EasyBot / 八月份文章 / 150821_蜗轮与蜗杆

0 0

   

150821_蜗轮与蜗杆

2015-12-25  EasyBot
从零讲:机器-人-机构设计之蜗轮与蜗杆

蜗杆弟有个大蜗轮臂膀,由于脑部受损,使得手不灵光,脚也不能走,更患了上脊髓肌肉萎缩症,整天被轮椅困住,滚球姊决定要拉他一把。正当滚球姊愁着该怎么帮忙时,姊妹淘来电告知滚球姊说,残奥委会举辨2014年在北京举办硬地滚球世锦赛,是一项适合严重痉挛、脑瘫或严重肢体残疾人士参加的运动,问问蜗杆弟要不要参加?滚球姊于是满口答应,虽然没征得蜗杆弟的同意。蜗杆弟原先并不同意。何不给自己一次机会呢,滚球姊诚恳的一句话才打动了蜗杆弟,于是一起报名参加比赛。蜗杆弟每天起早艰苦的练习,但始终都要很努力的转,很用力的转呀转,蜗轮才转那么一点点。只要蜗杆弟持续坚持转下去,终究能把滚球推出去。心血一点一滴的付出,终于顺利参加残奥委会硬地滚球比赛,还拿到了亚军。虽然一举得名,蜗杆弟感到自己能够开朗起来,才是最大的收获,尤其特别感谢滚球姊,而滚球姊对蜗杆弟也有一种特别感动,就是他的努力坚持。

从零讲:机器-人-机构设计之蜗轮与蜗杆蜗轮蜗杆减速机
如右图所示为一台典型的蜗轮蜗杆减速机,主要是应用了蜗杆与蜗轮的特性,蜗轮与蜗杆是一种常用来提高减速比的机构。蜗杆(Worm)有单牙头或多牙头螺纹之杆状齿轮,而和蜗杆啮合的一方且长得像一般齿轮者称之为蜗轮(Worm Wheel) 。使用蜗杆蜗轮的组合机构拥有许多独特优点,例如,蜗轮蜗杆齿轮组之速比较大,其速比是:蜗杆牙数/蜗轮齿数,常用于减速机的设计,一般广为使用在吊车、电梯等举升重物的机械装置;再者,机械运转噪音与振动较安静,这是因为圆柱齿轮螺纹间啮合运动为滚动接触,而蜗轮与蜗杆之间为滑动接触,因此引起噪音及振动因素较少;又如,两轴不相交、不平行,为九十度轴角配置,相对而言可节省机械布置空间;还有,具自锁性功能,即有防止倒转之特性,由于蜗杆之导程角比蜗轮小很多,蜗轮是无法当输入主动轮,因此应用上必然要蜗杆来当主动轮,蜗轮即有自锁性,它是无法输入的。本系列博文这里主要是藉助蜗轮蜗杆机构的特性,也就是蜗杆转一圈时,蜗轮才转一齿,据此改良本系列博文【凸轮计数器】里所介绍第二版李小龙车定距出脚齿轮组机构的路程限制,至于此新款机构动力车的前端,还会额外设计一种方天画戟般上挑动作,也就是说,当车行进一段距离之后,车前端会突然扬起一根扁连杆,活似做出方天画戟上挑动作,这有别于本系列博文【机械大象】里所介绍的大象摔鼻下压动作,在触发机制也有所不同,有关这些都在本博文后续还会加以讨论。

就让蜗轮蜗杆机构引领我们,顺着中国高铁的引进消化吸收再创新的心法,共同一起动手操作积木。首先,从零开始思考,新款机构动力车在车轮、平台、动力三方面,由于有着相同平台化的底盘骨架,除了轮子不用重新发明,底盘骨架平台也不用再重新发明,就只剩下动力单方面着眼进行设计,这样就可以快速有效地把蜗轮蜗杆机构用在新款车的机构里,这也是机构动力车集团军能够经济有效创新智造的奥秘,当然还要经过多番的尝试与犯错,以下就是创新智造出来具有蜗轮蜗杆机构特色的新款机构动力车。

