱蝸桿傳動機構(gòu), 由蝸桿及蝸輪組成, 主要用于傳遞兩交錯軸間的傳動及動力的空間嚙合傳動裝置, 通常兩軸的交錯角為90°。蝸桿是具有梯形螺紋或接近梯形螺紋的螺桿, 而蝸輪則是開式螺母,

84、所以蝸桿傳動可以看成為螺桿螺母的傳動。另外根據(jù)齒輪嚙合原理可知， 羅干傳動是由螺旋齒輪傳動演變而來的。</p><p>　　蝸桿傳動具有以下特點:</p><p>　　1) 傳動比大, 結(jié)構(gòu)緊湊. 一般可實現(xiàn)i12=10—100,在不傳遞動力的分度機構(gòu)中, i12可達500以上, 因此結(jié)構(gòu)十分緊湊;</p><p>　　2) 傳動平穩(wěn), 無噪聲, 因嚙合時線接觸,

85、且具有螺旋機構(gòu)的特點, 故其承載能力強;</p><p>　　3) 反行程具有自鎖性. 當蝸桿導(dǎo)程角γ1小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時,機構(gòu)反行程具有自鎖性, 即只能有蝸桿帶動蝸輪傳動, 而不能有蝸輪帶動蝸桿運動;</p><p>　　4) 傳動效率較低, 磨損較嚴重。</p><p>　　3.3.2 蝸輪蝸桿機構(gòu)的幾何尺寸計算</p><p>

86、;　　蝸桿軸向模數(shù) （蝸輪端面模數(shù)）m m = 1.25</p><p>　　傳動比 i i = 49</p><p>　　蝸桿頭數(shù) z1 z1 = 1</p><p>　　蝸輪齒數(shù) z2 z2 = i

87、z1 = 49 </p><p>　　蝸桿直徑系數(shù) （蝸桿特性系數(shù)）q q =d1/m = 16</p><p>　　蝸桿變位系數(shù) x2 x2 = a/m – (d1+d2)/2m = -0.5</p><p>　　中心距 a a = (d1+d2+2

88、x2m)/2 =40</p><p>　　蝸桿分度圓導(dǎo)程角 γ tanγ = z1/q = mz1/d1 =0.0625</p><p>　　蝸桿節(jié)圓柱導(dǎo)程角γ′ tanγ′ =z1/(q+2x2) = 0.0667</p><p>　　蝸桿軸向齒形角 α α =20&

89、#176;（阿基米德圓柱蝸桿）</p><p>　　蝸桿(輪)法向齒形角αn tanαn = tanαcosγ=0.363</p><p>　　頂隙c c = c*m=0.2 X 1.25 = 0.25</p><p>　　蝸桿蝸輪齒頂高 ha1 ha2

90、 ha1 = ha*m = 1/2(da1-d1) = 1 X 1.25 =1.25</p><p>　　ha2=m(ha*+x2)= 1/2(da2-d2) = 1.25(1-0.5) = 0.625</p><p>　　( 一般ha* = 1)</p><p>　　蝸桿蝸輪齒根高 hf1 hf2 hf1 = (ha*+c*)m

91、 =1/2(d1-df1) </p><p>　　= (1+0.2)X1.25 = 1.5</p><p>　　hf2=1/2(d2-df2)=m(ha*-x2+c*)</p><p>　　=1.25(1+0.5+0.2)=2.215 </p><p>　　蝸桿蝸輪分度圓直徑 d1 d2 d1=qm=16X1.25

92、=20</p><p>　　d2=mz2=2a-d1-2x2m=61.25</p><p>　　蝸桿蝸輪節(jié)圓直徑 d1′ d2′ d1′=(q+2x2)m=d1+2x2m=18.75</p><p><b>　　d2′=61.25</b></p><p>　　蝸桿、齒頂圓直徑da1蝸輪喉圓直徑 da

93、2 da1=(q+2)m=22.5 </p><p>　　da2=(z2+2+2x2)m=62.5 </p><p>　　da1=d1+2ha1=22.5</p><p>　　da2=d2+2ha2=62.5</p><p>　　蝸桿蝸輪齒根圓直徑 df1 df2 df1=d1-2hf1=17</p>

