游乐场木马旋转台总体方案及曲柄摇臂木马运动机构设计开题报告

1. 研究目的与意义

1.背景：游乐场木马旋转台是由旋转台支承装置与驱动装置两部分组成。由金属结构做成的旋转台支承于回转大轴承上，轴承内圈制造有内齿圈，并固定于机架上，轴承外圈连接旋转台；旋转台的驱动装置，一般采用电动机、制动器、减速器开式齿轮传动，可采用二至三套，它们固定于旋转台上。减速器伸出端的开式小齿轮与大轴承上的齿圈啮合，因齿圈固定，故而开式小齿轮绕齿圈做行星运动，并带旋转台转动。

2.意义：旋转木马是游乐场中的一种机动游戏。最早记录的旋转木马出现于拜占庭帝国时期，约1860年欧洲出现第一个以蒸汽推动的旋转木马。如今在各大小游戏场、商场等地方皆有各式旋转木马，供游人娱乐，所以对旋转木马的要求越来越高。

因此，对游乐场木马的研究设计非常有必要，既巩固了专业知识的学习，又培养了团队合作及独立工作的能力，为机械行业的学生提供了综合训练。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：

（1）进行调查研究、收集资料，分析工作原理，确定载重量、载重量至回转中心的半径（即工作幅度）、回转速度等设计数据。

（2）确定各组成部分的构造形式、主要尺寸，重点是旋转台体构造的总体设计方案。

3. 国内外研究现状（文献综述）

3.1旋转木马的分类

旋转木马是一款更新换代比较快的产品，其种类众多。如果按乘员数量来分，有8座、12座、16座、24座、36座等等，每一种都有特定的尺寸。旋转木马还可分为微型、小型、中型、大型或单层、双层、多层等种类。如今，可将木马设备两极分化为豪华旋转木马和简易旋转木马。转马游艺机，外形新颖，颜色绚丽，是青少年朋友们非常喜爱乘坐的游艺机。转马启动之后转盘匀速转动，形态各异的转马随之上下起伏，使游乐者产生纵马扬鞭、驰骋疆场的感觉。本设备适用于公园游乐场、少年宫、生活广场、社区等人口密集流动场所。

4. 研究方案

4.1旋转木马的金属结构架及总体布置设计方案

本次设计的是单层44座的豪华电动旋转木马，其金属结构架及总体布置方案如图14所示。通过调查研究，最终确定本次的设计数据如表1所示。

图14旋转木马总体布置方案图

表1设计数据

综合考虑，我们这次选择的是滚动轴承式回转支承装置，其尺寸紧凑、性能完善，可以同时承受垂直力、水平力和倾覆力矩，密封和润滑条件好，回转阻力小，是应用最广的回转支承装置。但它对材料及加工工艺要求高，损坏后不便修复。因此，为保证轴承装置正常工作，对固定轴承座圈的机架，要求有足够的刚度。这种回转支承装置实际上是一个扩大的滚动轴承，由内外座圈、滚动体及隔离体等组成。根据滚动体形状，这种回转支承装置可分为滚球式与滚柱式两类；根据滚动体排数又可分为单排、双排和三排等。旋转台的回转部分固定在大轴承的回转座圈上，而大轴承的固定座圈则与底架的顶面固定连接。

本次设计采用回转大轴承的支承方式，选用的是滚动轴承式回转支承装置（见图15），内齿圈用于固定及支撑作用，外圈旋转;。滚动轴承式回转支承

装置技术要求条件为：

（1）滚柱及钢球GCr15或GCr15SiMn制造，表面硬

度HRC61~65。滚柱直径精度等级为d级，不圆度为直

径公差之半。滚动体直径d≤80mm时表面粗糙度为0.2,

d>80mm时表面粗糙度为0.4。钢球为标准钢球，符合轴图15回转大轴承

承钢球标准。

（2）滚圈用50Mn、50SiMn及其它适用于表面淬火的钢材制造，毛坯不得有白点、裂纹；非金属夹杂硫化物不超过2.5级，氧化物不超过3级，晶粒度不大于6级，调质硬度HB197~241；化学成分和机械性能应符合有关标准。

（3）齿轮齿面根据使用要求，可以淬火（齿面硬度HRC≥50）或不淬火。

滚动轴承式回转支承装置的连接螺栓必须有足够的预紧力，其预紧力应达到螺栓材料屈服极限的0.5~0.7倍。滚动轴承式回转支承装置中应保证良好的润滑和密封，以提高它的使用寿命。通常采用迷宫式或耐油橡胶的密封圈来密封，润滑剂可采用二硫化钼与润滑脂的混和剂。大约工作50~100小时加一次油。

4.2旋转木马的驱动装置设计方案

本次旋转木马的驱动装置设计方案如图16所示。本次我们选用的是立式电动机、立式圆柱齿轮减速器传动，其主要传动元件有立式电动机，带制动轮联轴器。轴线垂直布置的立式减速器，以及最后一级齿轮（或针齿轮）传动。本方案的优点是平面尺寸紧凑，传动效率最高。

图16旋转木马驱动装置方案图

4.3旋转木马的安全装置设计方案

（1）缓冲器：本次设计选择的是空气弹簧气囊垫缓冲器，它是特殊设计的带特殊金属端封的合成橡胶曲形气囊，该曲囊由数层织物加强橡胶构成，在其标准结构中采用两层特殊的纤维绳。

图17空气弹簧气囊垫缓冲器

（2）防风装置：旋转木马的抗倾覆稳定性应满足各种不同的工况在最不利的载荷组合条件下，包括旋转木马自重在内的各项载荷对倾覆边的力矩之和大于或等于零，这样才可认为旋转木马是稳定的。

（3）超载限制器：起重量限制器和起重力矩限制器统称为超载限制器，是旋转木马上重要的安全保护装置。超载限制器由载荷传感器和控制装置两部分组成。

图18超载限制器电路框图

图19载荷传感器的安装方式

（4）限速装置：本次设计选择离心式限速器。该形式的限速器装在机构的传动轴上，重块随传动轴一起转动。当旋转木马的速度超过额定值时，重块在离心力的作用下飞出，转动轮毂与制动摩擦片互相压紧，从而使传动轴减速，因此旋转木马的速度能限制在一定的范围内。

图20离心式限速器工作原理示意图

（5）制动装置：本次设计选择的是带式制动器。其摩擦元件为包于制动轮外侧的挠性制动带。制动带一端是固定端，另一端是活动端。当拉紧活动端时，离合器即合闸。帯式制动器的优点是包角大，有利于增大制动力矩，可装在低速轴上，使机构布置紧凑。

图21帯式制动器

5. 工作计划

第一周完成英文翻译；收集、查阅文献资料，现场调研，汇报调研情况

第二周阅读资料、专著等，撰写开题报告初稿

第三周完成开题报告，经指导老师批阅合格并确认后上传至毕业设计管理系统