戴 寧

(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 圖書館，江蘇 徐州 221116)

圖書館書架高層取書用平口夾鉗的設(shè)計

戴 寧

(江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 圖書館，江蘇 徐州 221116)

現(xiàn)在圖書館的書架單層較高且頂層高度超過了不少讀者可以直接取書的高度，雖然充分利用了藏書空間，但對部分讀者產(chǎn)生了取書不方便的問題.為此，設(shè)計一種平口夾鉗作為輔助工具，讀者借助于它可以方便地取到書架高層的圖書，鉗口做平動確保了夾持的穩(wěn)定且不損傷圖書.

圖書館；書架；平口夾鉗；設(shè)計

平口夾鉗與被夾持工件通過面接觸致使夾持的穩(wěn)定，最簡單的平口夾鉗為螺桿滑塊結(jié)構(gòu)[1]，稍微復(fù)雜的平口夾鉗是基于雙平行四邊形機構(gòu)的平面多桿機構(gòu)[2]，這些平口夾鉗不適宜用于插入書架上陳列書籍的取書操作.現(xiàn)在的圖書館為了充分利用空間藏書，使用的書架比過去高了不少，這樣解決了單位建筑面積上多放書的問題，但也產(chǎn)生了另一個問題，不方便讀者取到書架高層上的書.為此，設(shè)計出一種平面六桿機構(gòu)式鉗口平動的夾鉗[3]，只要圖書館在書架附近放置一些夾鉗，需要的讀者利用該夾鉗就可以自己取到書架高層上的書，避免了取書的麻煩.

1 雙搖桿機構(gòu)連桿上的拐點

本問題的解決需要尋找到連桿上的一個拐點，拐點是連桿上一點的軌跡曲率為0、曲率半徑為無限大的一點.拐點的軌跡在拐點附近為一條近似直線.此時，連桿4上的AB平行于機架OAOB，令OAA= OBB=A，

OAOB=d，AB=B，AF1=0.5B，P為連桿4的速度瞬心，F(xiàn)1F2⊥AB，由ΔAF1P∽ΔOAF2P得AP/(0.5B)= (A–AP)/ (0.5d)，AP×d=A×B–AP×B，為此得AP的長度為[4-5]連桿4上A點的拐點為D，AD的長度為

桿OAA與OBB的夾角之半θ為

為此，得拐點圓G的直徑ds=PE為

連桿AB上E、F1點之間的距離b1為

令A(yù)E =b2，AE與AB之夾角為δ，則b2與δ分別為

為此，連桿4上E點的軌跡存在一段平行于機架OAOB的精確直線l.

平面六桿機構(gòu)式鉗口平動的夾鉗由雙搖桿機構(gòu)與一個RRR型Ⅱ組構(gòu)成，其中的雙搖桿機構(gòu)如圖1所示.

圖1 雙搖桿機構(gòu)連桿上的拐點

2 平口夾鉗機構(gòu)的尺寸設(shè)計

平面六桿機構(gòu)式平口夾鉗如圖2所示.

圖2 平面六桿機構(gòu)型平口夾鉗設(shè)計

l為搖桿2上的一點，EH為連桿5，HI為連桿6，設(shè)α表示夾鉗兩手柄間的相對運動角，αmin為鉗口閉合時兩手柄間的相對角度，αmax為鉗口最大張口時兩手柄間的相對角度，當(dāng)α在［αmin，αmax］內(nèi)變化時，OB、A兩點之間的長度f與方位角φ分別為

對ΔOBAB應(yīng)用余弦定理，a b f bf

22 22

=+- --

cos[ ( )]

π ψ φ ，得連桿4上AB的方位角ψ為

于是，連桿4上拐點E的軌跡(xE，yE)方程為

設(shè)c0=HE，c0的設(shè)計方位角為β50，α0=∠AOAI，它們都為選定的結(jié)構(gòu)參數(shù)；設(shè)a0=OAI、b0=HI為待求的設(shè)計參數(shù)，當(dāng)桿HE作平動(鉗口作相對平動)時，動點H的理論軌跡方程為

