图书馆自助还书机翻板落书机构的设计.pdf

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-46·图书馆自助还书机翻板落书机构的设计孙玉芹(青岛滨海学院机电系，山东青岛266555)摘要：翻板落书机构是图书馆自助还书机还书流程中的关键环节之一。通过对槽轮机构造型设计，翻板轴的选材、尺寸计算及结构设计，翻板机构总装设计来实现书籍垂直自由落入书箱，有效降低书籍条码损坏率。关键词：还书机槽轮造型翻板轴总体设计中图分类号：TIIl22文献标识码：B文章编号：1(102-6886(2011)01~0046一o3TheDesignofFallingBookMechanismforSelf-serviceBookReturningMachineSUNYuqinAbstract：Thefallingbookmechanismisoneofthekeylinksforself-servicebookreturningmachine．BythemodelingdesignofGenevamechanism，thematerialselections，thesizecalculations，andthestructuredesignsofflapshaft，theassemblydesignofflapmechanism，thebookscanfreelydropintothebookcase，whicheffectivelyreducethedamagerateofbooksbarcode．Keywords：bookreturningmachine；genevamodeling；flapshaft；assemblydesign目前我院应用的图书馆白助还书机主要由三大部分组成：系统软件部分、电气控制部分、机械设计部分。机械设计部分主要包括整体框架的设计、翻板落书机构的设计、可旋转式书箱的设计。翻板落书机构是自助还书机还书流程中的关键环节之一。该机构使书籍从翻板自由落下至书箱，防止书籍条码损坏。翻板落书机构由拨叉、弹簧、翻板电机、V带轮、翻板轴及翻板组成。本论文主要介绍槽轮机构造型、翻板轴的设计及翻板机构装配图的设计。l槽轮机构造型图1电机拨叉实体建模是Pro／E设计技术的基础，是实现虚拟装配、二维制图、机构运动分析、有限元分析、数控加工的依据。UG实体建模模块提供了能满足多种设计需求的正确建模工具：如可进行实体、表面、特征、自由曲面、线框和参数化建模；支持建立和编辑孔、槽、型腔等各种标准的设计特征；可将实体镂空变成薄壁件等。UG具有丰富的加工、分析功能，通过选择加工参数、创建加工环境，实现各种加工轨迹。图2翻板槽轮槽轮机构的主要参数是槽数z和拨盘圆销数，本机圆销数取1。考虑槽轮机构间歇的运动特点，本机翻板翻过90。时还需及时返回原位(在扭簧的作用下)，所以又对槽轮进一步改进，最终做出了适合本机的槽轮机构。如图1所示为电机侧拨叉，图2为翻板槽轮设计平面图，图3为其三维效果图。图3槽轮机构三维效果图 ·47·尸一轴传递的功率，kW；2翻板轴的设计一轴的抗扭截面系数IIlrIl3，对实心轴=轴设计的基本要求是结构合理和具有足够的强度。盯／16一o．2a：但是对于不同的机械，轴的设计要求又各不相同。对于一d一计算截面处轴的直径，mm；般机器中的转轴，主要是满足强度和结构的要求，以防止n一轴的转速，r／min。．断裂和过大的塑性变形；对于工作时不允许有过大变形的由式(1)得到按转矩初步计算轴的直径的公式为：轴(如机床主轴)，应主要满足刚度要求，以防止工作时产≥生不允许的弹l生变形；对于高速运转的轴则应满足振动稳19．055．2x[z1]0r~PVc一⋯(2)定性的要求，以防止产生共振。式中：A一计算系数，与材料的[r]有关，可按表1查取。轴设计的一般步骤是：根据工作要求选取轴的材料表1轴常用材料的许用切应力【]及A值和热处理方法；初步确定轴的直径；再考虑轴上零件的装配和受力等情况，进行轴的结构设计；随之对轴作强度校核，必要时进行轴的刚度及振动稳定I生计算。2．1轴的材料由于轴工作时产生的应力多是循环变应力，所以轴的损坏常为疲劳破坏。考虑到轴是机器中的重要零件，因按式2初算轴径后，如果在轴的相应截面处开有键此轴的材料应具有足够高的强度和韧性，对应力集中敏感槽，则应将该直径加大3％；如同一截面处有两个键槽，直性小和良好的工艺性等。径加大7％。当该直径处装有标准件，则应按标准件与轴轴的材料主要是碳素钢和合金钢。的装配尺寸圆整。考虑本机翻板轴承受载荷(一本书的重量)及节约成考虑到本机翻板与轴通过两块加强筋与其相连，需本隋况，选用45钢。在翻板轴上开方槽至轴中心线处，所以对轴强度消弱很2．2轴的结构设计大，因此在理论计算基础上轴径再加大3％。轴各段长度在机械工程设计中，方案设计完成以后要完成结构主要考虑翻板箱的空间及其相关联件的结构尺寸来确定设计。