【3D列印】奇狐的特殊機構設計(2023/12/12 更新)

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前言

  這篇文章是寫給對機構學有一定基礎的人,文中擷取了我在 Youtube 頻道 中設計並 3D 列印出來的「特殊」機構,並加上說明讓對這些機構有興趣的人,能稍稍了解其中的奧妙,若有疑問的話也能進行討論。

  回歸正傳,機構學在大學機械系是必修課,旨在專研各個機件彼此間的運動。但等到畢業後,我才發現真正活用的機會很少,可是機構學真的很有趣,也是自十九世紀工業革命的推手(連桿直線機構),甚至到二十一世紀仍有新奇設計誕生(抽屜離合器)。而我想要分享這個快樂的話,勢必要讓機構能實際動起來,最好能在手中把玩,所以才設計成能輕鬆 3D 列印出來的形式。

  以下開始介紹,如要觀看所有影片的話,請至我的 Youtube 頻道

鍵盤平移機構

  • 類型:連桿、凸輪
  • 原理:使用導槽與倒置凸輪驅動鍵盤移動與暫停。
  • 想法來源IBM ThinkPad 701c


關鍵的倒置凸輪機件,讓紅色鍵盤能暫停。

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凸輪自定心中心架

  • 類型:連桿、凸輪
  • 原理:利用平移凸輪控制三圓柱的移動量,確保達到自定心的功能。自定心的意思為不管圓的直徑為何,該夾持圓圓心的位置始終不變



同節圓、同壓力角、不同模數齒輪

  • 類型:齒輪
  • 原理:演示不同模數的齒形與其嚙合情形。其實在只有模數不同的情形下,這些齒形輪廓其實都一樣,只差在齒厚、齒冠和齒根長度的不同而已。
機構說明

機構說明



同模數、同節圓、同壓力角、不同變位係數齒輪

  • 類型:齒輪
  • 原理:觀察變位係數與齒形嚙合關係。左方正變位係數的齒形會變高變胖,而右方負變位係數的齒形會變矮變瘦。由於調整變位係數會影響到兩齒輪的中心距,所以在此案例中,設計成同變位係數的齒形相互嚙合,則中心距不會受到影響。
機構說明

機構說明



放映機進爪機構

  • 類型:連桿、凸輪、齒輪
  • 原理:藉二齒輪嚙合的動作與其表面的圓柱,讓固定在圓柱的連桿產生特定運動,進而在前方的耦桿點有下壓、後移、上升的連續進爪動作。其中特別的是,連桿中有特別設計的凸輪曲線,可讓耦桿點產生絕對直線
  • 想法來源:唐文聰,2001,圖解機構辭典,第211頁,28.44例,全華科技圖書,台北



長形孔齒輪齒條

  • 類型:齒輪
  • 原理:純測試非圓孔齒輪的嚙合情形,蠻有趣的。
長孔齒輪齒條

長孔齒輪齒條



雙平移凸輪

  • 類型:連桿、凸輪
  • 原理:藉由特別設計的凸輪曲線,讓粉紅色的平移桿件產生特定的位移曲線。其中關鍵的是粉紅色(輸出桿)與黃色(輸入桿)的相對位置,係由灰色圓銷、黃色桿件的長孔與藍色不動件的特殊曲線決定,而此機構就難在如何得到三個桿件的相互關係。



大偏移量擺線齒輪

  • 類型:擺線機構(凸輪)
  • 原理:如果不知道擺線減速機的讀者,請至此網站閱讀。大偏移量擺線齒輪中,圓銷繞行的方式與一般的擺線齒輪不同,讓前者的運動傳遞較後者確實。



齒輪平移鎖定機構

  • 類型:連桿、齒輪
  • 原理:藉齒輪嚙合的特性實現該機構。齒輪嚙合時,需保持一定的間距,這讓機構可以藉齒輪產生類似滑動對的效果。若再加上齒條,則能增加鎖定的機制。



結語

  以上是我擷取頻道影片的內容,若有疑問或是對頻道中其他影片有疑問也可一起討論。此清單會不定期更新。

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2023/10/04
前言   自我從 2019 年陸陸續續設計了一些 3D 列印的小機構後,至今也差不多約 60 件了,這一篇主要盤點這些作品中我最喜愛的前十名。 第十名:可撓角度調整機構   這個設計主要是想強調 3DP 是非常適合製作平面類的可撓機構,雖然我使用的 PLA 材料並不耐用,但只要更換材質如:
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