董兵兵;李超华;张高美
【摘 要】通过对摇头公鸡玩具进行解剖,详细分析其动作原理,并绘制机构简图,真实、清晰、直观地表达了其内部工作方式和传动关系.研究表明,该方法适用于一般玩具分析研究,不但能加深初创设计师对机械原理和机械设计基础的理解,而且有利于对玩具设计进行创新和改进. 【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2019(000)007
【总页数】2页(P44-45)
【关键词】动态玩具;偏心轮机构;动作原理
【作 者】董兵兵;李超华;张高美
【作者单位】广东理工学院工业自动化系,肇庆 526100;广东理工学院工业自动化系,肇庆 526100;广东理工学院艺术系,肇庆 526100
【正文语种】中 文
玩具是儿童成长过程中非常重要的娱乐工具，在众多玩具中，靠发条驱动的纯机械玩具更能吸引小孩子的眼球。这类玩具主要采用绿环保材料制作，外形娇小、造型可爱且价格低廉，大多模拟某种有趣的动作形式。在设计方面采用了大量机械机构，如连杆机构，齿轮机构，凸轮机构，轮系以及间歇机构等，设计思想十分巧妙。
本文通过对摇头公鸡玩具进行拆解，描述具体内部结构组成和运动原理，这对玩具设计改进和创新具有重要的参考价值。
1 发条玩具工作原理及特点
本文研究的是拧动上弦类发条玩具，这类玩具的动力元件是具有弹性的发条，通过外力拧动旋钮上紧发条，产生一定的扭矩，使玩具内部发条上紧产生弹性变形；外力撤掉后，弹簧放松释放能量，带动发条轴旋转，从而带动齿轮传动机构和动作机构运动，使玩具产生动作，适合3岁以上儿童玩耍。
发条玩具特点是结构简单、外形较小、价格便宜、造型新颖可爱、动作时间短以及机芯易
于实现标准化和系列化，主要应用于小型的、动作简单的玩具，能表现出非常逼真动作形式，如摇头公鸡、青蛙跳、小猴子翻跟头和小鸡啄米等，极具趣味性并深受儿童喜欢。
拉画笔2 典型玩具机构动作原理
叉车钢圈机构设计是动态玩具设计的灵魂，动态玩具是指玩具内部具有的运动机构；通过这些机构，展现出各种预期动作效果，如本文中小公鸡行走、摇头、扭摆以及旋转等。本文中的玩具主要三种基本的机构，分别为齿轮机构、偏心轮机构及四杆机构，如图1所示。
图1 摇头公鸡玩具结构
2.1 小公鸡头部和翅膀的摆动原理分析
小公鸡头部摆动动作原理及机构简图如图2所示，小公鸡头部摆动构件主要有机芯的偏心轮、传动板、头部连杆、固定导柱以及小鸡头部。机芯的偏心轮动力输出，使偏心轮逆时针转动；偏心轮与传动板槽口构成槽口偏心轮机构，使得传动板做前后运动；小公鸡头部连杆、固定导柱与传动板滑槽构成曲柄滑块摇杆机构，传动板做前后运动，带动小公鸡头部连杆做前后摇摆动作。
图2 头部摆动的动作原理及机构简图
小公鸡翅膀摆动的动作原理及机构简图如图3所示，小公鸡翅膀摆动的构件主要有,机芯（动力源）的偏心轮、传动板、翅膀连杆、固定导柱以及翅膀。与头部摆动相似，机芯的偏心轮动力输出，使偏心轮逆时针转动；偏心轮与传动板槽口构成槽口偏心轮机构，使得传动板做前后运动；小公鸡翅膀连杆、固定导柱与传动板滑槽构成曲柄滑块摇杆机构，传动板做前后运动，带动小公鸡翅膀连杆做前后摇摆动作。
图3 翅膀摆动的动作原理及机构简图
2.2 小公鸡行走动作原理分析
小公鸡行走的构件主要有机芯动作输出轴（动力源）、机芯轴齿轮、后轮轴齿轮、后轮转轴、前轮转轴以及四个轮子。
云资源共享小公鸡行走的动作原理示意图如图4所示，机芯轴齿轮与后轮轴齿轮构成外啮合齿轮传动机构（见图5），机芯动作输出轴顺时针转动，使得机芯轴齿轮顺时针转动，带动后轴齿轮逆时针转动；后轮轴齿轮、后轮转轴与轮子固定连接，从而使轮子逆时针转动；通过小公鸡
底壳连接使前轮被动转动，使得小公鸡向前移动。
图4 小公鸡行走的动作原理示意图
镁钙砖图5 外啮合圆柱齿轮传动机构原理图
3 小公鸡的装配
SolidWorks采用的是“自下而上”的建模方式，即先设计零部件，再由零部件组装成整体。零部件装配即定义零部件模型之间的装配约束，也就是在各零部件之间建立一定的链接关系，并对其进行约束，从而确定各零件在空间的具体位置关系。
本文先设计好小公鸡组成的每个零件，如图6所示；在装配图中组装每个零件，不可动零件均采用固定连接方式，限制6个自由度，如上盖、底壳、机芯与尾巴；采用重合、平行、同心等功能便可连接在一起，一起运动的零件均采用锁定连接方式，如小公鸡头部与头部连杆、翅膀与翅膀连杆、后轮转轴与后轮轴齿轮与后轮子；采用重合、同心、平行以及距离等功能便可分别固定连接在一起；可动零件与不可动零件采用同心、平行、距离限制连接方式，如头部连杆与固定导柱、翅膀连杆与固定导柱、后轮转轴与底壳，分别采用同心、
全自动电脑针织机距离限制，可限制可动零件5个自由度，剩下连杆或轴的转动1个自由度；可动零件与可动零件采用槽口连接方式、齿轮配合连接方式，如偏心轮与传动板，头部连杆、翅膀连杆与传动板，均可采用槽口连接方式；机芯轴齿轮与后轮轴齿轮可采用齿轮配合连接方式。当每个零件互相约束装配好后，机芯动作输出轴动力源，便可模拟小公鸡在现实中的运动。
图6 爆炸图
4 结语
机构是玩具实现动作形式的重要组成部分，巧妙的机构设计和应用，仅能够增加玩具娱乐性和互动效果，还可以开发孩子想象力、创造力，培养他们的耐心及手指灵活性。由于玩具使用对象主要是儿童，所以在进行玩具机构设计时，要求设计师充分发挥创新精神，设计出配置合理的玩具机构，保证儿童使用安全。
参考文献
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