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翻 书 机 说 明 书
(作者:陈友乾、李泳仪)


目前为止,本人还没在市面上发现翻书机,曾经有人设计过翻书机并拿了国家专利,其设计用四杆机构实现。但本人以为这设计有以下缺点:容易把书划破;翻过某页后,该页会弹回原来的位置;不能保证每次都只翻一页┄┄鉴于此,本人尝试用别的机构实现翻书功能。
本翻书机采用吸纸装置吸起书页,旋转装置翻过书页并按下,具有高效稳妥之功能,适合音乐指挥家、钢琴家、小提琴家等演奏时使用,以及手臂残缺者或其他因某种原因不方便用手翻书的人使用。
<机构简图与说明>

该机构由脚踏板(原动件)、旋转装置和吸纸装置等(输出件)组成。脚踏板每踏一下,吸纸装置向下压一下,它自动抬高时吸起书页,旋转装置即转180度继续翻开该页并固定。
<机架的设计说明>
一, 确定机架的尺寸
乐谱架大概高800mm—1000mm,吸纸装置离桌面大概要500mm,吸纸装置长度大概要100mm,为了让脚踏板灵活,原动件的杆长要适当长点,但还要考虑到乐谱架的长宽,故初步定出主要尺寸如上面的机构简图。
二, 机架的强度
因翻书动作很小,则机架采用硬铝合金LY1管材(做模型时用塑料成型即可),直径8mm。把脚踏板上下极点限制则能避免因脚力过大而造成破坏。把机架藏入乐谱架内能达到此目的。详见总效果图。

<吸纸装置的设计说明>
该部件由气筒、活塞、活塞环、弹簧、橡胶罩、橡胶套组成。
运动过程:气筒悬挂在活塞上随拉杆一起向下运动,当橡皮罩与纸张接触后气筒受阻,拉杆推动活塞向下压。橡皮罩与书页因吸力而紧贴,由于橡皮罩为锥形,气筒向外排气;当松开脚踏板,弹簧回弹,机架上抬,推动活塞吸气,从而使纸张被吸起。该装置对弹簧的柔软性要求较高,其它零件只需满足结构性要求。故弹簧应作精确计算,其它零件凭经验确定。
<主要零件即弹簧的设计说明>
(1) 弹性要求:弹簧能自由伸缩50mm,而且要预紧。
(2) 选旋比C=8,计算曲度系数K
K=(4C-1)/4C-4)+0.615/C
=(4*6-1)/(4*6-4)+0.615/6
=1.25
(3) 根据气筒的空间初定弹簧的中径为10mm,d=D/C=10/6=1.7mm,选材料为不锈钢丝查得3类弹簧的许用切应力[τ]=550Mpa,许用弯曲应力[σb]=690Mpa,G=7300 Mpa。
(4) 算弹簧丝直径
d’>1.6((FmaxKC)/[τ])?
= 1.6((100*1.25*6)/550)?
=2.16mm 取标准值d=2.2mm
(5) 求弹簧的工作圈数
对于压缩弹簧n=GdλMax/(8FMaxC3  )
=73000*2.2*22/(8*100*83  )
=8.6 取标准值n=8.5
(6) 求弹簧的尺寸D1、D2、H0,
D1=D-d=6-2.2=3.8mm
D2=6+2.2=8.2mm
对两端并紧,
p=(0.28~0.5)D=(0.28~0.5)*10=2.8mm/圈~5mm/圈 取p=3mm/圈
H0=pn+(1.5~2)d=3*8.6+(1.5~2)=27.3mm~27.8mm 取H0=27.5mm
(7) 验算稳定性
因压缩弹簧的长细比b= H0/D=27.5/10=2.75>2.6,故要进行稳定性校验。
FC=CukFH0=0.5*11.4*27.5=156.75N>FMax100N
(其中:kF=Gd4  /(8D3  n=73000 *2.24  /8*103  *8.5=11.4)
所以,满足稳定性条件。

<吸纸装置效果图>

<旋转装置的设计说明>

该部件从上到下依次由:锁紧垫片、锁紧螺母、顶套、弹簧、架、外套、内套、滑球、旋转肢组成。
运动过程:锁紧垫片、锁紧螺母用以锁紧顶套和拉杆的联接,外套固定在架上,静态时,内套和顶套相互错开一定的角度。当拉杆向下拉时,顶套压下内套,压到内外套分离时,使内套旋转一定角度,内套与外套错开;当拉杆向上运动时,内套受下面弹力的作用沿外套端曲面吻合,内套转180度。顶套和内套之间的弹簧使它们分离,以免阻碍内套的旋转。旋转肢旋转时就把刚吸起的那一页纸张翻过,而且还压在它上面。该装置主要零件是内套、外套的配合。其原理好似圆朱笔筒。

<总效果图>

附:装配图、动画。

2004-2-24


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