學(xué)生課桌自緊式掛鉤

主持：樂羊羊

設(shè)計(jì)者

葛沅翰，柳州市景行小學(xué)五年級(jí)學(xué)生，個(gè)人科創(chuàng)作品《學(xué)生課桌自緊式掛鉤》榮獲2022年廣西青少年科技創(chuàng)新大賽小學(xué)生科技創(chuàng)新成果競賽一等獎(jiǎng)。

指導(dǎo)老師

李璐，柳州市景行小學(xué)科學(xué)教師，柳州市城中區(qū)科學(xué)中心組成員，多次指導(dǎo)學(xué)生參加青少年科技創(chuàng)新大賽中小學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目和科學(xué)DV項(xiàng)目的比賽。

我曾經(jīng)買粘鉤粘貼在學(xué)校課桌上，用來掛書包。但粘鉤會(huì)勾住路過同學(xué)的衣服，還會(huì)損壞書桌，于是我想設(shè)計(jì)一款適用于學(xué)生書桌的便攜式掛鉤。

一、設(shè)計(jì)思路

（一）拉力的方向和重力的方向

我首先研究書包懸掛時(shí)，其重心所在的位置。掛鉤受到的拉力等于重力的大小，受到的拉力的方向是豎直向下的。由圖1可知，書包處于懸掛狀態(tài)時(shí)，它的重心大致在中間偏下的位置，重力的方向垂直朝下，與懸掛點(diǎn)重合。

（二）重力的垂線與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性關(guān)系

接著，我分析了鉤子所受外力的大小與方向，這是作品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。若想作品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，那么重力的方向就必須落在夾子與桌子構(gòu)成的支撐面內(nèi)（如圖2）。因此，必須保證鉤子受到的拉力也落在夾子與桌子構(gòu)成的支撐面內(nèi)。

（三）G形夾掛鉤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

基于上述穩(wěn)定性要求，我參照G形夾的結(jié)構(gòu)，對(duì)掛鉤進(jìn)行了如圖3的優(yōu)化設(shè)計(jì)：

通過試驗(yàn)后我發(fā)現(xiàn)，當(dāng)書包處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，懸掛效果較好，但是當(dāng)同學(xué)碰到書包時(shí)，書包便很容易掉在地上。為了解決這個(gè)問題，我利用齒輪傳動(dòng)工作原理，對(duì)G形夾進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。改進(jìn)后作品的工作原理是：當(dāng)用作品懸掛書包時(shí)，作品受到書包向下的拉力，這時(shí)，作品中的齒輪按逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)右邊的齒條，使其向上運(yùn)動(dòng)，這樣，右邊的齒條與夾子的頂部便形成了自動(dòng)夾緊式夾子，從而保證書包在受到外力碰撞時(shí)，也能穩(wěn)定地懸掛在鉤子上。

二、制作作品

我選擇了厚度為0.05cm的亞克力材料作為基礎(chǔ)制造材料。我先使用CAD程序畫出掛鉤的尺寸，再用激光切割機(jī)進(jìn)行切割，接著使用樂高配件和齒輪進(jìn)行組裝，第二代作品設(shè)計(jì)成品如圖4所示。作品折疊后的長度為0.8cm，寬度為0.45cm，體積小巧，便于攜帶。

三、性能測試

（一）學(xué)習(xí)場景的應(yīng)用測試

為了測試作品的性能，我在學(xué)校課桌與家中的寫字桌開展了實(shí)驗(yàn)。在多個(gè)實(shí)驗(yàn)場景中，作品均表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性和適用性（如圖5）。經(jīng)測試，我發(fā)現(xiàn)作品能承受的最大重量達(dá)10kg。

本作品在結(jié)構(gòu)上采用了齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)夾緊的功能，使懸掛的物品不易掉下。本作品不僅適用于平板（如圖6、圖7），還適用于管柱（如圖8），具有較高的推廣價(jià)值。

四、進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)

（一）該作品對(duì)重物的夾持力很強(qiáng)，但是對(duì)輕物的夾持力較弱，我加裝棘輪裝置，以此解決因重量過輕而導(dǎo)致的夾持不穩(wěn)的問題。

（二）亞克力材料有一定的硬度，當(dāng)同學(xué)碰到時(shí)可能會(huì)受傷，所以我為作品增加了表面覆膜。

（三）為了避免夾子損傷所夾持的物體表面，也為了增加掛鉤與桌面的摩擦力，我在夾子頂部的下邊沿和右齒條的頂部都粘貼了橡膠（如圖9）。

五、創(chuàng)新點(diǎn)

該作品巧妙利用齒輪傳動(dòng)工作原理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊功能，使用棘輪裝置實(shí)現(xiàn)了懸掛輕物的功能。作品實(shí)用性廣，生活中凡是有邊沿或有凸出部分的支撐面和支撐點(diǎn)，都可以使用本產(chǎn)品。

/欄目責(zé)編：周偉琳/