合肥學院第四屆科技節第六屆機械創新設計大賽Hefei University機械創新設計大賽 題目： 自動翻書機 系別： 機械工程系 專業： 10級機械設計制造及其自動化 成員： 楊兆曜：1006012032 喻松林：1006012019 李 珍：1006012035 王學良：1006012031 王震宇：1006012025 指導老師： 王錫明 2012年11月28日目錄第1章 自動翻書機設計背景與分析- 3 -1.1.摘要- 3 -1.2.設計背景- 3 -1.3.設計分析- 4 -第2章 自動翻書機執行機構的設計- 5 -2.1.摩擦式翻書機構的設計- 5 -2.1.1凸輪1部分設計- 5 -2.1.2凸輪2部分設計- 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.翻書桿機構的設計- 9 -2.2.1.翻書桿機構運動原理- 9 -2.2.2.翻書桿機構與凸輪機構的配合- 10 -2.2.3.翻書桿機構的三維效果圖- 10 -2.2.4.翻書桿機構材料的選擇- 11 -2.2.5.翻書桿機構驅動電機減速器的選擇- 11 -2.3.夾板機構及托架機構的設計- 13 -2.3.1.夾板整體機構的設計- 13 -2.3.2.托書架的設計- 1 -2.3.3.可移動書夾的設計- 14 -2.3.4.腳踏板及連桿的設計- 15 -2.3.5.托架機構的設計- 16 -第3章 自動翻書工作流程圖- 17 -第4章 自動翻書機設計創新點及優勢- 18 -4.1.1.采用腳踏驅動與電機驅動相結合的方式- 18 -4.1.2.采用摩擦式翻書方法- 18 -4.1.3.價格便宜，結構簡單、輕便- 18 -4.1.3.翻書機構簡單、驅動電壓較低- 18 -第5章 自動翻書機市場分析- 19 -第6章 自動翻書機設計總結- 20 -參考文獻- 21 -第1章 自動翻書機設計背景與分析1.1.摘要我們設計的適用于經常從事樂器演奏工作，且工作時不方便用手進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。整套裝置由一個電機及腳踏板驅動，完全由機械結構控制，能夠自動翻頁過程，并且可以適用于絕大多數的書籍翻頁。本文首先對市場上較為成熟成熟的設計方案進行分析、研究，提出我們的總體設計方案，再對各個機構具體設計方案、制作方法進行詳細的介紹，最后做出總結、評價。關鍵詞：自動翻書機 電動機 腳踏板 翻頁1.2.設計背景如今的市場上已經出現了一些自動翻書機構。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：采用流體力學原理，利用大氣壓來進行取紙，但這種方式時間久之后取紙效果就比較差，機構也比較龐大，效果并不理想。 2、定紙方式：即做若干翻書桿，每個翻書桿負責翻一頁書。這種翻書機構成功率是百分之百的，但是由于翻書桿有限，應用程度卻比較差。這些機構大多數都可以直接由機械結構控制，由一個電機驅動，成本較低?；谝陨蟽蓚€方面的分析，我們設計一種應用于普通書籍和樂譜的自動翻書機。其具有體積小，成本低，兼容性較好等優勢，具有一定的市場空間。1.3.設計分析1、設計要求：全機械結構控制，利用一個電機和腳踏板驅動各類齒輪、桿等機構運動，能夠實現精確有效的翻書運動。做到結構簡單緊湊，體積合適，并應考慮到制造工藝要求、材料強度等因素，使方案真實合理，可實際執行。具體的結構設計將在下面的設計部分給出。2、設計中，所有齒輪均采用標準備參數，各連桿、槽輪、凸輪、機架等結構均根據工件制造加工工藝及材料強度要求設計。3、在設計中我們還應考慮一下因素：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：最初設計對翻頁速度不加什么要求，但是不能過慢，通過電動機與腳踏板的驅動，應該在較短時間之內完成一次翻頁。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，應該都可以實現翻頁。D、紙張保護：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 自動翻書機執行機構的設計2.1.摩擦式翻書機構的設計本設計中，我們采用摩擦式翻書機構。該機構主要模擬人手翻書動作，由兩部分構成：摩擦取頁，轉動桿翻頁。兩個動作分先后進行。為實現該動作，我們將采用兩個凸輪機構來完成。2.1.1凸輪1部分設計凸輪1在凸輪半徑增大時，推動摩擦塊向右運動，翻動書頁，使書翻起一定高度，從而方便翻書擺桿插入進行翻頁。因此凸輪一的設計較為簡單，其簡圖為：三維效果圖如下：摩擦塊摩擦塊在設計凸輪機構的基本尺寸時，要考慮的一個非常重要的參數是壓力角。在實際中為了提高機械效率、改善傳動性能，我們要保證max【】，對于擺動從動件【】=4045。此翻書機構中應選取較小的基圓半徑。這時可考慮按許用壓力角要求求出。根據檔書板的位置我們已確定凸輪中心從動件導路的偏置方位正確，偏據e已選定，根據公式 取=【】，一般應使具體實際取值，應在實驗后根據摩擦起頁的實現情況取定。凸輪大徑與小徑長度之差即是摩擦塊在頁面上平動的距離，此距離也應該在實驗后才能得出較好的數值，初步設計3到4厘米。2.1.2凸輪2部分設計凸輪2的作用控制摩擦塊旋轉的角度。凸輪2從基圓轉向大圓位置時，壓下摩擦塊，為凸輪1水平推動摩擦塊做準備。當凸輪1轉動到基圓位置，水平推動動作結束后，凸輪2半徑變為基圓半徑，使得摩擦塊上升，脫離書本。如果需要達到這種效果，需要兩種凸輪配合好，所以需要滿足一下條件： 2 2，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，從而最大程度節省了翻頁時間，提高工作效率。凸輪2的運動簡圖如下：三維效果圖如下：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以及書本的摩擦系數。由于不同的書本紙張的摩擦系數不同，所以我們盡可能的選擇摩擦系數較大的摩擦塊材料。