轨道车后座激振装置设计论文Word文件下载.docx
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1.2轨道历险车原理..........................................1
1.3轨道历险车的发展史......................................1
1.4轨道历险车分类..........................................3
1.4.1动力种类.........................................3
1.4.2轨道种类.........................................4
1.5国内外著名轨道历险车介绍................................5
1.5.1全球十大最惊险的轨道历险车........................5
1.5.2中国轨道历险车TOP10..............................6
第二章轨道历险车后座激振器
2.1激振器在轨道历险车中的作用..............................8
2.2激振器的分类............................................8
2.2.1惯性式激振器......................................8
2.2.2电动式激振器......................................8
2.2.3电磁式激振器......................................9
2.2.4电液式激振器......................................9
2.3轨道历险车后座激振器设计简介........................9
第三章总体设计
3.1电动机的选择...........................................10
3.1.1电动机类型的选择.................................10
3.1.2电动机功率的选择.................................10
3.1.3确定电动机的转速.................................10
3.1.4确定电动机型号...................................10
3.2偏心块的设计...........................................10
3.2.1偏心块的公式计算.................................11
3.2.2CAD软件求面积....................................11
3.2.3利用UGⅡ求偏心矩................................12
3.2.4偏心块的数值计算.................................13
3.3轴的设计...............................................14
3.3.1轴的材料选择.....................................14
3.3.2轴径初估.........................................15
3.3.3轴的结构设计.....................................15
3.4键的强度校核...........................................18
3.5轴承寿命计算...........................................18
3.6激振器的检查、维修.....................................19
3.6.1激振器的检查与保养...............................19
3.6.2激振器的常见故障及排除方法.......................19
总结......................................................21
