畢業(yè)設(shè)計（論文）游樂設(shè)備自控飛機設(shè)計

1、<p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1國外游藝機和游樂設(shè)施現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　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(shù)不斷發(fā)展，游藝機的品種亦不斷增加，新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，使游藝機和游樂設(shè)施的科學性、趣味性、驚險性越來越突出。從1955

2、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(shè)施中，微電子技術(shù)、機器人技術(shù)已得到應(yīng)用，具體表現(xiàn)在：</p><p>　　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

3、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(shè)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

4、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。</p><p>　　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目就采用了基于計算機圖像技術(shù)、顯示技術(shù)和傳感技術(shù)的所謂VR（虛擬現(xiàn)實 Virtual Reality）技術(shù)，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

5、，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(shè)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)整降落方向，猶如親身從空中跳傘一樣。</p><p>　　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(shè)計者精心匹配了相應(yīng)的控制技術(shù)和各種功

6、能設(shè)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(shè)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。</p>

7、<p>　　1.2國內(nèi)游藝機和游樂設(shè)施現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　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(shè)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(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，給我國游藝機和游樂設(shè)施的發(fā)展提供了學習和借鑒的機會。</p><p

8、>　　在消化進口游藝機的基礎(chǔ)上，經(jīng)過20年的探索、借鑒和創(chuàng)新，全國生產(chǎn)游藝機和游樂設(shè)施的企業(yè)發(fā)展到100多家，游藝機和游樂設(shè)施的品種和數(shù)量急劇增加，不同結(jié)構(gòu)、不同運動形式、不同造型的游藝機和游樂設(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和游樂設(shè)施的發(fā)展起步較晚，基礎(chǔ)較差，經(jīng)驗也不足，與國外先進國家的水平相比，在設(shè)計、制造、安裝等方面均存在不小的差

9、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。</p><p>　　國內(nèi)游藝機和游樂設(shè)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(shè)起來的一些游樂園（場

10、）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(shè)施的發(fā)展仍有很大的空間。</p><p>　　1.3公園自控飛機實物圖</p><p><b>　　圖一</

11、b></p><p><b>　　圖二</b></p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1主要技術(shù)參數(shù)</b></p><p><b>　　座艙數(shù)：10個</b></p><p>

12、　　乘客數(shù)：2*10=20人</p><p>　　旋轉(zhuǎn)速度：~5.2轉(zhuǎn)/分鐘 </p><p>　　飛行高度：2980mm</p><

13、p>　　座艙旋轉(zhuǎn)最大直徑：9791mm</p><p><b>　　2.2工作原理</b></p><p>　　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)</p><p>　　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 </p><p&

14、gt;　　2.3主要結(jié)構(gòu)的選擇、設(shè)計和制造要求</p><p>　　本設(shè)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：</p><p>　　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(shè)計時，為了減小帶傳動的結(jié)構(gòu)尺寸，應(yīng)將其布置在高速級。</p><p>　　齒

15、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(yīng)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。</p><p>　　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</p><p>　　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

16、于中小功率、</p><p>　　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。</p><p><b>　　3運動學計算</b></p><p><b>　　3.1機械傳動</b></p><p>　　本設(shè)計主要采用帶傳動、蝸桿傳動、齒輪傳動。</p&g

17、t;<p>　　采用蝸桿減速機，占地面積小，傳動系統(tǒng)環(huán)節(jié)少；</p><p>　　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</p><p>　　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。&l

18、t;/p><p><b>　　3.2傳動鏈選擇</b></p><p>　　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）</p><p><b>　　3.3總傳動比計算</b></p><p>　　1）、總傳動比= 276.9 </p><p>

19、　　2)、分配傳動比 假設(shè)V帶傳動分配的傳動比， 蝸輪蝸桿減速器的傳動比為17，則齒輪副的傳動比為</p><p>　　符合=，所以符合總傳動比的要求。</p><p><b>　　3.4皮帶傳動選擇</b></p><p>　　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

20、比。</p><p>　　1）、計算功率 =</p><p>　　2)、選擇V帶型 根據(jù)、由圖8-10《機械設(shè)計》p157選擇A型帶（d1=80—100mm）</p><p>　　3）、確定帶輪的基準直徑并驗算帶速v</p><p>　　(1)、初選小帶輪的基準直徑，由（《機械設(shè)計》p155表8-6和p157表8-8，取小帶輪基準直徑&l

21、t;/p><p><b>　?。?）、驗算帶速v</b></p><p>　　因為5m/s<6.78m/s<30m/s,帶輪符合推薦范圍</p><p>　?。?）、計算大帶輪的基準直徑 根據(jù)式8-15</p><p><b>　　，</b></p><p><

