機(jī)械創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)自動(dòng)翻書機(jī)設(shè)計(jì)

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1、 各專業(yè)全套優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙 Hefei University 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì) 題目： 自動(dòng)翻書機(jī) 系別： 機(jī)械工程系 專業(yè)： 10級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 成員： 2012年11月28日 目錄 第1章 自動(dòng)翻書機(jī)設(shè)計(jì)背景與分析 - 3 - 1.1.摘要 - 3 - 1.2.設(shè)計(jì)背景 - 3 - 1.3.設(shè)計(jì)分析 - 4 - 第2章 自動(dòng)翻書機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) -

2、 5 - 2.1.摩擦式翻書機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) - 5 - 2.1.1凸輪1部分設(shè)計(jì) - 5 - 2.1.2凸輪2部分設(shè)計(jì) - 7 - 2.1.3.兩個(gè)凸輪裝配示意圖 - 8 - 2.1.4.摩擦塊材料的選擇 - 9 - 2.2.翻書桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) - 9 - 2.2.1.翻書桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理 - 9 - 2.2.2.翻書桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的配合 - 10 - 2.2.3.翻書桿機(jī)構(gòu)的三維效果圖 - 10 - 2.2.4.翻書桿機(jī)構(gòu)材料的選擇 - 11 - 2.2.5.翻書桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器的選擇 - 11 - 2.3.夾板機(jī)構(gòu)及托架機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) - 13 - 2.3.1.夾板整體

3、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) - 13 - 2.3.2.托書架的設(shè)計(jì) - 1 - 2.3.3.可移動(dòng)書夾的設(shè)計(jì) - 14 - 2.3.4.腳踏板及連桿的設(shè)計(jì) - 15 - 2.3.5.托架機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) - 16 - 第3章 自動(dòng)翻書工作流程圖及功能樹 - 17 - 第4章 自動(dòng)翻書機(jī)設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) - 18 - 4.1.1.采用腳踏驅(qū)動(dòng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方式 - 18 - 4.1.2.采用摩擦式翻書方法 - 18 - 4.1.3.價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便 - 18 - 4.1.3.翻書機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)電壓較低 - 18 - 第5章 自動(dòng)翻書機(jī)市場(chǎng)分析 - 19 - 第6章

4、自動(dòng)翻書機(jī)設(shè)計(jì)總結(jié) - 20 - 參考文獻(xiàn) - 21 - 第1章 自動(dòng)翻書機(jī)設(shè)計(jì)背景與分析 1.1.摘要 我們?cè)O(shè)計(jì)的適用于經(jīng)常從事樂器演奏工作，且工作時(shí)不方便用手進(jìn)行翻閱書籍及樂譜的人員，還包括手部殘疾的殘疾人士的自動(dòng)翻書機(jī)。整套裝置由一個(gè)電機(jī)及腳踏板驅(qū)動(dòng)，完全由機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，能夠自動(dòng)翻頁(yè)過(guò)程，并且可以適用于絕大多數(shù)的書籍翻頁(yè)。本文首先對(duì)市場(chǎng)上較為成熟成熟的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析、研究，提出我們的總體設(shè)計(jì)方案，再對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì)方案、制作方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹，最后做出總結(jié)、評(píng)價(jià)。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)翻書機(jī) 電動(dòng)機(jī) 腳踏板 翻頁(yè) 1

5、.2.設(shè)計(jì)背景 如今的市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了一些自動(dòng)翻書機(jī)構(gòu)。最著名的如日本Sony公司推出的BooktTime和適用于樂隊(duì)指揮者的翻頁(yè)器等。目前翻書機(jī)或翻譜儀常用的取紙方式大概有以下幾種： 1、吸頁(yè)方式：采用流體力學(xué)原理，利用大氣壓來(lái)進(jìn)行取紙，但這種方式時(shí)間久之后取紙效果就比較差，機(jī)構(gòu)也比較龐大，效果并不理想。 2、定紙方式：即做若干翻書桿，每個(gè)翻書桿負(fù)責(zé)翻一頁(yè)書。這種翻書機(jī)構(gòu)成功率是百分之百的，但是由于翻書桿有限，應(yīng)用程度卻比較差。 這些機(jī)構(gòu)大多數(shù)都可以直接由機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，由一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，成本較低。基于以上兩個(gè)方面的分析，我們?cè)O(shè)計(jì)一種應(yīng)用于普通書籍和樂譜的自動(dòng)翻書機(jī)。其具有體積小