从零讲:机器-人-机构设计之蜗轮与蜗杆
图1:新款机构动力车处于待命状态因其后斜布置卡榫连杆卡住动力齿轮

从零讲:机器-人-机构设计之蜗轮与蜗杆
图2:尾端水平触发连杆往前推送令其启动则底部蜗轮蜗杆让曲柄向上转动

从零讲:机器-人-机构设计之蜗轮与蜗杆
图3:当蜗轮蜗杆机构将曲柄转成直立状时会将顶起前斜布置的卡榫连杆

这里先补充说明一下,本系列博文【凸轮计数器】里所介绍第二版李小龙车定距出脚齿轮组机构的限制,其后轮路程只能有一圈半的路程,而这里运用蜗轮蜗杆机构来计程的话,后轮转三圈多的距离才触发下一个动作,整整延长了两倍距离,也算是很大的改善。本款机构动力车的触发机制,乍看十分像是本系列博文【人机界面】的机构,两者都是水平触发滑杆在上,而另一连杆斜后布置,并以一浮杆铰链起来;然而细看之下,就能发现并不是,其差异就在于后斜布置连杆上的支轴,本款机构动力车是后置,而该台则是前置。若再回头检视,其实是采用了【曲轴的未央歌】里机构动力车里的机构,但会调整使用要求,相当于把原来机构在下方的触发滑杆,改挪到上方水平布置,并把原曲轴两端反向轴心改成同一方向,使得触发滑杆与卡榫连杆处在同一平面上,可节省机械布置空间,这里也凸显了蜗杆蜗轮机构可节省机械布置空间的特性,使得此机构动力车中框架小小空间里,还能挤入并容纳方天画戟般上挑机构,彼此相互不干涉(虽有些会相互触碰但不发生干涉)的三种不同机构。然而,本次实作并没用到蜗杆蜗轮机构省力的特色,却用了它费时的性质。

要如何操作这台有蜗杆蜗轮机构特色的新款机构动力车呢?首先要从图1开始了解此新款机构动力车处于待命状态是什么情况,可以从图中发现其后斜布置卡榫连杆卡住动力齿轮,而尾部水平布置的触发连杆尚未起得作用,至于前端灰色中齿轮,则是将扁连杆做出方天画戟上挑动作的动力齿轮。接着进行图2所示的动作,将尾端水平触发连杆往前推送令其车子启动,则底部蜗轮蜗杆机构同时会让曲柄向上转动,那是蜗轮同步带动曲柄旋转的关系,由于后车轮目前尚未走满三圈,因此可在图2中发现灰色曲柄只转了八分之一圈左右,并不足予顶起前置黑色斜杆。再来依图3所示那样,此时后车轮已经走满三圈多,将 曲柄转成了直立状,因而会将顶起前斜布置的卡榫连杆,这卡榫会从前端灰色中齿轮松脱开来,则弹力会将扁连杆做出方天画戟的上挑动作,然而这里事前并没挂上橡皮筋,因此该扁连杆并没有上扬起来。最后要如何恢复到图1的待命状态呢?这牵涉到要额外先把动力源橡皮筋挂上动力齿轮,由于蜗轮蜗杆机构自锁特性,而后轮轴是以黄色中齿轮带动蜗杆上的红色小齿轮,因此,必须倒转后轮胎,使得蜗杆反转好让蜗轮上的曲柄能回转到起始位置,至于前端扁连杆的弹力安置,就和一般情况一样处置就行了。

另外,笔者想到可以用蜗轮蜗杆机构石现一台三位数十进制计数器(请参阅本系列博文【凸轮计数器】),作法如下:
D.1>绕一圈加一数值[20齿直角啮合40齿再串蜗杆啮合20齿蜗轮]→可得外部输入一圈输出增一(齿)数值[[同蜗轮轴心固接十位数值圆盘即可显示从0到9的增幅]]。
D.2>将前一个输出轴心平接啮合20齿再平接啮合20齿,接着同前向布置安装[啮合40齿...(再确认)],如此形成十位数的数值圆盘。
D.3>同里接续前面安装,则可形成百位数的数值圆盘。
D.4>重新归零作业,由于受限自锁性功能,一律需要从输入端着手,这可以从两种角度切入,其一是从输入端倒转直到全部显示数值皆为零为止,其二或是正转至进位至千位数的单位为止。
D.5>显然,前一个动作会有麻烦,但也不尽然,这要是应用场合来论,例如V-1飞弹((请参阅本系列博文【V-1巡航飞弹】))就很适合用上这种机械式蜗杆蜗轮计数器,因为只用一次就炸掉了,无须考虑重新归零作业的麻烦事,至于如何做呢?这是个好题材,值得深入学习再学习,不要忘了相对运动就是了。

这里额外介绍一下较少见到的兵器-方天画戟,该冷兵器设计方方面面都有考虑,不是尖锋就是利刃还带有倒刺,是个很厉害全方位的兵器,几乎什么招式都能制人于死地,其中险毒的一招就是从底部往上翻的挑刺,令人冷不胜防,暨能拨同时又能连劈带刺,单使这一招就能连消带打有守有攻,太无敌了。但为何有此神兵利器,冷兵器时代却少有将领在使用?那是由于设计上面面俱到,使得兵器造的十分沉重,这是它最根本的缺点,只有力大无穷像吕布者才能上手,而吕布也是靠着这门兵器打遍天下无敌手。但到了后来,真的太沉重不好使,只能当威武的象征。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。如发现有害或侵权内容,请点击这里 或 拨打24小时举报电话:4000070609 与我们联系。

    猜你喜欢

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多
    喜欢该文的人也喜欢 更多