22、b>　　初定=180mm</b></p><p>　?。?）、確定V帶的中心距a和基準長度</p><p>　　a、 根據(jù)式8-20 《機械設(shè)計》p152</p><p><b>　　0.7</b></p><p><b>　　0.7</b></p><p&g

23、t;<b>　　189a540</b></p><p>　　初定中心距=350mm</p><p>　　b、由式8-22計算帶所需的基準長度</p><p><b>　　=2+</b></p><p><b>　　＝1130mm</b></p><p>

24、　　由表8-2先帶的基準長度=1250mm</p><p><b>　　c.計算實際中心距</b></p><p>　　a＝+( -)/2＝350+（1250-1130）/2＝410mm</p><p>　　中心距滿足變化范圍:214—610mm</p><p>　　（5）.驗算小帶輪包角</p><

25、p>　?。?80°-（-）/a×57.3°</p><p>　?。?80°-（180-90）/410×57.3=167°>90°</p><p><b>　　包角滿足條件</b></p><p>　?。?）.計算帶的根數(shù)</p><p>　

26、　單根V帶所能傳達的功率</p><p>　　根據(jù)=1440r/min 和=90mm 表8-4a</p><p>　　用插值法求得=1.07kw</p><p>　　單根v帶的傳遞功率的增量Δ=0.15kw</p><p>　　已知A型v帶，小帶輪轉(zhuǎn)速=1440r/min</p><p>　　轉(zhuǎn)動比 i==/=1.

27、99</p><p><b>　　計算v帶的根數(shù)</b></p><p>　　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</p><p>　　=(+Δ)××=(1.07+0.15)×0.99×0.925=1.16KW</p><p>　　Z= =4.01/

28、1.16=3.45 故取4根.</p><p>　?。?）.帶輪的設(shè)計結(jié)構(gòu)</p><p>　　A.帶輪的材料為:HT200</p><p>　　B.V帶輪的結(jié)構(gòu)形式為:腹板式.</p><p><b>　　3.5 減速器選擇</b></p><p>　　本次設(shè)計的蝸桿減速器是蝸輪蝸桿的一級減

29、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)。</p><p>　　3.5.1 蝸桿的頭數(shù)與直徑</p><p>　　經(jīng)過計算以及蝸輪蝸桿的匹配關(guān)系，得</p><p>　　=2，由表11-1得，=41，此外還可以知道</p><p>　　模數(shù)m=5，中心距a=125，壓力角=</p><p><

30、;b>　　3.5.2求導程角</b></p><p><b>　　3.6齒輪傳動選擇</b></p><p>　　1）、選擇材料熱處理方式</p><p>　　根據(jù)工作條件與已知條件知減速器采用閉式軟齒面</p><p>　　計算說明(HB<=350HBS),8級精度,查表10-1得</p&

31、gt;<p>　　小齒輪 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 HB1=280HBS</p><p>　　大齒輪 45鋼 調(diào)質(zhì)處理 HB2=240HBS</p><p>　　2)、按齒面接觸強度計算:</p><p>　　取小齒輪=20，則=，=206.77=135.2，取=135并初步選定β＝15 </p&

32、gt;<p>　　確定公式中的各計算數(shù)值</p><p>　　a.因為齒輪分布非對稱，載荷比較平穩(wěn)綜合選擇Kt=1.6</p><p>　　b.由圖10-30選取區(qū)域系數(shù)Zh=2.425</p><p>　　c.由圖10-26查得, ,則</p><p>　　d.計算小齒輪的轉(zhuǎn)矩:。確定需用接觸應(yīng)力</p><

33、;p>　　e.由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa</p><p>　　f.由圖10-2查得小齒輪的接觸疲勞強度極限</p><p>　　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(shè)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(yīng)力=600MPa大齒輪的為=550MPa</p><p>　　h.由式10-13計算

34、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)</p><p>　　i.由圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)=0.92 =0.94</p><p>　　=/S=552Mpa</p><p>　　= /S=517 Mpa</p><p>　　=(+)/2=534.5 Mpa</p><p><b>　　=200</b></p&g

35、t;<p><b>　　3）、計算</b></p><p>　?。?）計算圓周速度:</p><p>　　V=лn1/60000=10.8m/s </p><p>　?。?)計算齒寬B及模數(shù)</p><p>　　B=φd=1X200mm=200mm</p><p>　　=cosβ/=

36、10mm</p><p>　　H=2.25=12.25mm</p><p>　　B/H=200/10=20</p><p>　?。?）、計算縱向重合度</p><p>　　=0.318φdtanβ=1.704</p><p>　　（4）、計算載荷系數(shù)</p><p>　　由表10-8.10-4.

