科技展品傳動機構通用結構研究與分析

機科發展科技股份有限公司□王 越 高梅香 李志強 郝 利

1 引言

科技展品是科技館進行展覽教育的重要載體，主要通過其參與性、體驗性及互動性，激發科學興趣，啟迪科學觀念。為了增強展品的體驗效果，通常在展品中設置操作機構供體驗者操作，再通過傳動機構將運動和動力傳遞至展示機構，從而達到互動展示的效果。

通過對大量現有科技展品的傳動機構的調研，發現其實現的功能具有幾種典型的形式，但是在進行傳動機構設計時，需要針對每個展品單獨設計，具有設計周期長，并且無法保證設計合理性的缺點。本文通過對科技展品中常用的傳動機構的研究與分析，提出通用結構形式，達到縮短展品研發周期，提高傳動機構設計合理性的目的。

2 通用結構設計準則

科技館展品傳動機構種類繁多，形式多樣，因此要從眾多類型的展品中總結、分析和歸納出大部分展品都共同使用的傳動形式，從功能實現的角度，研究展品傳動機構通用結構，使其可以滿足大多數展品的傳動要求。

在對傳動機構通用結構進行設計時，需要遵循以下幾點設計準則：

1）從使用方 （觀眾）角度考慮，需確保安全性；

2）從制作方 （加工廠）角度考慮，需確保加工工藝簡單、經濟；

3）從管理方 （科技館）角度考慮，需確保便于維護、牢固耐用。

3 通用結構方案

科技展品的操作機構包括手輪、旋鈕、推桿等形式，其中90%以上為手輪旋轉輸入動力，因此，在傳動機構通用結構的輸入端均采用手輪轉動輸入形式。科技展品的展示機構包括旋轉、移動等形式，因此在傳動機構通用結構的輸出端采用旋轉和移動兩種輸出形式。

在對通用結構進行分類時，主要根據輸入端與輸出端的特點，體現出傳動機構起到的作用。通過分析與總結，最終確定平行軸傳動機構、交錯軸傳動機構、回轉變直線機構三類通用結構。由于科技展品外形尺寸差異很大，且操作機構與展示機構的相對位置任意組合，所以三種傳動機構均分為近距離傳動和遠距離傳動兩種方案，且在使用此通用結構時，借鑒此種傳動形式，并根據展品的實際情況調節具體的尺寸。

（1）平行軸傳動

平行軸近距離傳動機構結構簡圖如圖1所示。手輪輸入-齒輪傳動-齒輪傳動-轉動輸出。適用范圍：用于傳遞相對位置不遠的兩平行軸之間的運動和動力，推薦用于輸入與輸出軸距離100mm～500mm范圍。

圖1 平行軸近距離傳動機構

平行軸遠距離傳動機構結構簡圖如圖2所示。手輪輸入-帶傳動-齒輪傳動-轉動輸出。適用范圍：1）用于傳遞相對位置較遠的兩平行軸之間的運動和動力，推薦用于輸入與輸出軸距離300mm～800mm范圍。2）用于輸出旋轉轉盤直徑較大，輸出旋轉軸拆卸不方便的使用場合。考慮安裝、維修方便，當帶傳動的同步帶需要更換時，可以只拆卸第二級中間軸即可，不必拆卸結構復雜，尺寸和重量較大的輸出軸部分。

圖2 平行軸遠距離傳動機構

（2）交錯軸傳動

交錯軸近距離傳動機構結構簡圖如圖3所示。手輪輸入-齒輪傳動-齒輪傳動-錐齒輪傳動-轉動輸出。適用范圍：用于傳遞相對位置較近的兩交錯軸之間的運動和動力，推薦用于輸入與輸出軸垂直距離100mm～500mm范圍。

圖3 交錯軸近距離傳動機構

交錯軸遠距離傳動機構結構簡圖如圖4所示。手輪輸入-帶傳動-錐齒輪傳動-轉動輸出。適用范圍：1）用于傳遞相對位置較遠的兩交錯軸之間的運動和動力，推薦用于輸入與輸出軸距離300mm～800mm范圍。2）輸出軸的方向可以根據需求繞第二級軸的中心任意圓周方向布置。

圖4 交錯軸遠距離傳動機構

（3）回轉變直線

回轉變直線近距離傳動機構結構簡圖如圖5

所示。手輪輸入-錐齒輪傳動-絲桿傳動-直線輸出。適用范圍：1）用于實現將垂直于臺面的轉動轉換為沿臺面的水平直線運動。2）推薦用于傳遞兩相交軸之間的運動和動力。

回轉變直線遠距離傳動機構結構簡圖如圖6所示。手輪輸入-帶傳動-錐齒輪傳動-絲桿傳動-直線輸出。適用范圍：1）用于實現將垂直于臺面的轉動轉換為沿臺面的水平直線運動。2）推薦用于傳遞兩交錯軸之間垂直距離300mm～800mm范圍的運動和動力。

圖5 回轉變直線近距離傳動機構

圖6 回轉變直線遠距離傳動機構

4 結論

隨著科普教育領域的發展，科技展品的規范化設計需求越來越迫切。本文對科技展品傳動機構通用結構進行了研究與分析，給出了展品傳動機構通用結構的設計準則和三種通用結構的設計方案，實現了展品傳動機構的設計與制作標準化，有利于展品裝配調試、質量控制、后期維修等，促進了展品的規模化生產，為科普展品產業化發展奠定基礎。