1、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 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 、仰俯角度 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电扇摇摆转动 电扇仰俯转动方案号摆角 （ ）急回系数 k 仰角 （ ）A 80 1.01 10B 85 1.015 12C 90 1.02 15D 95 1.025 20E 100 1.03 22F 105 1.05 256.2 功能分解 5按工艺动作可分
2、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 8090mm。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，
3、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A1A2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
4、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)676.5.1 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 4 80 2mm 160mm 2mm 2.5mm 164mm 155mm直齿轮 3 20 2mm 40mm 2m
5、m 2.5mm 44mm 35mm6.5.2 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 1 如图 6.3(a)。221()cosdcab当杆 CB 与杆 AB 重合时电扇摆到最左端此时角度为 2 如图 6.3(b)。如图 6.3(b) 双摇杆设计图(左端)2212(cosdcba由设计要求可知 1+2=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
6、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(mm) 33.14 23.24 20 23.24 33.14 36.44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。
