游戏机机构运动(荣)

摘摘要要 随随着着生生产产力力的的发发展展 我我国国经经济济也也飞飞速速发发展展 人人们们的的生生活活 水水平平也也日日益益提提高高 人人们们的的生生活活质质量量也也进进一一步步提提高高 人人们们设设计计 出出来来的的机机械械也也逐逐渐渐由由仅仅仅仅应应用用于于社社会会生生产产到到满满足足人人们们精精神神 生生活活的的娱娱乐乐机机械械上上来来了了 从从迪迪斯斯尼尼乐乐园园中中的的大大型型摩摩天天轮轮到到一一 般般公公园园中中的的过过山山车车 这这些些无无不不是是通通过过机机械械设设计计师师设设计计出出来来的的 娱娱乐乐机机械械 在在此此 我我也也运运用用刚刚刚刚学学的的 机机械械原原理理 课课程程中中的的一一些些知知 识识来来设设计计一一个个简简单单的的供供大大家家娱娱乐乐的的游游戏戏机机机机构构 鄙鄙人人初初次次经经 历历这这样样的的课课程程设设计计 如如有有些些许许不不足足之之处处 还还请请老老师师体体谅谅 目目 录录 一 一 设计题目设计题目 1 二 二 设计数据与要求和任务设计数据与要求和任务 1 1 设计数据与要求 1 2 设计任务 2 三 三 运动方案设计运动方案设计 2 1 传动机构设计 2 1 方案一 2 2 方案二 3 3 方案三 3 2 执行机构设计 4 1 方案一 4 2 方案二 4 四 四 机构运动简图设计机构运动简图设计 7 1 机械工作原理图 7 2 设计传动系统并确定其传动比分配 7 3 尺寸设计 7 1 传动机构 7 2 执行机构 8 4 作机构运动简图 9 五 五 运动分析和设计运动分析和设计 10 六 六 设计心得设计心得 11 七 七 参考书目参考书目 12 一 设计题目 游戏机机构运动简图与传动系统设计一 设计题目 游戏机机构运动简图与传动系统设计 某游乐场所欲添加一新的游乐项目 该项目是在一暗室中 让一画有景 物的屏幕 观众可以看见屏幕上的景物 由静止逐渐开始左右晃动 晃动 的角度由小变大 并越来越大最终旋转起来 转几周后 屏幕又渐趋静止 由于观众在暗室中仅能看见屏幕上的景物 根据相对运动原理 观众产 生一个错觉 他不认为屏幕在晃动 反而认为自己在晃动 并且晃动的越来 越厉害 最后竟旋转起来 这是一个有惊无险的游乐项目 现要求设计一个机械传动装置 使屏幕能实现上述运动规律 2 设计数据与要求和任务设计数据与要求和任务 1 1 设计数据与要求 屏幕由静止开始晃动时的摆角约 60 每分钟晃动次数约为 10 12 次 屏幕由开始晃动到出现整周转动 历时约 2 3 分钟 屏幕约转 10 多转后 渐渐趋于静止 用三相交流异步电动机带动 其同步转速为 1000r min 或 1500r min 功率约 1KW 屏幕摆动幅度应均匀增大或稍呈加速的趋势 2 设计任务 1 根据功能要求和工作原理 绘制机械工作原理图 2 构思系统运动方案 至少两个以上 然后进行方案分析评价 选出较优方案 3 确定电动机的型号 设计传动系统并确定其传动比分配 4 按工艺动作过程拟定运动循环图 5 设计 V 带传动和蜗杆传动 对所用到的齿轮进行强度计算 确定其尺寸 对执行机构进行运动尺寸设计 然后绘制出机构运动 简图 并作必要的运动分析和动力分析 6 编写课程设计说明书 三 运动方案设计三 运动方案设计 由上所述 游戏机系统只有一个传动机构和一个执行构件 在一个运动循环中 这个执行构件要实现从静止开始逐渐晃动 晃动的角度由小变大 最终旋转起来 转几周后 屏幕又渐趋静 止 这个运动过程较复杂 