一種新型變形課桌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

黃曉林，李增煜，蔡偉雙，吳志楷，劉鋒

(韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005)

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一種新型變形課桌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)*

黃曉林，李增煜，蔡偉雙，吳志楷，劉鋒

(韶關(guān)學(xué)院物理與機(jī)電工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005)

摘要：現(xiàn)有繪圖課桌普遍存在桌面角度變化難、高度升降難等問(wèn)題，導(dǎo)致當(dāng)前高校繪圖課室資源短缺、利用率低。針對(duì)以上問(wèn)題我們?cè)O(shè)計(jì)出一種新型變形課桌，實(shí)現(xiàn)普通課桌與制圖桌之間自由變換。桌面板與支撐板，支撐板與桌底板之間均采用合頁(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行鉸接，配合弧形滑槽機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了桌面板與支撐板折合成A1板，通過(guò)調(diào)節(jié)弧形滑槽旋鈕的松緊度，控制A1板與桌底板之間角度的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)普通課桌與繪圖桌的功能一體化，提高課桌資源的利用率。

關(guān)鍵詞:繪圖桌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變形多功能

0引言

在工程學(xué)以及一些涉及繪圖的專業(yè)當(dāng)中，手動(dòng)繪圖都被作為一門(mén)必不可少的專業(yè)課程供學(xué)生學(xué)習(xí)。但是根據(jù)調(diào)查，當(dāng)前高校對(duì)涉及繪圖專業(yè)的學(xué)生所能提供的繪圖課室資源相當(dāng)短缺。造成現(xiàn)狀的主要原因可概括為以下兩點(diǎn)：一是繪圖桌功能單一，且其桌面面積較大，需要占據(jù)比較大的空間，導(dǎo)致繪圖課室的空間利用率低；二是繪圖桌普遍價(jià)格昂貴，建造繪圖課室需要花費(fèi)的資金較多，以至于出現(xiàn)繪圖課桌供不應(yīng)求狀況。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，接近64%的學(xué)生們對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的使用滿意度不高，因此，急需設(shè)計(jì)一款新產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)繪圖桌，以便解決高校繪圖課室不足的現(xiàn)象[2]。

根據(jù)上述問(wèn)題，我們提出了“變形課桌”的設(shè)計(jì)方案，利用其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)普通課桌與繪圖課桌的功能一體化，提高課室資源的利用率。

1變形課桌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1變形課桌的整體設(shè)計(jì)

如圖1所示的變形課桌結(jié)構(gòu)圖，變形課桌結(jié)構(gòu)主要包括：桌面板(背面裝有線性滑槽)、支撐板、桌底板、合頁(yè)機(jī)構(gòu)、線性滑塊、弧形滑槽、支撐桿、支撐架、課桌支撐座。桌面板與支撐板、支撐板與桌底板分別通過(guò)三個(gè)合頁(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行鉸接，桌底板底部有課桌支撐座固定，保持水平。當(dāng)變形課桌作為普通課桌使用時(shí)，支撐板與桌面板成垂直關(guān)系，當(dāng)支撐板順時(shí)針?lè)瓌?dòng)后到極限位置，與桌面板成同一平面，此時(shí)桌面板與支撐板折合成A1板，課桌變形為繪圖桌狀態(tài)。桌面板背面裝有線性滑槽，當(dāng)桌面板角度發(fā)生變化，與支撐桿鉸接的線性滑塊會(huì)在線性滑槽中滑動(dòng)，再通過(guò)左右兩邊的弧形滑槽結(jié)構(gòu)加以固定，實(shí)現(xiàn)桌面角度的自鎖。課桌支撐座左右兩邊分別裝有旋鈕，只需輕輕旋轉(zhuǎn)旋鈕就可以改變課桌桌面的高度，左右兩邊同步即可實(shí)現(xiàn)高度的自鎖。

1.桌面板；2.支撐桿；3.弧形滑槽；4.桌底板；5.支撐架；6.課桌支撐座；7.合頁(yè)機(jī)構(gòu)；8.支撐板；9.旋鈕。(a)普通課桌模式　　　　　　(b)制圖桌模式圖1　變形課桌結(jié)構(gòu)圖

