機(jī)械創(chuàng)新課程設(shè)計自動翻書機(jī)設(shè)計

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

2、 5 - 2.1.摩擦式翻書機(jī)構(gòu)的設(shè)計 - 5 - 2.1.1凸輪1部分設(shè)計 - 5 - 2.1.2凸輪2部分設(shè)計 - 7 - 2.1.3.兩個凸輪裝配示意圖 - 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 - 9 - 2.2.1.翻書桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理 - 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 - 13 - 2.3.1.夾板整體

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

4、自動翻書機(jī)設(shè)計總結(jié) - 20 - 參考文獻(xiàn) - 21 - 第1章 自動翻書機(jī)設(shè)計背景與分析 1.1.摘要 我們設(shè)計的適用于經(jīng)常從事樂器演奏工作，且工作時不方便用手進(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翻書機(jī)。整套裝置由一個電機(jī)及腳踏板驅(qū)動，完全由機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，能夠自動翻頁過程，并且可以適用于絕大多數(shù)的書籍翻頁。本文首先對市場上較為成熟成熟的設(shè)計方案進(jìn)行分析、研究，提出我們的總體設(shè)計方案，再對各個機(jī)構(gòu)具體設(shè)計方案、制作方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹，最后做出總結(jié)、評價。 關(guān)鍵詞：自動翻書機(jī) 電動機(jī) 腳踏板 翻頁 1

5、.2.設(shè)計背景 如今的市場上已經(jīng)出現(xiàn)了一些自動翻書機(jī)構(gòu)。最著名的如日本Sony公司推出的BooktTime和適用于樂隊指揮者的翻頁器等。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、吸頁方式：采用流體力學(xué)原理，利用大氣壓來進(jìn)行取紙，但這種方式時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，每個翻書桿負(fù)責(zé)翻一頁書。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，由一個電機(jī)驅(qū)動，成本較低。基于以上兩個方面的分析，我們設(shè)計一種應(yīng)用于普通書籍和樂譜的自動翻書機(jī)。其具有體積小

6、，成本低，兼容性較好等優(yōu)勢，具有一定的市場空間。 1.3.設(shè)計分析 1、設(shè)計要求：全機(jī)械結(jié)構(gòu)控制，利用一個電機(jī)和腳踏板驅(qū)動各類齒輪、桿等機(jī)構(gòu)運(yùn)動，能夠?qū)崿F(xiàn)精確有效的翻書運(yùn)動。做到結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積合適，并應(yīng)考慮到制造工藝要求、材料強(qiáng)度等因素，使方案真實合理，可實際執(zhí)行。具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計將在下面的設(shè)計部分給出。 2、設(shè)計中，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。 3、在設(shè)計中我們還應(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掉下來或者自動合上。并且能方便固定與取下。 B、翻頁速度：最初設(shè)計對翻頁速度不

7、加什么要求，但是不能過慢，通過電動機(jī)與腳踏板的驅(qū)動，應(yīng)該在較短時間之內(nèi)完成一次翻頁。并且翻完頁后要能回到初始位置，保證下一頁的順利翻成。 C、兼容性：比較起不同的書本，應(yīng)該都可以實現(xiàn)翻頁。 D、紙張保護(hù)：選擇合適的摩擦塊材料，不能對書本有太大的磨損，否則會損壞書本。 第2章 自動翻書機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計 2.1.摩擦式翻書機(jī)構(gòu)的設(shè)計 本設(shè)計中，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作，由兩部分構(gòu)成：摩擦取頁，轉(zhuǎn)動桿翻頁。兩個動作分先后進(jìn)行。為實現(xiàn)該動作，我們將采用兩個凸輪機(jī)構(gòu)來完成。 2.1.1凸輪1部分設(shè)計 凸輪1在凸輪半徑增大時，推動摩擦

8、塊向右運(yùn)動，翻動書頁，使書翻起一定高度，從而方便翻書擺桿插入進(jìn)行翻頁。因此凸輪一的設(shè)計較為簡單，其簡圖為： 三維效果圖如下： 摩擦塊 摩擦塊 在設(shè)計凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸時，要考慮的一個非常重要的參數(shù)是壓力角α。在實際中為了提高機(jī)械效率、改善傳動性能，我們要保證αmax≤【α】，對于擺動從動件【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具體實際取值，應(yīng)在實驗后根據(jù)摩擦起頁的實現(xiàn)情況取定。凸輪大

9、徑與小徑長度之差即是摩擦塊在頁面上平動的距離，此距離也應(yīng)該在實驗后才能得出較好的數(shù)值，初步設(shè)計3到4厘米。 2.1.2凸輪2部分設(shè)計 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，壓下摩擦塊，為凸輪1水平推動摩擦塊做準(zhǔn)備。當(dāng)凸輪1轉(zhuǎn)動到基圓位置，水平推動動作結(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，能保證滑塊落在頁面上即開始平動，而在平動完成時能立即離開頁面，從而最大程度節(jié)省了翻頁時間，提高工作效率。凸輪2的運(yùn)動簡圖如下： 三維效果圖如下：

10、 2.1.3.兩個凸輪裝配示意圖 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 2.2.1.翻書桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理 翻書桿固定在托板上，當(dāng)摩擦翻頁機(jī)構(gòu)將頁面翻起一定高度后