游戏机系统需完成减速 运动交替和 转换 停歇的功能 1 1 传动机构设计传动机构设计 传动机构是把原动机的动力和运动传送到执行机构的传动装置 以传递动力为主的传动又称为动力传动 以传递运动为主的运动传 动 机械传动是最常见的一种传动形式 方案一方案一 摩擦轮 圆锥直齿轮 由电动机通过一级摩擦轮传动 一级圆锥直齿轮传动 方案二方案二 V 带 蜗轮 蜗杆传动 机构示意图如图 1 所示 由电动机通过一级 V 带传动 一级蜗轮 蜗杆传动带动 方案三方案三 V 带 螺旋齿轮传动 由电动机通过一级 V 带传动 螺旋齿轮传动带动 选择运动方案 选择运动方案 1 1 摩擦轮机构与摩擦轮机构与 V V 带传动机构带传动机构 摩擦轮机构 优点 传动平稳无噪声 有过载保护作用 缺点 轴与轴承受力较大 工作表面有滑动 而且磨损较快 高速 传动时寿命较低 V 带传动机构 优点 V 带传动是具有中间挠性件的一种传动 能缓和载荷冲击 运行平稳 无噪声 制造和安装精度不像啮合传动那样严格 过载 时引起带在带轮上打滑 缺点 有弹性滑动和打滑 使效率低下和不能保持准确的传动比 同步带传动是靠啮合传动的 所以可以保持传动同步 传递同 样大的圆周力时 轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大 带的寿 命较短 综合比较 可以确定应选用一级 V 带传动机构传动 2 2 圆锥直齿轮 蜗轮蜗杆传动与螺旋齿轮传动 圆锥直齿轮 蜗轮蜗杆传动与螺旋齿轮传动 圆锥直齿轮传动特点 用来传递两相交轴的运动 圆锥直齿轮传递 的圆周速度较低 曲齿用于圆周速度较高的场合 蜗轮蜗杆传动特点 传动平稳无噪音 结构紧凑 传动比大 可做 成自锁蜗杆 螺旋齿轮传动特点 常用于传递既不平行又不相交的两轴之间的运 动 但其齿面间为点啮合 且沿齿高和齿长方向均有滑动 容易磨 损 只宜用于轻载传动 综合比较 可以确定应选用一级蜗轮传动 最终选定的方案是方案二 2 2 执行机构设计执行机构设计 由电动机通过一级带传动 一级蜗轮传动带动一曲柄摇杆机构 ABCD 再通过一级齿轮传动带动屏幕左右晃动 为了改变屏幕晃动幅度的大小 使之逐渐增大 并最终使屏幕 作连续回转 可采用如下三种方法来实现 1 摇杆长度不变 逐渐增大曲柄 AB 的长度 2 曲柄长度不变 逐渐缩短摇杆 CD 的长度 3 同时改变曲柄和摇杆的长度 但这样将使结构复杂 不足 取 可以通过下面两种情况在不停车的状态下改变曲柄或摇杆的长 度 如图 2 和图 3 所示 方案一 方案一 通过一个行星轮系和一个螺旋机构来改变曲柄 AB 的长 度 如图 2 所示 优点 传动平稳无噪音 减速比大 可实现转动与直线移动互换 滑动螺旋可做成自锁螺旋机构 缺点 工作速度一般很低 只适应于小功率传动 方案二 方案二 通过一个行星轮系和一个凸轮机构来改变曲柄 AB 的长 度 如图 3 所示 优点 结构紧凑 工作可靠 调整方便 可获得任意运动规律 缺点 但动载荷较大 传动效率较低 根据设计要求和优缺点 该机构选定方案一 行星齿轮机构特点 传动比大 结构紧凑 工作可靠 制造和安装 精度要求高 其他特点同普通齿轮传动 行星轮系 曲柄销B 螺旋副 连杆 A 曲柄 图 2 改变曲柄长度方案之一 曲柄销B 连杆 圆 柱 凸 轮 图 3 改变曲柄长度方案之二 四 机构运动简图设计四 机构运动简图设计 1 机械工作原理图 见附图 1 A3 纸上 2 确定电动机的型号 设计传动系统并确定其传动比分配 传动机构的顺序 电动机 