94、;<p>　　df2=d2-2hf2=57</p><p>　　蝸桿軸向齒距 px px=∏ m=3.925</p><p>　　蝸桿軸向齒厚 sx sx=0.5∏m=1.96</p><p>　　蝸桿法向齒厚 sn sn

95、=sx cosγ=1.93</p><p>　　蝸桿分度圓法向旋齒高 hn1 hn1=m=1.25</p><p>　　蝸桿螺紋部分長度 l l>=(12+0.1z2)m=21.125</p><p>　　蝸輪最大外圓直徑 da2 da2<=da2+2m=6

96、3.5</p><p>　　蝸輪輪圓寬b b=0.75da1=16.88</p><p>　　3.4 齒輪機構(gòu)的設(shè)計[7]</p><p>　　3.4.1 齒輪機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點和選用原則</p><p>　　齒輪傳動與其他傳動機構(gòu)相比, 有以下優(yōu)點:</p><p>　

97、　傳遞運動準確可靠, 傳遞的圓周速度范圍較大;</p><p>　　傳遞功率范圍可從幾瓦到十萬千瓦;</p><p>　　使用效率高,壽命長,結(jié)構(gòu)緊湊;</p><p>　　可傳遞在空間任意配置的兩軸之間的傳動。</p><p>　　根據(jù)齒輪傳動比i=5.9, 以及大小齒輪安裝位置, 小齒輪的齒數(shù)小于17, 所用齒輪齒數(shù)較少, 標準齒輪不能滿

98、足要求, 所以采用變位齒輪。</p><p>　　變位齒輪是在不改變齒輪基本參數(shù)(m、z、α) 的條件下, 切齒時只變動刀具與坯的相對位置而加工出來的齒輪, 在切制時, 刀具與被切齒輪間的相對運動關(guān)系和切制標準齒輪相同, 只是將刀具相對齒輪中心移近或離開一段距離xm, x稱為變位系數(shù), 此時加工出來的齒輪, 它們的基本參數(shù)(基圓、分度圓和齒形)不變, 但分度圓上的齒厚、齒間距、齒頂高和齒根高都和標準齒輪不同了

99、。</p><p>　　3.4.2 齒輪機構(gòu)的幾何尺寸計算</p><p>　　傳動比 i i=88/15=5.9</p><p>　　分度圓 d1 d2 d1=mz1=7.5 d2=mz2=44</p><p>　　齒頂高 ha

100、 ha1=(ha*+x2)m=0.75 ha2=(ha*+x2)m=0.25</p><p>　　齒根高 hf hf1=(ha*+c*-x1)m=0.0425 hf2=(ha*+c*-x2)m=0.925</p><p>　　齒高 h h1=ha1+hf1=1.175 h2=ha2+hf2=1.

101、175</p><p>　　齒頂圓直徑 da da1=d1+2ha1=9 da2=d2+2ha2=44.5</p><p>　　齒根圓直徑 df df1=d1-2hf1=6.65 df2=d2-2hf2=42.15</p><p>　　中心距 a a=1

102、/2(7.5+44)=25.75</p><p>　　基圓直徑 db db1=d1 cosα=7.1 db2=d2 cosα=41.3</p><p>　　齒頂圓壓力角αa αa1=arcos(db1/da1)=37.9° αa2=arcos(db2/ba2)=21.86°</p>&

103、lt;p>　　齒寬 b b=12m=6</p><p>　　第四章 平面連桿機構(gòu)的運動分析</p><p><b>　　4.1 概述</b></p><p>　　機構(gòu)運動分析是不考慮引起機構(gòu)運動的外力的影響, 而僅從幾何角度出發(fā), 根據(jù)已知的原動件的運動規(guī)律,確定機構(gòu)其他構(gòu)件上各點的位移(軌跡