6、，成本低，兼容性較好等優(yōu)勢(shì)，具有一定的市場(chǎng)空間。 1.3.設(shè)計(jì)分析 1、設(shè)計(jì)要求：全機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，利用一個(gè)電機(jī)和腳踏板驅(qū)動(dòng)各類齒輪、桿等機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確有效的翻書運(yùn)動(dòng)。做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，體積合適，并應(yīng)考慮到制造工藝要求、材料強(qiáng)度等因素，使方案真實(shí)合理，可實(shí)際執(zhí)行。具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將在下面的設(shè)計(jì)部分給出。 2、設(shè)計(jì)中，所有齒輪均采用標(biāo)準(zhǔn)備參數(shù)，各連桿、槽輪、凸輪、機(jī)架等結(jié)構(gòu)均根據(jù)工件制造加工工藝及材料強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)。 3、在設(shè)計(jì)中我們還應(yīng)考慮一下因素： A、將任何一種書放置好以后，能夠保證固定在儀器上不會(huì)掉下來(lái)或者自動(dòng)合上。并且能方便固定與取下。 B、翻頁(yè)速度：最初設(shè)計(jì)對(duì)翻頁(yè)速度不

7、加什么要求，但是不能過(guò)慢，通過(guò)電動(dòng)機(jī)與腳踏板的驅(qū)動(dòng)，應(yīng)該在較短時(shí)間之內(nèi)完成一次翻頁(yè)。并且翻完頁(yè)后要能回到初始位置，保證下一頁(yè)的順利翻成。 C、兼容性：比較起不同的書本，應(yīng)該都可以實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)。 D、紙張保護(hù)：選擇合適的摩擦塊材料，不能對(duì)書本有太大的磨損，否則會(huì)損壞書本。 第2章 自動(dòng)翻書機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1.摩擦式翻書機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，我們采用摩擦式翻書機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)主要模擬人手翻書動(dòng)作，由兩部分構(gòu)成：摩擦取頁(yè)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿翻頁(yè)。兩個(gè)動(dòng)作分先后進(jìn)行。為實(shí)現(xiàn)該動(dòng)作，我們將采用兩個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)完成。 2.1.1凸輪1部分設(shè)計(jì) 凸輪1在凸輪半徑增大時(shí)，推動(dòng)摩擦

8、塊向右運(yùn)動(dòng)，翻動(dòng)書頁(yè)，使書翻起一定高度，從而方便翻書擺桿插入進(jìn)行翻頁(yè)。因此凸輪一的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，其簡(jiǎn)圖為： 三維效果圖如下： 摩擦塊 摩擦塊 在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸時(shí)，要考慮的一個(gè)非常重要的參數(shù)是壓力角α。在實(shí)際中為了提高機(jī)械效率、改善傳動(dòng)性能，我們要保證αmax≤【α】，對(duì)于擺動(dòng)從動(dòng)件【α】=40~45。此翻書機(jī)構(gòu)中應(yīng)選取較小的基圓半徑。這時(shí)可考慮按許用壓力角要求求出。根據(jù)檔書板的位置我們已確定凸輪中心從動(dòng)件導(dǎo)路的偏置方位正確，偏據(jù)e已選定，根據(jù)公式 取α=【α】，一般應(yīng)使 α具體實(shí)際取值，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)后根據(jù)摩擦起頁(yè)的實(shí)現(xiàn)情況取定。凸輪大

