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机械原理课程设计

说明书

设计题目:幻觉式游乐机传动系统设计

专业机械设计

班号

设计者

指导教师

完成时间

1.1

设计题目

某游乐场欲添设一新的游乐项目。该项目是在一暗室中，让一个画有景物的

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，最后屏幕竟然旋转起来，转数圈之后，屏幕渐渐趋于静止。

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，观众将产生一个

错觉，他们不认为是屏幕在晃动，反而认为是他们自己在晃动，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。

现要求设计一机械传动装置，使屏幕能实现上述运动要求。其设计技术要求

如下：

1）屏幕的尺寸为长4m和宽3m，屏幕的几何中心为其转动中心；屏幕由

静止开始晃动时的摆角约60°，每分钟晃动次数约10～12次，屏幕由开始晃动

到出现整周转动，历时约2～3分钟，约转10多周之后，屏幕由渐趋静止；屏幕

摆动幅度应均匀增大即呈均加速度的趋势。

2）整个游乐装置欲利用一个交流异步电动机带动，其同步转速可选为

750r/min或1000r/min或1500r/min。电机的功率这里暂先可以不考虑因。屏幕

及其机械系统设计的等效转动惯量较小，可以不考虑其动力学问题，故仅对其作

运动设计。

3）每一次游乐为一个运动循环。每次游乐开始可由手动操作通过离合器来

控制，接下来整个运动由机械自动完成。在完成满足上述游乐基本运动要求前提

下，最好能增设屏幕晃动摆角、晃动次数和转动次数以及速度大小可调节的一些

功能。

1.2机械系统的方案拟定

1.2.1工作原理

幻觉式游乐机是一种通过一定的机械装置实现暗室中，一个画有景物的屏

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，最后屏幕旋转起来，转数圈之后，屏幕渐渐趋于静止的有惊

无险的游乐项目。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，

观众将产生一个错觉，他们不认为是屏幕在晃动，反而认为是他们自己在晃动，

并且晃动的越来越厉害，最后竟旋转起来。

我们设计的幻觉式游乐机由三部分组成。

第一部分减速机构，如图一所示。本设计题目中给的电动机的转速是比较

大，而我们所需要的速度很低（每分钟十几转的速度），在本设计中我们使用了

两个行星轮系（齿轮1、2、3、4和11、12、13、14）。机构本身的尺寸也很小。

并且齿轮传动传动比精确，有利于实现精确传动。

图一

第二部分是换向机构。如图二所示为了实现曲柄的正反转，我们使用了凸

轮，以及滑动齿轮作为换向机构通过适当调节凸轮的转速就可以实现比较精准的

换向。在换向减速机构中，通过与电动机直接相连的行星轮系将转速降低，提供

给系统合适的转速。换向机构由锥齿轮与其相连的凸轮组成，通过锥齿轮5和锥

齿轮6、7啮合使得锥齿轮6、7的转向相反，与锥齿轮相连的齿轮8、9的转速

相反。凸轮十七的转动使杆19左右摆动，推动凸轮齿轮10在轴上左右移动，适

当的控制凸轮的轮廓，就可以使的齿轮10分别与齿轮8、9啮合，实现速度方向

的变换。

图二

第三部分是本次设计中最主要的一部分。如图三执行机构我们采用对心曲

柄滑块机构。幻觉式游乐机工作时，执行部件中固定的齿轮通过可以左右水平运

动的齿条带动，齿条充当着曲柄滑块中滑块的角色。在执行部件中曲柄是原动件，

它的运动规律收到槽轮限制。初始时刻当曲柄顺时针运动时，由于槽轮的限制作

用曲柄的实际工作长度逐渐变长，每转动一周齿条的的行程逐渐变大，反映在齿

轮上齿轮的摆角逐渐增大并最终通过合适的曲柄长度和齿轮半径比实现齿轮的

周转运动。

图三

1.2.2执行构件及其运动设计

通过我们住的成员讨论后，执行构件的设计方案有三种。

方案