图书书脊排齐书架中平面六杆机构的设计研究

戴　宁

(江苏建筑职业技术学院 图书馆，江苏 徐州 221116)



图书书脊排齐书架中平面六杆机构的设计研究

戴宁

(江苏建筑职业技术学院 图书馆，江苏 徐州 221116)

图书馆的书架上书籍被上架又借出，上架时总是将书脊向外排齐，既美观又直观，读者翻阅后随手放置，书脊就不再向外排齐了，馆员不得不重新整理。这样不仅消耗时间，且很累人。为此，设计一种每一层书脊可一次排齐的新型书架，采用两套平面六杆机构作为执行机构，馆员只要搬动一个手把往复运动一下即可，可以大大提高整理书籍的速度。

图书书架；书籍排齐；平面六杆机构；设计研究

图书馆的图书按照中图分类法分类上架，供读者浏览或借阅，这样，常常出现不同开本的书籍放在同一层书架上，当馆员将这些书籍上架时，为了整齐与美观，总是将书脊向外排齐。可是，当读者翻阅后，整个书架上的书籍出现了前后错位，书脊不再整齐了。这样，馆员每天都需要重复整理书架，恢复书脊排齐状态，劳动量很大，也很耗时，偶尔还会碰伤或划伤馆员的手。为此，设计出了一种新型的手把操作六杆机构式图书书脊一次排齐的书架，当馆员整理图书时，只要往复扳动该层六杆机构中的一个手把，可一次性地将一个书架该层上的图书书脊向外排齐，每一层皆如此操作，书架上的书脊都被整理成向外排齐了，既节省了时间又避免了手的碰伤或划伤，不仅具有现实意义，也具有创新价值。

1 平面六杆机构的设计

图1所示为一种新型图书书脊一次排齐书架中的平面六杆机构，杆1(DO1EF)为主动件，做往复摆动，摆角为α，其中DO1E与内侧放书隔板的两端固连且与其平行，O1与书架侧板固连，EF为手把；CD为连杆2作平面运动；O2CB为摇杆3关于固定点O2摆动；AB为连杆4作平面运动，与外侧放书隔板的两端固连且与其平行，在初始位置时连杆4的A1B1水平，在位置变换到A2B2时连杆4的相对运动角为θ12，在位置变换到A3B3时连杆4的相对运动角为θ13；O3A为摇杆5关于固定点O3摆动；构件6为机架(书架的侧立板)。

在xO1y坐标系中，A点的初始位置O1A1选定，连杆4的杆长l4= AB选定，O2相对于O1的d1、d2选定，B点在以O2为中心的圆弧上，A点在以O3为中心的圆弧上。O2点的坐标为( d1，d2)，O3点的坐标为(d3，d4)。

h1、b1为最大开本的书的高度与宽度，h2、b2为放置书空间的高度与宽度，b3是O2到后挡板的安装距离，b4是书籍内侧到O2点的间距，h3是操纵手把的长度。

当搬动手把时，由于摩擦的原因，在隔板的倾角α<25°时，书籍在与DE杆平行的隔板上不动，当25°≤α≤30°时，书籍在与DE杆平行的隔板上向外匀速滑动，当α = 30°时，连杆4到达A3B3，书籍右侧滑到与A3B3接触而停止，此时，书脊向外被排齐；当手把返回后，书籍处于书脊向外排齐的状态，其中一本书的上内顶点为G20，上外顶点为G30。

设B点关于O2点转动β12，β13，B点的初始坐标xB1= O1A1+ A1B1= O1A1+ l4、yB1= 0，则O2B1的长度L31与初始角位移β0分别为

β0=arctan[(xB1-d1)/d2](2)

B2、B3点的坐标分别为

摇杆5上A点的初始点A1的坐标分别为xA1= O1A1= 55 mm、yA1= 0，连杆AB从初始位置A1B1关于O3点转θ12到A2B2，再转θ13到A3B3，则A2、A3点的坐标分别为