9、徑與小徑長(zhǎng)度之差即是摩擦塊在頁(yè)面上平動(dòng)的距離，此距離也應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)后才能得出較好的數(shù)值，初步設(shè)計(jì)3到4厘米。 2.1.2凸輪2部分設(shè)計(jì) 凸輪2的作用控制摩擦塊旋轉(zhuǎn)的角度。凸輪2從基圓轉(zhuǎn)向大圓位置時(shí)，壓下摩擦塊，為凸輪1水平推動(dòng)摩擦塊做準(zhǔn)備。當(dāng)凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)到基圓位置，水平推動(dòng)動(dòng)作結(jié)束后，凸輪2半徑變?yōu)榛鶊A半徑，使得摩擦塊上升，脫離書本。如果需要達(dá)到這種效果，需要兩種凸輪配合好，所以需要滿足一下條件： β2 ＝α2，這樣，能保證滑塊落在頁(yè)面上即開始平動(dòng)，而在平動(dòng)完成時(shí)能立即離開頁(yè)面，從而最大程度節(jié)省了翻頁(yè)時(shí)間，提高工作效率。凸輪2的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下： 三維效果圖如下：

10、 2.1.3.兩個(gè)凸輪裝配示意圖 2.1.4.摩擦塊材料的選擇 在選擇摩擦塊材料的時(shí)候，我們需要考慮到摩擦塊自身的摩擦系數(shù)以及書本的摩擦系數(shù)。由于不同的書本紙張的摩擦系數(shù)不同，所以我們盡可能的選擇摩擦系數(shù)較大的摩擦塊材料。這里我們選用硅橡膠。 有機(jī)硅橡膠是由線性聚硅氧烷混入補(bǔ)強(qiáng)填料，在加熱加壓條件下硫化生成的特殊合成彈性體。它完美地平衡了機(jī)械性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，因而能滿足今天許多苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合要求。 而且橡膠自身的表面粗糙程度很大，所以我們選用硅橡膠作為摩擦塊的材料。 2.2.翻書桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.2.1.翻書桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理 翻書桿固定在托板上，當(dāng)摩擦翻頁(yè)機(jī)構(gòu)將頁(yè)面翻起一定高度后

11、，翻書桿能轉(zhuǎn)入空隙中插入并帶動(dòng)頁(yè)面，最終完成翻頁(yè)過(guò)程。翻書桿由齒輪，皮帶輪（黃色翻書桿上方的皮帶輪，小輪與皮帶、電動(dòng)機(jī)及減速器未畫出）進(jìn)行傳動(dòng)。我們選擇合適的傳動(dòng)比，保證翻書桿的運(yùn)動(dòng)周期與凸輪的周期相同，從而達(dá)到同步的目的。 2.2.2.翻書桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)的配合 2.2.3.翻書桿機(jī)構(gòu)的三維效果圖 凸輪部分 交錯(cuò)齒輪傳動(dòng) 翻書桿 皮帶輪 同時(shí)為了保證轉(zhuǎn)動(dòng)周期一致，其傳動(dòng)比為1：1，我們用了2個(gè)斜齒輪交錯(cuò)軸傳動(dòng)來(lái)保證傳動(dòng)比以及傳動(dòng)方向的改變。 2.2.4.翻書桿機(jī)構(gòu)材料的選擇 考慮到此翻書機(jī)構(gòu)的重量不能太重，所以我們選擇較輕的工程塑料來(lái)制作翻書桿機(jī)構(gòu)的零件包括

12、各連桿、齒輪、凸輪等，這樣大大減輕了翻書桿機(jī)構(gòu)的重量，使得此翻書機(jī)更加的輕便。 2.2.5.翻書桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電機(jī)減速器的選擇 由于此翻書機(jī)構(gòu)需要在只用一個(gè)電機(jī)的情況下必須同時(shí)帶動(dòng)數(shù)個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，故需要較大的扭矩，并且考慮到輕便等因素不能選用交流電機(jī)，所以經(jīng)過(guò)考量和查閱資料，我們最終選定了ZGB37RH171i-5300減速直流電機(jī)，該直流減速電機(jī)24W的輸出功率和30r/min的轉(zhuǎn)速及15kgcm的力矩足以滿足我們機(jī)構(gòu)中的動(dòng)力需要。下面是此電機(jī)的相關(guān)參數(shù)： 2.3.夾板機(jī)構(gòu)及托架機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.3.1.夾板整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 書夾槽 書背槽 夾書夾 托書板 可伸縮連桿 腳踏

