骷髏頭凸輪玩具 · 組裝說明書

板厚 3mm。 所有尺寸都是在 3mm 下驗證過的(15 項幾何檢查 + 全零件干涉掃描)。

換板厚就要重算,不能只換材料。

座標約定(組裝時腦中對一下就好):

x = 左右 0~180 · y = 前後 0 是前板 · z = 上下 0 是底板上表面。

0 · 材料

板材:3mm 合板,A4 五張的量(cut-all-A4.pdf,共 47 片)。

非板材(要另外買):

其他連接全部用板材卡榫,不需要圓棒:

為什麼這兩支還是圓的:

• 凸輪軸要在軸承裡連續旋轉。板材疊出來的方軸不是圓的,轉起來會卡、會磨橢圓。
• 轉盤撥銷要一邊沿 45° 斜槽滑、一邊跟著撥臂轉 ±15.5°。

方榫在平行槽裡會別死;要嘛用圓銷,要嘛把槽開寬到容得下方榫的對角線(會多 1.7mm 曠量)。

1 · 切割前:先驗印表機

cut-*.svg / cut-all-A4.pdf 每張底部都有一段 50mm 校正尺。

列印或雷切前先量它 —— 不是剛好 50mm 就是縮放跑掉了,整份都會錯。

列印設定要選「實際大小 / 100%」,不要選「符合頁面」。

2 · 疊層膠合

切完先把「×2 層」的件兩片對貼成 6mm,孔和槽一定要對齊(用一支 Ø4 圓棒穿過孔當定位再上膠)。

要疊的:曲柄臂、下顎推桿、眼球推桿、下顎、轉盤凸台、軸承塊 ×2。

單層就好:軸環 ×2、升降導片 ×2、滑榫 ×4。

下顎是一整片(本體 + 兩支升支 + 兩個榫耳都在同一個輪廓裡),不是黏出來的。

3 · 底座

1. 底板(180×114)平放。
2. 前板、後板(180×90)立在底板前後緣。
3. 左右側板(108×90)夾在前後板之間 —— 側板是 108 不是 114,就是為了留出前後板的 3+3。
4. 軸承塊(24×16,6mm)貼在兩片側板內側,Ø6 孔對準側板的 Ø6 孔。

這一步不能省:側板只有 3mm,軸承長度不夠,孔會被磨成橢圓。貼了之後變 9mm。

1. 兩片升降導片(10×76)插進底板的兩道榫孔,位置 x=78 與 x=104(y=62~72),垂直立好。

上端等第 6 步蓋中段導板時一起插進去 —— 兩端都有榫,不會歪。

驗:兩片側板的軸孔要左右對齊 —— 拿 Ø6 圓棒穿過去,能輕鬆轉動不卡。

4 · 凸輪軸與相位(最關鍵的一步)

凸輪軸 Ø6 從左側板穿進去,由左而右依序套上:

先不要上膠。 四片都能在軸上轉,留到第 9 步試轉時再定相位。

兩端裝 Ø14 軸環,抵住側板外側 —— 不裝的話軸會整根滑出來。

左端裝曲柄臂(Ø6 孔),外側裝 Ø7 握把。

驗:手轉一圈,四片凸輪都不會刮到底板。

最險的是轉頭凸輪(最大半徑 28,軸心高 36)→ 應該還有 8mm 間隙。

5 · 升降板與頸脊

1. 點頭升降板(44×33)兩道長槽套進兩片導片,平放在點頭凸輪上。

> 槽是封閉的,所以同時定住左右、前後與旋轉 —— 這是導片比圓柱好的地方。

1. 頸脊項圈(20×16)黏在方棒底端。
2. 方棒(頸脊)豎起來,項圈坐在升降板上 —— 只是坐著,不上膠(它要能轉)。

驗:轉曲柄一圈,升降板應該上下走 8mm,而且不會歪、不會轉。

6 · 推桿與叉口板

1. 下顎推桿(6mm)放在下顎凸輪(x=70)上,寬腳朝下、桿身朝後(y=74~84)。
2. 眼球推桿(6mm)放在眼球凸輪(x=54)上,同樣朝後。
3. 轉頭叉口板 —— C 形開口朝前,把轉頭凸輪(x=124)整個框進叉口裡。

上下兩條平行邊夾住 Ø40 的偏心圓,間隙只有 0.2mm,這是它上下都被強迫帶動的原因,

所以這片不需要橡皮筋。

1. 蓋上中段導板(z=70),三個開口讓兩支推桿和頸脊穿過。
2. 兩片轉頭導片黏在頂板下方 x=119 與 x=126,形成叉口板的導引通道。
3. 蓋上頂板。