1.2弧形滑槽機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2　弧形滑槽機(jī)構(gòu)圖

如圖2所示的弧形滑槽機(jī)構(gòu)圖，由支撐桿配合弧形滑槽實(shí)現(xiàn)桌面轉(zhuǎn)動(dòng)、桌面角度調(diào)整以及桌面角度固定的功能。弧形滑槽由兩片弧長(zhǎng)210 mm的鋁合金塊組成，一端用銷(xiāo)釘固定在支撐桿中點(diǎn)，自由轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端穿過(guò)固定在桌底板上鉸支座的螺旋旋鈕。轉(zhuǎn)動(dòng)支撐桿會(huì)帶動(dòng)弧形滑槽轉(zhuǎn)動(dòng)，弧形滑槽能在螺旋旋鈕中滑動(dòng)，擰緊旋鈕螺母，固定旋鈕在弧形滑槽的位置，從而固定支撐桿位置，左右兩邊同步自鎖進(jìn)而固定桌面板角度。

采用弧形滑槽機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)繪圖桌桌面角度，替代了傳統(tǒng)的齒條式角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)桌面角度無(wú)極調(diào)節(jié)，使用者可根據(jù)個(gè)人需求調(diào)節(jié)到舒適位置后，旋緊旋鈕，即可保證桌面角度不會(huì)改變，桌面穩(wěn)定可靠，增強(qiáng)了課桌使用的舒適性。

1.3變形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.3.1變形機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)

如圖3所示的變形機(jī)構(gòu)圖，實(shí)現(xiàn)普通課桌與繪圖課桌之間的轉(zhuǎn)換，這一功能主要通過(guò)桌面板、支撐板、合頁(yè)機(jī)構(gòu)這三個(gè)部件完成。桌面板與支撐板通過(guò)合頁(yè)鉸接，支撐板以同樣的方式與桌底板鉸接，繞課桌底板在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐板和桌面板，使之分別與桌底板、支撐板兩兩垂直，再配合弧形滑槽機(jī)構(gòu)加以固定，此時(shí)是普通課桌的變形狀態(tài)。順時(shí)針?lè)瓌?dòng)支撐板至極限位置，使之與桌面板折合成一平面—A1板，A1板作為制圖桌桌面，再利用弧形滑槽機(jī)構(gòu)改變繪圖板桌面角度，并加以固定。此時(shí)是繪圖桌的變形狀態(tài)。

桌面板跟支撐板均采用木質(zhì)結(jié)構(gòu)，并且在它們對(duì)接的一端設(shè)計(jì)有兩兩配合的凹槽，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐板進(jìn)行繪圖桌變形時(shí)支撐板轉(zhuǎn)至極限位置，兩凹槽相互嚙合，支撐板與桌面板成一平面折合成A1板，凹槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能使A1板更加穩(wěn)定，避免繪圖板折合處出現(xiàn)凹陷的情況[4]。

1.桌面板；2.支撐桿；3.弧形滑槽；4.支撐板。(a)普通課桌模式　　　　　　(b)制圖桌模式圖3　變形機(jī)構(gòu)圖

1.3.2變形機(jī)構(gòu)自由度分析

如圖4所示的變形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，涉及繪圖桌變形機(jī)構(gòu)的構(gòu)件包括：支撐板、桌面板、線性滑塊、支撐桿以及弧形滑槽，桌底板視為支架。涉及的運(yùn)動(dòng)副類型包括：支撐板與桌底板以及桌面板之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副，線性滑塊與桌面板之間的移動(dòng)副，支撐桿與線性滑塊的轉(zhuǎn)動(dòng)副，支撐桿與桌底板鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)副，弧形滑槽與支撐桿鉸接的轉(zhuǎn)動(dòng)副以及與鉸支座的移動(dòng)副。由此得出，桌面角度調(diào)整機(jī)構(gòu)總共由5個(gè)構(gòu)件組成，其運(yùn)動(dòng)副類為7個(gè)低副。

