游樂設(shè)備自控飛機(jī)設(shè)計(jì)

游樂設(shè)備自控飛機(jī)設(shè)計(jì),游樂,設(shè)備,裝備,自控,飛機(jī),設(shè)計(jì) 黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 1 緒 論 1.1國外游藝機(jī)和游樂設(shè)施現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 美國是開發(fā)游藝機(jī)較早的國家之一，以艾利橋公司為例，已有近百年歷史，產(chǎn)品行銷20多個(gè)國家和地區(qū)，進(jìn)入70年代，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，游藝機(jī)的品種亦不斷增加，新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，使游藝機(jī)和游樂設(shè)施的科學(xué)性、趣味性、驚險(xiǎn)性越來越突出。從1955年在美國洛杉磯建成的世界上第一座“迪斯尼”樂園開始，世界各地已建成上百個(gè)大型游樂園。國外生產(chǎn)的游藝機(jī)和游樂設(shè)施中，微電子技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)已得到應(yīng)用，具體表現(xiàn)在： 1. 機(jī)械類游藝機(jī)向高空、高速、更具刺激性的方向發(fā)展。國外的滑行車（過山車）已不限于座椅式固定車廂，而是向站立式、活動(dòng)車廂和懸掛座倉式和懸掛吊椅式的方向發(fā)展，同時(shí)速度更快，高度更高，單臺(tái)最多的環(huán)數(shù)可達(dá)8環(huán)，更刺激；各種形式的蹦極快速發(fā)展，美國洛杉磯六旗公園的“空中飛人（Drive Devil）”的蹦極設(shè)備，類似于一個(gè)高架秋千，秋千繩裝設(shè)在高聳的拱型支架上，將游人以俯臥姿式固定在秋千的蕩板上，用提升裝置將蕩板提升到五、六十米的高度，爾后突然松開，游人從高空俯沖而下，在空中飛速悠蕩，恰似于“空中飛人”；另一個(gè)叫做“直沖云霄（Super man）”的項(xiàng)目更是十分驚險(xiǎn)，其結(jié)構(gòu)是一條“L”型的軌道，游人坐在特別設(shè)計(jì)的車子里，在軌道的水平段加速后，呼嘯著沖上高高聳立的垂直軌道，在到達(dá)頂端欲沖出軌道前，車速減為零，車子再沿著軌道垂直滑下，回到原點(diǎn)，其驚險(xiǎn)、刺激程度比過山車有過之而無不及。 2. 高新技術(shù)越來越多地應(yīng)用于游樂設(shè)施，如VR技術(shù)，3維立體成象及投影技術(shù)、激光技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。模擬高爾夫、模擬橄欖球等游樂項(xiàng)目就采用了基于計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)、顯示技術(shù)和傳感技術(shù)的所謂VR（虛擬現(xiàn)實(shí) Virtual Reality）技術(shù)，游客將球射向銀幕，與銀幕相連的計(jì)算機(jī)根據(jù)球的落點(diǎn)和入射角，計(jì)算并在銀幕上描繪出球的運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)路線及虛擬落點(diǎn)，同時(shí)伴有逼真的碰撞聲，并算出得分，設(shè)施總占地面積很小，但頗有實(shí)際運(yùn)動(dòng)的感覺；而模擬跳傘則是用傘具將游客懸吊在空中，帶上顯示頭盔就會(huì)看到自己從高空沖向地面的情景，通過降落傘的控制繩，可調(diào)整降落方向，猶如親身從空中跳傘一樣。 3. 交互式動(dòng)感仿真系統(tǒng)成為新的熱點(diǎn)，增加游客的參與感。迪斯尼樂園有一臺(tái)仿真立體電影，設(shè)計(jì)者精心匹配了相應(yīng)的控制技術(shù)和各種功能設(shè)施，充分調(diào)動(dòng)游客的視、聽、嗅等各種感覺，舞臺(tái)演員與銀幕中的演員融為一體，演員時(shí)而從舞臺(tái)沖進(jìn)銀幕中，時(shí)而又從銀幕沖上舞臺(tái)，甚至一只患了感冒的狗，突然一個(gè)噴嚏，會(huì)噴得游客滿臉“口水”；而好萊塢環(huán)球影視城里一個(gè)模擬航天的動(dòng)感游樂設(shè)施，則是讓游客坐在特制的航天車?yán)?，車子靠液壓裝置升空，然后在面前的球形銀幕上投影3維太空模擬影像，航天車隨著影像的改變不斷模擬其中的動(dòng)作，再配合虛擬音響，使游客有身臨其境和親身參與的真實(shí)感覺。 