37、10-13.10-3分別查得:</p><p><b>　　故載荷系數(shù)</b></p><p>　?。?）、按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，</p><p>　　由式10—10a 得 ==200mm</p><p><b>　?。?）、計算模數(shù)</b></p><p&g

38、t;　　= Cosβ/Z1=9.95mm</p><p>　　4）、按齒根彎曲強度設(shè)計</p><p><b>　　由式10-17</b></p><p>　　(1)、計算載荷系數(shù):</p><p>　　(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)</p><p>　　(3

39、)、計算當量齒數(shù)</p><p><b>　　齒形系數(shù)</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　（4）、由[1]圖10-5查得</p><p><b>　　由表10-5 查得</b></p><p>　　由圖10-20C但得=

40、500 MPa =380 MPa</p><p>　　由圖10-18取彎曲疲勞極限=0.85,=0.88</p><p>　　計算彎曲疲勞應(yīng)力:取安全系數(shù)S=1.4,由10-12得:</p><p>　　=/S=303.57 MPa</p><p>　　=/S=238.86 MPa</p><p>　?。?）、計算大小

41、齒輪的，并比較</p><p>　　且，故應(yīng)將代入[1]式（11-15）計算。</p><p>　?。?）、計算法向模數(shù)</p><p>　　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(yīng)有的數(shù),于是有:</p><p><b>　　取2.0mm；</b></p><p&

42、gt;　?。?）、則，故取=20</p><p>　　.則==135.4，取</p><p><b>　　（8）、計算中心距</b></p><p><b>　　取a1=135mm</b></p><p><b>　　（9）、確定螺旋角</b></p><p

43、>　?。?0）、計算大小齒輪分度圓直徑:</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　?。?1）、確定齒寬 </p><p><b>　　取</b></p><p><b>

44、;　　4電動機功率計算</b></p><p>　　4.1 驅(qū)動座艙及乘客扭矩的計算</p><p>　　令其轉(zhuǎn)動慣量為 ，動量矩</p><p><b>　　取啟動時間5s。</b></p><p>　　4.2 驅(qū)動旋轉(zhuǎn)支撐力矩</p><p><b>　　支撐臂質(zhì)量<

45、;/b></p><p><b>　　距離</b></p><p><b>　　動量矩</b></p><p><b>　　啟動時間5s</b></p><p><b>　　支撐臂力矩</b></p><p>　　4.3 驅(qū)動

46、中心柱扭矩</p><p><b>　　工作軌的輸出功率P</b></p><p><b>　　由得</b></p><p>　　2.4 計算總傳動效率</p><p>　　————帶傳動效率 取=0.96</p><p>　　————蝸桿減速器效率 =0.73&

47、lt;/p><p>　　————齒輪傳動效率 =0.97</p><p>　　————軸承傳動效率 =0.99</p><p><b>　　電動機需功率</b></p><p><b>　　所以選取電動機功率</b></p><p>　　選為Y2—112M—4&

48、lt;/p><p><b>　　5 銷釘強度的計算</b></p><p>　　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</p><p><b>　　圖5.1</b></p><p>

49、<b>　　相應(yīng)的強度條件是</b></p><p>　　為材料的許用擠壓力。</p><p><b>　　橫截面上的切應(yīng)力為</b></p><p><b>　　MPa<[]</b></p><p><b>　　故該銷滿足強度要求</b></

50、p><p><b>　　6 液壓系統(tǒng)計算</b></p><p><b>　　基本參數(shù)</b></p><p>　　油缸行程 s：1000mm；</p><p>　　油缸載荷F：1568Kg；</p><p><b>　　油缸數(shù)量n：14</b></p

51、><p>　　作用時間t：25s；</p><p>　　1 系統(tǒng)工作壓力選擇：4MPa=40kg/</p><p><b>　　2 油缸選擇</b></p><p><b>　　油缸內(nèi)徑確定</b></p><p>　　D==7.21cm=72mm，取D=80mm；r=0.04m

52、;</p><p><b>　　3 流量計算</b></p><p><b>　　單個油缸要求流量</b></p><p><b>　　Q=4vA</b></p><p>　　式中：v：活塞桿外伸速度，</p><p>　　A：液壓缸有效面積，</

53、p><p><b>　　Q=12L/min</b></p><p><b>　　3 液壓油泵選擇</b></p><p>　　旋轉(zhuǎn)支撐全部上升所需流量</p><p>　　液壓泵驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)速：n=970rpm</p><p>　　要求液壓泵理論排量為：168/970=0.173

54、/r=173ml/r</p><p>　　驅(qū)動電機功率：15kw：n=970rpm；Y180——6；</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　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

55、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(guān)愛，特向康老師表示深深的敬意！</p><p>　　他分析處理問題和處理問題的嚴謹務(wù)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(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。</p><p>　　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

56、老師表示感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1].吳宗澤.羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].北京：高等教育出版社,1999</p><p>　　[2].邱宣懷.機械設(shè)計 [M] .北京：高等教育出版社,1997</p><p>　　[3].成大先.機械設(shè)計手冊：第1~5卷 [M]

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