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《机械创新设计》

结课论文

专 业

机械设计制造及其自动化

班

级 1106961

姓

名 黄久长 学 号 110696112 题 目

书本压紧机构的设计

任 课 教 师 童小利

起 止 日 期 2012-2-13~2012-5-2

目录

绪论......................................................................3

一、创新思想来源....................................................3

二、机构结构与原理.................................................41、机构结构简图.................................42、机构原理.....................................43、机构部分结构原理.............................6

三、机构自由度的计算..............................................7

四、夹紧装置组装图和零件尺寸图...............................7

五、使用材料的选用和强度计算..................................9

六、夹紧装置在生活中的具体使用.............................10

七、夹紧装置优点..................................................11

八、参考文献........................................................11

绪论

随着当今社会经济的飞速发展，人民生活水平的提高。在我们日常的生活学习当中，看书是人们不可或缺的一部分，我们当中不乏有喜欢买书的同志，当我们遇见文章优美，和一些好的诗句时。我们都会忍不住的想抄写书上的内容。但是我们大家在看书时都会遇见这样的烦恼：例如：我们想看书时，亦或者当我们想抄写书上的内容时，我们必须用手或其他物品来压着书本。但是如果我们想看书而同时我们的双手又都很忙，不能去按住书本，这是我们又该怎么办呢？书本会因其太厚，由于自身的弹性而使书本自动合上。本文简绍了一种利用圆心偏置机构来压紧书本机构，有效的解决了我们翻看时的烦恼，释放了我们的双手。

关键词： 压紧、卡死、滑动、The introduction,When we buy a book, especially when this book has a certain thickne, we often meet this situation: a book because of its thick, due to the flexibility of leaving books automatically closed, which gives the reading brought a lot of inconvenience, for example: we want to read, or when we want to transcribe the contents of the book, we have to hand, or other items preing books.But if we want to read while at the same time, our hands are busy, can not hold down the books, this is how should we do? We will be thinking with a heavier things preing books, however, heavy things again because of its larger block live the content of the books, some would say that clip, the clip can certainly clamp books, in books thin time can, but when the book thicker, clip on die, the quality of the clip too light, its weight is insufficient to offset the elasticity of the book, when we how to do it? At this point we will want to have a simple, light weight, small size and can compre the books of the institution to the liberation of our hands.Here I will simply introduce what I have designed books preed working principle and other specific circumstances.Keywords: preed, stuck, sliding，一、创新思想来源

当我们新买一本书时尤其当这本书具有一定厚度时，我们常常会遇见这种情况：书本会因其太厚，由于自身的弹性而使书本自动合上，这给我们的看书带来了很多不便，例如：我们想看书时，亦或者当我们想抄写书上的内容时，我们必须用手或其他物品来压着书本。但是如果我们想看书而同时我们的双手又都很忙，不能去按住书本，这是我们又该怎么办呢？我们会想着用一个重一些的东西压着书本，然而重一些的东西又会因其体积较大而遮挡住书本的内容，有些人会说用夹子，夹子固然可以夹紧书本，在书本薄的时候完全可以，但是当书本厚一些时，夹子就不行了，夹子的质量太轻，其重量不足以抵消书本的自身弹性，这时我们该怎么办呢?此时我们就会希望有一个简单、轻便、体积小而又能压紧书本的机构以解放

我们的双手。下面就为大家简绍一下我所设计的书本压紧机构的工作原理和其他具体情况。

二、机构结构与原理

1、机构结构简图如下所示：

1为机架、○2为夹板、○3为偏心压紧机构 ○1为机架，装配构件○2和○3。其中○1中的竖直部分包含一个具有一 结构说明：○

2在滑轨上上下滑动，○3为偏心压紧机构，当按下手柄定倾斜度的滑轨，构件○时压紧书本。

2、机构原理

（1）夹紧作用原理

图示圆偏心轮直径为D，半径R，几何中心为O1，回转中心为O2，偏心距为e。如以O2为圆心，以（R－e）为半径画一虚线圆（称基圆），则图中的阴影线部分就相当于一个曲线斜绕在基圆盘上。因原始力使圆偏心回转时，其回转半径不断增大，相当于把曲线逐渐斜紧于基圆和工件之间而把工件压紧。（2）主要结构参数设计

主要是确定偏心量e、偏心轮直径D及有效工作段的位置。1)偏心量e=1.4： 偏心量e主要取决于所需的夹紧行程大小。2）偏心轮直径D。D≥14e,取得D=20 3)圆偏心轮有效工作段的选择

原则上圆偏心轮整个半圆OA圆弧都可用作工作段，但这要转动180°，操作不方便。通常用得最多的是γ=45°~135°所对应的圆弧工作段，在这段圆弧上αx变化较小，夹紧力和自锁性能都较稳定。也有人主张选γ=75°~165°所对应的圆弧工作段．理由是夹紧开始时αx大，夹紧结束段αx小，自锁性更好。与单螺旋夹紧机构一样，也可看成是斜楔和力臂为L和的杠杆机构的组合。斜楔楔入转轴和工件受压面间且两面都有摩擦，因此，由斜楔夹紧力计算式可得圆偏心夹紧力的计算式

代入相关数据，计算的W=50N,满足使用需求。（3）圆偏心夹紧时的自锁

圆偏心夹紧时，要可靠地保证自锁，其夹紧点(转角为γ)处的升角(α)必须满足下式：

上式经化简整理后可得出圆偏心夹紧机构的自锁条件为：

(3)