致谢......................................................22
参考文献......................................................23
附录......................................................24
第一章绪论
1.1轨道历险车简介
轨道历险车,是一种机动游乐设施,常见于游乐园和主题乐园中。
一个基本的轨道历险车构造中,包含了爬升、滑落、倒转,其轨道的设计不一定是一个完整的回圈,也可以设计为车体在轨道上的运行方式为来回移动。
大部分轨道历险车的每个乘坐车厢可容纳2人、4人或6人,这些车厢利用勾子相互连结起来,就像火车一样。
1.2轨道历险车原理
轨道历险车[1]是一项富有刺激性的娱乐工具,那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷,如果你对物理学感兴趣的话,那么在乘坐轨道历险车的过程中不仅能够体验到冒险的快感,还有助于理解力学定律。
实际上,轨道历险车的运动包含了许多物理学原理,人们在设计轨道历险车时巧妙地运用了这些原理。
在刚刚开始时,轨道历险车的小列车是依靠一个机械装置的推力推上最高点的,但在第一次下行后,就再也没有任何装置为它提供动力了。
事实上,从这时起,带动它沿轨道行驶的唯一的“发动机”将是引力势能,即由势能转化为动能、又由动能转化为引力势能这样一种不断转化的过程构成的。
1.3轨道历险车的发展史
如果说美国有一个轨道历险车的摇篮,那么它就是纽约的科尼艾兰。
美国的第一部轨道历险车1884年在这里诞生。
对于轨道历险车迷来说,这里是他们的“麦加圣城”。
科尼艾兰仍保留着1927年建造的最早的木质轨道历险车“飓风号”(CrystalBeachCyclone)。
今天木质轨道历险车产生的神奇效果是在上个世纪20年代所无法想象的。
美国辛辛那提市附近的KingsIsland游乐园里面有一个“SonofBeast”——“野兽之子”木质轨道历险车(有钢支撑)开创了令人震撼的新高度,它高66米,长2143米,最高时速126公里,上下有65米的落差,造价据估计2000万美元,能同时供3辆轨道历险车运行,每辆可载36人动,从而增加了一种向两侧的运动。
而在悬挂翻转式轨道历险车中,悬挂的列车则稳固地连接在轨道上,使设计师能更准确地控制车厢的运动方式。
与木制轨道不同,钢管轨道不是由各个小部件组装而成的。
与使用预制钢梁的摩天大楼类似,它是由一些曲线型的大型模块预制的。
通过钢制造工艺可生产出平滑的曲线型轨道,使轨道历险车能沿轨道坡度向各个方向运动。
在木制轨道历险车中,当车体滚过连接木制轨道各部件的接头时会发出嘎嘎声,使运行过程产生停顿感。
而在钢制轨道历险车中,轨道的各个部件被完美地焊接在一起,使车体的运行极为平稳。
任何一位轨道历险车爱好者都会告诉您,每种感受都有与众不同的魅力。
1.4轨道历险车分类
1.4.1动力种类:
(1)链式提升器
正如我们先前看到的那样,轨道历险车列车本身没有电动机:
在运行过程感应电动机利用电磁体在轨道上方和列车下方各造出一个磁场,并使两个磁场互相吸引。
电动机移动轨道上方的磁场,牵引着后面的列车以极高的速度沿轨道移动。
这种系统的主要优势在于它的速度、效率、耐用性、准确性和可控制性。
水压动力轮(HydralicLaunchingSystem)出现在英特敏公司生产的轨道历险车中。
这是一个带钢缆的滑块,由水压驱动的飞轮带动。
发射时,滑块卡在列车的下面,由高速转动的飞轮快速拉动滑块和列车一起冲出去。
到发射区段终点时,滑块与列车脱钩,列车则依靠所得的动能冲上约100米的高度。
FrictionWheel这种轨道历险车使用几十只转动的轮子(FrictionWheel)来推动列车,使之爬上提升山坡。
这些轮子沿着轨道排成相邻的两列。
它们将列车的底部(或顶部)卡在中间,推动列车前进。
经常会用在爬升坡带转弯的时候使用(因为链条无法在水平面上横向转弯)或者在链式提升器之前为列车调整速度使其能够与链条的速度相等。
而在奥兰多环球影城的绿巨人轨道历险车,高的高坡,用水压动力轮或者LIM驱动轨道历险车冲上大约100米的高坡或者其他轨道元素,该种轨道历险车目前保持着全球最高轨道历险车的桂冠。
飞天滑板:
