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中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计 题目 游乐设施行走装置的设计 系 别 工程技术系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 张玉琴 学 号 05208303 指导教师 孙晓燕 职 称 助教 2012 年 5 月 7 日 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 摘 要 本课题是关于游乐设施行走装置的设计， 游乐设施是指用于经营目的，在封闭的区域内运行，承载游客游乐的载体。 本设计包含有两种运动：行走装置摆动和旋转。往复摆动的传动路线是：直流电机皮带传动链传动驱动轮。行 走装置旋转采用机械传动，传动路线是：直流电机带传动减速器齿轮回转支承装置行走装置。 本文分两部分，设计说明书和设计计算书。设计说明书介绍了华夏飞碟行走装置 的背景和发展趋势及设计依据和设计方案。设计计算书阐述了华夏飞碟 运行驱动装置计算、主要受力零件强度计算、主要受力零件疲劳强度的校核 等。 关键词： 行走装置； 运动； 受力； 计算 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 is of is in a of is dc dc to is of 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 目 录 . 1 的 . 1 . 1 .运动方案及工作原理 .结构方案 . 设计计算书 . 5 . 5 . 5 . 5 . 6 . 7 . 7 . 8 . 10 .销轴 . 13 . 13 . 14 . 14 . 14 . 18 . 15 . 16 参考 文献 . 17 致谢 . 18 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 1 绪论 言 这次设计是对大学所学课程的一次深入的综合性的连接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力 ， 初步 掌 握 设计 行走装置 的基本原理和方法，拟订 设计方案，完成行走机 构的设计 ，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。 由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师多加指教。 计目的 本课题是关于游乐设施行走装置的设计， 游乐设施是指用于经营目的，在封闭的区域内运行，承载游客游乐的载体。随着科学的发展，社会的进步，现代游艺机和游乐设施充分运用了机械、电、光、声、水、力等先进技术。 本课题的设计目的是了解和掌握游乐设施中行走装置的结构及其工作原理，对行走装置运动方案的设计 ,对主要零件轴、车轮、大 小皮带轮进行结构设计，对其他零件进行结构和选型设计，对其关键部件进行强度计算分析和校核，行走装置的总体设计和行走装置零部件的设计计算。 展趋势及背景 我国游乐业起步较晚， 20 世纪 80 年代以前，现代大型游乐设施在我国几乎是一片空白。往前可追溯到 1951 年由北京机械厂设计制造，安装在北京中山公园的电动小乘椅，那可能是我国的第一台游艺机。 20 世纪 80 年代初，随着改革开放的深入，国民经济迅速发展，人们生活水平不断提高，人们对游乐活动的需求也越来越旺盛。在这种形势下，山东、江苏、浙江温州等地开创出各种户外游乐 设施，在国家政策鼓励下，各个企业迅猛发展，产品远销国外，被称之为中国教玩具之都。随着游乐业的发展，我国的游乐设施无论从设计到制造水平都不断提高。品种也越来越多，从旋转类到滑行类，从有动力到无动力，从固定式到移动式，从地面到空中，从室内到室外，从以前的单一型向综合型都在转变。 研发过程中存在的实际问题，根据行走装置乘坐人数、所在轨道长度和半径及转盘转速最大运行速度等 ，基于力学分析，对行走装置运动情况加以分析、深入研究。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 计依据 法规和标准 游乐设施安全技术监察规程（试行） 艺机和游乐设施安全 行类游艺机通用技术条件 械设备安装工程施工及验收通用规范 机械设计手册 主要技术参数 整机技术参数 乘坐人数： 22 人 轨道长度： 约 31 米 轨道半径： 16 米 轨道最大高度： 轨距： 水平轮和轨道的水平控制间隙 5 10脱轮和轨道的上下控制间隙 5 8盘外缘直径： 转盘转速： 8 转 /分钟 瞬时最大运行速度： 8 米 /秒（ h） 上下微摆最大幅度： 上下微摆频率： 3 次循环 /分钟 (次 /20 秒 ) 飞碟沿轨道摆动驱动电机 7流电机 转盘旋转驱动电机 1流电机 用电功率： 约 70 千瓦 电源要求： 三相交流 380/220V 5%； 占地面积： 约 29 米 10 米 整机使用寿命： 8 年 计方案 动方案与工作原理 华夏飞碟包含有两种运动：整体摆动和座舱旋转。 