課程設計說明書

機械原理課程設計說明書

搖頭裝置

設計者：xxx

學號：xxxxx

院系：工學院機械工程及自動化

班級：機械三班

同組人：xxxx

指導教師：xxx

時間：xxxxxx

·目錄·

一．設計題目……………………………………

二．設計任務……………………………………

三．設計提示……………………………………

四．功能分解……………………………………

五．機構選用……………………………………

減速機構設計……………………………

離合機構設計……………………………

搖頭機構設計……………………………

凸輪機構設計…………………………………

動力機構設計……………………………

俯仰運動（支座）………………………

六．機構組合設計………………………………

七．傳動方案設計及計算………………………

八．方案對比及評價……………………………

九．設計體會……………………………………

十．參考資料……………………………………

一．設計題目

設計臺式電風扇的搖頭機構，使電風扇作搖頭動作（在一定的

仰角下隨搖頭擺動）。圖1所示為電風扇的外形圖。

圖1電風扇外形圖

風扇的直徑為300mm，電風扇電動機轉速n=1450r/min，電風

扇搖頭周期t=10s。電風扇擺動角度、仰俯角度與急回系數K的設

計要求及任務分配見下表1。

表1臺式電風扇擺頭機構設計數據

電風扇搖頭轉動電風扇仰俯轉動

方案號

擺角

ψ

（。）

急回系數K

仰角

φ

（。）

A801.0110

B851.01512

C901.0215

D951.02520

E1001.0322

F1051.0525

我選擇方案E作為設計數據，擺角為

ψ

=100。，急回系數K為

1.03。

二．計劃任務

（1）按給定的主要參數，擬定機械傳動系統總體方案。

（2）畫出機構運動方案簡圖。

（3）分配蝸輪蝸桿、齒輪傳動比，確定它們的基本參數，設計

計算幾何尺寸。

（4）確定電風扇搖擺轉動的屏幕、平面連桿機構的運動學尺寸，

它應滿足擺角及急回系數K條件下使最小傳動角最大。并對平面連

桿機構進行運動分析，繪制運動線圖，驗算曲柄存在條件。

（5）編寫設計計算說明書。

（6）學生可進一步完成臺式電風扇搖頭機構的計算機動態演示

或模型試驗驗證。

三．設計提示

（1）常見的搖頭機構有杠桿式、滑板式和撳拔式等。可以將電

風扇的搖頭動作分解為風扇左右擺動和風扇上下俯仰運動。風扇要搖

擺轉動克采用平面連桿機構實現。以雙搖桿機構的連桿作為主動件

（即風扇轉子通過蝸輪蝸桿帶動連桿傳動），則其中一個連架桿的擺

動即實現風扇的左右擺動（風扇安裝在連架桿上）。機架可取80~90

mm。風扇的上下俯仰運動可采取連桿機構、凸輪機構等實現。

（2）還可以采用空間連桿機構直接實現風扇的左右擺動和上下

仰俯的復合運動。

四．功能分解

顯然為完成風扇左右俯仰的吹風需要實現下列運動功能要求：

在扇葉旋轉的同時扇頭能左右擺動一定的角度，因此，需要設計相應

的功能的擺動機構。我設計方案為雙搖桿機構。

為實現風扇的可搖頭，可控搖頭的吹風過程。因此必須設計相

應的離合器機構對電風扇進行控制。針對此我所應用的方案為滑銷離

合器機構。

扇頭的仰俯角調節，這樣可以增大風扇的吹風范圍。因此需要

設計扇頭俯仰角調節機構。在我設計的方案中為外置條件手動按鈕。

五．機構的選用

驅動方式采用電動機驅動。為完成風扇的左右俯仰的吹風過程，

據上述功能分解，可以分別選用以下機構。如下表一：

執行機構功能執行構件工藝動作

錐齒輪機構減速減速構件周向運動

離合機構執行搖頭滑銷上下運動

雙搖桿機構左右擺動連桿左右往復運動

凸輪機構輔助左右擺動凸輪周轉運動

滑塊機構俯仰撐桿上下運動

表一：機構選型表

1．減速機構的設計

