畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 1 頁1 緒 論1.1 國外游藝機和游樂設施現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢美國是開發(fā)游藝機較早的國家之一，以艾利橋公司為例，已有近百年歷史，產(chǎn)品行銷 20 多個國家和地區(qū)，進入 70 年代，隨著科學技術不斷發(fā)展，游藝機的品種亦不斷增加，新技術的開發(fā)和應用，使游藝機和游樂設施的科學性、趣味性、驚險性越來越突出。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大型游樂園。國外生產(chǎn)的游藝機和游樂設施中，微電子技術、機器人技術已得到應用，具體表現(xiàn)在：1. 機械類游藝機向高空、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、活動車廂和懸掛座倉式和懸掛吊椅式的方向發(fā)展，同時速度更快，高度更高，單臺最多的環(huán)數(shù)可達 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） ”的蹦極設備，類似于一個高架秋千，秋千繩裝設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” ；另一個叫做“直沖云霄（Super man） ”的項目更是十分驚險，其結(jié)構(gòu)是一條“L” 型的軌道，游人坐在特別設計的車子里，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，其驚險、刺激程度比過山車有過之而無不及。2. 高新技術越來越多地應用于游樂設施，如 VR 技術，3 維立體成象及投影技術、激光技術、網(wǎng)絡技術等。模擬高爾夫、模擬橄欖球等游樂項目就采用了基于計算機圖像技術、顯示技術和傳感技術的所謂 VR（虛擬現(xiàn)實 Virtual Reality）技術，游客將球射向銀幕，與銀幕相連的計算機根據(jù)球的落點和入射角，計算并在銀幕上描繪出球的運動方向和運動路線及虛擬落點，同時伴有逼真的碰撞聲，并算出得分，設施總占地面積很小，但頗有實際運動的感覺；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)整降落方畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 2 頁向，猶如親身從空中跳傘一樣。3. 交互式動感仿真系統(tǒng)成為新的熱點，增加游客的參與感。迪斯尼樂園有一臺仿真立體電影，設計者精心匹配了相應的控制技術和各種功能設施，充分調(diào)動游客的視、聽、嗅等各種感覺，舞臺演員與銀幕中的演員融為一體，演員時而從舞臺沖進銀幕中，時而又從銀幕沖上舞臺，甚至一只患了感冒的狗，突然一個噴嚏，會噴得游客滿臉“口水” ；而好萊塢環(huán)球影視城里一個模擬航天的動感游樂設施，則是讓游客坐在特制的航天車里，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作，再配合虛擬音響，使游客有身臨其境和親身參與的真實感覺。1.2 國內(nèi)游藝機和游樂設施現(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揭開了國產(chǎn)游藝機和游樂設施發(fā)展的序幕，隨著改革開放， ，經(jīng)濟迅速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，一批以進口游藝機為主建設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，給我國游藝機和游樂設施的發(fā)展提供了學習和借鑒的機會。在消化進口游藝機的基礎上，經(jīng)過 20 年的探索、借鑒和創(chuàng)新，全國生產(chǎn)游藝機和游樂設施的企業(yè)發(fā)展到 100 多家，游藝機和游樂設施的品種和數(shù)量急劇增加，不同結(jié)構(gòu)、不同運動形式、不同造型的游藝機和游樂設施大量涌現(xiàn)，從大型到中小型、從室內(nèi)到室外、從機械型到電子型、從陸上到水上均有，產(chǎn)品質(zhì)量也在不斷提高。但應清楚看到由于我國游藝機和游樂設施的發(fā)展起步較晚，基礎較差，經(jīng)驗也不足，與國外先進國家的水平相比，在設計、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)游藝機和游樂設施市場是廣闊的，遠未達到飽和，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)。具有科學性強、趣味性強、乘客能自己操作的游藝機，越來越受到廣大青少年兒童的喜愛；發(fā)展中小型游藝機，瞄準廣大農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)；另外，早期建設起來的一些游樂園（場）的游藝機已老化，對游客已失去吸引力，急需更新?lián)Q代；加之我國國產(chǎn)游藝機畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 3 頁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入香港地區(qū)市場。