104、)、速度和加速度, 或構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度等運動參數(shù)。 無論是分析研究現(xiàn)有機械的工作性能, 還是優(yōu)化綜合新機械, 機構(gòu)運動分析都是十分重要的。</p><p>　　4.2 平面連桿機構(gòu)的運動分析[8]</p><p>　　平面機構(gòu)運動分析的方法主要有圖解法和解析法。 圖解法概念清晰、形象直觀。隨著計算機技術(shù)技術(shù)和數(shù)值方法的發(fā)展, 不僅解析運算冗繁的困難得以解決, 而且采用電算解析

105、法體現(xiàn)出運算速度快, 計算精度高的顯著優(yōu)勢。 但由于主動桿件是連桿, 所以本文從圖解法考慮, 主動桿2從極限位置如圖4.1所示開始, 順時針旋轉(zhuǎn)90°,到達圖4.2位置,依次下去, 分析如下:</p><p>　　圖 4.1 運動分析的BC起始位置1</p><p>　　(1) 如上圖所示, AB處在左極限位置, 可以得到搖桿AB與機架AD夾角約為110°, 用瞬心法求

106、得WAB1/WBC=P12P42/P41P12=0Rad/s(P12與P42重疊)。</p><p>　　圖 4.2 BC順時針旋轉(zhuǎn)90°后的位置2</p><p>　　(2) 如上圖所示,BC逆時針旋轉(zhuǎn)90°,可以得到搖桿AB與機架AD夾角為28°, 用瞬心法求解得,WAB/WBC=P12P42/P41P12=32/70 由上面可知WBC=0.27Rad/s

107、, 所以求得, WAB2=0.123Rad/s。</p><p>　　圖 4.3 BC繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°后的位置3</p><p>　　(3) 如上圖所示, BC繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°, 可以得到搖桿AB與機架AD夾角為11°, 用瞬心法求解得,WAB/WBC=P12P42/P41P12=0/70 所以, WAB3=0Rad/s。</p><p&g

108、t;　　圖 4.4 BC繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°后的位置4</p><p>　　(4) 如上圖所示, BC繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°, 可以得到搖桿AB與機架AD夾角為54°, 用瞬心可知, WAB/WBC=P12P42/P41P12=55/70。由上面可知WBC=0.27Rad/s, 所以求得, WAB4=0.212Rad/s。 </p><p>　　綜上所述, 由WBC=0

109、.27Rad/s, 可求得, BC在每旋轉(zhuǎn)90°時, 搖桿的角加速度大小與方向是不一樣的, 用矢量法求解, 在圖4.2中可得, a1=0.717,圖4.3中得, a2=-0.717, 圖4-4中得, a3=1.23。</p><p>　　第五章 機構(gòu)運動仿真的總體分析</p><p>　　5.1 計算機動態(tài)演示[9]</p><p>　　首先，畫出各個機

110、構(gòu)的零件，其次，將零件組裝，再給各個機構(gòu)仿真。</p><p>　　1）建立四桿機構(gòu)的仿真如圖5.1所示，四桿機構(gòu)是實現(xiàn)搖頭的關(guān)鍵。</p><p>　　圖 5.1 四桿機構(gòu)運動仿真</p><p>　　2）建立減速機構(gòu)的仿真如圖5.2所示，減速機構(gòu)包括蝸輪蝸桿機構(gòu)，齒輪機構(gòu)。</p><p>　　圖5.2 減速機構(gòu)運動仿真</p>

111、;<p>　　由于PROE方面的知識欠缺，不能將以上的各個運動副總體運動仿真，下面應(yīng)用FLASH演示臺式電風(fēng)扇的搖頭機構(gòu)。</p><p>　　這里主要介紹FLASH的制作過程：</p><p>　　設(shè)置場景屬性如圖5.3 所示</p><p>　　圖 5.3 設(shè)置場景</p><p>　　制作運動機構(gòu)的各個元件，具體運動情況

112、可觀看PROE的仿真。</p><p>　　繪制機架LAD=90如圖5.4所示:</p><p><b>　　圖5.4 機架</b></p><p>　?。?）蝸桿蝸輪機構(gòu)，因為電動機固定在擺桿AB上，所以將它們作為一個元件,見圖5.5。</p><p>　　圖 5.5 蝸輪蝸桿</p><p&g

