玩具三類傳動設計方法

tags:    時間:2014-03-07 10:56:36
玩具三類傳動設計方法簡介
一、皮帶傳動機構     皮帶傳動的優劣比較     生活中皮帶傳動和鏈傳動很多,自行車就是鏈傳動,而玩具業中也使用皮帶傳動……
玩具三類傳動設計方法正文

一、皮帶傳動機構

    皮帶傳動的優劣比較

    生活中皮帶傳動和鏈傳動很多,自行車就是鏈傳動,而玩具業中也使用皮帶傳動,利用它的低噪音和過載保護。一般玩具帶傳動使用開口傳動。
    皮帶傳動的優點:(1)可傳遞運動的距離比較遠;(2)運轉穩、低噪音;(3)自身通過帶打滑起過載保護;(4)結構比較簡單,設計精度要求不高,還可滿足很多玩具動作的要求。

    皮帶傳動的缺點:(1)尺寸大,很多玩具產品沒有足夠的空間來使用;(2)傳遞降速的效率比較低,理論降速為大輪半徑與小輪半徑比為降速比;(3)帶的壽命不長,這會導致產品使用壽命也不會很長(不過玩具的壽命也不會要求很長);(4)不能準確傳動(帶會打滑)。

    皮帶:玩具中使用得最多的皮帶橫切面為圓形帶與方形帶,材料一般為橡膠。皮帶一般是注塑成型,對於一些小型玩具廠來說,他們不會自己做皮帶(橡皮圈),購買反而相對便宜,一般一個橡膠圈也就幾角錢,而開多一套模具得幾萬元。

    皮帶輪的材料一般有銅輪與POM塑膠輪。一般小的主動輪(直接打在馬達軸上的皮帶輪)會使用金屬銅輪,而大輪會使用塑膠POM輪。從機械原理上來講,皮帶應與皮帶輪的凹槽側邊摩擦,才是最有效的,玩具上的皮帶輪也是這樣設計的,但實際情況有時是直接把皮帶壓在輪上。

    皮帶輪在牙齒中要求有獨立空間。因為皮帶是橡膠的,而皮帶輪又大多採用塑膠POM輪,但對其它的傳動結構如:齒輪、馬達等,因實際操作中的誤差而使得噪音很大,會使用減噪的齒輪油,這種油會使橡膠皮帶與帶輪打滑,而且會被橡膠吸收而降低皮帶的使用壽命,所以在設計牙齒時應把整個皮帶及皮帶輪放在一個獨立的空間里,以防止油飛濺到皮帶上。

    常見問題及解決方案

    皮帶的壽命不足:即玩具不能通過壽命測試,這主要是皮帶的特性決定的,但可以通過解決不必要的損耗來延長壽命。如:保證主動輪與從動輪在受皮帶作用力方向上在同一個平面以及保持皮帶之間的合適軸距等。

    皮帶傳動的動力不足:皮帶打滑。這就要檢查是否有潤滑油飛濺到皮帶輪或皮帶上,也有可能是皮帶輪在注塑的過程中打了很多的脫模劑,還有是兩個皮帶輪之間的軸距大,而使得力量不足,必要時可以增加一個過渡輪來加大皮帶與皮帶輪之間的接觸面積。

    增加一個過載保護裝置,使得保護裝置工作的受力極限小於皮帶輪打滑的力度,以減小皮帶輪打滑而延長皮帶輪的壽命。

   二、平面連桿機構

    平面連桿設計形式多樣

    平面連桿機構在機械設計中非常重要,幾乎所有的非連續圓周運動,都會有桿的參與,而在玩具行業中更是運用廣泛。因為機械設計中講求的運動軌跡,在玩具業里沒有那樣嚴格要求,而這種不嚴格要求就增加了很多不同的設計方式。但總的來說,還是基本的4連桿機構、曲柄連桿機構和雙曲機構。

    形式多樣,主要是最終動作桿的形式很多,比如,一隻模擬狗,所有的腿、耳、口、眼、鼻都可以是最末端的動作桿,但玩具里的平面連桿機構不會特別的複雜,一般是單組連桿機構,最多也就三組連桿並用,這主要就是本身玩具產品的體積不會太大,就會導致連桿不會很“粗”,而且這些桿又要經受各方面的破壞測試,過多的桿難做到應有的機械強度。

 

