科普展品“滑车接球”弹射机构一种新形式

摘 要：对展品“滑车接球”进行简要介绍，对其弹射机械机构进行了简述，分析了其弹射机械机构故障率高的原因。针对原有机构的问题，提出一种新的“滑车接球”的新弹射方式，提高了此展品的可靠性。

关键词：科普展项;惯性定律;科技馆;弹射机构

中图分类号：TH113.2  文献标识码：A

展品“滑车接球”于2014年在宁夏科技馆投入使用，本文将结合笔者在科技馆工作的实际经验对科普展品“滑车接球”原有弹射机构进行了阐述，对一种改进后新的弹射形式进行了描述。

1 展品“滑车接球”

“滑车接球”展项火车模型中有一个小球弹射机构，火车模型启动后，向上弹射小球。这个过程中，火车依然保持匀速运动，最后小球仍然能够落回火车中间的弹球机构，这是因为牛顿第一运动定律的存在，小球具有惯性。

如图1所示，展品“滑车接球”通过小火车模型抛接球的神奇表演，使观众在观看科学神奇的同时，探索牛顿第一定律（惯性定律）中蕴含的科学思想和科学方法。

2 原弹射机构概述

小车模型弹射机构为纯机械机构，具体结构见下图：

如图2所示，工作时，电机带动链条，链条带动小车模型底部机构在轨道上滑行，在展台中间部位有一根直径30mm横杆，小车模型底部弹射机构倒L型拨杆在链条带动下与横杆发生碰撞，碰撞力作用下倒L型的弹射拨杆发生一定角度转动，带动倒T型弹射杆被拉下，弹簧被压缩。当倒L型的弹射拨杆转动角度增大到一定位置时，L型的弹射拨杆与横杆接触部位可以划过阻挡横杆，当划过阻挡横杆的瞬间，被压缩的弹簧释放，带动倒T型弹射杆迅速击打小车模型上接球口的小球，完成小球弹射动作。

3 问题分析

科普展品“滑车接球”结构为纯机械机构，在使用过程中主要存在以下问题：

（1）可靠性不高：为保证弹力，此结构为刚性碰撞，多次发生断裂与螺丝松动。

（2）噪音大：运行时，金属碰撞声音明显，过大的运行噪声可能吓到游客。

（3）弹力变化：弹簧发生老化与弹射机构发生塑性变形，导致误差不断变大，弹力变小。最后小球弹射无法掉入到运行小车收球洞内。

4 改进方案与实施

展品“滑车接球”主要问题在于其纯机械机构的弹射机构故障率高，在投入使用的过程中，其弹射机构机械结构经过多次改進，效果不佳。考虑采用其他非机械机构完成弹射功能。

图3为采用电磁发射装置为弹射机构的小车试验机，利用电磁系统中电磁场产生的洛伦兹力对金属小球进行加速，实现小球弹射的功能。小车轨道更换为金属轨道，利用金属轮与轨道的接触给小车电磁系统、直流电机驱动系统供电，具体接线图详见图4。此方法能完全利用电磁结构实现弹射功能，机构复杂程度大幅度下降，故障率随之大幅下降。

5 结语

科普展品95%以上为按需定制产品，其故障率明显高于一般产品，一件展品投放科技馆进行运行并不是此件展品的终点，而应该根据其运行情况不断的对其进行改进，提高其稳定性与维护性。

参考文献：

[1]李璇，李春，仝文浩，李瑞敏.TRIZ在科普展品设计中的应用[J].安徽科技，2016（03）.

[2]刘卫庄，邢金龙，李春.科技馆展品集中控制器的设计[J].自动化技术与应用，2015（08）.

[3]王琴.关于保持科技馆观众量持续发展的思考[J].科技通报，2016（01）.

作者简介：路辉（1983-），男，宁夏银川人，计算机科学与技术双学位，工程师，机械设计制造及其自动化，研究方向：科普展项的设计与研发，新技术在科普展项中的应用。