11、，翻書桿能轉(zhuǎn)入空隙中插入并帶動頁面，最終完成翻頁過程。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、電動機(jī)及減速器未畫出）進(jìn)行傳動。我們選擇合適的傳動比，保證翻書桿的運(yùn)動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 交錯齒輪傳動 翻書桿 皮帶輪 同時為了保證轉(zhuǎn)動周期一致，其傳動比為1：1，我們用了2個斜齒輪交錯軸傳動來保證傳動比以及傳動方向的改變。 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)需要在只用一個電機(jī)的情況下必須同時帶動數(shù)個機(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 2.3.1.夾板整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計 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，利用腳踏板通過連桿連接翻書夾，通過踩動腳踏板控制夾子的夾緊與放松，從而配合翻書機(jī)構(gòu)的反書動作，從而達(dá)到，摩擦翻頁——連桿翻書——松開夾子——夾緊夾子整個翻書過程的流暢進(jìn)行。 - 22 - 自動翻書機(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 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書夾，以便于實現(xiàn)不同大小書籍的翻頁過程。 2.3.3.可移動書夾的設(shè)計 為了

14、保證書本放在托書架上的時候便于固定，且適用于不同大小的書本，同時要較好的配合整個翻書過程，所以在夾書板機(jī)構(gòu)的的上面安裝兩個可移動書夾，用于實現(xiàn)以上目的。 移動夾書架 夾書夾 2.3.4.腳踏板及連桿的設(shè)計 為了適應(yīng)不同年齡段或者處于不同姿勢（站姿或坐姿）的人群，我們特意設(shè)計了可伸縮式的連桿來控制翻書夾。同時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，使用量僅次于鋼。 腳踏板 可伸縮式連桿

15、 2.3.5.托架機(jī)構(gòu)的設(shè)計 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、簡潔的目的。 第3章 自動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

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

17、 第4章 自動翻書機(jī)設(shè)計創(chuàng)新點(diǎn)及優(yōu)勢 4.1.1.采用腳踏驅(qū)動與電機(jī)驅(qū)動相結(jié)合的方式 本自動翻書機(jī)產(chǎn)品采用腳踏驅(qū)動與電機(jī)驅(qū)動相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了半自動化的自動翻書的目的，與市場上全自動的翻書機(jī)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)簡單、輕便，且價格低廉，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翻書機(jī)的取頁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)減小了對紙張的損害，同時價格低廉，也容易采購。 4.1.3.價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單、輕便 相比市面上的其他類似產(chǎn)品，本產(chǎn)品

18、具有很大的價格優(yōu)勢，大部分零件、機(jī)構(gòu)采用鋁合金和塑料作為材料，驅(qū)動電機(jī)的價格也很便宜（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。 4.1.3.翻書機(jī)構(gòu)簡單、驅(qū)動電壓較低 此翻書機(jī)的翻書機(jī)構(gòu)中核心部分只有兩個凸輪的配合傳動，再就是翻書桿與摩擦塊的配合，結(jié)構(gòu)簡單，大部分為全機(jī)械傳動，不易損壞，能長時間使用。且驅(qū)動電壓較低——12V，用鋰電池完全可以勝任長時間的驅(qū)動。 第5章 自動翻書機(jī)市場分析 本次我們做的是全自動翻書機(jī)的設(shè)計，這個設(shè)計對于廣大不方便翻書的人來說是一個很大的福音。首先，像演奏時翻閱樂譜這個必不可少，這時不可能演奏一半去翻頁，樂譜也不能做的太大，這

19、樣不方便查看。這時，自動翻書機(jī)的功能就能體現(xiàn)了出來，它能幫助演奏者順利流暢的演奏一篇樂曲。因此，本次設(shè)計對于樂者有著意想不到的作用。其次，對于有手部殘疾的人也很重要。他們可以通過這個翻書機(jī)來幫助他們完成書籍的閱讀，了解并接觸國際最新產(chǎn)品信息，幫助殘疾人士自主閱讀?？梢哉f，在生活上給他們帶來了很大的便利。由此可見，市場上對該翻書機(jī)的需求量還是較大的。而我們的設(shè)計能夠滿足市場的需求：第一該設(shè)計符合設(shè)計要求，可以較好的完成自動翻不同大小，不同厚度的書籍的動作。第二該設(shè)計全部由簡單的零件組成，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)計成本低廉，廠家有一定的利潤空間。

20、 第6章 自動翻書機(jī)設(shè)計總結(jié) 通過此次機(jī)械創(chuàng)新大賽——自動翻書機(jī)的設(shè)計，我們將課堂上學(xué)習(xí)的只是運(yùn)用到實踐中來。因為一個好的創(chuàng)意，不僅可以讓我們確定我們的方向，還可以調(diào)動我們團(tuán)隊中每個人的積極性。 好的創(chuàng)意可以讓我找的我們所要研究的方向，同時，使我們不在那樣漫無目的的亂想，使我們的精力不再分散，讓我們可以更集中精力來對我們的創(chuàng)意進(jìn)行改進(jìn)和完善。與此同時，好的創(chuàng)意還可以調(diào)動我們團(tuán)隊的積極性，因為創(chuàng)意使我們團(tuán)隊的人想出來，經(jīng)過商議得來的，只有你的創(chuàng)意讓每個人都讓同才能讓別人同意。所以，好的創(chuàng)意是經(jīng)過團(tuán)隊的人經(jīng)過討論得來的，而且得到了團(tuán)隊人的認(rèn)可，所以好的創(chuàng)意可以調(diào)動團(tuán)隊的積極性。 此外，通過此次課程設(shè)計，我們深深明白了，平時所學(xué)的知識與實際設(shè)計的過程有著很大的差別，我們會繼續(xù)努力，學(xué)好專業(yè)知識。 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)，因為我們的知識有限，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)計基礎(chǔ)，朱家誠主編，合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2003.2 【2】機(jī)械設(shè)計課程手冊，主編，第3版 高等教育出版社2006.5