一种冲浪板形的轨道历险车,用LIM驱动,在U形的轨道上来回穿梭。
球体轨道历险车:
一种座位在车的两边,并可自由旋转的轨道历险车。
轨道长度一般不超过200米。
和缓轨道历险车:
一种落差,坡度,速度都不是很大的轨道历险车,占地较小,适合儿童乘坐。
大水管:
一种能溅起极高的,无法抵挡的水花的轨道历险车,一般整个轨道历险车建筑都建造在水池中,并且长度不长。
跳水机器(又称垂直下坠轨道历险车、跌落式轨道历险车):
带有超宽的车厢,一般一排8到10人,有90度的垂直下坠,而且通常在下坠之前有一个带链条的间隔刹车(临近90度斜坡前有短暂的停止,然后突然向下冲)。
(2)悬挂式轨道
翻转脉冲轨道历险车:
用LIM驱动在两个垂直轨道之间来回穿梭。
翻转轨道历险车:
循环式轨道,多次翻转,这种车悬在轨道下方,无地板,乘坐时脚悬空,让乘客感觉像乘坐坐急速扭转的战斗机一般。
飞行轨道历险车:
B&
M的招牌轨道历险车之一,人们趴着乘坐此种轨道历险车,并可以自由张开双臂,就像飞行的鸟一样。
悬吊摇摆轨道历险车:
一种转弯的时候会自行产生离心运动,车厢可自由摆动的轨道历险车
1.5国内外著名轨道历险车介绍
1.5.1全球十大最惊险的轨道历险车
度:
80公里/小时,运行时间:
1分32秒,特点:
360度回环/眼镜蛇回环/双螺旋环/四重中心轴回环(零重力回环),座舱载客量2列车,每列车有7个座舱,每个座舱2排座位,每排坐2人,每列车共载28人。
撕裂星空(StarryNightRipper)环球动漫嬉戏谷(中国江苏常州), 高度:
40米,长度:
855米,最高速度:
96千米每小时,反转数:
5。
笑傲飞鹰(ScreamingCondor)六福村主题公园(台湾新竹),发射系统:
线性马达发射系统,长度:
192米,高度:
56米,环数:
无,速度104公里/小时,最大垂直角度90度,座舱载客量1列车,每列车有14个座舱,每个座舱坐2人,每列车共载28人。
水晶神翼(CrystalWings)北京欢乐谷,高度:
32米,俯冲距离:
30米,环数:
2个,速度:
81公里/小时,特点:
24米高的柏特索回环/马铁蹄回环/360度轨道内回环。
冲疯飞车(InsaneSpeed)剑湖山乐园(台湾云林),长度:
815米,俯冲距离:
40米,环数:
4个,速度:
85公里/小时,特点:
360度回环/跳水式回环/联锁式螺旋环,座舱载客量:
每列车有7个座舱,每个座舱坐4人,每列车共载28人。
蓝月飞车(Mega-Lite)上海欢乐谷(上海松江区),成都欢乐谷(成都),造价:
约1亿元人民币,最大运载能力:
810乘客/每小时,长度:
755m,高度:
32m,落差:
30.5m,反转数:
0,速度:
90千米每小时,最大垂直下落角度:
70度。
悬挂式轨道历险车(SLC)苏州乐园(江苏苏州),每小时运载量:
500人,长度:
786米,高度:
31米,环数:
5个,速度:
72公里/小时,运行时间:
1分50秒,离心力:
5G,特点:
外翻/外螺旋环/双重内螺旋环,1列列车,每列车有10个座舱,每个座舱坐2人,每列车共载20人。
部分,激振器起着决定性的作用,利用它自身所产生的激振力作用于轨道历险车的后座部位,让乘客感受到仿佛历险车要通过山路的真实感觉,是整个历险过程更具刺激性。
2.2激振器的分类
按激励型式的不同,激振器分为惯性式、电动式、电磁式、电液式、气动式和液在振动机械中还广泛采用一种自同步式惯性式激振器。
这种激振器的两根转轴分别由两台特性相近的感应电动机驱动,而且不用齿轮,依靠振动同步原理使两个带偏心块的转轴实现等速反向回转,从而获得单向激励力。
图2-2
2.2.3电磁式激振器
将周期变化的电流输入电磁铁线圈,在被激件与电磁铁之间便产生周期变化的激励力。
振动机械中应用的电磁式激振器(图2-3)通常由带有线圈的电磁铁铁芯和衔铁组成,在铁芯与衔铁之间装有弹簧。
当向线圈输入交流电,或交流电加直流电,或半波整流后的脉动电流时,便可产生周期变化的激励力,这种激振器通常是将衔铁直接固定于需要振动的工作部件上。
图2-3
2.2.4电液式激振器
利用小功率电动激振器带动液压伺服阀,控制管道中的液压力介质,在液压缸中的活塞上便产生很大的激励力,从而使被激件获得振动。
的转轴连接为一体,缓解了电机所受到的振动,降低了对永磁电机和激振装置的加工装配精度要求,从而使电机的使用寿命大大延长,激振器的可靠性得以保证,整机的使用范围得以拓宽。
