【机械设计】工程师的奇思妙想——简单却巧妙的机械结构

  01 SD卡的“PUSH-PUSH”结构

   我们日常生活中常用的手机存储卡卡槽机构，机构简单但是相当经典，该机构是对弹簧及“迷宫槽”的经典应用：

　　它里面是一个滑槽，在滑槽的上部有一个分离块，当卡片进入是带动那个塑料件下移的时候，原来位于槽内的两头带钩的钢丝开始向上移动，在到达顶部的时候因为分离块的缘故，钢丝变斜了，等过了那个位置，钢丝因为弹性的原因往中间移动，正好移到了这个分离块上部的小凹角内，这样就忘成了按压的第一步；当再次被按下的时候，钢丝又被移向了另一侧，这一侧可以保证钢丝顺利回到底部，这样就完成了另一个按压退出的动作。

该机构是对弹簧及“迷宫槽”的经典应用，做的很巧：

每个转弯处都设计有台阶，以至于拉杆只能沿着特定的轨迹运动而不能逆行。这种PUSH-PUSH结构的原理和圆珠笔差不多：

如上图所示，这种机构由三个零件组成，分别为黑色的顶杆，黄色的转盘，蓝色的滑槽，红色为滑槽的局部截图，还有辅助的弹簧没有示意出来，只需要了解转盘一直有一个向上的力压紧它。当给顶杆施加压力时，顶杆沿滑槽运动压迫转盘向下运动，当转盘与滑槽的啮合处脱离时，顶杆头部的几道尖尖的特征部分在与转盘的斜面接触处产生的径向力强迫转盘旋转，使转盘与滑槽再次啮合。当再次按压顶杆时，重复以上动作。转盘与滑槽的啮合有两种状态，一种啮合后转盘嵌入滑槽如图8所示，一种如图4所示，两种状态交替分布，依次表现为笔芯的缩回和伸出。

02 老式自行车铃铛

老式自行车铃铛足以称之为铃铛界的骄傲，把铃铛杆压下时，铃铛杆会利用齿轮的旋转来带动砝码，将砝码向外抛出。图中未显示的是最上面的铃铛盖儿，有了这一部分，我们才能组装好完整的铃铛。当它被安置在上面时，旋转的砝码撞击铃铛盖儿，就能发出悦耳的铃声啦。（我们推荐你关注“机械工程师”公众号，第一时间掌握干货知识、行业信息）

▲自行车铃铛结构简图

自行车铃铛是由三个轴平行的外啮合直齿圆柱齿轮和一个简单的摇杆机构组成的。当摇杆机构摆动时，带动齿轮间转动，撞击铃铛从而发出声音。

03 机械键盘

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机械键盘是一种升级进化复兴的键盘，它区别于普及型薄膜键盘，机械键盘内部是一块完整电路板，有的加装钢板，其上焊接按键开关（轴体）。拔掉键帽可见每一颗按键都有一个单独的Switch（也就是开关）来控制闭合，这个开关也被称为“轴”，轴体是根骨，键帽是血肉。

目前市面上销售的机械键盘绝大多数使用确励公司的MX轴，该系列轴体常见的有茶轴、青轴、黑轴以及红轴四种，并有白轴、灰轴、绿轴等稀有或停产轴体。

茶轴：比起青轴，段落感要弱很多，而对比黑轴，又不是直上直下的感觉，2mm即可触发。有人将其比喻为Cherry的秋天，结合了青轴与黑轴的特点，很容易被大众所接受，茶轴的颜色与秋天的收获的色彩更为接近。（我们推荐你关注“机械工程师”公众号，第一时间掌握干货知识、行业信息）

黑轴：段落感最不明显，声音最小，与青轴形成鲜明对比，直上直下，下压1.5mm即可触发。有人将其比喻为Cherry的夏天，无论你想得到急速或舒缓的输入，黑轴都能自如应对，打字游戏都适合，但是由于触发键程短，压力克数较大，所以在游戏中有上佳的表现。黑轴机械键盘单个轴使用寿命长达5000万次(其他为2000万次)。

红轴：与黑轴相似。但压力克数比黑轴小，起35，终60（黑轴起点为40）。是08年出的新轴。手感比较轻盈。敲击时没有段落感，直上直下，触发键程也同为2.0mm，敲击时更加轻松，能很好兼顾游戏和打字的使用需求。目前只有Cherry原厂的黑白两色产品。

青轴：段落感最强、Click声音最大，机械感最强，是机械键盘的代表轴，需下压2.4mm才可触发，打字节奏感十足，但是声音较大，比较吵 , 压力克数为60g。有人将其比喻为Cherry的春天，爽快清脆的段落感如春天般舒畅。

白轴：段落感比茶轴强，由于压力克数较大，所以按起来比较费力，需2.2mm可触发，如果指力较小，很容易疲劳。有人将其比喻为Cherry的冬天，不仅因为它是白色的轴，由于压力克数比黑轴大，所以有一种陷入雪中的段落感，难以描述。（我们推荐你关注“机械工程师”公众号，第一时间掌握干货知识、行业信息）

机械键盘优点

机械键盘缺点

04 剥线钳

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▲电线剥线钳

电线剥线钳把过程变得非常容易。紧握钳子手柄时，钳子左边的加紧机构加紧电线，右边的剪切机构浅浅的划过塑料外皮，但不会碰到里面的金属。手柄再握紧点，左边就会把仍有绝缘层的电线向左拉，右边则会把断掉的“遮盖物”拔下来。

▲光纤剥线钳（剥皮操作）

▲光纤剥线钳（头部安装保护套）

▲光纤剥线钳（保护套区分不同颜色）

05 喷雾瓶

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大家可不要把这东西认作喷水q，不过相比之下，喷雾瓶的机械原理亦是单向阀门的杰出应用之一。我们松开扳 机的时候，空气进入瓶子，推动水流沿着深入瓶底的吸管上行，并进入一个发射膛。我们扣动扳 机的时候，发射膛的水就会激射而出。

06 变速器

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变速器是用来改变来自发动机的转速和转矩的机构，它能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比，又称变速箱。它分为手动、自动两种，手动变速箱主要由齿轮和轴组成，通过不同的齿轮组合产生变速变矩；而自动变速箱AT是由液力变扭器、行星齿轮和液压操纵系统组成，通过液力传递和齿轮组合的方式来达到变速变矩。（我们推荐你关注“机械工程师”公众号，第一时间掌握干货知识、行业信息）

手动变速箱称手动变速器（简称MT）又称机械式变速器，即必须用手拨动变速杆（俗称“挡把”）才能改变变速器内的齿轮啮合位置，改变传动比，从而达到变速的目的。

它结构简单，性能可靠，制造和维护成本低廉，且传动效率高（理论上会更省油），另外，由于是纯机械控制，换挡反应快，且可以更直接的表现驾驶者的意愿，因此也更富驾驶乐趣，这些都是手动变速箱的优点。不过相比自动变速箱，它操作繁琐，而且在挡位切换时顿挫明显的劣势也是无法弥补的。

变速器的功能