13、板 此翻書機(jī)夾板機(jī)構(gòu)的主要工作原理是，利用腳踏板通過(guò)連桿連接翻書夾，通過(guò)踩動(dòng)腳踏板控制夾子的夾緊與放松，從而配合翻書機(jī)構(gòu)的反書動(dòng)作，從而達(dá)到，摩擦翻頁(yè)——連桿翻書——松開夾子——夾緊夾子整個(gè)翻書過(guò)程的流暢進(jìn)行。 - 22 - 自動(dòng)翻書機(jī) 細(xì)節(jié)效果圖： 翻書夾二維示意圖如下： 翻書前： 翻書中： 2.3.2.托書架的設(shè)計(jì) 此托書架的作用在于放置書本以便于固定書本，中間鏤空方便書背的放置，兩邊鏤空是為了按裝可移動(dòng)書夾，以便于實(shí)現(xiàn)不同大小書籍的翻頁(yè)過(guò)程。 2.3.3.可移動(dòng)書夾的設(shè)計(jì) 為了

14、保證書本放在托書架上的時(shí)候便于固定，且適用于不同大小的書本，同時(shí)要較好的配合整個(gè)翻書過(guò)程，所以在夾書板機(jī)構(gòu)的的上面安裝兩個(gè)可移動(dòng)書夾，用于實(shí)現(xiàn)以上目的。 移動(dòng)夾書架 夾書夾 2.3.4.腳踏板及連桿的設(shè)計(jì) 為了適應(yīng)不同年齡段或者處于不同姿勢(shì)（站姿或坐姿）的人群，我們特意設(shè)計(jì)了可伸縮式的連桿來(lái)控制翻書夾。同時(shí)為了考慮攜帶方便及重量輕便等因素，我們決定采用鋁合金作為材料，鋁合金密度低，但強(qiáng)度比較高，接近或超過(guò)優(yōu)質(zhì)鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量?jī)H次于鋼。 腳踏板 可伸縮式連桿

15、 2.3.5.托架機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 為了配合腳踏板控制書夾張緊，托架部分的連桿同樣采用伸縮式的，材料依然采用鋁合金以達(dá)到輕便、簡(jiǎn)潔的目的。 第3章 自動(dòng)翻書工作流程圖及功能樹 開始 夾書夾松開 踩下腳踏板 電機(jī)啟動(dòng)

16、 摩擦塊帶起書頁(yè) 翻書桿執(zhí)行翻書動(dòng)作 摩擦塊回到起點(diǎn) 夾書夾夾緊 松開腳踏板 電機(jī)停止 一次翻書過(guò)程結(jié)束 總共能 腳踏驅(qū)動(dòng)功能 電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能 摩擦式翻頁(yè)功能 夾緊功能 維修再生安全功能 踩踏功能 可移動(dòng)書夾功能 摩擦取頁(yè)功能 轉(zhuǎn)動(dòng)桿翻頁(yè)功能 可伸縮功能 連桿傳動(dòng)功能 夾板自動(dòng)開合功能

17、 第4章 自動(dòng)翻書機(jī)設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) 4.1.1.采用腳踏驅(qū)動(dòng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方式 本自動(dòng)翻書機(jī)產(chǎn)品采用腳踏驅(qū)動(dòng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化的自動(dòng)翻書的目的，與市場(chǎng)上全自動(dòng)的翻書機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，且價(jià)格低廉，更加適用于普通大眾人群。 4.1.2.采用摩擦式翻書方法 目前市面上的一些自動(dòng)翻書機(jī)的取頁(yè)方式一般是真空泵吸紙方式和靜電吸紙方式，不僅機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且價(jià)格昂貴，我們采用的摩擦翻書的模式，采用的摩擦塊材料為自身摩擦性能相當(dāng)好的硅橡膠，不進(jìn)減小了對(duì)紙張的損害，同時(shí)價(jià)格低廉，也容易采購(gòu)。 4.1.3.價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便 相比市面上的其他類似產(chǎn)品，本產(chǎn)品

