基于ANSYS游乐设备大摆锤三维设计
大摆锤游乐设备有限元强度分析报告
大摆锤是常见的游乐设施，通过整体结构分析，得到大摆锤的整体及各个部件的结构应力。
然而大摆锤的很多工况是不能简化成静力学的，需有动力学解之。
模态分析是动力学分析的基础，大摆锤的悬臂按照一定周期摆动，需对大摆锤的整体结构进行模态分析，这样在产品设计之前可以预先避免可能引发的共振。
大摆锤的立柱是受压缩的细长杆件，当作用的载荷达到或超过一定限度时就会屈曲失稳，除了要考虑强度问题外，还要考虑屈曲的稳定性问题。
图（a）游乐场中大摆锤示意图图（b）大摆锤整体模型图1 大摆锤示意图对大摆锤整体结构强进行动力学评价与分析，分别计算大摆锤转盘在满载和偏载工况下，大摆锤悬臂摆动，对整个结构的影响；以及悬臂的摆角在120°、90°和45°时立柱的结构应力；大摆锤立柱的屈曲分析；悬臂驱动制动分析；整体结构的模态分析。
为顺利安全的生产运行提供数据支持。
2 主要工作内容（1）建立整体的动力学分析模型，计算满载和偏载工况下，立柱的受力情况；（2）计算大摆锤悬臂摆角在120°、90°和45°时立柱的结构应力强度；（3）悬臂驱动制动分析，以及驱动制动对立柱的影响；（4）大摆锤整体的模态分析；（5）大摆锤立柱的屈曲分析。
3 大摆锤的刚体动力学分析3.1 材料参数整体结构材料：Q235钢。
材料力学参量为：材料密度为 =7.85 t/m3。
3.2 几何模型使用通用结构分析软件ANSYS Workbench Environment(AWE)14.0多物理场协同CAE仿真软件，对大摆锤的整体进行建模，分别建立立柱、悬臂、大转盘建，并在软件中进行装配，如图3所示。
（a）大摆锤整体结构（b）转盘局部结构（c） 大摆锤悬臂（d）大摆锤立柱图2 大摆锤整体装配模型3.3载荷与约束立柱的底板固定在地方面，因此在立柱底板与地面之间，施加固定（Fixed）约束，模拟底板与地面之间的紧固连接。
在重力作用下，悬臂绕转筒中心轴转动，在悬臂的横臂的内表面和立柱固定筒之间，施加旋转幅（Revolute），模拟悬臂绕横梁转动。
大摆锤adams驱动函数
大摆锤adams驱动函数摘要：1.大摆锤简介2.Adams 驱动函数的概念和作用3.大摆锤与Adams 驱动函数的联系4.Adams 驱动函数在大摆锤中的应用实例5.Adams 驱动函数对大摆锤性能的影响正文：1.大摆锤简介大摆锤是一种常见的游乐设施，它通常由一个巨大的摆锤和一个支撑结构组成。
游客坐在摆锤上，通过重力作用和离心力，体验到惊险刺激的感觉。
大摆锤在游乐园、主题公园和嘉年华等场合非常受欢迎。
2.Adams 驱动函数的概念和作用Adams 驱动函数是一种数学函数，用于描述物体在给定力作用下的运动。
在动力学分析和仿真中，Adams 驱动函数被广泛应用。
它的主要作用是根据施加在物体上的力和物体的质量，计算物体的加速度，从而模拟物体的运动过程。
