圖書書脊排齊書架中平面六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究

戴　寧

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

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圖書書脊排齊書架中平面六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究

戴寧

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

圖書館的書架上書籍被上架又借出，上架時總是將書脊向外排齊，既美觀又直觀，讀者翻閱后隨手放置，書脊就不再向外排齊了，館員不得不重新整理。這樣不僅消耗時間，且很累人。為此，設(shè)計(jì)一種每一層書脊可一次排齊的新型書架，采用兩套平面六桿機(jī)構(gòu)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，館員只要搬動一個手把往復(fù)運(yùn)動一下即可，可以大大提高整理書籍的速度。

圖書書架；書籍排齊；平面六桿機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)研究

圖書館的圖書按照中圖分類法分類上架，供讀者瀏覽或借閱，這樣，常常出現(xiàn)不同開本的書籍放在同一層書架上，當(dāng)館員將這些書籍上架時，為了整齊與美觀，總是將書脊向外排齊?？墒?，當(dāng)讀者翻閱后，整個書架上的書籍出現(xiàn)了前后錯位，書脊不再整齊了。這樣，館員每天都需要重復(fù)整理書架，恢復(fù)書脊排齊狀態(tài)，勞動量很大，也很耗時，偶爾還會碰傷或劃傷館員的手。為此，設(shè)計(jì)出了一種新型的手把操作六桿機(jī)構(gòu)式圖書書脊一次排齊的書架，當(dāng)館員整理圖書時，只要往復(fù)扳動該層六桿機(jī)構(gòu)中的一個手把，可一次性地將一個書架該層上的圖書書脊向外排齊，每一層皆如此操作，書架上的書脊都被整理成向外排齊了，既節(jié)省了時間又避免了手的碰傷或劃傷，不僅具有現(xiàn)實(shí)意義，也具有創(chuàng)新價值。

1 平面六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

圖1所示為一種新型圖書書脊一次排齊書架中的平面六桿機(jī)構(gòu)，桿1(DO1EF)為主動件，做往復(fù)擺動，擺角為α，其中DO1E與內(nèi)側(cè)放書隔板的兩端固連且與其平行，O1與書架側(cè)板固連，EF為手把；CD為連桿2作平面運(yùn)動；O2CB為搖桿3關(guān)于固定點(diǎn)O2擺動；AB為連桿4作平面運(yùn)動，與外側(cè)放書隔板的兩端固連且與其平行，在初始位置時連桿4的A1B1水平，在位置變換到A2B2時連桿4的相對運(yùn)動角為θ12，在位置變換到A3B3時連桿4的相對運(yùn)動角為θ13；O3A為搖桿5關(guān)于固定點(diǎn)O3擺動；構(gòu)件6為機(jī)架(書架的側(cè)立板)。

在xO1y坐標(biāo)系中，A點(diǎn)的初始位置O1A1選定，連桿4的桿長l4= AB選定，O2相對于O1的d1、d2選定，B點(diǎn)在以O(shè)2為中心的圓弧上，A點(diǎn)在以O(shè)3為中心的圓弧上。O2點(diǎn)的坐標(biāo)為( d1，d2)，O3點(diǎn)的坐標(biāo)為(d3，d4)。

h1、b1為最大開本的書的高度與寬度，h2、b2為放置書空間的高度與寬度，b3是O2到后擋板的安裝距離，b4是書籍內(nèi)側(cè)到O2點(diǎn)的間距，h3是操縱手把的長度。

當(dāng)搬動手把時，由于摩擦的原因，在隔板的傾角α<25°時，書籍在與DE桿平行的隔板上不動，當(dāng)25°≤α≤30°時，書籍在與DE桿平行的隔板上向外勻速滑動，當(dāng)α = 30°時，連桿4到達(dá)A3B3，書籍右側(cè)滑到與A3B3接觸而停止，此時，書脊向外被排齊；當(dāng)手把返回后，書籍處于書脊向外排齊的狀態(tài)，其中一本書的上內(nèi)頂點(diǎn)為G20，上外頂點(diǎn)為G30。

設(shè)B點(diǎn)關(guān)于O2點(diǎn)轉(zhuǎn)動β12，β13，B點(diǎn)的初始坐標(biāo)xB1= O1A1+ A1B1= O1A1+ l4、yB1= 0，則O2B1的長度L31與初始角位移β0分別為

β0=arctan[(xB1-d1)/d2](2)

B2、B3點(diǎn)的坐標(biāo)分別為

搖桿5上A點(diǎn)的初始點(diǎn)A1的坐標(biāo)分別為xA1= O1A1= 55 mm、yA1= 0，連桿AB從初始位置A1B1關(guān)于O3點(diǎn)轉(zhuǎn)θ12到A2B2，再轉(zhuǎn)θ13到A3B3，則A2、A3點(diǎn)的坐標(biāo)分別為

A1、A2中點(diǎn)的坐標(biāo)分別為xA12= (xA1+ xA2)/2、yA12= (yA1+ yA2)/2，直線A1A2的斜率k1= (yA2- yA1)/(xA2- xA1)，直線A1A2中垂線的方程為

y=yA12-(x-xA12)/k1(7)