18、具有很大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，大部分零件、機(jī)構(gòu)采用鋁合金和塑料作為材料，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的價(jià)格也很便宜（在45元左右），相比其他上千元的產(chǎn)品，我們具有很大的優(yōu)勢(shì)。 4.1.3.翻書機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)電壓較低 此翻書機(jī)的翻書機(jī)構(gòu)中核心部分只有兩個(gè)凸輪的配合傳動(dòng)，再就是翻書桿與摩擦塊的配合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大部分為全機(jī)械傳動(dòng)，不易損壞，能長(zhǎng)時(shí)間使用。且驅(qū)動(dòng)電壓較低——12V，用鋰電池完全可以勝任長(zhǎng)時(shí)間的驅(qū)動(dòng)。 第5章 自動(dòng)翻書機(jī)市場(chǎng)分析 本次我們做的是全自動(dòng)翻書機(jī)的設(shè)計(jì)，這個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)于廣大不方便翻書的人來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的福音。首先，像演奏時(shí)翻閱樂譜這個(gè)必不可少，這時(shí)不可能演奏一半去翻頁(yè)，樂譜也不能做的太大，這

19、樣不方便查看。這時(shí)，自動(dòng)翻書機(jī)的功能就能體現(xiàn)了出來(lái)，它能幫助演奏者順利流暢的演奏一篇樂曲。因此，本次設(shè)計(jì)對(duì)于樂者有著意想不到的作用。其次，對(duì)于有手部殘疾的人也很重要。他們可以通過(guò)這個(gè)翻書機(jī)來(lái)幫助他們完成書籍的閱讀，了解并接觸國(guó)際最新產(chǎn)品信息，幫助殘疾人士自主閱讀。可以說(shuō)，在生活上給他們帶來(lái)了很大的便利。由此可見，市場(chǎng)上對(duì)該翻書機(jī)的需求量還是較大的。而我們的設(shè)計(jì)能夠滿足市場(chǎng)的需求：第一該設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)要求，可以較好的完成自動(dòng)翻不同大小，不同厚度的書籍的動(dòng)作。第二該設(shè)計(jì)全部由簡(jiǎn)單的零件組成，加工工藝要求不高，而且部分使用標(biāo)準(zhǔn)件，互換性好。第三，該設(shè)計(jì)成本低廉，廠家有一定的利潤(rùn)空間。

20、 第6章 自動(dòng)翻書機(jī)設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)此次機(jī)械創(chuàng)新大賽——自動(dòng)翻書機(jī)的設(shè)計(jì)，我們將課堂上學(xué)習(xí)的只是運(yùn)用到實(shí)踐中來(lái)。因?yàn)橐粋€(gè)好的創(chuàng)意，不僅可以讓我們確定我們的方向，還可以調(diào)動(dòng)我們團(tuán)隊(duì)中每個(gè)人的積極性。 好的創(chuàng)意可以讓我找的我們所要研究的方向，同時(shí)，使我們不在那樣漫無(wú)目的的亂想，使我們的精力不再分散，讓我們可以更集中精力來(lái)對(duì)我們的創(chuàng)意進(jìn)行改進(jìn)和完善。與此同時(shí)，好的創(chuàng)意還可以調(diào)動(dòng)我們團(tuán)隊(duì)的積極性，因?yàn)閯?chuàng)意使我們團(tuán)隊(duì)的人想出來(lái)，經(jīng)過(guò)商議得來(lái)的，只有你的創(chuàng)意讓每個(gè)人都讓同才能讓別人同意。所以，好的創(chuàng)意是經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)的人經(jīng)過(guò)討論得來(lái)的，而且得到了團(tuán)隊(duì)人的認(rèn)可，所以好的創(chuàng)意可以調(diào)動(dòng)團(tuán)隊(duì)的積極性。 此外，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我們深深明白了，平時(shí)所學(xué)的知識(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程有著很大的差別，我們會(huì)繼續(xù)努力，學(xué)好專業(yè)知識(shí)。 最后，我們要感謝我們的指導(dǎo)老師王錫明老師，感謝王錫明老師的指導(dǎo)，因?yàn)槲覀兊闹R(shí)有限，有些問題看不到或看不通透，在老師的指導(dǎo)下，讓我們能更好的發(fā)現(xiàn)我們作品的缺點(diǎn)，讓我們能夠更好的完善我們的作品。 參考文獻(xiàn) 【1】機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，朱家誠(chéng)主編，合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2003.2 【2】機(jī)械設(shè)計(jì)課程手冊(cè)，主編，第3版 高等教育出版社2006.5