华夏飞碟是座舱整体沿圆弧形轨道做往复摆动。为了使结构紧凑，传动链短，拟采用自驱式，利用驱动轮和轨道的摩擦力来实现。 与交流电机相比，直流电机有起动力矩大、机械特性好、调速方便、可频繁换向等优点。故选用直流电机作为动力源。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 往复摆动的传动路线 （图 1） 是：直流电机皮带传动链传动驱动轮。 图 1： 行走装置摆动路线 座舱旋转采用机械传动，传动路线是：直流电机带传动减速器齿轮回转支承装置座舱。 构方案 该设备主要由以下几部分组成： 轨道支架 （图 2） 由立柱、轨道等组成。立柱和立柱之间由连接结构连接，立柱上端有连接板和轨道相连，以支撑轨道。轨道共三条，中间为驱动用轨道，两侧为行走轨道。驱动轨道由轨道支撑管支撑，在驱动轨道上铺有花纹板以增大摩擦力。行走轨道两端设有防撞挡块，以保安全运行。 行走装置 （图 3） 由底架、轮组等组成。底架主要有框架和套筒两部分，用螺栓连接在一起。在框架上安装有实现摆动的运行驱动装置。套筒上端和回转支承的内圈相连。轮组有行走轮和水平侧轮，水平侧轮用以导向。 回转装置 （图 4） 由回转驱动装置和回转套筒两部分组成。回转套筒和回转支承的外圈连成一体。回转驱动装置减速器输出端的小齿轮和内齿圈啮合，以实现座舱的转动。 平台 由平台支架和内连接架组成。平台上安装着座椅，在座椅上设置有扶手、保险压杠和安全带，可保障乘客安全。 站台 为钢结构件。用做乘客上下。 电气装置 用来控制设备的运行。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 6 30 0 0 0 2 7 0 0 2 7 0 02 7 0 09 . 5 1 9 . 5 1 9 . 5 1 3 . 1 7 9 . 5 1 1 53 7 2 0 3 0 1 5 3 7 2 09 . 5 1 9 . 5 1 A 0 62 4 2 7 01 . 3 4 6 7 8 95 4321图 2： 轨道支架 图 3： 行走装置 图 4： 回转装置 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 2 设计计算书 行驱动装置计算 机的选择 电机选 P=37n=1500r/ 带传动 输入功率 P=40入转速 n=1500r/计功率 Pd=p=40=48据 (机械设计课本 表 8n，普通 表 8 带轮的选择 小带轮 00带轮 00 8带速的计算 V= 0 1000=15.7 m/s 带长的选择 ： 初定中心距取 600的基准长度： （ +（ 2/4 3200+942+据普通 216 8 实际中心距： a= （ 2=a+带轮的包角 =180 （ 单根 1： 由普通 1= 8 P= 8 Z= P） L=中 包角修正系数， 8带长修正系数， 8 取 Z=7根 单根 00 1） /ZV+500 48（ （ 7 +用在轴上 的力： /2） =5765N /2） =8647N 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 传动 电机功率 P=40传动的效率为 = 传递的功率为 P=40 8.4 机转速 n=1500r/的传动比为 i=400/200=2 输入的转速为 500/2=750 r/轮齿数： 7 57 链条的传动比为 i=57/17=计功率 Pd=p=7.6 ： 特定条件下单排链传递的功率 = =38 中 小链轮齿数系数，取 9 排数系数，取 排取 据 6A，节距 P=定中心距 80节距计的初定中心距 80/条节数 （ 2k/（ 17 57） /2 2 链节数 00 链条长度 L： L= 000=100 000=算中心距 （ 2 2 100 17 57） 83际中心距： a= a=783（ 取 a=780条速度 v； v=0 1000=17 750 0 1000=s 有效圆周力 000P/v=1000 111N 作用在轴上的力为 F=7111=12800N 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 要受力零件强度计算 图 5： 轴 该轴按简支梁计算，所受载荷为： a) 轴上设备自重： 10042 894 530） = 7450设备总重轨道支架重量站台重量 4个轮组重量） b）乘员重： 0 22=1540kg c）座舱摆动造成的离心力： p3=（ 7450+1540） 82/16=35960虑满载情况，则该轴主要承受：设备自重、乘员重，设备和乘员在座舱摆动时产生的离心力。 此时单轴受力为： P=（ p1+p2+（ 7450 1540 35960） /4=矩图、剪力图如下： 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 R 12 2 0 82 6 2 6弯矩： x/2=26/2=力： Q= =55064N 弯曲应力： ) 式中 动载系数， W 抗弯截面模量， W= 703/32=33674 (3674)=应力： = )=55064/( 702/4)=料选用 45钢调质， b=650 N/ b=325 N/弯安全系数： n 弯 =650/5， 满足要求。 