機構說明
l 構成組件
圖1為搖動運動機構包含下列主要零件,零件1為本體、零件二為齒條、零件三為搖桿、零件四為凸輪、零件五為中心軸桿、零件六為從動滾圓、零件七為固定塊、零件八為彈簧、零件九為小齒輪,由以上主要零件所組成。
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l 機構運動方式
搖動運動機構為油缸為驅動源帶動齒條,齒條直線往復運動與齒輪嚙合,帶動齒輪轉動,齒輪與凸輪同軸同動,而搖桿端之從動件滾圓由於彈簧力量壓住凸輪外緣隨之移動,如此得到任意改變搖動速度之機構。
速度公式推導,由機構運動方式得知,齒條直線運動帶動其嚙合齒 輪,齒輪與凸輪同軸同動,凸輪驅動其從動件滾圓,得到搖桿速度,其推導公式如下:
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2. 機構應用
如圖3所示,利用此機構的任意改變搖動速度的特性,使用在遊樂器材上應用,輸出的速度隨著時間與凸輪外形,造成速度差,進而提供遊樂器材的刺激度;也可以將使機構利用在健身器材,提供一種除腰部及腿部外還可以同時對上半身具有搖動運動裝置。
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3. 此機構優點
l 利用齒條與齒輪傳動,其傳動效率高、傳動比準確、功率範圍大等優點
l 可設計出不同凸輪形狀,隨凸輪外緣不同,而從動件可以得到任意改變搖動之速度。
l 可藉由不同彈簧的彈簧係數,而產生大小不同之力量,而從動件可以得到任意改變搖動之速度。
4. 此機構缺點
l 因凸輪外形決定其輸出速度,所以凸輪外形設計需先考慮。
l 需要齒輪潤滑油,減少齒輪和齒條面運動的磨損。
5. 根據上述的缺點重新設計出你的構思的改良機構。
l 彈簧在從動桿件上運動時會有歪斜情況產生,因此在凸輪外形設計時須特別考量,因彈簧為外在力量壓住於凸輪外形上使從動滾子運動,如圖6所示。
l 考慮凸輪之轉速與回程之作用力,以決定彈簧所需之強度。
l 由從動滾子直徑與荷重考慮凸輪之耐久性並決定熱處理與材質。
l 因齒輪相對運動會發生齒面磨損,需要使用潤滑油,因此本體主件外形設計須有一個可掀式蓋子觀察齒條和齒輪的運動情形;潤滑油的回收與注入應在本體外形側面設計一個油孔蓋,兩個改良可讓齒輪運動時更加順利,如圖7所示。
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