(4)

式中：μ(φ)——为偏心轮与被夹压表面间的摩擦系数(摩擦角)；

ε——为保证自锁允许的最大偏心率。表1为偏心轮工作面上几个特殊位置处的ε值(按tgφ=μ=0.1计算)本机构中所选用的e=1.4，R=10，由于e/R≥14,所以本机构满足自锁条件。

3、机构部分结构原理

2在构件○1中的滑轨的卡死（1）夹板○

2受到圆心偏置机构的压紧力N及自身重力 G（自身重力太小可以忽略不构件○1上的两个大小相等方向相反的作用力F和F’ 这两个力构成计），受到构件○

1和构件○2的结合处形成一个转矩M1，M1=M，构一个转矩M,力G和N在构件○2卡死不下滑。件○2在构件○1中的滑轨上下滑动（2）夹板○

2受到一个力F（自身重力太小可以忽略不计）的作用而沿着构件○1的滑轨构件○而上下滑动。

（3）圆心偏置构件的压紧及卡死

左侧为偏心轮图，右侧为弧形楔展开图

圆偏心夹紧构件的偏心轮可以看做一缠绕在基圆盘上的弧形楔，将它展开后可以看出，曲线上的任意点X的斜楔角a是变化的，园偏心机构最大行程为 2e当D/e≥14时园偏心机构自锁，由于曲线上各处升角不同，在p处升角变化最小，夹紧力最小，夹紧最稳定。而且这种机构还具有一定的增力比，更加省力。

三、机构自由度的计算

2和构件○3）1整个构件中包含两个可动构件（构件○，两个低副（其中一个为构件○2的滑动副，构件○1与构件○3的转动副）与构件○，当机构处于压紧时则增加一个3与书本的面接触）髙副（构件○1 当机构处于压紧书本状态时：自由度n=2×3﹣2×2﹣1﹦1.2 当机构处于自由状态时：自由度n=2×3﹣2×2﹦2

四、夹紧装置组装图和零件尺寸图

1的主视图，图（3）为构下列图中图（1）为整个机构结构图，图（2）为构件○1的左视图，图（4）为构件○2主视图，图（5）为构件○2俯视图，图（6）为件○3结构图，图（7）为构件○3左视图 构件○

(1)(2)

(3)(4)

（5）(6)

(7)

五、使用材料的选用和强度计算

本机构使用的材料为灰铸铁（考虑到该机构只受压而不受拉，和机构本身须有一定的质量），2弯曲强度校核公式：

1、、构件○ δ

=F2KT1bmz12YFs≤δF

弯曲疲劳极限应力δFlim δFlim1=292MPa δFlim2=280MPa 许用弯曲应力

δF1=1.4δFlim1=1.4×290=406MPa =1.4δFlim2=1.4×280=392Mpa δF2校核复合系数：YFs

YFs1=4.13 2弯曲应力：

校核构件○ δ=F12KT1bmz12 YFs2=3.98 YFs=

21.743400492.5263.984.132=76.54Mpa＜δ=73.76MPa＜δF1

δ=F22KT2bmz12YFs =76.54×

F2

2满足使用的需要。

所以构件○3与构件○1之间轴的校核

2、、构件○1.设计轴的基本45 钢正火处理，估计直径d＜3mm查表得：

δb=60Mpa 查表去c=118 pn d≥c3=11831.38303.4=20mm 所求d应为受扭转段的直径即装链轮处的直径，原因该处有一键槽。故直径应大于3％即d=1.03×20=20.6mm 取标准直径d=2..5mm。

六、夹紧装置在生活中的具体使用

1、单独使用：在翻看书本页数较少时，我们可以将装置放在书的左侧，调节构件2的高度，将书的左侧插入构件2和构件3之间，按下手柄，使书压紧。此时如果书本继续翻合，那么此时可以在构件1的底部和构件2之间放入另外一本厚度略小于构件1的底部和构件2之间距离的书本，这时由于底部书本的重量而使其不再翻合。当书本左侧的厚度较大时，我们可以将加紧装置放在书本的右侧使用，使用方法同左侧。

2、同时使用：当我们翻看至书本的中间时，此时由于书本两侧的厚度相差无几，单独使用一个夹紧装置都达不到令书本不翻合的目的。这时我们可以使用两个夹紧装置，左右各方一个。此时如果书本继续翻合，那么此时可以在左右两

个构件1的底部和构件2之间各放入另外一本厚度略小于构件1的底部和构件2之间距离的书本，这时由于底部书本的重量而使其不再翻合。

七、夹紧装置优点

该机构装置具有制造成本低廉，选材广泛，材料可以为铁，塑胶，木材。其结构简单，体积小，制造加工难度低适宜大规模量产，在使用方面简单，灵活多用，可靠性强，耐用度高，在学习和生活当中具有很高的实用价值，实为看书的必备之物。且改机构的设计尚属首例，市场需求大，可投资性强。

八、参考文献

⑴ 范顺成,马治平,马洛刚.《机械设计基础》第3版,北京,机械工业出版社.2005 ⑵ 卢颂峰.《机械设计课程设计手册》北京,中央广播大学出版社.2005 ⑶ 张继世.《机械工程材料基础》北京,高等教育出版社.2000 ⑷ 张定华.《工程力学·少学时》,北京,高等教育出版社.2000