3.1电动机的选择
3.1.1电动机类型的选择:
Y系列三相异步电动机[3](工作要求:
连续工作机器)
3.1.2电动机功率的选择:
(1)激振器装置的总功率:
=0.318kw
(2)电机所需的工作功率:
=W/1000
=3000/1000×
0.318=0.954kw(3-1)
Y80M2-2
1.1
2.5
2830
77.0
0.86
2.2
7.0
2.3
Y90S-2
1.5
3.4
2840
78.0
0.85
Y90L-2
4.8
80.5
Y100L-2
3
6.4
2880
82.0
0.87
Y112M-2
4
8.2
2890
85.5
Y132S1-2
5.5
11.1
2900
0.88
2.0
Y132S2-2
7.5
15
86.2
Y160M1-2
11
21.8
2930
87.2
Y160M2-2
29.4
88.2
图3-1
面积:
(3-2)
偏心距:
式中:
—偏心块大院圆弧弦长;
—圆偏心块就成为如图3-1中的(c)图,其面积比较简单,即大半圆面积再加上小半圆面积再减去中间孔的面积。
面积求出后乘以厚度和比重就得出质量,再乘以偏心距就可以求出偏心距。
3.2.2CAD软件求面积
用公式计算时计算量很大,数据很多,容易出现失误。
随着计算机应用的普及,利用CAD二维绘图软件[5]中求封闭图形面积的功能可以很快捷地求出偏心块的面积。
再用偏心距的公式求出偏心距。
用这种方法可以社区不少的计算量,但仍需耗费不少的精力。
。
图3-2
图3-3
在InteCAD可以利用一下菜单求出偏心块的面积,“辅助绘图→制图辅助工具→求封闭图形面积”。
3-5所示。
图3-4
图3-5
最后按以下步骤求偏心矩和质量,“分析→质量→使用实体计算…”,出现“质量分析”对话框,按“确定”后出现一个精度对话框,再按“确定”后就可以选择要分析的实体,在此全选;
在接下来的对话框中选“面积/体积/质量”就可以看到质量项,后退回去选“质心/第一力矩”就出现了各个方向上的偏心距和偏心矩的数值。
显示的数值单位是以克和毫米为单位,要注意单位换算。
3.2.4偏心块的数值计算
为了更加准确、可靠的取得偏心块的结构数据[7],在此将要用三种方法计算偏心块的数值,取其最优者作为加工制造的数据。
(1)公式法:
固定偏心块:
面积:
质量:
偏心距:
偏心矩:
活动偏心块:
三块偏心块叠加(2块固定,1块活动):
质量:
偏心矩:
三块偏心块相减(2块固定,1块活动)
质量
偏心矩:
(3)UGⅡ软件直接法
从上述三种方法计算得出的偏心矩来看,这三个数相差不大,误差在1%以内,而由此计算出的振幅和激振力也是一样的,然而在CAD求封闭面积的方法中没有考虑到偏心块的外沿倒角是造成相差的原因,而在公式法中更是将圆角都没有考虑进去,所以所得的数据应以UGⅡ软件直接法的数据最为可靠。
联轴器与轴、轴承与轴的周向定位均采用平键联接及过盈配合。
根据设计手册,并考虑便于加工,取在联轴器出的键剖面尺寸为b×
h=4
×
3,配合均采用H7/k6;
滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制,轴的尺寸公差为k6,如图所示:
图3-6
(3)确定各段轴径直径和长度
轴径:
从联轴器开始向左取d1=12mm;
d2=30mm;
d3=25mm;
d4=20mm;
轴长:
取决于轴上零件的宽度及他们的相对位置。
联轴器与轴配合长度
;
选用7231C轴承,其宽度为B=8mm;
考虑到箱体的铸造误差,装配时留有余地,取滚动轴承与箱体边距为s=5mm;
轴肩长度为4mm,偏心块在轴身上安装的长度为193mm,轴左端与轴承配合长度为20mm。
根据以上考虑可确定每段轴长,并可计算出轴承、联轴器间的跨度。
L=20+4+193+2+26=245mm
图3-7
2、绘制水平面弯矩图(如图3-8)
轴承支反力:
RHA=RHB=Ft/2=1985N
由两边对称,知截面C的弯矩也对称。
截面C在水平面弯矩为
MHC=RHAL/2=1985×
54.5=108182.5N•mm
图3-8
3、绘制垂直面弯矩图(如图3-9)(左旋)
RVA=Fr/2+FXd1/2L=1470/2+916.23×
225/2×
109=1596.89N(3-3)
RVB=Fr/2-
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