摘要
- 二維平面的機械學
- 多層設計
- 平面內的運動
很多的童鞋們都用過自動原子筆，自動圓珠有很多種，今天我們就來來來分析一下其中一種的結構。
看了很多的文章和視頻，也沒有解烏修車的疑惑，本著沒事學習，有事解決的原則，讓我們一起來分析一下自動的原理。
————前期分析————
我們的需求：
筆在使用的時候，筆頭露出筆體；筆在未使用的時候，筆頭得到保護；儘量少機構控制這個動作，並且這個動作儘量少。下面是這個是需要的示意圖
釋義：
1、 上圖顯示該機構應該有了兩個基本的動作，筆頭上和筆頭下。
2、 筆頭需要在某個位置進行位置限制，需要設計限制機構。
目前上圖只涉及到二維平面的機構，下面作了一個二維平面的簡化圖。
簡單需求分析中發現當我們在使用筆的時候，我們希望部件不運動，就必須增加相對應的阻止部件才能進行。
從簡圖及機械邏輯可見，二維平面的鎖止結構，必須進行阻擋運動部件才能進行；從運動的平行方向的法線進行阻止式的幹涉，使運動停止；該幹涉可以是阻擋，可以是插入（如鍵鎖止木頭結構和銷被鍵鎖止），可以摩擦力大於運動的動力。
下圖對筆頭和鎖止結構進行延伸探索。
以上模型只是鎖止模型的一種，其他模型歡迎微信交流。
小結：我們已經
構造了基本的結構，①上下運動的形式，②鎖止結構；分析出二維平面的鎖止，必須對運動部件進行阻擋才能阻止部件運動。
————中期分析————
在前面，我們已經構造了需求的簡單模型，現在我們需要引入使用條件分析。
釋義：
首先根據精益生產原則設定：
兩手操作方便性小於一手操作；一個手的多個手指操作方便性小於一個手指操作；一個手指的多個關節操作方便性小於一個關節操作；通過梳理，基本上得到了上面圖片中的一個右手模型（因為很多的人都是右手操作，所有選擇了右手的模型）。
通過圖形分析，可以發現，手指只能提供往下的壓力。基於原子筆需要的兩個運動，上和下運動，需要構造向上的運動。
目前提供動力的只有大拇指，如果要增加向上的運動，存在以下的選擇：
增加動力源（如增加一個手指去撥動往上，或者大拇指回撥）；增加向上的機制（增加一個儲能部件，通過儲能部件向上推動筆芯，或者增加一個能夠儲能的機構，使儲能機構向上推動筆芯）。根據上面邏輯，構造了以下構思圖
兩種結構的操作動作為：
A、上撥結構：
大拇指一個動作，按下下按結構，筆頭到使用位置，鎖止結構鎖止。大拇指大於四個動作，解鎖鎖止結構回撥上撥結構，筆頭到保護位置，大拇指兩個動作，大拇指回到原位。B、回彈結構：
1.大拇指一個動作，按下下按結構，筆頭到使用位置，鎖止結構鎖
2.1大拇指回位，筆芯回位，筆頭到保護位置（該結構需要拇指長期按壓，該方案不可行）
2.2按下，鎖止結構打開，筆頭回退。
兩種結構的性能比較表
註：四色筆依靠拇指下行，依靠拇指進行操作，讓筆頭鎖止，在這不做討論
小結：我們已經
已經探索出，大拇指只能提供向下的按壓動作，如果有其他動作會增加人的操作動作。使用往上回彈結構是有效減少人的操作，把多的操作交給結構。
可供使用的回彈體有如下等：
從可靠性和成本上，優先選擇彈簧，做為回彈部件。
————後期分析————
鎖止結構分析
鎖止結構構想，做下面的圖
通過分析該構思圖，筆頭的運主要存在於上下運動、和鎖止的裝置左右運動。（該圖只表示了一種鎖止形式，鎖止的形式非常多，在這裡就不一一介紹）
通過簡化筆頭和鎖止裝置得到下面的圖
在讓我們返回
零件的實物去分析一下情況
釋義：
1、通過上圖發現，零件的上下滑動已經由手和彈簧提供了充足的動力，主要要處理是怎麼設計鎖止結構。
2、如不希望增加動作，那麼鎖止機構必須是依靠上下運動的力來驅動或者上下運動到某個位置的結構限制。
通過綜合分析，下面是可能運用的定位結構圖：
以上四種方式：
搭接式運用在四色筆回彈式運用在筆桿掛帽回彈原子筆缺口式是我們這次研究的對象
在一個二維平面中，只有一個運動方向和力，如果要旋轉，就需要軌道或者三角形分撥結構。
目前軌道形式的結構，容易出現卡滯後，所以會儘量選擇結構簡單的三角形分撥運動結構。
通過畫圖製作的三角分撥運動結構，左圖為筆頭退回的狀態，右圖為筆頭的伸出狀態。
通過分析運動的形式和軌跡等分析，發現下面問題（如左圖）：
問題：
1、當按壓頭回退的時候，筆頭在一個不穩定不可靠的點。
2、筆頭無回復到退回狀態，無相關機構驅動。
改善後措施（如右圖）：
改變筆頭接觸頭的結構，調整筆體鎖止結構的形狀，按壓筆頭的結構處增加一組返回三角型結構。註：筆體鎖止結構是上面一層結構，筆頭按壓器的三角形在下面一層，筆頭貫穿上面和下面兩層
整個原子筆的運動過程如下圖：
過程1：筆頭停止在保護位置。
過程2：按壓筆頭按壓器，筆頭下行，依靠兩側的限制。
過程3：筆頭在筆頭按壓器的三角形上滑行。
過程4：筆頭按壓器回退，筆頭繼續滑行，停止在筆體鎖止結構高出。
過程5：筆頭按壓器按壓，筆頭被筆頭按壓器頂出，在三角形上。
過程6：筆頭在筆頭按壓器三角形上滑行到空位處。
過程7：筆頭按壓器回退，筆頭在筆體鎖止結構左側高點。
過程8：筆頭在滑行，滑到筆頭按壓器的三角形上。
過程1：筆頭和筆頭按壓器都回到初始態，等待下一下循環。
————總結————
按壓式原子筆日常非常常用，結構看似簡單，但是包含了機械設計的基本原理，如運動學，如二維平面的多層設計；逐步分析原子筆的結構，對修車工是非要有幫助的。
備註：以上為邏輯模型，與實物模型具有差異。