黃曉林，李增煜，蔡偉雙，吳志楷，劉鋒

(韶關學院物理與機電工程學院，廣東韶關512005)

?

一種新型變形課桌的結構設計*

黃曉林，李增煜，蔡偉雙，吳志楷，劉鋒

(韶關學院物理與機電工程學院，廣東韶關512005)

摘要：現(xiàn)有繪圖課桌普遍存在桌面角度變化難、高度升降難等問題，導致當前高校繪圖課室資源短缺、利用率低。針對以上問題我們設計出一種新型變形課桌，實現(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機構進行鉸接，配合弧形滑槽機構實現(xiàn)了桌面板與支撐板折合成A1板，通過調節(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整，從而實現(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。

關鍵詞:繪圖桌結構設計變形多功能

0引言

在工程學以及一些涉及繪圖的專業(yè)當中，手動繪圖都被作為一門必不可少的專業(yè)課程供學生學習。但是根據調查，當前高校對涉及繪圖專業(yè)的學生所能提供的繪圖課室資源相當短缺。造成現(xiàn)狀的主要原因可概括為以下兩點：一是繪圖桌功能單一，且其桌面面積較大，需要占據比較大的空間，導致繪圖課室的空間利用率低；二是繪圖桌普遍價格昂貴，建造繪圖課室需要花費的資金較多，以至于出現(xiàn)繪圖課桌供不應求狀況。通過調查發(fā)現(xiàn)，接近64%的學生們對現(xiàn)有產品的使用滿意度不高，因此，急需設計一款新產品代替?zhèn)鹘y(tǒng)繪圖桌，以便解決高校繪圖課室不足的現(xiàn)象[2]。

根據上述問題，我們提出了“變形課桌”的設計方案，利用其獨特的結構設計，實現(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變形課桌的結構設計

1.1變形課桌的整體設計

如圖1所示的變形課桌結構圖，變形課桌結構主要包括：桌面板(背面裝有線性滑槽)、支撐板、桌底板、合頁機構、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三個合頁機構進行鉸接，桌底板底部有課桌支撐座固定，保持水平。當變形課桌作為普通課桌使用時，支撐板與桌面板成垂直關系，當支撐板順時針翻動后到極限位置，與桌面板成同一平面，此時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，當桌面板角度發(fā)生變化，與支撐桿鉸接的線性滑塊會在線性滑槽中滑動，再通過左右兩邊的弧形滑槽結構加以固定，實現(xiàn)桌面角度的自鎖。課桌支撐座左右兩邊分別裝有旋鈕，只需輕輕旋轉旋鈕就可以改變課桌桌面的高度，左右兩邊同步即可實現(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.合頁機構；8.支撐板；9.旋鈕。(a)普通課桌模式　　　　　　(b)制圖桌模式圖1　變形課桌結構圖

1.2弧形滑槽機構設計

圖2　弧形滑槽機構圖

如圖2所示的弧形滑槽機構圖，由支撐桿配合弧形滑槽實現(xiàn)桌面轉動、桌面角度調整以及桌面角度固定的功能?；⌒位塾蓛善￠L210 mm的鋁合金塊組成，一端用銷釘固定在支撐桿中點，自由轉動，另一端穿過固定在桌底板上鉸支座的螺旋旋鈕。轉動支撐桿會帶動弧形滑槽轉動，弧形滑槽能在螺旋旋鈕中滑動，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而固定桌面板角度。

采用弧形滑槽機構調節(jié)繪圖桌桌面角度，替代了傳統(tǒng)的齒條式角度調節(jié)機構，實現(xiàn)在一定范圍內桌面角度無極調節(jié)，使用者可根據個人需求調節(jié)到舒適位置后，旋緊旋鈕，即可保證桌面角度不會改變，桌面穩(wěn)定可靠，增強了課桌使用的舒適性。