抗剪安全系数： 325/5 5， 满足要求 走轮轴 图 6： 行走轮轴 作用在轴上的载荷： F=P/2=55064N 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 弯矩图、剪力图如下示： R 1 29 01 4 42 7 2 7弯矩： x/2=55064 27/2=743364力： Q= 5064/2=27532N 弯曲应力： ) 式中 动载系数， 抗弯截面模量， W= 2 W =503/32=12272 (743364/12272)=应力： = )=(27532 4/ 502)=21N/料选用 45钢调质， b=650 N/ b=325 N/弯安全系数： n 弯 =650/5，满足要求。 抗剪安全系数： 325/21=5 满足要求。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 侧轮轴 图 7： 侧轮轴 该轴主要承受 a)克服座舱旋转起动时产生的反作用扭矩力 F1 b)极端偏载情况下由 11名乘客随座舱旋转造成的离心力 转支承上的扭矩 T=9550 (n m) N 输入功率 kw n 输入轴转速 r/ 工况系数 取 1.0 i 总传动比 i=9 97 减速机传动比 9 摩擦轮传动比 000/300= 总机械效率 取 =9550 11 180 17 93/（ 125 1480 21） 156N m 设侧轮的反作用力矩为 T=L L 前后侧轮轴距 ; L=用在轴上的反作用力为： 156/460N 乘客旋转离心力 f2=70 (8/60 5)2/202N 11名乘客平均离心力按 f=(2) /21202=850N 1 f=11 850=9350N 单个侧轮轴总受力 F=（ 2） /2=(2460+9350)/2=5905N 弯矩图、剪力图如下示 ： 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 0弯矩： 905 110=649550力： Q= 5905N 弯曲应力： 式中 动载系数， 抗弯截面模量， W= 2 W =523/32=13797曲应力： 649550/13797=应力： = A=5905 4/( 522)=料选用 45钢调质， b=650 N/ b=325 N/弯安全系数： n 弯 =650/5 满足要求。 抗剪安全系数： 325/8 5 满足要求。 间轴 图 8： 中间轴 该轴主要承受由皮带和链条对其产生的径向力及所传递的扭矩。 皮 带对其产生的力 647N 链条作用在轴上的力为 2800N 其扭矩为： T=9550 40 400/（ 200 1500） =509N m 弯矩图、剪力图及扭矩如下示： 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 F 11 7 01 1 32 1 . 5 2 1 . 5校核距右端支撑 其弯矩为 M=8647（ 170 =1284080剪力为： Q=8647N 其扭矩为： T=509N m 弯曲应力： M 式中 动载系数， ； W 抗弯截面模量， W= 2 W =703/32=33683曲应力： 284080 2/33683=转剪应力： n=T n =2W=2 703/32=67366 n=509000 2/67366=成应力为 ： 合 =（ 1/2=， b=650 N/ 抗弯安全系数： 650/ 5，满足要求 剪应力校核 校核距左端支撑 剪力： Q =12800N 剪应力： =4Q/（ =4 12800 2/（ 702） =料选用 45钢调质， b=325 N/剪安全系数： 325/5 满足要求。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 轴 该轴按简支梁，所受载荷如下： 设备质量包括有：上罩与座椅架 520 座椅 导电装置 m 电 =16 平台与栏杆 m 平 = 回转装置 m 回 =1270连接套筒 293压杠装置 660 m=取 m=5538设备自重： 538员重： 0 22=154015092N 座舱摆动造成的离心力： 1540+ 5538） 82/16=28312虑满载情况，则该轴主要承受的力有：设备自重、乘员重，设备和乘员在座舱摆动时产生的离心力。 则该轴受力为： P=（ p1+p2+（ 15092 ： Q= P/2=346822/2=173411N 剪应力： = A=173411 4/( 552)=中 动载系数， 料选用 42 b=648 N/剪安全系数： 648/5， 满足要求 架与支架 连接螺栓强度校核 如前述该连接处受力为 P=（ p1+p2+（ 7450 1540 35960） /4=用单个螺栓上的载荷： F=P/2=55064N 查表： 45000N 抗拉安全系数： n=445000/( 式中 动载系数， .5 n=342000/5064=5, 满足要求 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 要受力零件疲劳强度的校核 该轴按有限寿命计算。其疲劳安全系数为： n= （ ） 式中 有限寿命疲劳极限， 1（ ） 1/9 1 持久极限， 1=270 o 循环基数， 5 106 N 疲劳应力循环次数，设每天工作 4小时，每小时运行 10次。