1.2國內(nèi)游藝機(jī)和游樂設(shè)施現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1981年安裝在大慶兒童公園的第一批大型游藝機(jī)揭開了國產(chǎn)游藝機(jī)和游樂設(shè)施發(fā)展的序幕，隨著改革開放，，經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，一批以進(jìn)口游藝機(jī)為主建設(shè)起來的游樂園相繼出現(xiàn)，如廣州“東方樂園”、中山“長江樂園”、北京“國際游樂園”等，給我國游藝機(jī)和游樂設(shè)施的發(fā)展提供了學(xué)習(xí)和借鑒的機(jī)會(huì)。 在消化進(jìn)口游藝機(jī)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過20年的探索、借鑒和創(chuàng)新，全國生產(chǎn)游藝機(jī)和游樂設(shè)施的企業(yè)發(fā)展到100多家，游藝機(jī)和游樂設(shè)施的品種和數(shù)量急劇增加，不同結(jié)構(gòu)、不同運(yùn)動(dòng)形式、不同造型的游藝機(jī)和游樂設(shè)施大量涌現(xiàn)，從大型到中小型、從室內(nèi)到室外、從機(jī)械型到電子型、從陸上到水上均有，產(chǎn)品質(zhì)量也在不斷提高。但應(yīng)清楚看到由于我國游藝機(jī)和游樂設(shè)施的發(fā)展起步較晚，基礎(chǔ)較差，經(jīng)驗(yàn)也不足，與國外先進(jìn)國家的水平相比，在設(shè)計(jì)、制造、安裝等方面均存在不小的差距，如產(chǎn)品的焊縫表面質(zhì)量、油漆（電鍍）膜層質(zhì)量、玻璃鋼件質(zhì)量、重要軸（銷軸）的材質(zhì)選用及加工工藝等。 國內(nèi)游藝機(jī)和游樂設(shè)施市場是廣闊的，遠(yuǎn)未達(dá)到飽和，現(xiàn)在全國主要游樂（場）均集中在東南沿海一帶的大中城市，內(nèi)地還不多，特別是中西部待開發(fā)地區(qū)。具有科學(xué)性強(qiáng)、趣味性強(qiáng)、乘客能自己操作的游藝機(jī)，越來越受到廣大青少年兒童的喜愛；發(fā)展中小型游藝機(jī)，瞄準(zhǔn)廣大農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)；另外，早期建設(shè)起來的一些游樂園（場）的游藝機(jī)已老化，對(duì)游客已失去吸引力，急需更新?lián)Q代；加之我國國產(chǎn)游藝機(jī)亦開始成功小批量出口到中東、東南亞、東歐等地區(qū)，特別是廣東省碰碰車等亦進(jìn)入香港地區(qū)市場。只要我們?cè)谫|(zhì)量上尤其是外觀質(zhì)量上不斷提高，精益求精，質(zhì)高價(jià)廉，提高產(chǎn)品在國際市場上的競爭力，我國游藝機(jī)和游樂設(shè)施的發(fā)展仍有很大的空間。 1.3公園自控飛機(jī)實(shí)物圖 圖一 圖二 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1主要技術(shù)參數(shù) 座艙數(shù)：10個(gè) 乘客數(shù)：2*10=20人 旋轉(zhuǎn)速度：~5.2轉(zhuǎn)/分鐘 飛行高度：2980mm 座艙旋轉(zhuǎn)最大直徑：9791mm 2.2工作原理 電機(jī)—>三角皮帶—>蝸桿減速機(jī)—>圓柱齒輪副—>中心軸回轉(zhuǎn)—>整機(jī)回轉(zhuǎn) 1.電機(jī) 2小帶輪 3渦輪蝸桿減速器 4小齒輪 5帶齒輪轉(zhuǎn)盤軸承 2.3主要結(jié)構(gòu)的選擇、設(shè)計(jì)和制造要求 本設(shè)計(jì)主要采用帶傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)。他們的優(yōu)點(diǎn)主要如下： 帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、吸振等特點(diǎn)，且能起過載保護(hù)作用。但由于它是靠摩擦力來工作的，在傳遞同樣功率的條件下，當(dāng)帶速較低時(shí)，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸較大。在設(shè)計(jì)時(shí)，為了減小帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸，應(yīng)將其布置在高速級(jí)。 齒輪傳動(dòng)具有承載能力大、效率高、允許速度高、尺寸緊湊、壽命長等特點(diǎn)，因此在傳動(dòng)系統(tǒng)中一般應(yīng)首先采用齒輪傳動(dòng)。