3.大摆锤与Adams 驱动函数的联系大摆锤作为一种游乐设施，其设计和运动过程的优化需要依赖于动力学分析。
而Adams 驱动函数作为一种数学工具，可以在大摆锤的设计和运动过程中发挥重要作用。
通过使用Adams 驱动函数，可以更准确地模拟大摆锤在运动过程中的力和加速度，从而提高大摆锤的安全性和乘坐舒适度。
4.Adams 驱动函数在大摆锤中的应用实例在设计大摆锤时，工程师可以通过Adams 驱动函数对大摆锤的运动进行仿真。
这有助于优化大摆锤的结构和参数，以确保其在实际运行中具有优良的性能。
此外，在维护和检修大摆锤时，Adams 驱动函数也可以用于模拟不同条件下大摆锤的运动，从而帮助工程师找出潜在的问题并采取相应的措施。
5.Adams 驱动函数对大摆锤性能的影响Adams 驱动函数对大摆锤性能的影响主要体现在以下几个方面：（1）提高安全性：通过使用Adams 驱动函数进行动力学分析，工程师可以确保大摆锤在运动过程中的力和加速度在安全范围内，从而提高游客的乘坐安全性。
（2）提高乘坐舒适度：Adams 驱动函数可以帮助工程师优化大摆锤的运动过程，使其更平稳、舒适。
基于ANSYS游乐设备大摆锤三维设计
基于ANSYS游乐设备大摆锤三维设计刘海生;王会刚;董英楠【摘要】结合现代设计理论,进行了游乐设备大摆锤的三维造型.基于有限单元法,对大摆锤转筒及吊臂进行了受力分析,得到了其应力分布场,分析结果对保证转筒及吊臂结构强度有重要的指导作用,对游乐设备大摆锤设计也有一定的参考价值.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2010(000)006【总页数】2页(P45-46)【关键词】游乐设备;大摆锤;转筒及吊臂;有限元法;应力场【作者】刘海生;王会刚;董英楠【作者单位】唐山学院机电工程系,唐山,063000;唐山学院机电工程系,唐山,063000;北京九华游乐设备制造有限公司,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】TH121 引言大摆锤游艺机属观览车类游乐设备，座椅分布在六个均匀分布的大臂上，设备顶部由电机驱动使摆锤沿水平面做大角度摆动，同时座椅大转盘在电机的驱动下做360°旋转。
大摆锤游艺机由立柱、吊臂、回转机构、驱动装置、座椅转盘、转筒、侧向固定架等部分组成。
各零部件的安全系数要求很高。
基于大型分析软件，对某厂大摆锤游艺机进行了三维造型，并对关键件转筒及吊臂进行了受力分析，得到了其应力分布场。
2 三维造型三维设计是当今机械设计的趋势，尤其对现代化程度高的企业。
三维造型可以更直观，可以校验机械零部件的运动干涉、装配干涉，还可以为进一步做有限元分析、运动分析等打下基础。