A1、A3中點(diǎn)的坐標(biāo)分別為xA13= (xA1+ xA3)/2、yA13= (yA1+ yA3)/2，直線A1A3的斜率k2= (yA3- yA1)/(xA3- xA1)，直線A1A3中垂線的方程為

y=yA13-(x-xA13)/k2(8)

由式(7)、式(8)得搖桿5的固定點(diǎn)O3的坐標(biāo)xO3、yO3即d3、d4分別為

d4=yA12-(xO3-xA12)/k1(10)

在社會生活中音樂的發(fā)展離不開對各種民族文化的基礎(chǔ)和發(fā)揚(yáng)，音樂文化更是民族文化的一個重要組成部分，在初中教學(xué)中進(jìn)行對學(xué)生的音樂教育，就是需要結(jié)合民族文化進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對民族文化的學(xué)習(xí)和教育，實(shí)現(xiàn)民族文化的傳承。

A1O3的長度，即搖桿5的長度L5為

設(shè)桿1上O1D的長度為L11，讓D點(diǎn)關(guān)于O1轉(zhuǎn)動α12與α13，令α11= 0，D點(diǎn)的初始點(diǎn)D1的坐標(biāo)分別xD1= - L11、yD1= 0，D2、D3點(diǎn)的坐標(biāo)分別為xD2= -L11cosα12、yD2= L11sinα12，xD3= -L11cosα13、yD3= L11sinα13。

令O2C1的長度為L32，讓C點(diǎn)關(guān)于O2轉(zhuǎn)動β12與β13，令β11= 0，C點(diǎn)的初始點(diǎn)C1的坐標(biāo)分別xC1= d1+ L32sinβ0、yC1= d2- L32cosβ0，C2、C3點(diǎn)的坐標(biāo)分別為xC2= d1+ L32sin(β0+ β12)、yC2= d2- L32cos(β0+ β12)，xC3= d1+ L32sin(β0+ β13)、yC3= d2- L32cos(β0+ β13)，由C、D點(diǎn)之間的定長約束得

q+[d1sin(β0+ β1i)-d2cos(β0+ β1i)]L110+(d1cosα1i-d2sinα1i)L320=

-sin(α1i+β0+ β1i)(13)

令p為未知數(shù)q、L110、L320系數(shù)矩陣的行列式，q1為p對應(yīng)的行列式，L10為L110對應(yīng)的行列式，L30為L320對應(yīng)的行列式，從而解得p、q1、L10、L30，回代后得L11、L32與L2分別為

L11=1/L110=p/L10(15)

L32=1/L320=p/L30(16)

令桿1上O1E的長度L12= O1A1+ AB = O1A1+ l4，桿1上EF的長度L12=1.15d2。

2 設(shè)計(jì)實(shí)例

已知θ12= 75°，θ13= 60°，xA1= 55 mm，yA1= 0，l4= 50 mm，d1= -120 mm，d2= 210 mm， h1= 290 mm、b1= 165 mm，h2= 350 mm、b2= 230 mm，b3= 5 mm，b4= 35 mm，h3= 290 mm，xB1= 105 mm，yB1= 0，α = 30°，α12= 18.7°，α13= 30°，β12= 14°，β13= 23°。平面六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示，β0= 46.975°。

表1　 平面六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)(長度單位：mm)

圖2　書在隔板上書脊不齊

圖3　內(nèi)隔板順擺與外隔板逆擺

機(jī)構(gòu)的二維動畫如圖2～圖4所示，當(dāng)書A與書B等在隔板上書脊不齊時如圖2所示，當(dāng)向外搬動手把到任意位置時，如圖3所示，此時所有的書相對于隔板位置不變；當(dāng)繼續(xù)向外搬動手把到外極限位置時，如圖4所示，此時所有的書滑到書脊與外側(cè)放書隔板接觸；當(dāng)手把返回時，書脊被排齊的書相對于隔板不動，當(dāng)手把返回最初位置時，書脊得到了排齊。

圖4　外隔板擋住所有外滑的書達(dá)到書脊對齊

3結(jié)論

在書架左右立板的內(nèi)側(cè)各安裝一個平面六桿機(jī)構(gòu)，其中一個機(jī)構(gòu)上安裝一個手把，將放書隔板做成內(nèi)外兩塊，內(nèi)隔板與橫軸固連，可以繞橫軸擺動，外隔板與外連桿4固連，外隔板在平時為擔(dān)書板，在整理圖書時為擋書板，只要往復(fù)搬動手把一次，書脊就被向外排齊，擴(kuò)展了現(xiàn)有書架的功能，方便了館員整理圖書，同時可以啟發(fā)讀者創(chuàng)新的意識。

[1]戴寧. 圖書書脊排齊書架[Z].ZL 2014 2 0274254.8.

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

[3]王洪欣, 馮雪君. 機(jī)械原理[M].南京: 東南大學(xué)出版社, 2011.

[4]馮俊. 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新綜合方法的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì), 2009,26(4):45-47.

[責(zé)任編輯：劉良瑞]

2016-07-18.

戴寧，女，安徽淮南人，館員，碩士。研究方向：文獻(xiàn)資源建設(shè)與管理。

TB852.2

A

1672-1047(2016)04-0097-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2016.04.26