113、t;　?。?）大齒輪，因為大齒輪固定在連桿上，所以BC將它們作為一個元件，見圖5.6；</p><p><b>　　圖 5.6 大齒輪</b></p><p>　?。?）小齒輪見圖5.7</p><p><b>　　圖 5.7 小齒輪</b></p><p>　　（5）右面的搖桿CD，見圖5.8&l

114、t;/p><p><b>　　圖 5.8 搖桿</b></p><p>　　按照臺式電風(fēng)扇搖頭機構(gòu)各個狀態(tài)，各元件的不同位置擺放，建幀，除了幾個特殊位置，為了保證播放的連續(xù)性，還添加了幾幀。</p><p>　　圖 5.9 運動的幾種狀態(tài)</p><p>　　為了能連續(xù)播放幾個周期，可以重復(fù)復(fù)制各個幀。</p>

115、<p><b>　　將影片導(dǎo)出。</b></p><p>　　由上可以看出，PRE 與FLASH 軟件相比較，前者的三維效果比較好，適用于立體機構(gòu)的仿真， 但針對平面機構(gòu)后者用起來更方便。</p><p>　　5.2 組建機構(gòu)運動仿真模型</p><p>　　在實驗室進行組建仿真如圖5.10和5.11所示，由于實驗室沒有足夠的器材（

116、蝸輪蝸桿及所需原動機），所以我只組建了四桿機構(gòu)，在組建前我想了很多替代的辦法，例如用齒輪齒條代替蝸輪蝸桿，以及用凸輪進行驅(qū)動搖桿，雖然在結(jié)果上沒能成功， 但從中學(xué)到了很多，增強了我的動手實踐能力，以及在遇到問題時如何去尋找其它方法。</p><p>　　在組建四桿機構(gòu)時，實驗室沒有所需的桿長，所以選擇桿長也是一項重要的事項，要通過多次實驗去實現(xiàn)所需的運動方式。</p><p>　　圖 5.

117、10 重疊共線時的極限位置</p><p>　　圖 5.11 拉直共線時的極限位置</p><p>　　本次實驗的缺陷，發(fā)動機要裝在搖桿上，由其尾部的蝸桿帶動裝在連桿上的蝸輪，再經(jīng)齒輪減速，大齒輪與連桿固定。由于客觀原因，我采用了手動。</p><p><b>　　第六章 總結(jié)與展望</b></p><p>　　從以上

118、敘述的電風(fēng)扇搖頭裝置雖然在機構(gòu)的選型上很簡單,就一對蝸輪蝸桿, 一對齒輪減速,在加上鉸鏈四桿機構(gòu)中的平面雙搖桿機構(gòu), 因為此結(jié)構(gòu)是在空間上的, 所以在組裝時應(yīng)考慮全面, 不僅要滿足傳動要求, 而且要使結(jié)構(gòu)簡單, 以便使此結(jié)構(gòu)裝在尾部的殼體中。</p><p>　　在選擇電動機時, 采用電容運轉(zhuǎn)式交流單相異步電動機, 這樣使的電風(fēng)扇搖頭的平穩(wěn); 蝸輪蝸桿的選用使傳動比減小了好多, 而且蝸輪蝸桿比較常用, 在市場上很

119、容易買到, 這樣減少了制造成本, 由于蝸輪蝸桿不能太大,所以又用一對齒輪再進行減速. 蝸輪蝸桿與齒輪同時減速, 而且他們的分度圓都不是很大, 在加上空間的組合, 這樣就使整體結(jié)構(gòu)縮小, 在外觀上不會顯的臃腫。</p><p>　　在進行運動仿真這一塊時, 不僅在利用計算機制作仿真模型, 而且在實驗室進行組建, 但由于學(xué)校器材有限, 沒有蝸輪蝸桿, 當時想了好多辦法, 例如用齒輪齒條代替, 但還是沒辦法, 因為齒輪

