游戏机机构运动

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1、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11、设计数据与要求12、设计任务2三、三、 运动方案设计运动方案设计21、传动机构设计2（1） 、方案一2（2） 、方案二3（3） 、方案三32、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72、设计传动系统并确定其传动比分配7 3、尺寸设计71）传动机构72）执行机构84、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

2、、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11、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

3、1012 次。 屏幕由开始晃动到出现整周转动，历时约 23 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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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=r2H2 又 V2o=r1H H2H r1/ r2 传动比为 i=z1/z2=1/23 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12520100C、圆柱齿轮设计模数（mm）压力角（0）齿数直径（mm）齿轮 1102020200齿轮 2102050500D、行星轮系中的圆锥齿轮设计模数（mm）压力角（0）齿数直径（mm

11、）齿轮 1102015150齿轮 21020303002）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 C2PC1C2，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 C1A C2)/ 2 以 A 为圆心，A C2为半径作 弧交于 E,得：a=EC1/ 2 b= A C1EC1/ 2、曲柄改变机构曲柄摇杆机构双曲柄机构

12、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=700mm a 为最长杆，a+db+c 可得 a900mmC、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, H2H 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（

13、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轮 2 带动屏幕按预定的速度运动。以上都是传动机构中起减速作用的机构。接着分析，执行机构的运动，执行机构分为四杆机构和改变曲柄 AB 长度的行星轮系+螺旋机构。执行机构则主要是使屏幕达到运动交替、转换、停歇（即摆动、旋转、停歇的平稳变换） 。下面主要分析执行机构的运动。对于四杆机构的变化规律，前面已经说明，主要是：曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构这样的变化，主要体现在螺旋机构上的螺母的位置，通过下面的直角坐标图 1、2 可以直观的看出以上所述。