由于斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的承載能力和平穩(wěn)性比直齒圓柱齒輪傳動(dòng)好，故在高速級(jí)或要求傳動(dòng)平穩(wěn)的場合，常采用斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 蝸桿傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，但其傳動(dòng)效率低，尤 其在低速時(shí)，其效率更低，且蝸輪尺寸大，成本高。因此，它通常用于中小功率、 間歇工作或要求自鎖的場合。為了提高傳動(dòng)效率、減小蝸輪結(jié)構(gòu)尺寸，通常將其布置在高速級(jí)。 3運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 3.1機(jī)械傳動(dòng) 本設(shè)計(jì)主要采用帶傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)。 采用蝸桿減速機(jī)，占地面積小，傳動(dòng)系統(tǒng)環(huán)節(jié)少； 大中型游藝機(jī)采用此傳動(dòng)方式時(shí)，要選擇不自鎖的蝸桿減速機(jī)，電氣系統(tǒng)要有延長起動(dòng)時(shí)間的措施，通常采用液壓傳動(dòng) 該游藝機(jī)由回轉(zhuǎn)和升降兩種運(yùn)動(dòng)形式?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用的是機(jī)械傳動(dòng)，飛機(jī)的升降用的是液壓傳動(dòng)，用支撐油缸推動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂，使其上升或下降。其升降大都由游客自己操作，故起名為自控飛機(jī)。 3.2傳動(dòng)鏈選擇 電動(dòng)機(jī)——三角皮帶――蝸桿減速器――齒輪副傳動(dòng)――中心支柱（旋轉(zhuǎn)支撐臂、座艙） 3.3總傳動(dòng)比計(jì)算 1）、總傳動(dòng)比= 276.9 2)、分配傳動(dòng)比 假設(shè)V帶傳動(dòng)分配的傳動(dòng)比， 蝸輪蝸桿減速器的傳動(dòng)比為17，則齒輪副的傳動(dòng)比為 符合=，所以符合總傳動(dòng)比的要求。 3.4皮帶傳動(dòng)選擇 已知帶傳動(dòng)的工作條件：連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，所需傳遞的額定功率p=4.0kw小帶輪轉(zhuǎn)速in 大帶輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比。 1）、計(jì)算功率 = 2)、選擇V帶型 根據(jù)、由圖8-10《機(jī)械設(shè)計(jì)》p157選擇A型帶（d1=80—100mm） 3）、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速v (1)、初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑，由（《機(jī)械設(shè)計(jì)》p155表8-6和p157表8-8，取小帶輪基準(zhǔn)直徑 （2）、驗(yàn)算帶速v 因?yàn)?m/s<6.78m/s<30m/s,帶輪符合推薦范圍 （3）、計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 根據(jù)式8-15 ， 初定=180mm （4）、確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度 a、 根據(jù)式8-20 《機(jī)械設(shè)計(jì)》p152 0.7 0.7 189a540 初定中心距=350mm b、由式8-22計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度 =2+ ＝1130mm 由表8-2先帶的基準(zhǔn)長度=1250mm c.計(jì)算實(shí)際中心距 a＝+( -)/2＝350+（1250-1130）/2＝410mm 中心距滿足變化范圍:214—610mm （5）.驗(yàn)算小帶輪包角 ＝180°-（-）/a×57.3° ＝180°-（180-90）/410×57.3=167°>90° 包角滿足條件 （6）.計(jì)算帶的根數(shù) 單根V帶所能傳達(dá)的功率 根據(jù)=1440r/min 和=90mm 表8-4a 用插值法求得=1.07kw 單根v帶的傳遞功率的增量Δ=0.15kw 已知A型v帶，小帶輪轉(zhuǎn)速=1440r/min 轉(zhuǎn)動(dòng)比 i==/=1.99 計(jì)算v帶的根數(shù) 查表8-5得包角修正系數(shù)=0.99,表8-2得帶長修正系數(shù)=0.87 =(+Δ)××=(1.07+0.15)×0.99×0.925=1.16KW Z= =4.01/1.16=3.45 故取4根. （7）.