科技展品传动机构通用结构研究与分析

机科发展科技股份有限公司□王 越 高梅香 李志强 郝 利

1 引言

科技展品是科技馆进行展览教育的重要载体，主要通过其参与性、体验性及互动性，激发科学兴趣，启迪科学观念。为了增强展品的体验效果，通常在展品中设置操作机构供体验者操作，再通过传动机构将运动和动力传递至展示机构，从而达到互动展示的效果。

通过对大量现有科技展品的传动机构的调研，发现其实现的功能具有几种典型的形式，但是在进行传动机构设计时，需要针对每个展品单独设计，具有设计周期长，并且无法保证设计合理性的缺点。本文通过对科技展品中常用的传动机构的研究与分析，提出通用结构形式，达到缩短展品研发周期，提高传动机构设计合理性的目的。

2 通用结构设计准则

科技馆展品传动机构种类繁多，形式多样，因此要从众多类型的展品中总结、分析和归纳出大部分展品都共同使用的传动形式，从功能实现的角度，研究展品传动机构通用结构，使其可以满足大多数展品的传动要求。

在对传动机构通用结构进行设计时，需要遵循以下几点设计准则：

1）从使用方 （观众）角度考虑，需确保安全性；

2）从制作方 （加工厂）角度考虑，需确保加工工艺简单、经济；

3）从管理方 （科技馆）角度考虑，需确保便于维护、牢固耐用。

3 通用结构方案

科技展品的操作机构包括手轮、旋钮、推杆等形式，其中90%以上为手轮旋转输入动力，因此，在传动机构通用结构的输入端均采用手轮转动输入形式。科技展品的展示机构包括旋转、移动等形式，因此在传动机构通用结构的输出端采用旋转和移动两种输出形式。

在对通用结构进行分类时，主要根据输入端与输出端的特点，体现出传动机构起到的作用。通过分析与总结，最终确定平行轴传动机构、交错轴传动机构、回转变直线机构三类通用结构。由于科技展品外形尺寸差异很大，且操作机构与展示机构的相对位置任意组合，所以三种传动机构均分为近距离传动和远距离传动两种方案，且在使用此通用结构时，借鉴此种传动形式，并根据展品的实际情况调节具体的尺寸。

（1）平行轴传动

平行轴近距离传动机构结构简图如图1所示。手轮输入-齿轮传动-齿轮传动-转动输出。适用范围：用于传递相对位置不远的两平行轴之间的运动和动力，推荐用于输入与输出轴距离100mm～500mm范围。

图1 平行轴近距离传动机构

平行轴远距离传动机构结构简图如图2所示。手轮输入-带传动-齿轮传动-转动输出。适用范围：1）用于传递相对位置较远的两平行轴之间的运动和动力，推荐用于输入与输出轴距离300mm～800mm范围。2）用于输出旋转转盘直径较大，输出旋转轴拆卸不方便的使用场合。考虑安装、维修方便，当带传动的同步带需要更换时，可以只拆卸第二级中间轴即可，不必拆卸结构复杂，尺寸和重量较大的输出轴部分。

图2 平行轴远距离传动机构

（2）交错轴传动

交错轴近距离传动机构结构简图如图3所示。手轮输入-齿轮传动-齿轮传动-锥齿轮传动-转动输出。适用范围：用于传递相对位置较近的两交错轴之间的运动和动力，推荐用于输入与输出轴垂直距离100mm～500mm范围。

图3 交错轴近距离传动机构

交错轴远距离传动机构结构简图如图4所示。手轮输入-带传动-锥齿轮传动-转动输出。适用范围：1）用于传递相对位置较远的两交错轴之间的运动和动力，推荐用于输入与输出轴距离300mm～800mm范围。2）输出轴的方向可以根据需求绕第二级轴的中心任意圆周方向布置。

图4 交错轴远距离传动机构

（3）回转变直线

回转变直线近距离传动机构结构简图如图5

所示。手轮输入-锥齿轮传动-丝杆传动-直线输出。适用范围：1）用于实现将垂直于台面的转动转换为沿台面的水平直线运动。2）推荐用于传递两相交轴之间的运动和动力。

回转变直线远距离传动机构结构简图如图6所示。手轮输入-带传动-锥齿轮传动-丝杆传动-直线输出。适用范围：1）用于实现将垂直于台面的转动转换为沿台面的水平直线运动。2）推荐用于传递两交错轴之间垂直距离300mm～800mm范围的运动和动力。

图5 回转变直线近距离传动机构

图6 回转变直线远距离传动机构

4 结论

随着科普教育领域的发展，科技展品的规范化设计需求越来越迫切。本文对科技展品传动机构通用结构进行了研究与分析，给出了展品传动机构通用结构的设计准则和三种通用结构的设计方案，实现了展品传动机构的设计与制作标准化，有利于展品装配调试、质量控制、后期维修等，促进了展品的规模化生产，为科普展品产业化发展奠定基础。