图书馆书架高层取书用平口夹钳的设计

戴 宁

(江苏建筑职业技术学院 图书馆，江苏 徐州 221116)

图书馆书架高层取书用平口夹钳的设计

戴 宁

(江苏建筑职业技术学院 图书馆，江苏 徐州 221116)

现在图书馆的书架单层较高且顶层高度超过了不少读者可以直接取书的高度，虽然充分利用了藏书空间，但对部分读者产生了取书不方便的问题.为此，设计一种平口夹钳作为辅助工具，读者借助于它可以方便地取到书架高层的图书，钳口做平动确保了夹持的稳定且不损伤图书.

图书馆；书架；平口夹钳；设计

平口夹钳与被夹持工件通过面接触致使夹持的稳定，最简单的平口夹钳为螺杆滑块结构[1]，稍微复杂的平口夹钳是基于双平行四边形机构的平面多杆机构[2]，这些平口夹钳不适宜用于插入书架上陈列书籍的取书操作.现在的图书馆为了充分利用空间藏书，使用的书架比过去高了不少，这样解决了单位建筑面积上多放书的问题，但也产生了另一个问题，不方便读者取到书架高层上的书.为此，设计出一种平面六杆机构式钳口平动的夹钳[3]，只要图书馆在书架附近放置一些夹钳，需要的读者利用该夹钳就可以自己取到书架高层上的书，避免了取书的麻烦.

1 双摇杆机构连杆上的拐点

本问题的解决需要寻找到连杆上的一个拐点，拐点是连杆上一点的轨迹曲率为0、曲率半径为无限大的一点.拐点的轨迹在拐点附近为一条近似直线.此时，连杆4上的AB平行于机架OAOB，令OAA= OBB=A，

OAOB=d，AB=B，AF1=0.5B，P为连杆4的速度瞬心，F1F2⊥AB，由ΔAF1P∽ΔOAF2P得AP/(0.5B)= (A–AP)/ (0.5d)，AP×d=A×B–AP×B，为此得AP的长度为[4-5]连杆4上A点的拐点为D，AD的长度为

杆OAA与OBB的夹角之半θ为

为此，得拐点圆G的直径ds=PE为

连杆AB上E、F1点之间的距离b1为

令AE =b2，AE与AB之夹角为δ，则b2与δ分别为

为此，连杆4上E点的轨迹存在一段平行于机架OAOB的精确直线l.

平面六杆机构式钳口平动的夹钳由双摇杆机构与一个RRR型Ⅱ组构成，其中的双摇杆机构如图1所示.

图1 双摇杆机构连杆上的拐点

2 平口夹钳机构的尺寸设计

平面六杆机构式平口夹钳如图2所示.

图2 平面六杆机构型平口夹钳设计

l为摇杆2上的一点，EH为连杆5，HI为连杆6，设α表示夹钳两手柄间的相对运动角，αmin为钳口闭合时两手柄间的相对角度，αmax为钳口最大张口时两手柄间的相对角度，当α在［αmin，αmax］内变化时，OB、A两点之间的长度f与方位角φ分别为

对ΔOBAB应用余弦定理，a b f bf

22 22

=+- --

cos[ ( )]

π ψ φ ，得连杆4上AB的方位角ψ为

于是，连杆4上拐点E的轨迹(xE，yE)方程为

设c0=HE，c0的设计方位角为β50，α0=∠AOAI，它们都为选定的结构参数；设a0=OAI、b0=HI为待求的设计参数，当杆HE作平动(钳口作相对平动)时，动点H的理论轨迹方程为

点OA、I、H之间的杆长约束方程为

展开式(11)得

构造误差函数，令n=(αmax–αmin)/Δα，Δα为两手柄间相对角位移的增量，得以a0、b0为设计变量的误差函数为

为了降低变量的幂次方，引入新的变量z a b= -2

00

2，于是，得以a0、z为设计变量的误差函数E(a0，z)为

对E(a0，z)求关于a0、z的偏导数并令其等于0得在式(15)中，令k11为z的系数，k12为a0的系数，k13为常数；在式(16)中，令k21为z的系数，k22为a0的系数，k23为常数；于是，式(15)、式(16)化简为

由式(17)解得a0，z分别为

由z a b= -

00回代b0为

3 平口夹钳机构的设计实例

已知a=70 mm，b=40 mm，d=35 mm，c0=22 mm，α0=25°，β50=25°，α的变化区间为37.5°～77.5°，n=40 mm.编程计算得参数设计如表1所示，其中，Δxmax为钳口的开度，Δymax为垂直于钳口开度方向的最大偏移量，εmax为钳口在开度范围内的平动性最大误差.略去手把长度的钳口平动夹钳如图3所示.

表1 平口夹钳机构的参数设计

图3 略去手把长度的钳口平动夹钳

4 结论

利用双摇杆机构连杆上拐点的特征获得垂直于钳口开度方向的相对位移，添加一个RRR型Ⅱ级组得到一个平面六杆机构式平口夹钳，通过构造误差函数、再使误差达到最小与VB编程计算得到机构的设计参数数值，制作了三维动画，VB分析与三维动画同时表明设计参数满足使用要求.该夹钳不仅为读者提供了一件辅助取书工具，而且可以激发学生主动学习、启发学生创新的意向[6-7].

[1] 王华峰.自定心精密平口钳的设计[J].中国科技信息，2008(5)：66-68.

[2] 尹忠俊，项杨，韩天.自动立式夹钳的动力学分析[J].冶金设备，2008(4)：53-55.

[3] 戴宁.书架高层取书平动夹钳：中国，201420263077[P].2014-10-15.

[4] 王洪欣，戴宁.机械原理课程上机与设计[M].南京：东南大学出版社，2007.

[5] 李咏嘉.试论高职图书馆在大学生自主学习中的地位和作用[J].教育界，2011(6)：103-104.

[6] 贺东坤，田明.气动通用上下料机械手结构设计[J].长春大学学报，2012，22(10)：.1171-1173.

[7] 周波兰.高校图书馆员价值实现途径探析[J].图书馆，2010(3)：99-100.

(责任编辑：李 华)

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 宁(1970-)，女，安徽无为人，馆员，硕士，主要从事资源建设与管理研究.

戴宁.图书馆书架高层取书用平口夹钳的设计[J].苏州市职业大学学报，2016，27(4)：23-26.