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作者:蔡宗成、謝佩均、曾梓松、林裕峰、孟繁治(2003-02-25);推薦:徐業良(2003-03-04)

慈濟希望鐘音階La(6)敲擊機構設計計算書

「慈濟希望鐘敲擊機構改良設計」計畫第一階段完成單一音階La(6)鐘體之敲擊機構改良設計,並確認敲擊音色效果合乎需求;本文說明音階La(6)敲擊機構設計階段產生的設計文件,包括設計圖、零件、材料表,以及設計過程中分析計算資料等。

1.     La(6)鐘敲擊機構尺寸設計文件

1.1 鐘體尺寸參數化

1為慈濟希望鐘鐘體剖面說明,定義相關參數如表1,這些相關參數依照不同的鐘體尺寸而有所不同。

1. 慈濟希望鐘鐘體尺寸相關參數

參數

說明

Hupper

最佳敲擊位置上端距鐘體最高點距離

RHupper

最佳敲擊位置上端與固定機構旋轉接點距離

θHupper

RHupper與水平夾角

Hlower

最佳敲擊位置下端距鐘體最高點距離

RHlower

最佳敲擊位置下端與固定機構旋轉接點距離

θHlower

RHlower與水平夾角

Rbell

鐘體最高點與固定機構旋轉接點距離

θbell

Rbell與水平夾角

Helect

電磁鐵下死點與固定機構旋轉接點垂直距離

Velect

電磁鐵下死點與固定機構旋轉接點水平距離

Hfix

固定機構旋轉接點與鐘體內部垂直距離

Edis

電磁鐵作用距離

1. 慈濟希望鐘鐘體剖面

下表2為音階La(6)的鐘體測量設計參數,對照圖1慈濟希望鐘鐘體剖面說明,圖2為固定機構尺寸與鐘體敲擊曲率。

2. 音階La(6)鐘體測量設計參數

參數

La(6)

參數

La(6)

RHupper

194

Helect

190

θHupper

32o

Velect

41

RHlower

182

Hfix

15

θHlower

24o

Edis

10

Rbell

202

單位

mm

θbell

42o

 

 

長度測量誤差:

角度測量誤差:

2. 固定機構尺寸與鐘體敲擊曲率

1.2 敲擊機構尺寸分析

3為敲擊機構構造簡圖,此處先不考慮敲擊機構外型、材質等條件,也不考慮彈簧作用,完全以機構運動相對關係作分析,計算出敲擊點落在最佳敲擊位置時敲擊機構之尺寸。表3為敲擊機構尺寸設計相關變數。

3. 敲擊機構尺寸設計相關變數

變數

說明

lmasterlink

主敲擊機構旋轉接點至固定機構旋轉接點距離

lconnectlink

主敲擊機構與電磁鐵連桿之間連桿長度

lelectlink

電磁鐵連桿長度

θconfirst

連接桿與水平初始位置夾角

θconbestkick

連接桿於最佳敲擊點水平夾角

θfirst

敲擊機構初始角度

θbestkick

敲擊機構於最佳敲擊點角度

(a)初始位置

(b)最佳敲擊位置

3. 敲擊機構構造簡圖

4. 音階La(6)之敲擊機構尺寸設計變數

變數

La(6)

變數

La(6)

lmasterlink

68

lconnectlink

72

θconfirst

86o

θfirst

58o

θconbestkick

93o

θbestkick

49o

2. 設計敲擊機構整體外型設計

2.1 La(6)鐘之敲擊機構設計佈置圖

4La(6)鐘之敲擊機構設計佈置圖,單位mm

4. La(6)鐘之敲擊機構設計佈置圖

2.2 La(6)鐘之敲擊機構細部零件圖

5La(6)敲擊機構訂做零件圖。

5(a). 主機構零件圖

5(b). 電磁鐵連桿零件圖

5(c). 套筒零件圖

5(d). 磁力桿零件圖

5(e). 捶頭夾具零件圖

5(f). 捶頭夾具滑道零件圖

5(g). 鐵塊零件圖

5(h). 捶頭零件圖

5(i). 壓縮彈簧長度修正零件圖

2.3 La(6)鐘之敲擊機構組裝圖與零件表

6La(6)鐘之敲擊機構組裝圖。

6(a). La(6)鐘之敲擊機構組裝圖

6(b). La(6)鐘之敲擊機構組裝圖(局部放大圖)

6(c). La(6)鐘之敲擊機構組裝圖(局部放大圖)

6(d). La(6)鐘之敲擊機構組裝圖(局部放大圖)

下表5La(6)鐘之敲擊機構零件表。

5. La(6)鐘之敲擊機構零件表

編號

名稱

數量

材料

來源

2

主機構

1

塑鋼POM

外包製作

3

電磁鐵連桿

1

鋁合金

外包製作

4

套筒

1

塑鋼POM

外包製作

5

磁力桿

1

鋁合金

外包製作

6

捶頭夾具

1

鋁合金

外包製作

7

捶頭夾具滑道

1

塑鋼POM

外包製作

8

鐵塊

1

外包製作

9

捶頭

1

黑檀木

外包製作

10

直線軸承

1

SDM 10Y

外購

11

旋轉軸承

2

606Z

外購

12

止付螺絲

1

M6-50mm

外購

13

O型環

1

橡膠

外購

14

O型環

2

橡膠

外購

15

拉伸彈簧

3

T30920

春名公司

16

壓縮彈簧

1

D12320

春名公司

17

螺帽

1

M6

外購

18

墊片

1

1371

外購

19

固定機構

1

外包製作

20

壓縮彈簧長度修正零件

1

塑鋼POM

外包製作

21

O型環

1

橡膠

外購

3. 組裝步驟

依照圖7進行組裝,其餘尺寸機構組裝步驟相同不再說明。

7(a). 組裝撞捶頭

7(b). 組裝撞捶頭夾具

7(c). 組裝主機構與旋轉軸承

7(d). 組裝電磁鐵連桿

La(6)機構只有一個零件3,其餘不同尺寸的機構有兩個零件3在主機構零件2的左右兩側。

7(e). 組裝壓縮彈簧與套筒與壓縮彈簧長度修正零件

7(f). 組裝磁力鐵塊

零件13與零件8以快乾接著劑予以固定。

7(g). 組裝撞捶頭

4. 調校方法

依照上述步驟組裝完畢後,進行敲擊微調動作,如圖7(f),零件1718調整壓縮彈簧預力,零件812是用來調整電磁鐵作用距離,逐次增加或減少,再進行敲擊測試是否可敲擊鐘體,其餘不同機構尺寸的調校方法皆相同。