电风扇摇摆机构

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 设计题目 ……………………………………………………………………3 2 设计要求 ……………………………………………………………………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，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论文

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