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从零讲:机器-人-机构设计之抽水唧筒

转载 2015-07-11 22:19:03

在没有家电要烧煤球煮饭的年代里,除了电器用品以外,什么是最棒的发明?答案是抽水唧筒。在上上上代的社会里是男尊女卑的,吃饭时要分批进食,男人吃完饭后,女性才能进去吃。生为那个年代女性是非常辛苦的,幸好有了抽水唧筒,洗衣服的用水,就不用辛苦到井里打水了。如要抽水唧筒整体功能运作正常,虽然还需要一些搭配事项,例如还要接通埋入到地底下数米长的取水管,而抽水唧筒里的活塞需要有个单向阀,在这里最看重地方是,它有个特别的机械机构,直接提供了省力有效的手压汲水功能,当代妇女是最直接的受益者。上图从左到右就是手压抽水唧筒汲水的分解动作照片,过程中可以清楚看到其机械机构是如何运作的。这机械结构是有个专有名称,你可知道它是叫什么的吗?它又是怎么运作呢?

学理上的抽水唧筒与移动导杆机构示意图

这里不抽水唧筒的工作原理,因为那会谈到唧筒里面活塞的运作细节。这里要的是,手压式抽水唧筒能够直接提供省力有效手压汲水功能的机械结构,在学理上就如同右图下方所示的移动导杆机构示意图,以及右图上方所示实现此一学理上概念的抽水唧筒。我们手动摇动右图上方抽水唧筒的a手把时,带动活塞在缸体中上下移动的d导杆,利用压力差将水抽出。至于实际生活中如同本博文头张照片里所用的抽水唧筒所用的也是移动导杆机构然而却对不上右图下方所示的移动导杆机构示意图,为何会这样?如果我们细看旧时代抽水唧筒在外表上会发现它与右图上方所示学理上的抽水唧筒也大不相同,怎么会那样?欲知真相如何请看本博文末段文,我们将揭晓这个谜题。

就让移动导杆机构引领我们,顺着中国高铁的引进消化吸收再创新的心法,共同一起动手操作积木。首先,从零开始思考,机构动力车在车轮、平台、动力三方面,由于有着相同平台化的底盘骨架,除了轮子不用重新发明,底盘骨架平台也不用再重新发明,就只剩下动力单方面着眼进行设计,这样就可以快速有效地把移动导杆机构设计安装在新款车的框架里,这也是机构动力车集团军能够经济有效创新智造的奥秘,当然还要经过多番的尝试与犯错。这里已经将移动导杆机构里的移动导杆当作尾部触发角色的连杆,以下就是创新智造出来具有曲柄滑块机构的新款机构动力车。

 保有移动导杆机构特色尚处于待命状态的新款机构动力车 

上图是运用移动导杆机构特色的新款机构动力车,前面提过,我们已经将移动导杆机构里的移动导杆当作尾部触发角色的连杆,它是主动件,原来的手压把手在这里却变成了被动件,而且在其尾端还装有棘爪,并卡住了后轮轴上的中齿轮,这样就形成处于待命状态的情况前面原本所列的移动导杆机构示意图,正好是水平布置的机构图,与当前动力车里的移动导杆机构水平布置情况完全一致。下图是经过使用者用手指戳了一下能发动车子的触发连杆尾端,等于是抽水唧筒的移动导杆扬起来,相对手压抽水唧筒汲水的连带动作来讲,就相当于是把手下压了,这会使得下边有棘爪作用的灰色连杆也跟着抬起,此时棘爪会脱离后轮轴上中齿轮的齿牙,进而抛开棘爪,现在已松动后轮轴上的中齿轮了,说时迟那时快,储能立马转换成为快速运转的动力,只见,机构动力车像一只脱缰之马往前奔驰。

