文档介绍：合肥学院第四届科技节 第六届机械创新设计大赛
自动翻书机
参赛队伍:10级机制(2)班
组长:杨兆曜
组员:喻松林王学良李珍王震宇
指导老师:王锡明
设计目的
我们设计的适用于经常从事乐器演奏工作,且工作时不方便用手进行翻阅书籍及乐谱的人员,还包括手部残疾的残疾人士的自动翻书机。整套装置由一个电机及脚踏板驱动,完全由机械结构控制,能够自动翻页过程,并且可以适用于绝大多数的书籍翻页。本文首先对市场上较为成熟成熟的设计方案进行分析、研究,提出我们的总体设计方案,再对各个机构具体设计方案、制作方法进行详细的介绍,最后做出总结、评价。
设计背景
如今的市场上已经出现了一些自动翻书机构。最著名的如日本Sony公司推出的BooktTime和适用于乐队指挥者的翻页器等。目前翻书机或翻谱仪常用的取纸方式大概有以下几种:
1、吸页方式:采用流体力学原理,利用大气压来进行取纸,但这种方式时间久之后取纸效果就比较差,机构也比较庞大,效果并不理想。
2、定纸方式:即做若干翻书杆,每个翻书杆负责翻一页书。这种翻书机构成功率是百分之百的,但是由于翻书杆有限,应用程度却比较差。
这些机构大多数都可以直接由机械结构控制,由一个电机驱动,成本较低。基于以上两个方面的分析,我们设计一种应用于普通书籍和乐谱的自动翻书机。其具有体积小,成本低,兼容性较好等优势,具有一定的市场空间。
设计分析
1、设计要求:全机械结构控制,利用一个电机和脚踏板驱动各类齿轮、杆等机构运动,能够实现精确有效的翻书运动。做到结构简单紧凑,体积合适,并应考虑到制造工艺要求、材料强度等因素,使方案真实合理,可实际执行。具体的结构设计将在下面的设计部分给出。
2、设计中,所有齿轮均采用标准备参数,各连杆、槽轮、凸轮、机架等结构均根据工件制造加工工艺及材料强度要求设计。
3、在设计中我们还应考虑一下因素:
A、将任何一种书放置好以后,能够保证固定在仪器上不会掉下来或者自动合上。并且能方便固定与取下。
B、翻页速度:最初设计对翻页速度不加什么要求,但是不能过慢,通过电动机与脚踏板的驱动,应该在较短时间之内完成一次翻页。并且翻完页后要能回到初始位置,保证下一页的顺利翻成。
C、兼容性:比较起不同的书本,应该都可以实现翻页。
D、纸张保护:选择合适的摩擦块材料,不能对书本有太大的磨损,否则会损坏书本。
自动翻书机执行机构的设计
摩擦式翻书机构的设计
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翻书杆机构的设计
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夹板机构及托架机构的设计
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摩擦式翻书机构的设计
三维效果图如下:
凸轮大径与小径长度之差即是摩擦块在页面上平动的距离,此距离也应该在实验后才能得出较好的数值,初步设计3到4厘米。
摩擦式翻书机构的设计
凸轮2部分设计
凸轮2的作用控制摩擦块旋转的角度。凸轮2从基圆转向大圆位置时,压下摩擦块,为凸轮1水平推动摩擦块做准备。当凸轮1转动到基圆位置,水平推动动作结束后,凸轮2半径变为基圆半径,使得摩擦块上升,脱离书本。如果需要达到这种效果,需要两种凸轮配合好,所以需要满足一下条件: β2 =α2,这样,能保证滑块落在页面上即开始平动,而在平动完成时能立即离开页面,从而最大程度节省了翻页时间,提高工作效率。凸轮2的运动简图如下:
摩擦式翻书机构的设计
三维效果图如下:
两凸轮装配示意图:
摩擦式翻书机构的设计
摩擦块材料的选择
在选择摩擦块材料的时候,我们需要考虑到摩擦块自身的摩擦系数以及书本的摩擦系数。由于不同的书本纸张的摩擦系数不同,所以我们尽可能的选择摩擦系数较大的摩擦块材料。这里我们选用硅橡胶。
有机硅橡胶是由线性聚硅氧烷混入补强填料,在加热加压条件下硫化生成的特殊合成弹性体。它完美地平衡了机械性质和化学性质,因而能满足今天许多苛刻的应用场合要求。而且橡胶自身的表面粗糙程度很大,所以我们选用硅橡胶作为摩擦块的材料。