自从美国人GeorgeWashingtonFerris于年设计出第一个摩天轮之后，摩天轮就如雨后春笋一般不断涌现在世界各地，并迅速成为了游乐园里必不可少的吉祥物，它也因其设计者而得名FerrisWheel。
这台既精巧又宏大的钢铁设施，在诞生之初却并不是冲着娱乐去的。
摩天轮的设计是为了与同时期的巴黎铁塔一较高下，不同于法国人对静态结构的执着，正引领着第二次工业革命的美国更愿意展示其强大的工业设计能力。虽然未能如巴黎铁塔一般成为地标建筑，但兼具美观与娱乐的摩天轮成功走向了全世界。
世界上第一个FerrisWheel
Credit:Wiki
摩天轮主要由巨大的轮体和遍布四周的座舱组成。
座舱，也就是我们乘坐的“小篮子”。它并不是牢牢固定在轮体上，否则随着轮体旋转，座舱就会上下颠倒，就像训练宇航员适应太空环境的离心机一样折磨，除非你愿意像滚筒里的仓鼠一样顺着滚动的座舱奔跑。
所以座舱也必须是活动的，这样才能保证乘客们乘坐时不会天翻地覆。根据轮体与座舱的连接方式，我们把摩天轮分为两种构造：重力式摩天轮和观景摩天轮。
正常情况下，座舱和轮体的相对关系
重力式摩天轮
轮体和座舱之间是通过铰链连接，众所周知，铰链是允许几个连接件相对转动的机械装置，是机械机构里最常见的运动副没有之一。假如你用钉子把两个木棍钉在一起，恭喜你就获得了铰链+1。
钟表的指针、汽车的轮轴、门与门框的连接，都是通过铰链。把座舱悬挂在轮体上，无论转到哪个位置，都能利用重力作用自然下垂，Ferris所设计的第一个摩天轮就是这种构造，当今世界的大多数摩天轮也都是如此。
Steam图标就是铰链连接的两个杆件
观景摩天轮
这是一种比较新型的构造，为数较少，其中最著名的例子当属位于英国的伦敦眼（LondonEye）。
伦敦眼的座舱被设计成了胶囊形，由两条环形滑轨抓握着，伸出轮体。整个座舱被滑轨抓住，可以依靠滑轨自由转动，再加上座舱底部的配重，让座舱始终保持水平。
举个类似的例子，就像横握着装了半瓶水的塑料瓶，无论手臂摆动呈什么角度，瓶中的水始终会自由流动，直到恢复水平面。
原理上来说，观景和重力式摩天轮并没有区别，都是铰链连接。只是观景摩天轮在工程量上更复杂，换来的则是更大的承重能力。这两种摩天轮中分别哪里是铰，哪里是链，就留给有兴趣的小伙伴们自行思考啦。
处于不同位置的伦敦眼座舱
无辐式摩天轮
除了连接形式不同，近年来又诞生了不同轮体形式的无辐式摩天轮，它没有巨大的支撑架，只剩下一个巨环高高耸立，整体看起来光滑简洁，极具未来感。
有时，为了保证足够的支撑力，摩天轮一部分轮体被置于地下，游客从地下进入摩天轮的座舱。巨大的轮体本身不会转动，而是座舱在外圈的轨道上旋转，或许把它看作一个环形的电梯更为合适。
常州时来运转摩天轮
位于常州，斥资1.5亿建造的时来运转摩天轮就是这样一个例子。虽几年前就已竣工，但不知为何长时间没有投入运营。
另一个更加成功的例子同样在国内，位于山东潍坊的渤海之眼，是世界上最高的无轴摩天轮。
渤海之眼无辐式摩天轮，轮体并没有埋入地下，依然靠两侧支架支撑，虽然降低了观感，但目前运营情况良好
其他的可能？
目前为止绝大多数摩天轮都要依靠巨型支架支撑，这与斜拉桥所需的Y形支架结构不谋而合，如果能将两种设施合二为一，娱乐出行两开花岂不美哉。斜拉桥与摩天轮复合体系应运而生，永乐桥和天津之眼就是这种组合，这也是目前唯一实现这一构想的案例。
作为21世纪非著名空想家，笔者也设计了几款摩天轮供将来那些敢想敢做的人去实现（硬核预警）。
彩虹摩天轮
只有半个圆的摩天轮，虽说残缺也是一种美，但门票钱还请金瓯无缺。
设计者巧妙地利用曲柄滑块机构配合齿轮齿条副，将电机的圆周运动转化为半圆周往复运动，虽说看起来不复杂，但可行性并不高，如何让杆件承担长期巨大的加速度和冲击载荷，需要对材料和结构进行大量设计。
心形线摩天轮
17世纪数学家笛卡尔用人间至美的心形线函数r=a(1-sinθ)俘获了瑞典公主的芳心，这台摩天轮完美地还原了笛卡尔的函数。由于采用了多自由度机构，需要多台电机配合完成，票价也要翻倍！
两开花摩天轮
“我是在哪部戏里，看见孙悟空是这样走的。”笔者自制的动图，需要读者发挥空间想象力，过大的轴径比，对动平衡的考验极高，可能动不了几次就会把自己震垮，这样严重的设计缺陷，再厉害的工程师恐怕也难以实现吧。（我是笑不出来，眼泪在往肚子里流，戏说不是胡说，做设计不能乱设计，静动不分，是非颠倒，这个设计者是要向全国人民谢罪的==）
我们喜欢各种各样的摩天轮，缓缓转动的巨轮呈现出一种动态的美感。
从原子结构到银河系，圆周运动充斥着宇宙的各个角落构成了我们的世界。一如相互啮合、永不停歇的齿轮般静谧而永恒，这或许是刻在人类基因中的美学，摩天轮赋予了人们无限的遐想，时代的更迭、人生的起伏、归于平淡的感情，一起一落之间述尽人间沧桑，也许这就是摩天轮如此吸引人的原因吧。
来源：牛油果进化论
编辑：QuantaYuan
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