该轴寿命为 2年，则 N=10 4 365 2=29200，取 N=29200 70（ 5 106/29200） 1/9=478 有效应力集中系数，依 D/d=80/70=r/d=1/70= = 尺寸系数，查表得 = 表面加工系数， = 最大名义应力， n=478/ = 行走轮轴 该轴按有限寿命计算。其疲劳安全系数为： n= （ ） 式中 有限寿命疲劳极限， 1（ ） 1/9 1 持久极限， 1=270 o 循环基数， 5 106 N 疲劳应力循环次数，设每天工作 4小时，每小时运行 10次。该轴寿命为 4年，则 N=10 4 365 8=116800 70（ 5 106/116800） 1/9=409 有效应力集中系数，依 D/d=60/50=r/d=1/50= = 尺寸系数，查表得 = 表面加工系数， = 最大名义应力， n=409/ = 侧轮轴 该轴按有限寿命计算。其疲劳安全系数为： n= （ ） 式中 有限寿命疲劳极限， 1（ ） 1/9 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 1 持久极限， 1=270 o 循环基数， 5 106 N 疲劳应力循环次数，设每天工作 4小时 ，每小时运行 10次。该轴寿命为 8年，则 N=10 4 365 8=116800，取 N=116800 70（ 5 106/116800） 1/9=409 有效应力集中系数，依 D/d=60/52=r/d=1/52= = 尺寸系数，查表得 = 表面加工系数， = 最大名义应力， n=409/ = 中间轴 该轴按有限寿命计算。其疲劳安全系数为： n= （ ） 式中 有限寿命疲劳极限， 1（ ） 1/9 1 持久极限， 1=270 o 循环基数， 5 106 N 疲劳应力循环次数，设每天工作 4小时，每小时运行 10次。该轴寿命为 8年，则 N=10 4 365 8=116800，取 N=116800 70（ 5 106/116800） 1/9=409 有效应力集中系数，依 D/d=75/70=r/d=1/70= = 尺寸系数，查表得 = 表面加工系数， = 最大名义应力， n=409/ = 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 3 小结 我的毕业设计做的是游乐设施的行走装置，主要是传动装置的设计和主要受力零件的计算 。在设计过程中我也发现所设计的装置的不足，如体积太大，不是很轻便，这对行走装置是很不利的，同时原材料耗费也很大 。 整个设计过程是对四年来所学知识的总结而且在原来的基础上需学会融会贯通将以前所学的知识系统化运用到所做的设计中。在 传动装置 设计时通 过老师的讲解我认识到设计的重点结合现实的加工条件做出最低成本、最大使用价值的设计。同时我们也认识到我们所学的知识太零散化而且很多都只是学习了皮毛没有深入地研究导致运用的时候只是照搬不能根据加工要求灵活改变 。 通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验而且也是对自己能力的一种提高。通过 这次毕业设计 使我明白了自己原来所学的知识还比较欠缺自己要学习的东西还太多学习是一个长期积累的过程在以后的工作、生活中都应该不断的学习努力提高自己知识和综合素质 。 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 参考 文献 1 孙桓 M高等教育出版社 ,2006. 2 濮良贵、纪名刚主编 西北工业大学 1985. 3 刘鸿文 M高等教育出版社 1月 4 数字化手册委员会 件版） . 5 哈尔滨工业大学理论力学教研室 M2002. 6 全国索道、游艺机及游乐设施标准化技术委员会 安全技术监察规程（试行） J. 国家质量监督检验检疫总局 ， 2003 7 全国索道、游艺机及游乐设施标准化技术委员会 艺机和游乐设施 安全 J 中国标准化杂志 ，2002 8 全国索道、游艺机及游乐设施标准化技术委员会 行类游艺机通用技术条件 J 国家质量监督检验检疫总局 ， 2000 9 械设备安装工程施工及验收 通用规范 J机械工业部， 1998 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 致 谢 我要特别感谢我的指导老师 孙晓燕 老师的热情关怀和悉心指导。 老师以其渊博的学识、严谨的治学风范、高度的责任感使我受益非浅。 在我撰写论文的过程中， 孙晓燕 老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了 孙晓燕 老师悉心细致的教诲和无私的帮助 。 在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时 也得到了 许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。 感谢 所有关心、支持、帮助过我的良师益友 ！
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