驗:兩支推桿在槽裡能上下滑順、不左右晃;叉口板上下走 16mm。

7 · 轉盤組

由下往上疊,全部黏成一體(中央都是 8.6×6.6 方孔):

撥臂(18×7)      z = 81~84   ← 末端裝 Ø4 撥銷,插進叉口板的 45° 斜槽
下盤(Ø30)        z = 84~87   ← 在頂板下面
凸台(Ø20,2層)   z = 87~93   ← 穿過頂板的 Ø20.6 孔
壓片(Ø30)        z = 93~96   ← 在頂板上面

下盤在頂板下、壓片在頂板上 → 轉盤被頂板夾住,拔不出來也掉不下去。

凸台那 12mm 就是頸脊的導套,不要為了省事做薄。

頸脊方棒從下面穿過方孔 —— 可以上下滑、不能相對轉,點頭與轉頭就是這樣分開的。

驗:轉曲柄一圈,轉盤應該左右擺 ±15.5°,而且頸脊跟著轉但仍能上下滑。

8 · 頭部

1. 頭骨主片 ×2(68×91,含兩眼窩、鼻孔、四個 Ø4 銷孔)。
2. 下顎(54×61,6mm)夾在兩片主片之間。

> 下顎是一整片:碗形本體、往上的兩支升支(帶滑槽)、往下的兩個榫耳,

> 全部在同一個輪廓裡,切出來就是一片,不用黏。

1. 眼球橫桿(86×32)放在後片後面。它的左端也是一整片,榫已經長在上面。
2. 四個 3×6 滑榫黏進頭骨主片的方孔,穿過「主片 + 升支 / 橫桿 + 主片」:

• 下顎滑榫 14 長 ×2:穿 前片(51~54)+ 下顎(54~60)+ 後片(60~63)
• 眼球滑榫 18 長 ×2:穿 前片 + 後片 + 眼球桿(63~66)
• 下顎銷:x = 76、104,z = 156
• 眼球銷:x = 62、118,z = 176 —— 要離眼窩夠遠,不然孔會咬進眼窩

下顎和眼球桿就是吊在這四個榫上,靠自己的長槽上下滑,掉不出來。

1. 受推板套上榫耳:

• 下顎底部中央的兩個 5×4 榫耳(x=83~88、92~97),穿過下顎受推板的兩個榫孔,上膠。

榫耳長在碗底最低處 —— 碗形下緣往兩側一路翹到 z=141,只有中間那段有實料。

• 眼球受推板的榫,插進眼球橫桿的榫孔,上膠。

> 這裡千萬不要只用對接。3mm 板對接的膠合面太小,一推就開。

1. 頸脊接合塊(20×26)立著黏在頭骨後片與頸脊之間(y=63~66)。
2. 整顆頭插上頸脊。

驗:頭在最低點時,下顎最低處離頂板還有 11.8mm。

頭轉到 ±15.5° 時,兩片受推板都還壓在推桿頂端上(沒有滑出去)。

9 · 橡皮筋

• 下顎推桿、眼球推桿各拉一條細橡皮筋往下。
• 為什麼非加不可:3mm 板的下顎自重只有 0.045 N、眼球桿 0.033 N,

這個力連導槽的摩擦都贏不了,不加的話推桿會停在半空中不下來。

• 轉頭叉口板不用(已經是強制驅動)。點頭升降板也不用(整顆頭壓著)。

10 · 定相位、上膠

慢慢轉曲柄,一片一片調凸輪角度,滿意了再上膠固定在軸上。

建議相位(第 4 步那張表):下顎 0° / 點頭 90° / 眼球 180° / 轉頭 270°。

模擬跑出來的效果:

四個動作錯開,不會同時發生。想改「表情節奏」就轉凸輪相位,不用改任何零件。

順不順的小訣竅

• 凸輪與推桿的接觸邊磨圓、上蠟 —— 摩擦小、聲音脆。
• 導槽比桿寬 0.5mm 就好,太鬆會晃、太緊會卡死。
• 榫孔配合公差單邊 0.1mm(切割檔已經留好)。雷射有割縫,實際可能更鬆,榫上多塗點膠。
• 孔跟孔、孔跟輪廓之間都留了 2mm 以上的肉厚(切割檔產生時會自動驗)。3mm 合板再薄就容易崩。
• 轉不順就先拆橡皮筋,單獨轉曲柄找卡住的地方,不要一開始就整台調。

想看它動

打開 sim.html(或網站的「3D 模擬」),右邊切「修正版」。

右側面板有 15 項幾何檢查和完整的約束盤點(每個零件的每個自由度被什麼固定住)。

node collide.js 可以重跑干涉掃描,node bom.js 重出零件表,node export-cut.js 重出切割檔。