床用可轉動式筆記本架的設計和研制*

□ 程 濤 □ 余五新 □ 吳 思 □ 陶敏文 □ 丁 捷

江漢大學 機電與建筑工程學院 武漢 430056

為解決市場上現有的筆記本電腦桌（支架）使用時限制人們的活動、調節和搬動不方便及不用時空間占有量大等問題，設計一款安裝在床頭靠背側面可伸縮、轉動式筆記本架，通過調節旋鈕使支架上下移動、抽動或轉動，以及筆記本桌面左右、前后移動或滑動，以便使用者獲得最佳視角。本作品運用人機工程學設計，將桌面部分設計為可調節傾斜度的面板，以方便使用者操作鍵盤。使用時，筆記本電腦騰空在床面之上，不約束使用者的運動，調節靈活，配有鎖緊機構，當調節到合適高度，通過鎖緊機構能將整個裝置固定，安全可靠。人需要下床時，松動鎖緊機構后可很輕松地把支架轉至床邊，而不影響人上下床。不使用時，可以把支架推到墻邊繼續放置筆記本電腦，也能當作簡易的床頭桌，還能將桌面靠墻豎立，節約臥室空間。

1 功能介紹

1.1 主要功能

如圖1所示，使用時，將筆記本電腦支架安裝在床頭靠背側面，通過調節旋鈕可以實現筆記本支架的升降；調節水平方向各桿件的相對位置，能夠實現筆記本支架的前后左右移動，以滿足不同人群的使用需求；放置筆記本的桌面設計成可調節角度的面板，以便使用者操作鍵盤。

1.2 附加功能

不在床上使用時，可旋轉、折疊，靠墻面放置，作為簡易床頭桌，放置一些小物品。

2 結構設計

2.1 整體結構設計

根據人機工程學原理，確定筆記本架基本參數如圖2所示，整體結構如圖3所示。

圖2中，底座離床面的距離為230 mm，桌面升降行程為200 mm，桌面左右移動行程為320 mm，外升降套筒長為450 mm,內升降套筒長為480 mm,折疊桿1和折疊桿3長度為450 mm,折疊桿2長為500 mm，大桌面固定管長為400 mm,大桌面長×寬為450 mm×320 mm，小桌面長×寬為 400 mm×280 mm。

▲圖1 筆記本電腦支架

▲圖2 床用可轉動式筆記本架基本參數

▲圖3 床用可轉動式筆記本架整體結構

▲圖4 豎直升降及鎖緊機構結構圖

2.2 豎直升降及鎖緊機構設計

豎直升降及鎖緊機構的結構如圖4所示,齒條固定在內升降套筒的內壁,齒輪軸通過軸承和軸承座連接在外升降套筒。轉動手輪,齒輪軸旋轉,驅動齒條上下移動，從而帶動內升降套筒升降,實現筆記本支架的升降。內升降套筒和外升降套筒通過塑料方筒形件（過渡塊）構成移動副。

鎖緊機構工作示意如圖5所示，桌面到達理想高度后，將鎖緊圓桿卡入手輪上的凹槽，就可以防止齒輪轉動，從而實現齒輪和齒條的相對固定。

▲圖5 鎖緊機構

2.3 水平方向機構

▲圖6 連接兩折疊桿的轉動機構

▲圖7 折疊桿與內升降套筒的轉動連接

水平方向的移動依靠3種結構實現。

第一種結構是如圖6所示的轉動機構，用于連接圖3中的折疊桿1與折疊桿3，圖3中的折疊桿2與折疊桿3也采用了這種轉動機構。為增加連接強度和剛度，折疊桿內壓配了40 mm長的方形鋁塊。螺桿上部與上部鋁塊為過渡配合，并焊接在折疊桿上，螺桿與下部鋁塊之間為小間隙配合，由此形成了兩折疊桿之間的轉動連接，并由蝶形螺母起鎖緊兩折疊桿的作用。

第二種結構是圖3中的大桌面固定管和折疊桿2之間通過塑料方筒形件（過渡塊）構成的移動副。

第三種結構是如圖7所示的一種轉動副。鋁塊壓配在折疊桿1內，轉動軸壓配在鋁塊內，并與折疊桿1焊接，三者成為一個整體，轉動軸與壓配在內升降套筒內的鋁塊之間為可轉動連接。松開或擰緊縮緊螺釘，可轉動或鎖緊折疊桿1。

3 剛度分析

取筆記本電腦質量G=2.5 kg計算，對折疊桿與大桌面固定管之間連接的剛度進行校核。

設方管的截面的彎矩為M,作用在AB段的均布載荷為q，D點的撓度為WD，D點的轉角為δD，受力分析見圖8；材料的彈性模量E=210 MPa。首先計算A點的垂直位移，然后在A點垂直向下的單位力的作用下，計算各段的 M（X）和查方管規格表得AC段的截面慣性矩I1=5 145CD段的截面慣性矩I2=10 368.75mm4，則：

▲圖8 折疊桿與大桌面固定管的受力分析圖

計算D點的轉角δD，這需要在A處作用一個單位力矩偶：

則：

由生活經驗可知撓度WD在 0～30 mm，δD在0～5°,滿足使用要求。上述校核均為理論狀態，實際使用狀態下，由于受力不均勻等因素造成撓度和轉角變大，實物實驗結果是撓度為17mm，轉角為可4°，因此，所設計的作品滿足使用要求。

4 總結

該筆記本架實現一物多用，既可作床上用筆記本架，也可為簡易床頭桌；組合運用轉動副、移動副、齒輪齒條機構和鎖緊機構，達到滿足用戶舒適性需求并減少臥室占用空間的目的，為經常在床上使用筆記本電腦的用戶提供便捷，是一種理想的生活用具，批量生產時的性價比高，有很大的推廣應用價值。

［1］ 濮良貴，紀名剛.機械設計（第八版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］ 劉鴻文.材料力學（第 4版）［M］.北京:高等教育出版社，2004.

［3］ 于永泗，齊民.機械工程材料［M］.大連：大連理工大學出版社,2010.