圖2：錐齒輪減速機構

減速機構：在此我采用一對錐齒輪來實現減速，錐齒輪可以用

來傳遞兩相交的運動，相比其他的減速機構而言成本較低，而且錐齒

輪有比較穩定的傳動比。

2．離合器的設計和選用

圖3離合器機構

離合器機構：用了一個滑銷離合器實現風扇是否搖頭的控制。通

過齒輪軸的上下移動實現滑銷離合器的結合與斷開，同時也伴隨錐齒

輪之間的連接與脫離，實現了對電風扇搖頭動作的控制。在脫離時，

運動不能傳到搖頭裝置，因而此時風扇不能左右搖頭；相反，當連接

時，通過錐齒輪的傳動動力，帶動搖頭裝置的運動，這樣就實現了風

扇左右搖頭的控制。

3．凸輪機構

圖4凸輪機構

4．搖頭機構的設計及選用

圖5：搖頭機構

搖頭裝置：通過離合器將運動傳到凸輪，以此作為動力帶動四桿

機構的運動，通過雙搖桿四桿機構的運動完成實現風扇的左右搖頭運

動。

5．動力機構（電動機）

圖6電動機

電動機參數：

額定電壓220v輸入總功率55W額定電

流0.3A額定頻率50HZ

6.俯仰裝置

圖7：外置手調俯仰角按鈕圖

設計一個外置手調俯仰角按鈕，將其置于風扇立柱與扇頭相接

處，順時針轉動調節為增大仰角，逆時針旋轉為增大俯角。可以任意

的對電風扇俯仰角進行手動調節。

六．機構組合設計（見圖9）

我設計的搖頭風扇組合由電機、錐齒輪機構、搖頭連桿機構、

離合機構及扇葉等組成。具體可以分為：

1．減速機構：采用錐齒輪機構實現，用電機軸高速旋轉的降速

來帶動曲柄搖桿機構的搖頭轉動。

2．搖頭機構：將電機輸出的轉動經過雙搖桿連桿傳動機構，最

終轉化為扇頭的擺動。

3．控制機構：由一個滑銷離合器實現風扇是否搖頭的控制。曲

柄齒輪軸的上下移動實現了滑銷離合器的結合與斷開。同時也伴隨錐

齒輪與脫離，實現了搖頭動作的控制。

4．扇葉旋轉：扇葉直接安裝于電動機主軸之上，可實現其高速

旋轉運動。

5．俯仰運動：設計了一個外置手調俯仰角按鈕，將其置于風扇

立柱與扇頭相接處，順時針轉動調節為增大仰角，逆時針旋轉為增大

俯角。

七．傳動方案的設計及計算

經過電動機的運轉，所有動力都來源于電動機，在經過一對錐

齒輪的傳動，實現減速將動力傳給搖頭機構，在由一個錐齒輪將動力

傳到凸輪機構上，最后傳到雙搖桿機構實現左右搖頭運動。滑銷離合

器實現風扇搖頭的控制，當滑銷下滑實現搖頭，上提則停止搖頭。外

置手調俯仰角按鈕置于風扇立柱與扇頭相接處，順時針轉動調節為增

大仰角，逆時針旋轉為增大俯角。

計算：（1）根據速比系數K計算極位角

θ

。

由式1

1_

180

+

°=

K

K

θ

知，其中K=1.025

（2）選擇合適的錐齒輪齒數

由齒輪傳動比i

12

=w

1

/w

2

=z

2

/z

1，即可求得用于減速的錐齒輪2

的齒數，最終要達到將1450r/min的轉數降至10r/min的轉數的目的。

而在設計時，齒輪3和齒輪2的齒數可以設計成相同，也就是傳動比

為1，齒輪3只是用于將傳動動力由豎直轉成水平方向。

（3）凸輪的軌道設計

圖8：凸輪軌跡的展開圖

八．方案的對比及評價（最后的組合方案）

圖9：組合圖（方案一）

圖10：組合對照立體圖

我設計的是方案一，它最大的特點是它只采用一對錐齒輪機構

就實現了改變和減速作用。采用錐齒輪機構可以使扇頭結構緊湊，有

確定的傳動比等優點。其次，采用滑銷離合器實現是否搖頭控制，結

構比較簡單，使用方便，經濟又實惠，還有制作起來也比較的簡單。

同時，采用雙搖桿機構實現扇頭的左右擺動，可以實現較大范圍的轉

動。制作起來經濟且精度要求不是很高便于制造。我自己認為我的設

計不足之處是電風扇的俯仰運動要靠手動來調節，在此我采用的是外

置手調俯仰角按鈕，不過實際操作起來也很簡單，他可根據自己的需

要來任意角度的調節俯仰角。

圖11組裝圖（方案二）