這里我們選用硅橡膠。有機硅橡膠是由線性聚硅氧烷混入補強填料，在加熱加壓條件下硫化生成的特殊合成彈性體。它完美地平衡了機械性質和化學性質，因而能滿足今天許多苛刻的應用場合要求。 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.翻書桿機構的設計2.2.1.翻書桿機構運動原理翻書桿固定在托板上，當摩擦翻頁機構將頁面翻起一定高度后，翻書桿能轉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、電動機及減速器未畫出）進行傳動。我們選擇合適的傳動比，保證翻書桿的運動周期與凸輪的周期相同，從而達到同步的目的。2.2.2.翻書桿機構與凸輪機構的配合2.2.3.翻書桿機構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.翻書桿機構材料的選擇考慮到此翻書機構的重量不能太重，所以我們選擇較輕的工程塑料來制作翻書桿機構的零件包括各連桿、齒輪、凸輪等，這樣大大減輕了翻書桿機構的重量，使得此翻書機更加的輕便。2.2.5.翻書桿機構驅動電機減速器的選擇由于此翻書機構需要在只用一個電機的情況下必須同時帶動數個機構進行運轉，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，所以經過考量和查閱資料，我們最終選定了ZGB37RH171i-5300減速直流電機，該直流減速電機24W的輸出功率和30r/min的轉速及15kgcm的力矩足以滿足我們機構中的動力需要。下面是此電機的相關參數：2.3.夾板機構及托架機構的設計2.3.1.夾板整體機構的設計書夾槽書背槽夾書夾托書板可伸縮連桿腳踏板此翻書機夾板機構的主要工作原理是，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，從而配合翻書機構的反書動作，從而達到，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行。- 22 -自動翻書機 細節效果圖： 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，以便于實現不同大小書籍的翻頁過程。2.3.3.可移動書夾的設計為了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，所以在夾書板機構的的上面安裝兩個可移動書夾，用于實現以上目的。移動夾書架夾書夾2.3.4.腳踏板及連桿的設計為了適應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，但強度比較高，接近或超過優質鋼，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，工業上廣泛使用，使用量僅次于鋼。腳踏板可伸縮式連桿2.3.5.托架機構的設計 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到輕便、簡潔的目的。第3章 自動翻書工作流程圖 開始夾書夾松開 踩下腳踏板 電機啟動 摩擦塊帶起書頁 翻書桿執行翻書動作 摩擦塊回到起點夾書夾夾緊 松開腳踏板 電機停止 一次翻書過程結束第4章 自動翻書機設計創新點及優勢4.1.1.采用腳踏驅動與電機驅動相結合的方式本自動翻書機產品采用腳踏驅動與電機驅動相結合的方式，實現了半自動化的自動翻書的目的，與市場上全自動的翻書機構相比，結構簡單、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，不僅機構復雜，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好的硅橡膠，不進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，結構簡單、輕便相比市面上的其他類似產品，本產品具有很大的價格優勢，大部分零件、機構采用鋁合金和塑料作為材料，驅動電機的價格也很便宜（在45元左右），相比其他上千元的產品，我們具有很大的優勢。4.1.3.翻書機構簡單、驅動電壓較低此翻書機的翻書機構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，結構簡單，大部分為全機械傳動，不易損壞，能長時間使用。且驅動電壓較低12V，用鋰電池完全可以勝任長時間的驅動。第5章 自動翻書機市場分析本次我們做的是全自動翻書機的設計，這個設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，這樣不方便查看。這時，自動翻書機的功能就能體現了出來，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來幫助他們完成書籍的閱讀，了解并接觸國際最新產品信息，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，市場上對該翻書機的需求量還是較大的。而我們的設計能夠滿足市場的需求：第一該設計符合設計要求，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，而且部分使用標準件，互換性好。第三，該設計成本低廉，廠家有一定的利潤空間。第6章 自動翻書機設計總結通過此次機械創新大賽自動翻書機的設計，我們將課堂上學習的只是運用到實踐中來。因為一個好的創意，不僅可以讓我們確定我們的方向，還可以調動我們團隊中每個人的積極性。好的創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意進行改進和完善。與此同時，好的創意還可以調動我們團隊的積極性，因為創意使我們團隊的人想出來，經過商議得來的，只有你的創意讓每個人都讓同才能讓別人同意。所以，好的創意是經過團