根據(jù)自由度計(jì)算公式：

F=3n-(2PL+Ph)

式中：n表示活動(dòng)構(gòu)件數(shù)，PL表示低副約束數(shù)，Ph表示高副約束數(shù)，列出算式。

F=3n-(2PL+Ph)

=3×5-(2×7+0)

=1

通過(guò)計(jì)算得出，變形機(jī)構(gòu)自由度為1。擰緊旋鈕螺母固定弧形滑槽，使得桌面角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的自由度變?yōu)?，左右兩邊同步實(shí)現(xiàn)自鎖，進(jìn)而固定繪圖桌面在某一角度[3]。

(a)普通課桌模式　　　　　　(b)制圖桌模式圖4　變形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

1.4旋鈕升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5　旋鈕升降機(jī)構(gòu)圖

如圖5所示的旋鈕升降機(jī)構(gòu)圖，變形課桌的升降機(jī)構(gòu)由支撐架與課桌支撐座組成，支撐架與課桌底板連接在一起共同升降，課桌支撐座為L(zhǎng)型矩形金屬套筒，支撐架插入其中，上下自由移動(dòng)。課桌支撐座左右兩邊分別裝有旋鈕，操作時(shí)只需輕輕旋轉(zhuǎn)旋鈕，調(diào)節(jié)旋鈕松緊度即可輕松改變課桌的高度，兩邊同步擰緊就可實(shí)現(xiàn)高度自鎖。桌面高度調(diào)節(jié)能滿足不同身高的人的需求，且操作簡(jiǎn)單快捷[1]。

2總結(jié)

我們通過(guò)仔細(xì)研究分析現(xiàn)有繪圖桌的短板，并充分吸收了前人經(jīng)驗(yàn)，整合資源設(shè)計(jì)出該變形課桌。產(chǎn)品在課桌功能多樣化、桌面角度調(diào)節(jié)、課桌高度調(diào)節(jié)方面提出了解決方案，解決了原有產(chǎn)品功能單一，桌面角度與高度調(diào)節(jié)困難等問(wèn)題。在問(wèn)卷調(diào)查中，超過(guò)94%的受訪者認(rèn)為我們的變形課桌方案是可接受的。不過(guò)相應(yīng)的，我們的產(chǎn)品在美觀性以及穩(wěn)定性方面還需進(jìn)一步地改進(jìn)。我們相信，該產(chǎn)品能很好地解決當(dāng)前高校繪圖課室資源缺乏的問(wèn)題，具有一定的研究?jī)r(jià)值以及研究意義，應(yīng)用前景很好，市場(chǎng)推廣性極大。

參考文獻(xiàn)

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[5]蘇建寧，白興易.Solid Works產(chǎn)品建模實(shí)例教程[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010.

A new structure design of transformative desk

HUANG Xiaolin,LI Zengyi,CAI Weishuang,WU Zhikai,LIU Feng

Abstract:The prevalent problem with existing drawing desk is the difficulty in varying the angle and height of the desktop, which leads to resource shortage and low utilization rate in drawing classrooms in universities. To solve the above problems, we design a new type of transformable desk to realize free transformation between ordinary desks and drawing tables. Hinge mechanism is employed to join the table panel, the supporting plate and the base plate of the table, with the application of arc chute mechanism, the desktop board and the supporting board are able to be converted into an A1 plate. By adjusting the tightness of the arc-shaped sliding knobs, the angle between the A1 board and the table plate can be easily controlled, so that the integration of ordinary desk and drawing table is realized, which improves resource utilization.

Keywords:drawing table; structural design; transformation; multi function

收稿日期：2015-09-28

作者簡(jiǎn)介：黃曉林(1993-)，男，廣東潮州人，學(xué)生，研究方向；機(jī)械設(shè)計(jì)。

基金項(xiàng)目：韶關(guān)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目資助(項(xiàng)目編號(hào)：201510576022)。

中圖分類號(hào)：TH12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-6886(2016)01-0082-03