對于方案二，此方案的特點是它采用兩對普通的直齒圓柱齒輪

機構就實現了減速作用，圓柱直齒輪易于制造，有確定的傳動比等優

點。其次，采用滑銷離合器實現是否搖頭控制，結構比較簡單，使用

方便，經濟又實惠，還有制作起來也比較的簡單。而且圓弧軌道的制

造也很容易。

缺點：電風扇的俯仰運動要靠手動來調節，在此我采用的是外

置手調俯仰角的旋鈕。此外如果風扇的擺角需要很大的時，所需的圓

弧軌道長，所需的空間大。

圖12：為風扇運動機構簡圖（方案三）

1-同步電機；2-曲柄；3-俯仰連桿；4-俯仰搖桿（兼風扇電機架）；

5-扇葉；6-主電動機；7-蝸桿；8-蝸輪（偏心輪）；9-左右搖頭搖桿。

對于方案三，我覺得用了兩個電動機，雖然運動較為簡單化了，

可是在加工制作時兩個電動機的位置不好排版，還有就是用了兩個電

動機振動肯定會加大，產生一定的噪音。另外此方案由于蝸輪蝸桿嚙

合齒輪間的相對滑動速度較大，摩擦磨損大，傳動效率低，易出現發

熱現象，常需要用較貴的減磨耐磨材料來制作渦輪，結構比較的復雜，

制作精度要求高，使用的工具費用昂貴，成本高。兩個電動機的使用，

增加了制造成本，比較耗能，連桿機構有急回性質，搖頭速度不均勻，

所占空間比較大，影響視覺美感。

綜合考慮，最后我選擇方案一作為此次設計的最后方案。

九．設計體會

這次設計經歷了一個多星期，在這段時間里我各方各面都得到

了訓練，對機械原理更加深入了解，使我們的閱歷增加了很多。我們

通過自己親手設計擺脫了以往書本上學習的約束。

這次設計使我們明白了想要做好課程設計必須要有深厚的基

礎，不然做起來真的很麻煩，設計剛開始時因為基礎不牢固我們走了

很多的彎路。這次設計成功后，我仿佛經過了一次長途旅程到達終點，

感覺眼前一亮，特別的舒服。這次設計讓我明白干任何事都要有耐心，

要仔細，課程設計有很多次讓我感到心煩，但我們還是堅持下來了。

短短一周課程設計，使我們發現了自己掌握的知識如此缺乏，

自己綜合應用所學的專業知識能力如此不足，以后我會更加努力學

習。機械原理課程設計是我們較全面系統的掌握和深化機械原理課程

的基本原理和方法的重要環節，是培養我們學生機械運動方案設計創

新設計和應用計算機對工程實際中各種機構進行分析和設計能力的

一門課程。

經過這幾天的學習，讓我們初步了解了機械設計的全過程，可

以初步的進行機構選型組合和確定運動方案；使我們將機械原理課程

各章節的理論和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深了所學的理論

知識；并對動力分析與設計有了一個較完整的概念；培養了我們綜合

運用所學知識，理論聯系實際獨立思考與分析問題的能力和創新的能

力。

在這幾天的機械設計中，我們深感自己的不足，認識到理論與

實際的差別，只要理論與實際相結合，充分發展多動手，多進行鍛煉，

才能終有所得。

機械原理課程設計結合一種簡單機器功能分析、工藝動作確定、

執行機構選擇、機械運動方案評定、機構尺寸綜合、機械運動方案設

計等，使我們學生通過一臺機器的完整的運動方案的設計過程，進一

步鞏固、掌握并初步運用機械原理的知識和理論，對分析、運算、繪

圖、文字表達及技術資料查詢等諸方面的獨立工作能力進行初步的訓

練，培養理論與實際相結合、應用計算機完成機構分析和設計的能力，

更為重要的是培養開發和創新能力。機械原理課程設計在機械類學生

的知識體系訓練中，具有不可替代的重要作用。

在此設計中，小組各成員之間積極配合、共同努力，在加深了

對專業理解掌握的同時，也加深了我們的友誼，與此同時，我們也學

會了運用自己所學的知識用于實踐生活中，更好的知道我們學習。

十．參考資料

1.《機械原理》（第七版）孫桓陳作模主編高等教育出版社

2.《機械原理設計課程設計指導書》裘建新主編

高等教育出版社