    平面連桿設計要點

    平面連桿機構,主要的優點是結構簡單,可靠性較強,這就使得運用起來很方便,比如扭屁股的模擬人就是使用了兩組平行四邊行機構來實現的。

   平面連桿機構,主要的缺點是結構不緊湊,而在玩具產品中最大的是過載問題。比如,扭屁股的模擬人,如果你強行壓住它的頭,就極有可能會把平行四邊形機構給壓斷,所以一般都會要求有過載保護機構。而另一方面它的自動複位能力不強,比如你把扭屁股的模擬人給壓彎以後,他就會保持壓彎狀態下扭屁股,而凸輪機構則不同,在下一個循環時又可以回復到原來的狀態。

    玩具中的平面連桿機構的設計構思與機械中的一樣,都是先從理論上來分析。構思出基本的結構后就利用玩具自身的外觀部件來做桿(或曲柄),試製出一個樣品,如果功能基本可以實現,就考慮安全性和可靠性的因素,對這些桿件(曲柄)進行修正以適合玩具的特徵。

    平面連桿機構的基本概念是設計好平面連桿機構的關鍵,比如曲柄的各件最短與最長桿之和要小於其它兩桿之和,而且最短桿可以是曲柄,而曲柄連桿的特點是有死點及急回運動等。

    如果是對稱結構的設計,則最好可以使得相同位的桿(曲柄)可以互換,不行的話最好可以設計成左邊的件不能裝到右邊的機構上,以減少裝配時出錯機會。

   三、凸輪機構

    成功案例拓寬設計思維

    凸輪機構使用得非常成功的成品最著名的是毛毛B(Furby):眼皮、鼻子、上下嘴唇、耳朵、身體的振動,全部都是穿在同一根軸上的不同的凸輪帶動的,它最大的用處就是動作可以在下一個循環得到複位,這點很重要。當你看到可愛的毛毛B,在張嘴時,會忍不住抓它的嘴,不讓它動,這沒有問題,在一個循環被打亂后,在下一個循環或幾個循環中又會回復到它自身的位置。當然,毛毛B的另一大突破是利用IC程序控制,馬達一會兒正轉,一會兒反轉,使得那些動作都出現一個假的不循環特徵,也就是你所看到的動作好像是隨機的。

    我們知道,凸輪機構是循環的動作,只是馬達電流的改變使得動作在凸輪的某一段範圍內往複罷了,但這一點同樣也開拓了我們的思維。電流的方向改變以及電流的隨機性,可以得到意想不到的效果,而往大一點想,有時做出一些反常規的設計可以得到更好的效果。

    凸輪應用優缺點

    凸輪輪廓線的機制是凸輪機構的核心,而輪廓線的畫法基本都是描點法,也就是計算出凸輪桿運動一個循環的位移圖,而在這個位移圖取等分的幾個點,再把這幾個點標註在凸輪的相對位置點上,在基圓半徑的基礎上加上位移量,最後描點成光滑曲線,即得凸輪曲線。簡單地說,就是運動桿件的位移量就是凸輪曲線的點到凸輪轉動中心距離的改變數(或與改變數成正比。當桿件的方向不指向凸輪中心時,與改變數成正比)。

    凸輪機構總的來說結構簡單、緊湊,設計方便,最大的優點是可以複位,但不能得到很大的位移量,因為大的位移量意味著凸輪直徑變得很大。此外,桿與凸輪的磨損使其壽命不長或使動作失真,但對玩具產品來說,動作有點變形不是什麼大事,最大的問題是在做合理性破壞測試時,頂桿易斷,導致失去動作,嚴重的還出現小物體或彈弓外露。所以在設計凸輪機構時,對頂桿的設計也很重要,一方面最好能使頂桿在做合理性破壞測試時不受到衝擊,另一方面彈弓要保護好,絕不能在機構受到破壞時外露或脫出。

    凸輪機構按凸輪的形式來分有盤形凸輪、移動凸輪與圓柱凸輪。盤形凸輪、移動凸輪與其從動件的相對運動為平面運動,故屬於平面凸輪機構,而圓柱凸輪從與其動件的運動來說是屬於空間凸輪機構。

    凸輪機構設計的注意點

    桿要有滑動軌道,並且軌道可保護頂桿免受大力量衝擊。

    回力彈弓要固定好,合理衝撞前後不能外露或脫出,彈力不能太大,以免減少使用壽命。
頂桿與凸輪的運動應是軟性接觸。

 

 

    一般頂桿與凸輪都選用POM或者PA,注塑成型。

    凸輪面積如果過大時,應設有保護平衡的裝置。

    凸輪機構工作時是單向受力,所以應盡量保證裝有凸輪的受力平衡。

 

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