2.1 设备主要参数大摆锤设备主要参数如下：长×宽×高：13×13×11（m）乘载人数：18 人最大摆动半径：13.7m 最大复摆角度：±120°转盘转速：12r/min2.2 造型关键技术（1）大摆锤零部件较多且形状复杂，多为旋转件，呈圆心对称分布。
可以先绘制前视图，再利用旋转、阵列、拉伸切除、倒圆角、钻螺钉孔等特征，从而逐个完成三维造型。
（2）以支架等作为固定零件，之后逐一加入与之有配合关系的相邻零件，完成装配，其中可以添加间隙与过盈关系等。
摆线轮的三维造型及导入ANSYS中的方法
摆线轮的三维造型及导⼊ANSYS中的⽅法第１６卷第４期２００１年１２⽉北京机械⼯业学院学报ＪｏｕｍａｌｏｆＢｅ４ｉ“ｇＩｎｓｃｉｎｌｔｅ。
ｆＭａｃｈｉｎｅｒｙＶｏｌ＿１６Ｎｏ４Ｄｅｃ．２００ｌ⽂章编号：１００８—１６５８（２００１）０４⼀００４３⼀０５摆线轮的三维造型及导⼈ＡＮＳＹＳ谭⽉胜，姚⽂席，张春燕（北京机械⼯业学院机械⼯程系．北京１０００８５）中的⽅法摘要：摆线针轮减速器⽬前已得到⼴泛的应⽤。
为了提⾼摆线针轮减速器的传动精度并对其做进⼀步的动态分析．要研究摆线齿轮的刚度问题。
摆线齿轮齿廓是⼀种超越函数．在ＡＮＳＹＳ中难于实现模型的建⽴。
⽤Ｐｒｏ／Ｅ建⽴三维造型模型较⽅便，但在Ｐｒｏ／Ｅ与ＡＮＳＹＳ之间将模型以ＩＧＥＳ的形式进⾏模型转换做有限元分析时。
由于诸多因素的影响会产⽣⼀些问题。
研究了对模型进⾏拓扑结构修改的⽅法．然后进⾏⽹格划分作刚度分析。
关键词：摆线针轮；曲⾯造型；有限元分析；刚度分析；拓扑修改中图分类号⼆ＴＨ１３２．４１３；ＴＰ３９１．７２⽂献标识码：ＡＰｒｏ／Ｅ在零件设计、产品组合、模具开发等设计⽅⾯具有强⼤的三维造型功能。
ＡＮｓＹｓ是⼀种较新的有限元分析软件，可⽤于结构分析．热分析等，不但能进⾏静态分析，也能进⾏复杂的动态⾮线性分析。
在ＡＮｓＹｓ中．模型的建⽴极为关键。
由于摆线齿轮齿廊是⼀种超越函数．⽤⾃顶向下的布尔运算⽅法或是⾃底向上的建模⽅法都难于实现模型的建⽴。
⽽在Ｐｒｏ／Ｅ中建模却较为容易。
在Ｐｍ／Ｅ中进⾏建模时，由于摆线齿轮轮廓的特殊性，不能⽤常规的实体特征造型⽅式（如拉伸、旋转、弯曲等），必须运⽤其曲⾯特征。
ＡＮｓＹｓ已经具有与Ｐｒｏ／Ｅ的接⼝模块，但在没有购买接⼝模块的情况下．在将Ｐｒｏ／Ｅ中⽣成的模型以ＩＧＥｓ的形式导⼊ＡＮｓＹｓ时，还要对导⼊的模型进⾏修补才能进⾏有限元分析。
１Ｐｒｏ／Ｅ中摆线齿廓的建⽴摆线轮的齿廓⽅程为［”】：≮：：篡髫㈩ｌ，＝，ｏ—ｒｚｓｌ“卢ｋ嘶ｎ扣和碥ｋ蹦ｃｏｓ五⼀等ｃｏｓ碥⼘⾼赫⼘２考糍收稿⽇期：２００ｌ—ＩＯ⼀０８怍者柏介：谭⽉胜（１９７１⼀），男．湖北利川』、．北京机械⼯业学院机械⼯程系硬⼠研究⽣，主要从事机械传动⽅⾯的研究。
大摆锤结构分析
大摆锤结构分析
大摆锤是常见的游乐设施，通过整体结构分析，得到大摆锤的整体及各个部件的结构应力。
玩大摆锤要注意什么?大摆锤结构分析都有哪些内容呢?