只要我們在質(zhì)量上尤其是外觀質(zhì)量上不斷提高，精益求精，質(zhì)高價廉，提高產(chǎn)品在國際市場上的競爭力，我國游藝機和游樂設施的發(fā)展仍有很大的空間。1.3 公園自控飛機實物圖圖一畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 4 頁圖二畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 5 頁2 總體方案設計2.1 主要技術參數(shù)座艙數(shù)：10 個乘客數(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：9791mm2.2 工作原理電機—三角皮帶 —蝸桿減速機 —圓柱齒輪副— 中心軸回轉(zhuǎn)—整機回轉(zhuǎn)1.電機 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、設計和制造要求本設計主要采用帶傳動、蝸桿傳動、齒輪傳動。他們的優(yōu)點主要如下：帶傳動具有傳動平穩(wěn)、吸振等特點，且能起過載保護作用。但由于它是靠摩擦力來工作的，在傳遞同樣功率的條件下，當帶速較低時，傳動結(jié)構(gòu)尺寸較大。在設畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 6 頁計時，為了減小帶傳動的結(jié)構(gòu)尺寸，應將其布置在高速級。齒輪傳動具有承載能力大、效率高、允許速度高、尺寸緊湊、壽命長等特點，因此在傳動系統(tǒng)中一般應首先采用齒輪傳動。由于斜齒圓柱齒輪傳動的承載能力和平穩(wěn)性比直齒圓柱齒輪傳動好，故在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合，常采用斜齒圓柱齒輪傳動。蝸桿傳動具有傳動比大、結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)等優(yōu)點，但其傳動效率低，尤其在低速時，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。為了提高傳動效率、減小蝸輪結(jié)構(gòu)尺寸，通常將其布置在高速級。畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 7 頁3 運動學計算3.1 機械傳動本設計主要采用帶傳動、蝸桿傳動、齒輪傳動。采用蝸桿減速機，占地面積小，傳動系統(tǒng)環(huán)節(jié)少；大中型游藝機采用此傳動方式時，要選擇不自鎖的蝸桿減速機，電氣系統(tǒng)要有延長起動時間的措施，通常采用液壓傳動該游藝機由回轉(zhuǎn)和升降兩種運動形式?；剞D(zhuǎn)運動用的是機械傳動，飛機的升降用的是液壓傳動，用支撐油缸推動旋轉(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。3.2 傳動鏈選擇電動機——三角皮帶――蝸桿減速器――齒輪副傳動――中心支柱（旋轉(zhuǎn)支撐臂、座艙）3.3 總傳動比計算1）、總傳動比 = 276.9 ?i14052.?2)、分配傳動比 假設 V 帶傳動分配的傳動比 ， 蝸輪蝸桿減速器的傳19i.?動比為 17，則齒輪副的傳動比為2i?2769673i.=??符合 = ，所以符合總傳動比的要求。i?12i33.4 皮帶傳動選擇已知帶傳動的工作條件：連續(xù)單向運轉(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 ，傳動比 。mr/140n?7236n./rm?19i.?1）、計算功率 =ap140.AKPkw??畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 8 頁2)、選擇 V 帶型 根據(jù) 、 由圖 8-10《機械設計》p157 選擇 A 型帶（d1=80 —ap1n100mm）3）、確定帶輪的基準直徑 并驗算帶速 vd(1)、初選小帶輪的基準直徑 ，由（《機械設計》p155 表 8-6 和 p157 表 8-8，取小帶輪基準直徑 m90d1?（2）、驗算帶速 vsmsnvd /78.6/1064106????因為 5m/s90°包角滿足條件（6）.計算帶的根數(shù)單根 V 帶所能傳達的功率根據(jù) =1440r/min 和 =90mm 表 8-4a1n1d用插值法求得 =1.07kw0p單根 v 帶的傳遞功率的增量 Δ =0.15kw0p已知 A 型 v 帶，小帶輪轉(zhuǎn)速 =1440r/min1n轉(zhuǎn)動比 i= = / =1.9921nd2計算 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?kLk=( +Δ )× × =(1.07+0.15)×0.99×0.925=1.16KWrp0LZ= =4.01/1.16=3.45 故取 4 根.Pc（7）.帶輪的設計結(jié)構(gòu)A.帶輪的材料為:HT200B.V 帶輪的結(jié)構(gòu)形式為:腹板式.3.5 減速器選擇本次設計的蝸桿減速器是蝸輪蝸桿的一級減速器，即渦輪與蝸桿的嚙合，下面主要計算渦輪蝸桿的主要尺寸及參數(shù)。畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 10 頁3.5.1 蝸桿的頭數(shù) 與直徑1z1d經(jīng)過計算以及蝸輪蝸桿的匹配關系，得=2，由表 11-1 得， =41，此外還可以知道1z2z模數(shù) m=5，中心距 a=125，壓力角 =?023.5.2 求導程角 ?120tan=z/q.3.6 齒輪傳動選擇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算說明(HB=350HBS),8 級精度,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=240HBS2)、按齒面接觸強度計算:取小齒輪 =20，則 = ， =20 6.77=135.2，取 =135 并初步選定 β＝15 1z2zi12z?2z確定公式中的各計算數(shù)值a.因為齒輪分布非對稱，載荷比較平穩(wěn)綜合選擇 Kt=1.6b.由圖 10-30 選取區(qū)域系數(shù) Zh=2.425c.由圖 10-26 查得 , ,則76.01???82.2??58.121?????d.計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩: 。確定需用接觸應力m4.??NTe.由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù) ZE=189.8MPa畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 11 頁f.由圖 10-2 查得小齒輪的接觸疲勞強度極限因軟齒面閉式傳動常因點蝕而失效,故先按齒面接觸強度設計公式確定傳動的尺寸,然后驗算輪齒的彎曲強度,查表 9-5 得齒輪接觸應力 =600MPa 大齒輪的為??1lim?=550MPa??2lim?h.由式 10-13 計算應力循環(huán)次數(shù) 9116040182302710().hNnjL?????8926.5.437i.由圖 10-19 取接觸疲勞壽命系數(shù) =0.92 =0.941HNK2HN= /S=552Mpa??1H?NK??1lim= /S=517 Mpa22li=( + )/2=534.5 Mpa??H1??H=2003）、計算（1）計算圓周速度:V= лn1/60000=10.8m/s td（2)計算齒寬 B 及模數(shù) ntmB=φd =1X200mm=200mmt1= cosβ/ =10mmntmt1zH=2.25 =12.25mmtB/H=200/10=20（3）、計算縱向重合度 ??畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 12 頁=0.318φd tanβ=1.704??1z（4）、計算載荷系數(shù)由表 10-8.10-4.10-13.10-3 分別查得: 4.1,34.1,.,12., ?????? FHFHVA KK故載荷系數(shù) 22?????HVA（5）、按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式 10—10a 得 = =200mm1dt3Kk（6）、計算模數(shù) ntm= Cosβ/Z1=9.95mmnt1d4）、按齒根彎曲強度設計由式 10-17 ??31211)(cosFanzuYKTm?????(1)、計算載荷系數(shù): 10.234.2.????????FVA(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)? 875.0??Y(3)、計算當量齒數(shù)齒形系數(shù)，19.25cos03v1??z 31598v2.cosz??（4）、由[1]圖 10-5 查得 2.70.1aaFFY，由表 10-5 查得 6.21aSSYa，由圖 10-20C 但得 =500 MPa =380 MPa??FE???2FE?畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 13 頁由圖 10-18 取彎曲疲勞極限 =0.85, =0.881FNK2FN計算彎曲疲勞應力:取安全系數(shù) S=1.4,由 10-12 得:= /S=303.57 MPa??1F?NK??1FE= /S=238.86 MPa22（5）、計算大小齒輪的 ，并比較??1FsaY???01643.8.237.5.21??FsasFY?且 ，故應將 代入[1]式（11-15）計算。??21Fsasa???2FsaY?（6）、計算法向模數(shù) 213119cos()=.FanFKTYmuz????????對比計算結(jié)果,為同時滿足接觸疲勞強度,則需按分度圓直徑 =51.2mm 來計算應有1d的數(shù),于是有:取 2.0mm；?1nm（7）、則 ，故取 =2073.2415cos.cos1 ?????ndz?1z.則 = =135.4，取2i123（8）、計算中心距1210158023()().mcoscosnmza????????取 a1=135mm（9）、確定螺旋角畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 14 頁121 3516580()arcos2nmza??????