畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 1 頁1 緒 論1.1 國外游藝機和游樂設(shè)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(xué)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(xué)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(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：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(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(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，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)整降落方畢 業(yè) 設(shè) 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(shè)計者精心匹配了相應(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。1.2 國內(nèi)游藝機和游樂設(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(xué)習(xí)和借鑒的機會。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(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(xué)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）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(shè) 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(shè)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(shè) 計 說 明 書 第 4 頁圖二畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 5 頁2 總體方案設(shè)計2.1 主要技術(shù)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(shè)計和制造要求本設(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：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(dāng)帶速較低時，傳動結(jié)構(gòu)尺寸較大。在設(shè)畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 6 頁計時，為了減小帶傳動的結(jié)構(gòu)尺寸，應(yīng)將其布置在高速級。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(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。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(shè) 計 說 明 書 第 7 頁3 運動學(xué)計算3.1 機械傳動本設(shè)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。回轉(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(shè) 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(shè) 計 說 明 書 第 8 頁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 —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(shè)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(shè)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(shè)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(shè) 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(guān)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(dǎo)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(yīng)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(shè) 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(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??1lim?=550MPa??2lim?h.由式 10-13 計算應(yīng)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(shè) 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(shè)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(dāng)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(shè) 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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shè) 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(shè) 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(shè) 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(shè) 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(yīng)力為 bsFA??圖 5.1相應(yīng)的強度條件是 []bsbsFA???為材料的許用擠壓力。[]bs?60FN?2223706.54bsrAm???畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 18 頁橫截面上的切應(yīng)力為MPa[ ]608.4975bsFA???故該銷滿足強度要求畢 業(yè) 設(shè) 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(shè) 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(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.在這個漸進的過程中，我從康老師的身上學(xué)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！他分析處理問題和處理問題的嚴謹務(wù)實的作風(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。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。畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 第 21 頁參考文獻[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[2].邱宣懷.機械設(shè)計 [M] .北京：高等教育出版社,1997[3].成大先.機械設(shè)計手冊：第 1~5 卷 [M] .4 版北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002[4] 濮良貴，紀名剛 .機械設(shè)計[M].7 版.北京：高等教育出版社，2006.[5].《游藝機和游樂設(shè)施安全》GB8408-2000[6].《自控飛機類游藝機通用技術(shù)條件》GB18163-2000[7].《游樂設(shè)施代號 》GB/T20049--2006[8].沈勇.游樂設(shè)施作業(yè)與管理[M].北京：學(xué)苑出版社，2003[9]《飛行塔類游藝機通用技術(shù)條件》GB18161-2000[10] 張世昌. 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社,2002.[11] A.Tonge. Marlin. The UK Military UUV Programme-A Programme Overview. Proceedingsof the International UUV Conference, Newport,RI,2000,(4):31-38.[12] J.Westwood. Future Prospects for AUVs. A Presentation to the Maridan ‘PING’ Symposium. Copenhagen,1999,9.