大摆锤结构分析
大摆锤由主支架、吊挂装置、摆锤、电气系统组成。
小摆锤的主题部分采用桁架结构，大摆锤外壳为玻璃钢，摆锤上装有坐席、安全压杆，保证游客的安全乘坐。
大摆锤的主传动采用了电机带动回转支承德驱动方式，使电机驱动时能对摆锤的摆动灵活跟踪，实现非匀速转动。
采用气缸使用权，该摆锤实现大幅度摆动。
大摆锤配有功能齐全的电气柜和辅助电器，能确保电机的启动和安全运行，电气柜装有驱动装置的控制电路、电铃按钮，使用非常简便、安全。
大摆锤是一种大型的
游乐设备，常见于各大游乐园。
游客坐在圆形的座舱中，面向外。
通常，大摆锤以压肩作为安全束缚，配以安全带作为二次保险。
座舱旋转的同时，悬挂座舱的主轴在电机的驱动下做单摆运动。
大摆锤的
运行可以使置身其上的游客惊心动魄。
大摆锤属于刺激型的游乐设备。
由于大摆锤是圆圈形状的，乘坐大摆锤时坐在任何位置都没有太大的区别，大摆锤的每一个座位都会被抛到上空。
当大摆锤的最前端从最高点向下俯冲时，最后一排还在爬坡。
这时由于大摆锤前排要拖着后面，所以第一排的速度并不是最快。
在短时间内它虽然处在下降的状态，但是却要被后面的车厢越过高点时的动力所推动才能够继续向前行驶。
所以，不难看出要想感受乘坐大摆锤的刺激感，就要乘坐最后一篇，如果想要安全性更高还是做前排比较稳妥。
游乐设备大摆锤结构分析及测试探讨
游乐设备大摆锤结构分析及测试探讨作者：龙艳寒来源：《科学与财富》2019年第24期摘要：为满足游客的消费需求，实现娱乐设施的多元化，越来越多的游乐场，尝试引进大摆锤，由于缺乏相应的设备管理经验，导致大摆锤安全事故发生率较高，对游客的人身安全以及游乐场自身的发展带来极为不利的影响。
文章以大摆锤作为研究对象，从力学层面，对其主要结构进行分析以及测试，获取相关数据，为后续相关结构设计优化工作的开展提供参考。
关键词：游乐设备；大摆锤；结构分析；测试前言大摆锤作为一种高空高速游乐设施，由于自身的趣味性、刺激性深受广大游客的喜爱，逐步成为主流的娱乐休闲方式。
考虑到我国游乐行业起步相对较晚，各类技术以及管理手段尚不成熟，尤其对于大摆锤这种特种设备而言，在设备研发、制造、日常管理等方面仍然存在不足，这些问题如果得不到有效解决，势必影响大摆锤的运行质效，增加安全风险。
为有效解决这一问题，强化大摆锤的设计与制造水平，文章从多个维度出发，系统探讨大摆锤结构的力学特征，掌握相关参数，旨在提升大摆锤设计、制造能力。
1.大摆锤基本结构与参数为保证大摆锤结构分析与测试质效，提升结构设计的针对性以及有效性，相关工作人员在各项工作开展之初，有必要对大摆锤的基本结构以及相关参数进行细化，从而促进分析测试等相关工作的顺利进行。
与其他游乐设施相比，大擺锤结构相对简单，其主要由大臂、旋转筒、连接臂、座舱、座椅、脚架等部分组成，其具体结构如图1所示：作为现阶段主流的大摆锤设备，大臂运行过程中，其正转、反转最大限度为120°，游客在座舱内达到的最大高度为18.8m，转速为11.3r/min。
为保证整体结构强度，目前大摆锤大臂的重量为5200公斤，连接臂重量为4900公斤，座舱为10430公斤，大摆锤固定部分的重量为45000公斤[1]。
通过对重量的有效控制，使得大摆锤能够一次性满足42名游客的乘坐需求，同时也能够将摇摆的高度控制在合理的范围内，既保证娱乐性又提升安全性。
基于ANSYS Workbench大摆锤刚体动力学分析
( Ｓｐｅｃｉａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅꎬ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｈｅｎａｎ ４５００００ꎬ Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｂｉｇ ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｉｓ ａ ｔｙｐｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ ａｍｕｓｅｍｅｎｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎻ ｐａｓｓｅｎｇｅｒｓ ｓｉｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅａｔｓ ｆｉｘｅｄ ｔｏ ｔｕｒｎｔａｂｌｅ ａｎｄ ｅｘ￣ ｐｅｒｉｅｎｃｅ ｔｈｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｗｉｎｇ ａｎｄ ｒｏｔａｔｉｎｇ. Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄꎬ ｌａｒｇｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｏｎｄｉ￣ ｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｐｅｎｄｕｌｕｍꎬ ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｇ ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎ￣ ｄｉｔｉｏｎｓ. Ｔｈｅ Ｒｉｇｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｉｇ ｐｅｎｄｕｌｕｍ. Ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｒｔｕａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｆｕｌｌ－ｌｏａｄ ａｎｄ ｐａｒｔ－ｌｏａｄꎬ ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｏｒｃｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｂｉｇ ｐｅｎ￣ ｄｕｌｕｍ ａｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ. Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓꎬ ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙꎬ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ｅａｃｈ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｓｔａｇｅ. Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｄｅｓｉｇｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ａｃｃｕｒａｃｙ. Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｄ ｗｏｒｄｓ: ｂｉｇ ｐｅｎｄｕｌｕｍꎻ ａｍｕｓｅｍｅｎｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎻ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎꎻ ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎａｌｙｓｉｓ
ANSYS Workbench在舞台机械工程中的应用
ANSYS Workbench在舞台机械工程中的应用ANSYS Workbench是一款广泛应用于工程领域的多物理仿真软件平台，它能够实现对各种复杂工程问题的多物理场仿真分析。
管理着强大的预处理及后处理功能，简化了工程师的工程仿真设计流程。
在舞台机械工程领域，ANSYS Workbench的应用对于实现舞台机械系统的设计与优化具有重要的作用。
1. 舞台机械工程概述舞台机械工程是一个涉及舞台机械设备设计、材料选择、结构分析、动力学性能研究等多方面的复杂领域。
舞台机械设备包括舞台平台、吊杆系统、灯光设备、音响设备、特技设备等。
这些设备需要满足载荷能力、振动特性、可靠性等多种要求，因此工程仿真分析在舞台机械工程中的应用十分重要。
（1）结构分析在舞台机械工程中，结构分析是一项关键的任务。
ANSYS Workbench可以帮助工程师对舞台机械设备的结构进行全面的应力、振动、疲劳等分析。
通过实现ANSYS Workbench 对于舞台机械结构的高精度仿真，工程师可以快速准确地获取结构应力分布、变形情况等关键信息，为结构设计提供重要参考。
在舞台机械工程中，一些设备可能需要长时间工作，因此需要进行热稳定性分析。
ANSYS Workbench可以帮助工程师对舞台机械设备的热特性进行仿真分析，包括热传导、热对流、热辐射等。
通过实现对于舞台机械设备热特性的仿真分析，工程师可以评估设备的热稳定性，优化散热结构，提高设备的可靠性。
（3）运动学与动力学分析（4）多物理场耦合分析在舞台机械工程中，许多问题是多个物理场相互耦合的。
灯光设备可能会对舞台平台造成热载荷，吊杆系统的振动会影响周围的声音设备等。
ANSYS Workbench可以实现多物理场耦合的仿真分析，帮助工程师对舞台机械设备的复杂问题进行全面分析。
（1）广泛的适用性：ANSYS Workbench支持多种物理场的仿真分析，可以满足舞台机械工程中的各种问题的仿真需求。
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系统仿真学报，2006，18（12）：3396～3398