1.3變形機構設計

1.3.1變形機構整體設計

如圖3所示的變形機構圖，實現(xiàn)普通課桌與繪圖課桌之間的轉換，這一功能主要通過桌面板、支撐板、合頁機構這三個部件完成。桌面板與支撐板通過合頁鉸接，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自由轉動。同時轉動支撐板和桌面板，使之分別與桌底板、支撐板兩兩垂直，再配合弧形滑槽機構加以固定，此時是普通課桌的變形狀態(tài)。順時針翻動支撐板至極限位置，使之與桌面板折合成一平面—A1板，A1板作為制圖桌桌面，再利用弧形滑槽機構改變繪圖板桌面角度，并加以固定。此時是繪圖桌的變形狀態(tài)。

桌面板跟支撐板均采用木質結構，并且在它們對接的一端設計有兩兩配合的凹槽，當轉動支撐板進行繪圖桌變形時支撐板轉至極限位置，兩凹槽相互嚙合，支撐板與桌面板成一平面折合成A1板，凹槽結構設計能使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　變形機構圖

1.3.2變形機構自由度分析

如圖4所示的變形機構運動簡圖，涉及繪圖桌變形機構的構件包括：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。涉及的運動副類型包括：支撐板與桌底板以及桌面板之間的轉動副，線性滑塊與桌面板之間的移動副，支撐桿與線性滑塊的轉動副，支撐桿與桌底板鉸接的轉動副，弧形滑槽與支撐桿鉸接的轉動副以及與鉸支座的移動副。由此得出，桌面角度調整機構總共由5個構件組成，其運動副類為7個低副。

根據自由度計算公式：

F=3n-(2PL+Ph)

式中：n表示活動構件數(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

通過計算得出，變形機構自由度為1。擰緊旋鈕螺母固定弧形滑槽，使得桌面角度調整機構的自由度變?yōu)?，左右兩邊同步實現(xiàn)自鎖，進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　變形機構運動簡圖

1.4旋鈕升降機構設計

圖5　旋鈕升降機構圖

如圖5所示的旋鈕升降機構圖，變形課桌的升降機構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型矩形金屬套筒，支撐架插入其中，上下自由移動。課桌支撐座左右兩邊分別裝有旋鈕，操作時只需輕輕旋轉旋鈕，調節(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現(xiàn)高度自鎖。桌面高度調節(jié)能滿足不同身高的人的需求，且操作簡單快捷[1]。

2總結

我們通過仔細研究分析現(xiàn)有繪圖桌的短板，并充分吸收了前人經驗，整合資源設計出該變形課桌。產品在課桌功能多樣化、桌面角度調節(jié)、課桌高度調節(jié)方面提出了解決方案，解決了原有產品功能單一，桌面角度與高度調節(jié)困難等問題。在問卷調查中，超過94%的受訪者認為我們的變形課桌方案是可接受的。不過相應的，我們的產品在美觀性以及穩(wěn)定性方面還需進一步地改進。我們相信，該產品能很好地解決當前高校繪圖課室資源缺乏的問題，具有一定的研究價值以及研究意義，應用前景很好，市場推廣性極大。

參考文獻

[1]龍振宇.機械設計 [M]. 北京 : 機械工業(yè)出版社 ,2002.

[2]衡楠，李季，胡月，盧松.新型多功能制圖桌的設計[J].硅谷，2015(02)170-171.

[3]孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理[M].高等教育出版社，2006.

[4]于惠力，馮新敏，李廣惠.連接零部件設計實例精解[M].北京:機械工業(yè)出版社，2009.

[5]蘇建寧，白興易.Solid Works產品建模實例教程[M].西北工業(yè)大學出版社，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

作者簡介：黃曉林(1993-)，男，廣東潮州人，學生，研究方向；機械設計。

基金項目：韶關學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助(項目編號：201510576022)。

中圖分類號：TH12

文獻標識碼：A

文章編號：1002-6886(2016)01-0082-03