V 带传动 蜗轮传动 四杆 机构 屏幕 1 根据电动机的转速和设计要求 选取电动机的转速 n 1000r min 功率 1kw 屏幕的晃动是 10 次 min 则曲柄的转速 n 10r min 所以蜗轮的转速 n 10r min 确定传动机构的总传动比 为 i 1000 10 100 2 传动比的分配 选用二级减速 第一级采用 V 带传动选取带传 动比为 5 蜗轮蜗杆为第二级减速 传动比为 20 执行机构的顺序 蜗轮 行星轮系 螺旋机构 曲柄销 B 行星轮系 事实上 因角速度 2 是一个向量 它与牵连角速度 H 和相对角速度 H2 之间的关系为 2 H H2 P 为绝对瞬心 故轮 2 中心速度为 V2o r2 H2 又 V2o r1 H H2 H r1 r2 传动比为 i z1 z2 1 2 3 3 尺寸设计尺寸设计 1 传动机构 A V 带传动 d1 100mm d2 500mm 垂直距离 L 800mm B 蜗轮蜗杆设计 齿数模数 mm 压力角 0 直径 mm 蜗轮 202520500 蜗杆 12520100 C 圆柱齿轮设计 模数 mm 压力角 0 齿数直径 mm 齿轮 1 102020200 齿轮 2 102050500 D 行星轮系中的圆锥齿轮设计 模数 mm 压力角 0 齿数直径 mm 齿轮 1 102015150 齿轮 2 102030300 2 执行机构 A 曲柄摇杆机构 按给定的行程速比系数 K 设计四杆机构 已知 36 15 K 1 杆 CD 长 c 110mm 任取一点 D 作等腰三角形腰长为 CD 夹角为 作 C2P C1C2 作 C1P 使 C2C1P 90 交于 P 作 P C1C2的外接圆 则 A 点必在此圆上 选定 A 设曲柄为 a 连杆为 b 则 A C1 a b A C2 b a 故有 a A C1 A C2 2 以 A 为圆心 A C2为半径作 弧交于 E 得 a EC1 2 b A C1 EC1 2 曲柄改变机构 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 a 200mm b 1500mm c 1100mm d 1000mm 根据不同机构的特性分 析 a 的范围 对于曲柄摇杆机构 d 为机架 a 为曲柄 所以 a b c d 可得 a 500mm 即 200 a 500mm 对于双曲柄机构 d 为机架 b 为最长杆 d b 700mm a 为最长杆 a d b c 可得 a 900mm 即 700 ab c 可得 a 900mm C 根据以上的分析可以确定螺旋机构的长度 初定为 800mm 其中分为三段 300 200 300mm 中间 200mm 为无螺纹段 根据 s l 2 s 200mm H2 H r1 r2 传动比为 i z1 z2 1 2 所以螺旋机构的转速 n 5r min 取屏幕转动 10 周后 渐渐趋于静止 导程 l 30mm 4 4 作机构运动简图 见附图 作机构运动简图 见附图 2 2 A3A3 纸上 纸上 五 运动分析和设计五 运动分析和设计 首先 来看该机构系统的运动过程 根据机构运动简图 我们 可以看到 由电动机带动皮带轮的飞轮 1 再通过飞轮 2 减速传递 由电动机的转速 n1 1000r min 到飞轮 2 转速 n2 200r min 再带动一 级蜗轮蜗杆传动 蜗轮的速度降低到 n3 10r min 又通过四杆机构 ABCD 传动到齿轮上 齿轮 1 2 又起到传动和减速的功能最终由齿