风扇设计方案

6实例四——台式电风扇摇头装置的设计6.1设计要求设计台式电风扇的摇头机构，使电风扇作摇头动作（即风扇的摇摆转动和仰俯转动的复合运动）。风扇的直径为Ф300mm，电扇电动机转速n=1450r/min，电扇摇头周期T=10s。电扇摆动角度Φ、仰俯角度ψ与急回系数k的设计要求及任务分配见表6.1。表6.1台式电风扇摆头机构设计数据方案号电扇摇摆转动电扇仰俯转动摆角Φ（）急回系数k仰角ψ（）A801.0110B851.01512C901.0215D951.02520E1001.0322F1051.05256.2功能分解[5]按工艺动作可分为2个机构:(1)摇头机构:控制电风扇的左右摆动，(2)仰俯机构:控制电风扇的上下运动。摇头机构常见的摇头机构有杠杆式、滑板式和揿拔式等。电机通过齿轮和蜗轮、蜗杆的减速后以双摇杆机构的连杆作为主动件，则其中一个连架杆的摆动即实现风扇的左右摆动，机架可取80～90mm。仰俯机构可采用连杆机构、凸轮机构等实现。也可以采用空间连杆机构直接实现风扇的左右摇摆和上下仰俯的符合运动。6.3选用机构表6.2机构选用表功能工艺动作执行机构设计矩阵摇头机构左右摆动平面连杆机构A1仰俯机构上下摆动凸轮机构、连杆机构A2根据表2.1设计实例库A1={a13，a23，a33,a43，a53}，其中采用a23,a43能够实现风扇的左右摇摆。根据表2.1设计实例库A2={a11,a21,a31,a41,a51}或A2={a13，a23，a33,a43，a53}为了使风扇设计的尽量结构简单，便于使用选取a31凸轮机构对上下仰俯进行手动控制。6.4机构组合为使机构能够顺利工作，采用并联结合的结构组合如图6.1所示图6.1机构组合图由装在电动机主轴尾部的蜗杆带动蜗轮旋转，蜗轮和小齿轮做成一体，小齿轮带动大齿轮，大齿轮与双摇杆机构的连杆AB做成一体，并A1A2以连杆AB作为主动件，则两个连架杆AD、BC作摆动，其中连架杆AD的摆动即是摇头动作。底部的凸轮通过高低的变化从而对仰俯角起到控制。设计方案如图6.2图6.2传动方案6.5机构传动设计(选用设计数据中方案A)[6][7]6.5.1传动比计算根据要求电扇电动机转速n=1450r/min，电扇摇头周期T=10s。电扇一分钟转6次，可得i总=240。从而设计齿轮间的传动比为4，涡轮涡杆的传动比为60。蜗轮蜗杆设计：蜗杆z1=6，蜗轮z2=360，直齿轮设计：如表6.3所示表6.3直齿轮参数表名称齿数模数分度圆齿顶高齿根高齿顶圆齿根圆直齿轮4802mm160mm2mm2.5mm164mm155mm直齿轮3202mm40mm2mm2.5mm44mm35mm6.5.2双摇杆设计如图6.3(a)(b)所示如图6.3(a)双摇杆设计图(右端)以点D作为原点，当杆CB与杆AB成一条直线时，电扇摆到最右端。此时角度为θ1如图6.3(a)。222211()cos2dcabdc当杆CB与杆AB重合时电扇摆到最左端此时角度为θ2如图6.3(b)。如图6.3(b)双摇杆设计图(左端)222212()cos2dcbadc由设计要求可知θ1+θ2=80°，AB40mm。经迭代计算后可得杆AD=89.5mm,CB=55mm,CD=88.5mm,AB=35mm。6.5.3凸轮设计如图6.4所示利用凸轮及杠杆的原理实现电扇的上下摆动。如图6.4上下摆动原理图取基圆半径r=20，由表6.4上下摆动机构凸轮理论廓线的坐标作图得凸轮图6.4所示表6.4凸轮参数表转角(°)60°120°180°240°300°360°ρ(mm)33.1423.242023.2433.1436.44图6.4凸轮形状凸轮最大压力角为17.3°，凸轮的位移，速度，加速度如图6.5所示。图6.5位移、速度、加速度线图6.6方案评价电风扇的摇头机构使用双摇杆，并与齿轮直接相连。所以能自动地左右摆动，而且由装在电动机主轴尾部的蜗杆带动蜗轮旋转，蜗轮2和小齿轮3做成一体，小齿轮3带动大齿轮1，大齿轮1与双摇杆机构的连杆AB做成一体，并以连杆AB作为主动件，这样设计能使机构的体积紧凑，运动更加平稳，缺点蜗轮蜗杆发热量较大，长时间一直使用将对机器的寿命有一定的影响。仰俯机构依靠外力使凸轮进行转动使电扇进行上下摆动，此方法使机构简单，便于控制。缺点由于凸轮机构一般只是传递运动，而不承受力的作用，在本次设计中，凸轮受电扇的自重影响，但与杠杆机构一起使用只要稍施加作用力，就能使电扇进行上下摆动，不影响凸轮的运动，故合理可行。