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刘海生等：基于 ANSYS 游乐设备大摆锤三维设计
第6期
业。三维造型可以更直观，可以校验机械零部件的运动干涉、装配 355Mpa，波松比为 0.3，弹性模量 E=2.06E5，密度为 7.85E-6。
最大摆动半径：13.7m 转盘转速：12r/min
2.2 造型关键技术
最大复摆角度：±120°
NODAL SOLUTION
STM (AVG)
RSYS=0
DMX=2.295
MX
SMX=2.295
（1）大摆锤零部件较多且形状复杂，多为旋转件，呈圆心对称
MN
分布。可以先绘制前视图，再利用旋转、阵列、拉伸切除、倒圆角、
NODAL SOLUTION
MN
STEP=1
SUB=1
TIME=1
SEQV (AVG)
DMX=2.295
SMN=.157E-03
SMX=88.803
.157E-03 19.734
39.468 59.202 78.936
9.867
29.601
49.335
69.069
88.803
图 7 转筒及吊臂应力云图
4 结论
（1）大摆锤属于三种运动形式同时进行的游乐设备，运用三
维软件对其进行三维设计，既提高了设计效率，又保证了设计质量。
（2）转筒和吊臂是大摆锤主要受力部件，座椅全部重量都是
由其承受。对转筒及吊臂进行了有限元分析，得出了应力云图，根
据游乐设施标准检验知其是安全可靠的。
参考文献
1 张胜民编著. 基于有限元软件 ANSYS7.0 的结构分析. 北京：清华大学出版 社，2003
NODAL SOLUTION STEP=1 SUB=1 TIME=1 USUM (AVG) DMX=2.295 DMX=.157E-03 SMX=288.803
图 1 转筒三维模型
图 2 侧向固定架三维模型
3 转筒及吊臂受力分析
转筒及吊臂是大摆锤最关键的受力部件，基于 ANSYS 对其
进行有限元分析。
随有一定的滞后性。
100
80
要求速度 实际速度
城市居民家庭用经济型电动汽车的技术参数。根据这些技术参数要 求，确定了电动机、传动系传动比、轮胎、电池组的技术参数。基于 ADVISOR 仿真软件建立动力性仿真模型，应用 ADVISOR 软件仿
速度 v / km·h-1
60
真计算了整车的动力性。计算结果表明，以铅酸电池为能源的电动
40
20
0
0
200 400 600 800 1000 1200 1400
时间 t（s）
图 2 CYC_UDDS 循环工况仿真结果
汽车的加速性、爬坡能力、最大车速、续驶里程等动力性指标满足设 计要求，从而验证了提出的设计计算方法、仿真模型的正确性和有 效性，为电动汽车的设计、性能预测和分析提供了一种方法和手段。
（2 Beijing Jiuhua Amusement Rides Manufacturing Co.，Ltd，Beijing 100081，China）
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【摘 要】结合现代设计理论，进行了游乐设备大摆锤的三维造型。基于有限单元法，对大摆锤转筒 及吊臂进行了受力分析，得到了其应力分布场，分析结果对保证转筒及吊臂结构强度有重要的指导作用， 对游乐设备大摆锤设计也有一定的参考价值。
自由网格划分。转筒加吊臂有限元模型共有 51642 个节点，26394
个单元。
材料模型：材料为 45，抗拉强度 бb=600Mpa ，屈服点 бs=
.157E-03
19.734
39.468 59.202 78.936
9.867
29.601
49.335
69.069
88.803
图 6 吊臂底部应力云图（应力最大处）
参考文献
温度不同，行驶速度不同，工况不同，电动汽车的续驶里程也 不同。环境温度在 10℃时，不同车速下家庭用经济型电动汽车匀 速行驶续驶里程情况，如图 3 所示。
1 姬芬竹，高峰. 电动汽车驱动电机和传动系统的参数匹配［J］. 华南理工大 学学报（自然科学版），2006，34（4）：33～37
2 杨祖元，秦大同，孙冬野. 电动汽车动力传动系统参数设计及动力性仿真 ［J］. 重庆大学学报（自然科学版），2002（25）6：19～22
关键词：游乐设备；大摆锤；转筒及吊臂；有限元法；应力场
【Abstract】Based on modern design theory and FEM，three-dimensional model of Amusement Rides Big Bob has been designed. Analysis of the Drum and Crane is carried out and its stress field is gained. The results are valuable to guaranteeing the intensity of Drum and Crane and design of Big Bob.