保有移动导杆机构特色已触发启动的新款机构动力车
抽水唧筒的计算机仿真图

教学上常见的不灵活反思,也就是缺少学理与巧思的融合教学,就以讲授抽水唧筒与移动导杆机构为例,其常见课堂教学上是用计算机仿真进行动态演示乍看没有什么问题,有问题吗?大家都这么做,怎么会有问题!别钻牛角尖了好不好。这个教学演示当然是假的,与实际有出入是必然的,就别太认真了!其是问题不是出于演示是否真假,而是在于陈述的内容不符合现实的情况,因为计算机仿真进行动态演示就如同右图所示的抽水唧筒,它是完全可用本博文第二张图下方移动导杆机构示意图进行学理上的解说。或许有人会说,这样在整体教学上不就达成了一致性,难道这不好吗?这些通通都对,都应该做到,确实也做到了,然而,这种学理上的抽水唧筒是不存在于旧时代的现实世界里,只要回头看一眼本博文第一张图所示的旧时代抽水唧筒,就能感受其间的差别。旧时代现实世界的老工厂师傅不会囫囵吞枣照本宣科,因为按学理制造出来的会不太好使着实存有不少实用问题,不但卖不出去,还可能丢饭碗。为实际应用所开发的版本已经有所改善了,但书本内容没能与时俱进,其实都是些十分老旧的材料,现代人也难得看到旧时代的抽水唧筒,老师拿老老师的教材教,而老老师拿老老老师的教材教。当初教的也只是实验版,并不是流通于现实社会的实用版,这样就造成代代相传教学内容与现实物脱了节。但这并不表示学理就没有了价值,只要灵活一点,把学理知识与实务巧思好好的融合,就会成为很棒的教学教材。就笔者粗浅的了解,目前没有教科书针对实际旧时代的抽水唧筒进行机构方面讲解。当然,这已经不重要了,因为这些东西都已经淘汰很久了,谁还会计较它与学理上的异同,除了本博文,笔者就当作自己的小小研究心得吧。

这里将共同讨论学理上的抽水唧筒旧时代的抽水唧筒,以及本次主角新款移动导杆机构动力车等这三者之间,在相同运作机构下的差异性,讨论时会依据前头的移动导杆机构示意图进行解说。首先来看学理上的抽水唧筒,它是将a连杆当成是主动件,这样会出现一些毛病,就是移动导杆的滑动行程太短,而起水量相对变少,并且在手动操作a连杆时,其支轴会跟着晃动,使得操作起来十分不稳当。这样有办法改善吗?尤其要在限定不得额外追加部件的先决条件下实现改进要求,这样需要局限创作,有可能实现吗?进化版本就是改b连杆当主动件,并且把固接位置偏移出去,再把a连杆加长与b连杆缩短,然后将b连杆往固接支轴向后延伸长度,这相当于用一根长把手笔直地固接原b连杆于支轴的端点处,这样调整设计将非常有利于操作,如此经细心改良后就形成如同头一张实际打水机照片那样的机构,使得b连杆在固接支轴另一端较远处轻押把手连杆之下,这样就能起得省力型杠杆作用,连小孩独立操作都能轻易地打水出来,且一次打水量相当丰沛。比较改善前与改善后的变化来看,由于长度上发生了根本性的变迁,使得从a连杆与b连杆的铰链耦合所呈现的形态也跟着发生重大改变。虽然从改善前学理版的凸出形态,已经转变成改善后务实版的凹陷形态,但这整个移动导杆机构基本上并没有所改变,而且务实版不但满足了不得额外追加部件的先决条件要求,同时在效能与操作性方面也将大幅改善,解决了旧版实际问题,这样的抽水唧筒肯定受欢迎,但这些都是上一辈人的老故事了。这里为了新的需求又要有所调整了,我们回顾一下,第一版学理版是a连杆当主动件,进化到第二版务实版时,已改换b连杆来当主动件了,现在百变金刚灵活应用,这里则是将移动导杆充当主动件,是有点不可思议,因为教科书与实体实务应用还没看过这种例子,但并不是不可能,学理上是允许移动导杆机构里做这样主动件的不同安排,我们把这个百变金刚灵活应用的点子,巧思实现到新款的机构动力车里头,其中,反客为主策略,移动导杆是触发连杆,自当是主动件了,这就是第三版从零版的主要牵头项目,至于其他的搭配,只要详细研究这款移动导杆机构动力车就能明白了。

其实,多学一点是无害的,会增进我们有多一种可能的想法,正所谓功不唐捐,或许,这个老旧抽水唧筒的改善巧思能派上新事物的发明也说不定。还是那些老话,不要认为这没什么大不了,因为很多人不就这样学过来的。富士康老板郭台铭所言:魔鬼藏在细节里,其实也适合用到教学里。因为教学上这么不灵活,竟然把过去好的改善巧思都给埋没了,受不到启发的聪明小孩,也会在固化作用下变的单板,这样无意间也跟着埋没一个潜在的天才,因为天才苗子是需要启发的。现在的天才,都要扎下深厚细腻富启发性的学理与巧思。现代人要从无到有谈创新是十分困难的,唯有在任何一点细腻变化都能掌握,就容易搞出差异性的改善创新,这就要看学理与实务扎不扎实、细心已否了。

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