科普展品“滑車接球”彈射機構一種新形式

摘 要：對展品“滑車接球”進行簡要介紹，對其彈射機械機構進行了簡述，分析了其彈射機械機構故障率高的原因。針對原有機構的問題，提出一種新的“滑車接球”的新彈射方式，提高了此展品的可靠性。

關鍵詞：科普展項;慣性定律;科技館;彈射機構

中圖分類號：TH113.2 ?文獻標識碼：A

展品“滑車接球”于2014年在寧夏科技館投入使用，本文將結合筆者在科技館工作的實際經驗對科普展品“滑車接球”原有彈射機構進行了闡述，對一種改進后新的彈射形式進行了描述。

1 展品“滑車接球”

“滑車接球”展項火車模型中有一個小球彈射機構，火車模型啟動后，向上彈射小球。這個過程中，火車依然保持勻速運動，最后小球仍然能夠落回火車中間的彈球機構，這是因為牛頓第一運動定律的存在，小球具有慣性。

如圖1所示，展品“滑車接球”通過小火車模型拋接球的神奇表演，使觀眾在觀看科學神奇的同時，探索牛頓第一定律（慣性定律）中蘊含的科學思想和科學方法。

2 原彈射機構概述

小車模型彈射機構為純機械機構，具體結構見下圖：

如圖2所示，工作時，電機帶動鏈條，鏈條帶動小車模型底部機構在軌道上滑行，在展臺中間部位有一根直徑30mm橫桿，小車模型底部彈射機構倒L型撥桿在鏈條帶動下與橫桿發生碰撞，碰撞力作用下倒L型的彈射撥桿發生一定角度轉動，帶動倒T型彈射桿被拉下，彈簧被壓縮。當倒L型的彈射撥桿轉動角度增大到一定位置時，L型的彈射撥桿與橫桿接觸部位可以劃過阻擋橫桿，當劃過阻擋橫桿的瞬間，被壓縮的彈簧釋放，帶動倒T型彈射桿迅速擊打小車模型上接球口的小球，完成小球彈射動作。

3 問題分析

科普展品“滑車接球”結構為純機械機構，在使用過程中主要存在以下問題：

（1）可靠性不高：為保證彈力，此結構為剛性碰撞，多次發生斷裂與螺絲松動。

（2）噪音大：運行時，金屬碰撞聲音明顯，過大的運行噪聲可能嚇到游客。

（3）彈力變化：彈簧發生老化與彈射機構發生塑性變形，導致誤差不斷變大，彈力變小。最后小球彈射無法掉入到運行小車收球洞內。

4 改進方案與實施

展品“滑車接球”主要問題在于其純機械機構的彈射機構故障率高，在投入使用的過程中，其彈射機構機械結構經過多次改進，效果不佳?？紤]采用其他非機械機構完成彈射功能。

圖3為采用電磁發射裝置為彈射機構的小車試驗機，利用電磁系統中電磁場產生的洛倫茲力對金屬小球進行加速，實現小球彈射的功能。小車軌道更換為金屬軌道，利用金屬輪與軌道的接觸給小車電磁系統、直流電機驅動系統供電，具體接線圖詳見圖4。此方法能完全利用電磁結構實現彈射功能，機構復雜程度大幅度下降，故障率隨之大幅下降。

5 結語

科普展品95%以上為按需定制產品，其故障率明顯高于一般產品，一件展品投放科技館進行運行并不是此件展品的終點，而應該根據其運行情況不斷的對其進行改進，提高其穩定性與維護性。

參考文獻：

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作者簡介：路輝（1983-），男，寧夏銀川人，計算機科學與技術雙學位，工程師，機械設計制造及其自動化，研究方向：科普展項的設計與研發，新技術在科普展項中的應用。