Three-dimensional design of amusement rides big bob based on ANSYS
LIU Hai-sheng1，WANG Hui-gang1，DONG Ying-nan2 （1 Department of Mechanical Engineering，Tang Shan College，Tangshan 063000，China）
第6期
机械设计与制造
2010 年 6 月
Machinery Design ＆ Manufacture
45
文章编号：1001-3997（2010）06-0045-02
基于 ANSYS 游乐设备大摆锤三维设计 *
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刘海生 1 王会刚 1 董英楠 2 （1 唐山学院 机电工程系，唐山 063000）（2 北京九华游乐设备制造有限公司，北京 100081）
等部分组成。各零部件的安全系数要求很高。 基于大型分析软件，对某厂大摆锤游艺机进行了三维造型，
并对关键件转筒及吊臂进行了受力分析，得到了其应力分布场。
2 三维造型
三维设计是当今机械设计的趋势，尤其对现代化程度高的企
＊来稿日期：2009-08-20 ＊基金项目：唐山市机电一体化重点实验室基金资助（04360802B－9）
3.1 实体模型
实体模型可以从前述三维造型导入，如图 4 所示。
图 3 大摆锤三维模型
图 4 转筒及吊臂三维模型
3.2 有限元模型
运用有限元软件 ANSYS 分析转筒及吊臂的应力及位移，首
先要计算所受力大小。（1）轴向力：运用 Pro/E 计算的座椅加人的
质量 59700N，由于在 ANSYS 里已经设定密度值，即转筒和吊臂
续驶里程 s / km
110
100
90
80
70
60 10 20 30 40 50 60 70 速度 v / km·h-1
图 3 不同车速下电动汽车匀速行驶续驶里程
3 姬芬竹，高峰，吴志新. 电动汽车传动系参数设计及动力性仿真［J］. 北京航 空航天大学学报，2006，32（1）：109～111
4 廖权来，徐韵锋. 电动汽车的改装设计初探［J］. 汽车研究与开发，1999（1）：20～24 5 常绿. 矿用自卸汽车动力性、燃油经济性和平顺性虚拟试验技术研究［D］： ［博士学位论文］. 长春：吉林大学，2007 6 常绿. 矿用自卸汽车动力装置参数选定和优化方法研究. 煤矿机械，
2 王勖成，邵敏. 有限单元法基本原理和数值计算. 北京：清华大学出版社，1996 3 叶建平，管坚，肖原. 基于 B/S 结构的游乐设施检测管理系统研究［J］. 武汉
理工大学学（交通科学与工程版），2006（2） 4 全国索道游艺机及游乐设施标准化技术委员会编. 游乐设施使用手册（第
二版），2008（5）
Key words：Amusement rides；Big bob；Drum and crane；FEM；Stress
ssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss
中图分类号：TH12 文献标识码：A
1 引言
大摆锤游艺机属观览车类游乐设备，座椅分布在六个均匀分 布的大臂上，设备顶部由电机驱动使摆锤沿水平面做大角度摆 动，同时座椅大转盘在电机的驱动下做 360°旋转。大摆锤游艺机 由立柱、吊臂、回转机构、驱动装置、座椅转盘、转筒、侧向固定架
钻螺钉孔等特征，从而逐个完成三维造型。 （2）以支架等作为固定零件，之后逐一加入与之有配合关系
的相邻零件，完成装配，其中可以添加间隙与过盈关系等。 典型结构的最终三维造型，如图 1~图 3 所示。
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.509925
1.02
1.53
2.04
.254963
.764888
1.275
1.785
2.295
图 5 转筒及吊臂位移云图
结果讨论：根据 GB8405-2000 规定，观览车类设备的动载系
数 KV 取 1.5，45# 钢的抗拉强度 σb 取 600MPa，查得《游乐设施实 用手册》表 2[4]许用安全系数［n］=3.5，前述计算得知最大应力为
88.803MPa，则转筒的安全系数 n 计算如下： n= σb = 600 ＝4.5>3.5 KVσ 1.5×88.803 因此可确定转筒及吊臂安全可靠。