帶輪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) A.帶輪的材料為:HT200 B.V帶輪的結(jié)構(gòu)形式為:腹板式. 3.5 減速器選擇 本次設(shè)計(jì)的蝸桿減速器是蝸輪蝸桿的一級(jí)減速器，即渦輪與蝸桿的嚙合，下面主要計(jì)算渦輪蝸桿的主要尺寸及參數(shù)。 3.5.1 蝸桿的頭數(shù)與直徑 經(jīng)過計(jì)算以及蝸輪蝸桿的匹配關(guān)系，得 =2，由表11-1得，=41，此外還可以知道 模數(shù)m=5，中心距a=125，壓力角= 3.5.2求導(dǎo)程角 3.6齒輪傳動(dòng)選擇 1）、選擇材料熱處理方式 根據(jù)工作條件與已知條件知減速器采用閉式軟齒面 計(jì)算說明(HB<=350HBS),8級(jí)精度,查表10-1得 小齒輪 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 HB1=280HBS 大齒輪 45鋼 調(diào)質(zhì)處理 HB2=240HBS 2)、按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算: 取小齒輪=20，則=，=206.77=135.2，取=135并初步選定β＝15 確定公式中的各計(jì)算數(shù)值 a.因?yàn)辇X輪分布非對(duì)稱，載荷比較平穩(wěn)綜合選擇Kt=1.6 b.由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)Zh=2.425 c.由圖10-26查得, ,則 d.計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩:。確定需用接觸應(yīng)力 e.由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa f.由圖10-2查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 因軟齒面閉式傳動(dòng)常因點(diǎn)蝕而失效,故先按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式確定傳動(dòng)的尺寸,然后驗(yàn)算輪齒的彎曲強(qiáng)度,查表9-5得齒輪接觸應(yīng)力=600MPa大齒輪的為=550MPa h.由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) i.由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)=0.92 =0.94 =/S=552Mpa = /S=517 Mpa =(+)/2=534.5 Mpa =200 3）、計(jì)算 （1）計(jì)算圓周速度: V=лn1/60000=10.8m/s （2)計(jì)算齒寬B及模數(shù) B=φd=1X200mm=200mm =cosβ/=10mm H=2.25=12.25mm B/H=200/10=20 （3）、計(jì)算縱向重合度 =0.318φdtanβ=1.704 （4）、計(jì)算載荷系數(shù) 由表10-8.10-4.10-13.10-3分別查得: 故載荷系數(shù) （5）、按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑， 由式10—10a 得 ==200mm （6）、計(jì)算模數(shù) = Cosβ/Z1=9.95mm 4）、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式10-17 (1)、計(jì)算載荷系數(shù): (2)、根據(jù)縱向重合度=1.704,從圖10-28查得螺旋角影響系數(shù) (3)、計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 齒形系數(shù) ， （4）、由[1]圖10-5查得 由表10-5 查得 由圖10-20C但得=500 MPa =380 MPa 由圖10-18取彎曲疲勞極限=0.85,=0.88 計(jì)算彎曲疲勞應(yīng)力:取安全系數(shù)S=1.4,由10-12得: =/S=303.57 MPa =/S=238.86 MPa （5）、計(jì)算大小齒輪的，并比較 且，故應(yīng)將代入[1]式（11-15）計(jì)算。 （6）、計(jì)算法向模數(shù) 對(duì)比計(jì)算結(jié)果,為同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度,則需按分度圓直徑=51.2mm來計(jì)算應(yīng)有的數(shù),于是有: 取2.0mm； （7）、則，故取=20 .則==135.4，取 （8）、計(jì)算中心距 取a1=135mm （9）、確定螺旋角 （10）、計(jì)算大小齒輪分度圓直徑: = = （11）、確定齒寬 取 4電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 4.1 驅(qū)動(dòng)座艙及乘客扭矩的計(jì)算 令其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ，動(dòng)量矩 取啟動(dòng)時(shí)間5s。 4.2 驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)支撐力矩 支撐臂質(zhì)量 距離 動(dòng)量矩 啟動(dòng)時(shí)間5s 支撐臂力矩 4.3 驅(qū)動(dòng)中心柱扭矩 工作軌的輸出功率P 由得 2.4 計(jì)算總傳動(dòng)效率 ————帶傳動(dòng)效率 取=0.96 ————蝸桿減速器效率 =0.73 ————齒輪傳動(dòng)效率 =0.97 ————軸承傳動(dòng)效率 =0.99 電動(dòng)機(jī)需功率 所以選取電動(dòng)機(jī)功率 選為Y2—112M—4 5 銷釘強(qiáng)度的計(jì)算 在外力的作用下，連接件和被連接的構(gòu)件之間，必將在接觸面上相互壓緊，這種現(xiàn)象稱為擠壓。受力圖如圖5.1表示。以F表示擠壓面上傳遞的力，表示擠壓面積，于是擠壓應(yīng)力為 圖5.1 相應(yīng)的強(qiáng)度條件是 為材料的許用擠壓力。 橫截面上的切應(yīng)力為 MPa<[] 故該銷滿足強(qiáng)度要求 6 液壓系統(tǒng)計(jì)算 基本參數(shù) 油缸行程 s：1000mm； 油缸載荷F：1568Kg； 油缸數(shù)量n：14 作用時(shí)間t：25s； 1 系統(tǒng)工作壓力選擇：4MPa=40kg/ 2 油缸選擇 油缸內(nèi)徑確定 D==7.21cm=72mm，取D=80mm；r=0.04m; 3 流量計(jì)算 單個(gè)油缸要求流量 Q=4vA 式中：v：活塞桿外伸速度， A：液壓缸有效面積， Q=12L/min 3 液壓油泵選擇 旋轉(zhuǎn)支撐全部上升所需流量 液壓泵驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：n=970rpm 要求液壓泵理論排量為：168/970=0.173/r=173ml/r 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率：15kw：n=970rpm；Y180——6； 致 謝 在整個(gè)課題研究和論文寫作過程中，我得到了康紅偉教授的悉心教導(dǎo)。從課題的選擇、算法的研究到程序的編寫、測試，以及整篇論文的撰寫，康老師都傾注了大量的心血.在這個(gè)漸進(jìn)的過程中，我從康老師的身上學(xué)到了很多專業(yè)知識(shí)，他淵博的知識(shí)和敏銳的思維方式拓寬了我的知識(shí)視野.另外康老師對(duì)我的日常生活也是十分關(guān)愛，特向康老師表示深深的敬意！ 他分析處理問題和處理問題的嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的作風(fēng)潛移默化地影響了作者，為我以后從事科研工作打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。他在我的論文撰寫過程中的算法的編寫和測試中給我很大的幫助。 最后我向其他所有幫助過我的老師和同學(xué)以及所有答辯組的老師表示感謝。 參考文獻(xiàn) [1].吳宗澤.羅圣國.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：高等教育出版社,1999 [2].邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì) [M] .北京：高等教育出版社,1997 [3].成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：第1~5卷 [M] .4版北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002 [4] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].7版.北京：高等教育出版社，2006. 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