120、齒條不能跟隨連架桿運動, 凸輪也沒辦法完成四桿的運動形式, 所以最后驅(qū)動系統(tǒng)選擇了手動, 其次在組建四桿機構(gòu)時, 實驗室里沒有合適所設(shè)計的桿件尺寸, 所以在組建時根據(jù)運動形式選擇桿長, 其中遇到了不少麻煩, 要一次次選擇桿長, 直到合適的為止。 在進行計算機仿真時, 首先選擇了Pre軟件, 齒輪傳動, 蝸輪蝸桿傳動, 以及四桿機構(gòu)的單獨運動都能實現(xiàn), 但在進行裝配時由于電動機以及蝸輪蝸桿的裝配沒法實現(xiàn), 所以又選擇Flash 軟件進行了

121、整體仿真。</p><p>　　總之, 在本次設(shè)計中我學(xué)到了很多知識, 不僅在機械原理方面懂得了怎樣去設(shè)計各種機構(gòu), 而且在仿真方面, 我學(xué)會了Pre軟件與Flash 軟件, 雖然在這方面沒有精通, 水平還很欠缺, 但我相信在以后的工作學(xué)習(xí)中我會做的更好。</p><p>　　在以后的工作中可以在以下方面做進一步的研究:</p><p>　　本文對第一類雙搖桿機構(gòu)分

122、析已經(jīng)完成, 可以考慮采用其它類型的機構(gòu);</p><p>　　對于仿真本文用的是FLASH 軟件, 只是用Pre做了幾個機構(gòu)的運動仿真, 再接下來可以進行裝配 ,這樣整個傳動系統(tǒng)會更逼真;</p><p>　　科學(xué)研究的目的是應(yīng)用于實際, 本文只是對搖頭裝置進行組建并進行動態(tài)模擬仿真 而實際生產(chǎn)中常常需要做的是已知機構(gòu)的運動軌跡來設(shè)計的, 因此, 對機構(gòu)進行尺寸綜合問題

123、的研究更具有現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 師忠秀, 王繼榮. 機械原理課程設(shè)計[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,第二版,2004.7.</p><p>　　[2] 組合機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2007.9.</p><p>　　[3

124、]（美）－斯克萊特；鄒平譯. 機械設(shè)計實用機構(gòu)與裝置圖冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2007.10.</p><p>　　[4] 黃繼昌, 徐巧魚, 張海貴,等. 實用機構(gòu)圖冊[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2008.1.</p><p>　　[5] 連桿機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2007.9.</p><p>　　[6] 成大先. 機械

125、設(shè)計手冊[M]. 第四版, 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.4.</p><p>　　[7] 李華敏、李瑰賢. 齒輪機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用[M]. 北京:機械工業(yè)出版社，2007.9.</p><p>　　[8] 申永勝. 機械原理教程[M]. 第二版, 北京:清華大學(xué)出版社, 2005.12.</p><p>　　[9] 管耀文. 機構(gòu)仿真運動[M]. 第一版, 北京:人

126、民郵電出版社, 2008.5.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時間過得很快，一下子就要畢業(yè)了，回顧這段設(shè)計時間，每天忙碌在設(shè)計當中使我感覺很充實，并且鞏固和加強了自己的專業(yè)知識，幾個月以來**老師為我的設(shè)計花費了很多的心血，從最初的方案確定到最后的完成設(shè)計，劉老師給予了我悉心的指導(dǎo)，每周定時定點給我門講解難點、疑惑這使我非常感

127、動。經(jīng)過多次修正，我終于完成了整個設(shè)計。*老師以嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，廣深的專業(yè)知識和豐富的實踐經(jīng)驗為我樹立了良好的榜樣，使我明白在以后的工作中應(yīng)具備踏實嚴謹?shù)淖黠L(fēng)和勤奮好學(xué)的態(tài)度，讓自己深刻的明白了學(xué)習(xí)就是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題的過程，在這過程中不懂得就應(yīng)該多問，知道問題解決為止，在不僅在學(xué)習(xí)中用上，在今后的工作中也要這樣。這將使我終生受益。在此，謹向*老師致以崇高的敬意和深深的感謝！ 當然，由于設(shè)計者本人水平的限制，經(jīng)驗的欠缺