（10）、計算大小齒輪分度圓直徑:=1d256cos.nZm??=221309.n?（11）、確定齒寬 212mabd????取 005B，畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 15 頁4 電動機功率計算4.1 驅(qū)動座艙及乘客扭矩的計算 1M令其轉(zhuǎn)動慣量為 ，動量矩1J1L1022 240970359(./).iiJmr kgm??????2135184./iLws?取啟動時間 5s。18243655dlMNt???4.2 驅(qū)動旋轉(zhuǎn)支撐力矩支撐臂質(zhì)量 140mkg?距離 97/ir1022 224097140837(./).iiJr kgm??????動量矩 228356/Lwkgs? ??啟動時間 5s支撐臂力矩 24960915dlMNmt??4.3 驅(qū)動中心柱扭矩 31236590145296.N?????工作軌的輸出功率 P由 得950Tn?畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 16 頁4529624600.TnPkw????2.4 計算總傳動效率 ?1234???————帶傳動效率 取 =0.961————蝸桿減速器效率 =0.732 2?————齒輪傳動效率 =0.973?3————軸承傳動效率 =0.994 40967309067.????電動機需功率 23jPkw??所以選取電動機功率 4選為 Y2—112M—4畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 17 頁5 銷釘強度的計算在外力的作用下，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，bsA于是擠壓應力為 bsFA??圖 5.1相應的強度條件是 []bsbsFA???為材料的許用擠壓力。[]bs?60FN?2223706.54bsrAm???畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 18 頁橫截面上的切應力為MPa[ ]608.4975bsFA???故該銷滿足強度要求畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 19 頁6 液壓系統(tǒng)計算基本參數(shù)油缸行程 s：1000mm；油缸載荷 F： 1568Kg；油缸數(shù)量 n：14作用時間 t：25s；1 系統(tǒng)工作壓力選擇：4MPa=40kg/ 2cm2 油缸選擇油缸內(nèi)徑確定D= =7.21cm=72mm，取 D=80mm；r=0.04m;Fp??3 流量計算單個油缸要求流量Q=4vA?410式中：v：活塞桿外伸速度， 04Lv=.m/stA：液壓缸有效面積， 2231052Ar=??Q=12L/min3 液壓油泵選擇旋轉(zhuǎn)支撐全部上升所需流量Q=12468L/min?液壓泵驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)速：n=970rpm要求液壓泵理論排量為：168/970=0.173/r=173ml/r驅(qū)動電機功率：15kw：n=970rpm；Y180 ——6；畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 20 頁致 謝在整個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。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.在這個漸進的過程中，我從康老師的身上學到了很多專業(yè)知識，他淵博的知識和敏銳的思維方式拓寬了我的知識視野.另外康老師對我的日常生活也是十分關愛，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謹務實的作風潛移默化地影響了作者，為我以后從事科研工作打下了堅實基礎。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以及所有答辯組的老師表示感謝。畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 21 頁參考文獻[1].吳宗澤.羅圣國 .機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社,1999[2].邱宣懷.機械設計 [M] .北京：高等教育出版社,1997[3].成大先.機械設計手冊：第 1~5 卷 [M] .4 版北京：化學工業(yè)出版社,2002[4] 濮良貴，紀名剛 .機械設計[M].7 版.北京：高等教育出版社，2006.[5].《游藝機和游樂設施安全》GB8408-2000[6].《自控飛機類游藝機通用技術條件》GB18163-2000[7].《游樂設施代號 》GB/T20049--2006[8].沈勇.游樂設施作業(yè)與管理[M].北京：學苑出版社，2003[9]《飛行塔類游藝機通用技術條件》GB18161-2000[10] 張世昌. 機械制造技術基礎[M].北京：高等教育出版社,2002.[11] A.Tonge. 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