“一人轉旋轉可變桌”的創新設計

趙嘉宇，司 慧，雷 寧

(北京林業大學 工學院，北京 100083)

“一人轉旋轉可變桌”的創新設計

趙嘉宇，司 慧，雷 寧

(北京林業大學 工學院，北京 100083)

采用螺旋曲柄機構和圓柱凸輪機構，通過擴展桌子的直徑有效地增加桌子的可用面積，能夠解決會議或做實驗時面積不夠的問題，且操作方便。樣機使用表明，桌子的設計安全可靠，能夠承受一定的壓力，在沒有影響平整度的情況下擴展了桌子的使用面積。

旋轉；凸輪；螺旋曲柄； 設計； 可變桌

1 研究背景

目前存在的大小可變桌形式主要有翻轉式和旋轉式。隨著對桌子功能技術要求的提高，翻轉式大小可變桌已經相對普及，但其展開操作相對較為復雜。旋轉式大小可變桌在國內還沒有一個相對成熟的發展，目前存在的一些旋轉式大小可變桌并不完美，許多在旋轉變大后會出現較大縫隙且高低不平，并且桌子整體結構較為復雜，導致桌面厚度較大。本文提出一種新型旋轉式可變大小桌子——“一人轉”，通過擴展桌子的直徑能有效地提高桌子的可用面積，能夠有效地解決多人會議和多人做實驗時桌子面積不夠的問題，同時當不需要時可將桌子收起以節約空間。使用時僅需要旋轉桌面下導軌即可實現桌面尺寸的變換，操作簡單易行。

2 “一人轉”旋轉可變桌的機械結構與原理

2.1 總體結構設計

由于桌子可以用于做實驗，故設定其高度為680 mm～720 mm，桌面收縮狀態下的最小直徑為Φ1 000 mm，展開狀態下的最大直徑為Φ1 400 mm。2.2 凸輪機構設計

凸輪機構的剖面圖如圖2所示。它由圓柱凸輪和推力球軸承兩部分組成，凸輪的外徑為Φ120 mm，帶有螺紋的內徑為Φ70 mm，凸輪上有3個凹槽，凹槽與下導軌板相連，通過滾子在凸輪凹槽里面的運動帶動下導軌板轉動，凹槽中傾斜的一段起到抬升下導軌板的作用；推力球軸承與上導軌通過銷釘相連，上導軌的水平轉動可通過它來完成；圓柱凸輪內部有螺紋，與圓桌面下部的螺紋相互配合，轉動圓桌面可以實現其升降。

1-星型底盤；2-圓柱凸輪；3-推力軸承；4-螺旋曲柄；

凸輪機構雖然在整體結構中占的體積很小，但卻起到很重要的作用。通過凸輪的凹槽和螺紋，改變了圓桌面和扇形桌面在鉛垂方向上的距離，在收縮狀態下，各部件間彼此交錯卻不干涉；在展開狀態下，保證了桌面的平整。

2.3 導軌機構設計

導軌機構示意圖如圖3所示。6根螺旋曲柄的兩個孔之間直線距離為260 mm，一端通過活動銷子與滑塊連接，另一端固定于星型底座上，在轉動上下導軌板時可以將旋轉運動變為扇形桌面的直線運動，曲柄采用螺旋形狀可以防止彼此間相互干涉。

3 “一人轉”旋轉可變桌的受力分析與強度校核

3.1 受力分析

為稱呼方便，我們稱中間的圓形桌面為主桌面，6個扇形桌面為副桌面。考慮到桌子的功能，假設副桌面受力為125 N。一個副桌面和導軌機構的組合如圖4所示。

1-上層導軌；2-推力軸承；3,7-插銷； 1-星型底座；2-上層導軌；4-固定槽；5-圓柱滾子； 3-連接滑塊；4-螺旋曲柄 6-圓柱凸輪；8-下層導軌

圖2 凸輪機構的剖面圖 圖3 導軌機構示意圖

3.1.1 副桌面受力分析

6個扇形副桌面受力可認為相同，取其中1個扇形副桌面進行受力分析，其受力簡圖如圖5所示。A點(見圖4)為靠近副桌面外徑的受力點，所受力為F，F=125 N，B點為起支撐作用的連接片對副桌面的作用點，所受力為F1。由于扇形桌面內外徑尺寸差為400 mm，所以AB=l=200 mm。由靜力平衡可得：

(1)

將數據代入式(1) 計算得：M1=25 N·m。

圖4 一個副桌面和導軌 圖5 副桌面受力圖機構的組合

3.1.2 螺旋曲柄受力分析

螺旋曲柄受力圖如圖6所示。C、D分別為曲柄

(2)

將數據代入式(2) 計算得：F2=125 N，M2=7.5 N·m。

3.1.3 底盤受力分析

圖6 螺旋曲柄受力圖 圖7 底盤受力圖

3.2 強度校核

“一人轉”桌子主體材料為Q235鋼，其抗拉、抗壓強度σp=205 MPa。采用Solidedge ST3進行CAD造型，校核時采用X-t*導入ANSYS14.5進行仿真，X-t*格式兼容性較好，不會引起內容丟失。仿真結果如圖8～圖13所示。

由圖8、圖9可知，螺旋曲柄最大應力為136.95 MPa，位于螺栓孔處；螺旋曲柄最大變形為0.095 1 mm，位于螺旋曲柄中部。由圖10、圖11可知，副桌面最大應力為34.614 MPa，最大變形為0.48 mm。由圖12、圖13可知，底盤最大應力為2.541 8 MPa，最大變形為0.011 mm。由仿真結果可知，“一人轉”桌子滿足強度要求。

圖8 螺旋曲柄應力云圖 圖9 螺旋曲柄應變云圖 圖10 副桌面應力云圖

圖11 副桌面應變云圖 圖12 星形底盤應力云圖 圖13 星形底盤應變云圖

4 結束語

“一人轉”與一般桌子相比具有以下創新點：①桌子在展開狀態能保證桌面的水平，在收縮狀態桌面有三層結構，彼此在空間內相互重疊卻并不接觸；②曲柄滑塊機構實現轉動與直線運動之間的轉換，同時曲柄采用螺旋圓弧狀，可有效防止曲柄之間的干涉；③圓柱凸輪機構實現了桌子展開和收縮的轉換，凸輪凹槽傾斜的一段實現了扇形桌面在收縮狀態下的交錯不干涉分布。該設計的實物樣機參加了北京賽區機械設計創新大賽，榮獲二等獎。

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(英文摘要Innovative Design of Rotary Variable Table Named Yirenzhuan

ZHAO Jia-yu, SI Hui, LEI Ning

(College of Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

This paper introduces the design of a variable table, which adopts spiral crank mechanism and cylindrical cam mechanism. It can effectively increase the usable area by expanding the diameter of itself, to solve the problem that meeting or experimental area is not enough. The table has safe and reliable design, being able to withstand the pressure. Without affecting smoothness, you can extend the usable area of the table.

rotation; cam; spiral crank; design; variable table

1672- 6413(2015)06- 0089- 02

國家級大學生創新創業訓練計劃項目(G201410022042)

2015- 03- 10；

2015- 10- 11

趙嘉宇(1995-)，男，遼寧昌圖人，在讀本科生，專業為機械設計。

TP391.7

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