结构设计内容有：设计零部件形状、数量，相互空间的。最终设计结果如图4所示。位置，选择材料，确定尺寸，进行计算，按比例绘制方案总图和零件图。—．r_—r]广Af一一__‘‘_一—一‘_jl‘j■Il3—---—~2．2．1轴径的初步计算80～l’1一360轴的工作能力主要取决于轴的强度和刚度，对于一．般传递动力的轴，主要是满足强度要求。然而，只有已知轴上载荷的作用位置及支点跨距后，才能对轴进行强度计--l算。因此，通常轴的设计方法是：先进行轴的初步计算，以图4翻板轴确定轴的最小直径，再根据轴上零件的装配工艺和实际需要做出轴的结构设计，再进行强度验算，根据验算结果调2．2．2确定轴的结构形式整轴的结构和尺寸，最终完成轴的设计。按扭矩初算轴径后，便可进行轴的结构设计。影响因轴上载荷的作用位置和支点跨距未知，故弯矩无轴的结构的因素有很多，比如轴在机器中的安装位置及形法求出，所以轴的最小轴径是按扭矩进行初步计算的，并式；轴上安装零件的类型、尺寸、数量以及与轴连接的方用降低许用应力的方法来考虑弯矩的影响。这种方法简法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。单方便，所算出的轴径作为转轴受扭段的最小直径。因此，轴的结构没有标准形式。轴的抗扭强度条件为：轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和rr：≤[Lr]Jr(MPt'a)(L1)尺寸。其主要要求如下：1)轴和轴上零件要有准确的工作位置且定位可靠；式中：r”[r]一分别是轴的切应力和材料的许用切应2)轴上零件应便于装拆和调整；力，MPa；3)轴应具有良好的制造和装配工艺性；轴上的扭矩，N·mm；4)轴的受力状况合理，应力集中小，有利于提高轴的中国机械采购网一一 ·柏·强度和刚度等。造成损伤。本翻板轴上零件相对比较简单：轴承、翻扳轮，翻板及在还书过程中，我们将书放在两个呈平面的翻板上加强筋和轴焊接在一起，利用轴肩、弹性挡圈、轴承盖等定等待扫描平台的信号读取。扫描成功后系统给出动作信位元件进行轴向定位；驱动槽轮用普通平键与轴进行周向号，在电机与拨叉的动作下，两个翻板迅速动作呈垂直向定位。最终确定轴的结构形式如图5所示，图6为翻板装下，使书准确、快速的落入下方的指定位置(书箱)，然后电配效果图。动机继续旋转至初始位置，从动拨盘在扭簧的扭力作用下迅速复位，两翻极阪复水平状态。完成一个动作周期。动作过程主要由拨叉带动翻板来完成。图8为拨叉工作时的几个动作。拨叉初始状态(如图所示位置1)，当图书落入书箱后，系统给出信号，电动机带动主动拨盘1旋转，主动拨盘上的滚子在拨叉2(从动拨盘)的滚槽内滚动(如图所示位置2)，此时与拨叉相连的翻板轴跟着旋转扭簧不断扭紧，当主动拨盘旋转过9o℃时主动拨盘上的滚子从拨叉滚槽内脱出(如图所示位置3)，电动机继续旋图5翻板及轴图6翻板装配效果图转至初始位置，从动拨盘在扭簧的扭力作用下迅速复位，3翻板机构总体设计完成一个动作周期。翻板机构首先要解决的是传动问题，为了解决这个事问题，经过多次试验，最终选用的是槽轮机构。槽轮机构一一一有外啮合槽轮机构和内啮合槽轮机构，前者拨盘与槽轮的转向相反，后者拨盘与槽轮的转向相同，它们均为平面槽l、轮机构。．】母槽轮机构中拨盘(杆)上的圆柱销数、槽轮上的径向位置1位置2位置3槽数以及径向槽的几何尺寸等均可视运动要求的不同而图8翻板传动示意图定。圆柱销的分布和径向槽的分布可以不均匀，同一拨盘(杆)上若干个圆柱销离回转中心的距离也可以不同，4结论同一槽轮上各径向槽的尺寸也可以不同。通过对还书机翻板落书机构的改进及设计计算并实槽轮机构的特点是结构简单、工作可靠、机械效率高，物验证，基本达到了预期的目的，在还书量、书籍安全性及能较平稳、间歇地进行转位。但因圆柱销突然进入与脱离受保护f生上大大地提高了其性能，但还存在着一定问题：径向槽，传动存在柔性冲击，不适用于高速场合]。防书籍破损仍然需要进一步改进。还书时，两块翻板需同最终的翻板机构如图7所示。步动作，能使书垂直落下至旋转书箱，书籍在自由落体过程中难免受到损坏。’参考文献[1]孙桓，陈作模．机械原理．北京：高等教育出版社，2o06[2]陈立德．机械设计基础．北京：高等教育出版社，2．004[3]洪允楣．机构设计的组合与变异方法．北京：机械工业出版社，l982[4]胡建生．AutoCAD绘图实训教程．北京：机械工业出版社，2o07[5]张宪立．CAD／CAM课程改革与探索[J]．中国电子教育研究论文集，20o8图7翻板机构装配图防损式翻板落书机构由拨叉、V型带轮、扭簧、翻板等作者简介：刊、玉芹(1咖一)，女，山东大学工学硕士，现任职于青岛组成。可实现左右两侧翻板同时动作，且复位动作迅速，滨海学院。收稿日期：2010—6—7保证图书在瞬间落入书箱，尽量减少在还书过程中对图书