全方位电风扇的设计

全方位电风扇的设计

目前普通电风扇如宿舍常用的电风扇，工作时存在吹风不连续及死区等缺陷，为解决这问题，作者设计出了一种新型的全方位电风扇。新型电风扇为三扇头，由一个电机通过锥齿轮带动三个扇头旋转吹风。具有结构简单，吹风连续且无工作死区，使用寿命长等特点。

标签：电风扇；全方位；锥齿轮；连续工作

0 引言

近几年来盛夏的时候酷暑难当，电风扇和空调成了人们消暑的宠儿。电风扇和空调之间本身就存在着较大的功能性差异，由于空调主要是“降温”，而电风扇则是“自然防暑”和“通风”。所以，电风扇利用其自身区别于空调的效果，拥有着固定的用户群，电风扇市场呈现了增长性极快的发展态势，国内电风扇市场因其具有区别于空调的明显自身优势，所以仍然存在着可观的发展潜力。但国内电风扇存在诸多问题，比如有剧烈的风感，不平稳、不舒适，有吹风死角，噪音大等，为了改进这些缺点，我们设计了一款全方位电风扇，对现有电风扇的结构进行改进，使改进后的电风扇具有吹风无死角，吹风间隔时间短，加工方便、使用寿命长等优点。

1 全方位电风扇的工作原理

新型电风扇主要由以下几部分组成：扇身、扇叶、支撑架，具体结构如图1所示。扇身用来支撑扇叶、电机、按钮开关、电源线。支撑架用来支撑整个扇身，主要起固定作用。电风扇的材料：外壳类由塑料构成；传动机和固定机械类由塑料、橡胶、金属三种材料。

电风扇的基本工作原理是：通过电动机驱动风扇转动，使空气流通，加快人体肌肤表面水分蒸发，从而让人感觉凉爽。通过分析与比较，在现有电风扇结构的基础上，将目前电风扇设计成三扇头（如图2所示），实际上是三台独立的电风扇。采用一台电机驱动大锥齿轮，大锥齿轮（1个）与小锥齿轮（3个）分别啮合，将电机的动力进行分配并换向，从而带动三个风扇（三扇头）工作并在一定角度范围内旋转送风。

电动机1为输入动力，电动机主轴通过键联接大锥齿轮2，大锥齿轮2和三个小锥齿轮3、4、5啮合，小锥齿轮3、4、5互成120°，小锥齿轮3、4、5带动三个扇叶旋转。

2 锥齿轮的设计计算与校核

电动机选型：单相异步电动机；额定电压：220V；额定功率：100W；额定转速：600r/min；级数4级；规格：66*66*14mm；轴径：9mm

根据风扇转速以及电动机转速，最终确定锥齿轮的传动比。计算结果如下。

齿轮传动比计算：

所以锥齿轮选择参数：Z2=100；Z3=60；Z4=60；Z5=60；齿宽：40mm。模数M=36。材料选择为42CrMo。

齿轮强度校核：

a）系数选择。使用系数Ka=1.25 动载系数Kv=1.2 齿向载荷分布系数KH=1.025 KF=1.0齿间载荷分布系数Kh=1.2 Kf=1.2 应力修正Ysa1=1.58 Ysa1=1.8 弹性系数Ze=189.8 寿命系数ZN1=1.6 ZN2=1.58 YN1=2.3 YN2=2.2 齿形系数Yfa1=2.75 Yfa2=2.3

b）确定疲劳极限。接触疲劳极限 σh1=180mpa σh2=65mpa

弯曲疲劳极限 σf1=38mpa σf2=30mpa

最小接触安全系数SH=1.1

最小弯曲安全系数SH=1.3

经计算符合齿轮强度条件 。

3 风扇扇叶的设计

为了获得最佳的吹风效果，改变叶片曲率、叶片倾角、叶片间距、叶片数目、叶端间隙、叶片弧度和叶片光滑度等，得到了最佳的叶片设计。

参考文献：

[1]孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编.机械设计.沈阳：东北大学出版社，2000.

[2]刘鸿文主编.材料力学.北京高等教育出版社，1991.

[3]孙桓，陈作模主编.机械原理.北京高等教育出版社，2000.