點OA、I、H之間的桿長約束方程為

展開式(11)得

構(gòu)造誤差函數(shù)，令n=(αmax–αmin)/Δα，Δα為兩手柄間相對角位移的增量，得以a0、b0為設(shè)計變量的誤差函數(shù)為

為了降低變量的冪次方，引入新的變量z a b= -2

00

2，于是，得以a0、z為設(shè)計變量的誤差函數(shù)E(a0，z)為

對E(a0，z)求關(guān)于a0、z的偏導(dǎo)數(shù)并令其等于0得在式(15)中，令k11為z的系數(shù)，k12為a0的系數(shù)，k13為常數(shù)；在式(16)中，令k21為z的系數(shù)，k22為a0的系數(shù)，k23為常數(shù)；于是，式(15)、式(16)化簡為

由式(17)解得a0，z分別為

由z a b= -

00回代b0為

3 平口夾鉗機構(gòu)的設(shè)計實例

已知a=70 mm，b=40 mm，d=35 mm，c0=22 mm，α0=25°，β50=25°，α的變化區(qū)間為37.5°～77.5°，n=40 mm.編程計算得參數(shù)設(shè)計如表1所示，其中，Δxmax為鉗口的開度，Δymax為垂直于鉗口開度方向的最大偏移量，εmax為鉗口在開度范圍內(nèi)的平動性最大誤差.略去手把長度的鉗口平動夾鉗如圖3所示.

表1 平口夾鉗機構(gòu)的參數(shù)設(shè)計

圖3 略去手把長度的鉗口平動夾鉗

4 結(jié)論

利用雙搖桿機構(gòu)連桿上拐點的特征獲得垂直于鉗口開度方向的相對位移，添加一個RRR型Ⅱ級組得到一個平面六桿機構(gòu)式平口夾鉗，通過構(gòu)造誤差函數(shù)、再使誤差達到最小與VB編程計算得到機構(gòu)的設(shè)計參數(shù)數(shù)值，制作了三維動畫，VB分析與三維動畫同時表明設(shè)計參數(shù)滿足使用要求.該夾鉗不僅為讀者提供了一件輔助取書工具，而且可以激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的意向[6-7].

[1] 王華峰.自定心精密平口鉗的設(shè)計[J].中國科技信息，2008(5)：66-68.

[2] 尹忠俊，項楊，韓天.自動立式夾鉗的動力學(xué)分析[J].冶金設(shè)備，2008(4)：53-55.

[3] 戴寧.書架高層取書平動夾鉗：中國，201420263077[P].2014-10-15.

[4] 王洪欣，戴寧.機械原理課程上機與設(shè)計[M].南京：東南大學(xué)出版社，2007.

[5] 李詠嘉.試論高職圖書館在大學(xué)生自主學(xué)習(xí)中的地位和作用[J].教育界，2011(6)：103-104.

[6] 賀東坤，田明.氣動通用上下料機械手結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].長春大學(xué)學(xué)報，2012，22(10)：.1171-1173.

[7] 周波蘭.高校圖書館員價值實現(xiàn)途徑探析[J].圖書館，2010(3)：99-100.

(責(zé)任編輯：李 華)

On the Design of Flat-mouthed Pincers Used for Fetching Books on the Higher Tires of Library Bookshelves

DAI Ning
(Library，Jiangsu Institute of Architectural Technology，Xuzhou 221116，China)

While the current design of library bookshelves makes full use of the collecting space， it also poses great inconvenience to readers as the single tire of the bookshelves is relatively high and the top tire is even beyond the reach of readers. In order to address this problem， this paper proposes to design a fat-mouthed pincer to help them to reach books even on high tires with ease. And the horizontal movement of its mouth ensures stable and damage-proof clamp.

library；bookshelf；fat-mouthed pincer；design

O31

A

1008-5475(2016)04-0023-04

10.16219/j.cnki.szxbzk.2016.04.007

2016-07-16；

2016-08-02

戴 寧(1970-)，女，安徽無為人，館員，碩士，主要從事資源建設(shè)與管理研究.

戴寧.圖書館書架高層取書用平口夾鉗的設(shè)計[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報，2016，27(4)：23-26.