A1、A2中点的坐标分别为xA12= (xA1+ xA2)/2、yA12= (yA1+ yA2)/2，直线A1A2的斜率k1= (yA2- yA1)/(xA2- xA1)，直线A1A2中垂线的方程为

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

A1、A3中点的坐标分别为xA13= (xA1+ xA3)/2、yA13= (yA1+ yA3)/2，直线A1A3的斜率k2= (yA3- yA1)/(xA3- xA1)，直线A1A3中垂线的方程为

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

由式(7)、式(8)得摇杆5的固定点O3的坐标xO3、yO3即d3、d4分别为

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

在社会生活中音乐的发展离不开对各种民族文化的基础和发扬，音乐文化更是民族文化的一个重要组成部分，在初中教学中进行对学生的音乐教育，就是需要结合民族文化进行教学，引导学生进行对民族文化的学习和教育，实现民族文化的传承。

A1O3的长度，即摇杆5的长度L5为

设杆1上O1D的长度为L11，让D点关于O1转动α12与α13，令α11= 0，D点的初始点D1的坐标分别xD1= - L11、yD1= 0，D2、D3点的坐标分别为xD2= -L11cosα12、yD2= L11sinα12，xD3= -L11cosα13、yD3= L11sinα13。

令O2C1的长度为L32，让C点关于O2转动β12与β13，令β11= 0，C点的初始点C1的坐标分别xC1= d1+ L32sinβ0、yC1= d2- L32cosβ0，C2、C3点的坐标分别为xC2= d1+ L32sin(β0+ β12)、yC2= d2- L32cos(β0+ β12)，xC3= d1+ L32sin(β0+ β13)、yC3= d2- L32cos(β0+ β13)，由C、D点之间的定长约束得

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

-sin(α1i+β0+ β1i)(13)

令p为未知数q、L110、L320系数矩阵的行列式，q1为p对应的行列式，L10为L110对应的行列式，L30为L320对应的行列式，从而解得p、q1、L10、L30，回代后得L11、L32与L2分别为

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

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

令杆1上O1E的长度L12= O1A1+ AB = O1A1+ l4，杆1上EF的长度L12=1.15d2。

2 设计实例

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°。平面六杆机构的设计参数如表1所示，β0= 46.975°。

表1　 平面六杆机构的设计参数(长度单位：mm)

图2　书在隔板上书脊不齐

图3　内隔板顺摆与外隔板逆摆

机构的二维动画如图2～图4所示，当书A与书B等在隔板上书脊不齐时如图2所示，当向外搬动手把到任意位置时，如图3所示，此时所有的书相对于隔板位置不变；当继续向外搬动手把到外极限位置时，如图4所示，此时所有的书滑到书脊与外侧放书隔板接触；当手把返回时，书脊被排齐的书相对于隔板不动，当手把返回最初位置时，书脊得到了排齐。

图4　外隔板挡住所有外滑的书达到书脊对齐

3结论

在书架左右立板的内侧各安装一个平面六杆机构，其中一个机构上安装一个手把，将放书隔板做成内外两块，内隔板与横轴固连，可以绕横轴摆动，外隔板与外连杆4固连，外隔板在平时为担书板，在整理图书时为挡书板，只要往复搬动手把一次，书脊就被向外排齐，扩展了现有书架的功能，方便了馆员整理图书，同时可以启发读者创新的意识。

[1]戴宁. 图书书脊排齐书架[Z].ZL 2014 2 0274254.8.

[2]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.

[3]王洪欣, 冯雪君. 机械原理[M].南京: 东南大学出版社, 2011.

[4]冯俊. 机构创新综合方法的应用[J].机械设计, 2009,26(4):45-47.

[责任编辑：刘良瑞]

2016-07-18.

戴宁，女，安徽淮南人，馆员，硕士。研究方向：文献资源建设与管理。

TB852.2

A

1672-1047(2016)04-0097-03

10.3969/j.issn.1672-1047.2016.04.26