王瑞紅　胡金奎　陳柏源　馬少凱

摘要：針對現(xiàn)有床桌存在占用空間大、使用不便、功能單一、價格昂貴、實用性差等問題，提出了一種軌道式折疊床桌的設(shè)計方案。該折疊床桌包括導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)等，利用Solidworks軟件對其進(jìn)行三維建模及運(yùn)動仿真，驗證了該設(shè)計的可行性。

關(guān)鍵詞：軌道式折疊床桌;導(dǎo)軌;可折疊;伸縮桿

0 引言

在一些狹窄空間，比如學(xué)生宿舍、小型出租屋、醫(yī)院病房等，如果能有一款功能齊全、小巧靈便、占用空間小的書桌，將大大提高狹小空間的利用率。經(jīng)相關(guān)研究調(diào)查表明，人體視平線向下15°是人體最舒適與自然的狀態(tài)，閱讀與書寫的視覺范圍在45°～60°，成年人的理想視距為305～460 mm，最小閱讀距離為406 mm[1]。由于個體身高存在差異，喜歡的坐姿也多種多樣，所以難以統(tǒng)一規(guī)范床桌的尺寸。為此，本文設(shè)計了一款軌道式折疊床桌，利用軌道和伸縮機(jī)構(gòu)可滿足不同用戶的需求，使每個用戶都能以最舒服、最自然的姿態(tài)在床上辦公、學(xué)習(xí)或娛樂，更加節(jié)約空間，能很好地滿足個人的活動需求。

1 軌道式折疊床桌的總體設(shè)計

1.1? ? 總體方案設(shè)計

針對目前床桌折疊繁瑣、占用空間大、功能單一等一系列問題，本文基于《機(jī)械原理》[2]《機(jī)械設(shè)計》[3]的相關(guān)內(nèi)容，參考許東的《基于UG的宿舍多用床桌設(shè)計》[4]提出了一種更加方便實惠的軌道式折疊床桌設(shè)計方案，利用導(dǎo)軌橫向移動與伸縮機(jī)構(gòu)升降的配合，在狹小空間內(nèi)充分實現(xiàn)了使用需求，不用時也能將床桌快速便捷地恢復(fù)到最小折疊狀態(tài)，基本不占用使用者的活動空間。軌道式折疊床桌總裝圖如圖1所示。

軌道式折疊床桌主要包括導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)等裝置。

導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)由導(dǎo)軌、滑輪和固定機(jī)構(gòu)組成，采用2個導(dǎo)軌、4個滑輪、4個固定機(jī)構(gòu)實現(xiàn)滑動式位移，方便床桌的使用，使床桌在使用時能按照使用者的意愿省力高效地來回移動。導(dǎo)軌采用高強(qiáng)度鋁合金制造，耐腐蝕，強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，主要零配件均采用標(biāo)準(zhǔn)件，方便購買及更換。

伸縮機(jī)構(gòu)采用2個內(nèi)伸縮桿、2個外伸縮桿和2個鎖止裝置實現(xiàn)床桌高度調(diào)節(jié)和固定，結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，操作方便，用最簡單的機(jī)構(gòu)滿足了所需要的功能。

折疊機(jī)構(gòu)主要由桌面、側(cè)面支撐板和銷組成。折疊功能依靠桌面繞著銷旋轉(zhuǎn)和伸縮桿繞著銷旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)，另外還加裝一個折疊支撐板支撐展開狀態(tài)的桌面，在保證升降折疊功能的前提下極大地提升了桌子的支撐能力。

1.2? ? 使用方法

將滑軌用卡扣固定在床的兩側(cè)，滑輪總成提前裝入滑軌內(nèi)部，然后將折疊床桌各部分按照順序組裝在一起，最后裝到滑輪總成上。使用時將桌子高度調(diào)整至合適的位置，利用鎖止機(jī)構(gòu)將其固定，再利用滑軌將桌子拉到適當(dāng)?shù)奈恢眉纯墒褂?。由于設(shè)計時已經(jīng)為用電設(shè)備預(yù)留了安裝窗口，用戶既可以自行安裝燈管、風(fēng)扇等用電設(shè)備，也可以選擇預(yù)裝在桌面上，使用時接通打開相應(yīng)開關(guān)電源即可。不使用時，將其移動折疊收至床尾，完全折疊后，幾乎不占空間。

2 導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)設(shè)計

導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)承載著整個床桌的重量，采用導(dǎo)軌加滑輪的設(shè)計，使移動更加平順流暢，不需要潤滑保養(yǎng)，移動速度可隨使用者的意愿隨意調(diào)節(jié)，長度也可根據(jù)不同的尺寸進(jìn)行調(diào)整。此外，導(dǎo)軌采用卡環(huán)固定，只需擰上螺栓即可使用，降低了床桌在使用時的安裝難度。

導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)三維模型如圖2所示。

3 伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計

3.1? ? 伸縮桿設(shè)計

伸縮機(jī)構(gòu)由一個內(nèi)伸縮桿、一個外伸縮桿、一個鎖止裝置組成，可實現(xiàn)床桌的上下移動，此外還兼具固定桌面功能，折疊時通過旋轉(zhuǎn)將床桌折疊在合適的位置。伸縮機(jī)構(gòu)工作原理如圖3所示。

內(nèi)伸縮桿上每隔20 mm打一個固定孔，用于伸縮位置的固定。當(dāng)床桌在下鋪時，最下端兩個孔起固定作用，裝上螺栓可以將內(nèi)伸縮桿固定在滑輪外的擋板上。當(dāng)床桌固定在上鋪時，最上端的孔安裝固定螺栓，另一個孔用螺栓固定折疊支撐板，用于將床桌收到最頂端固定。外伸縮桿在底部打三個孔，用于安裝鎖止裝置和固定伸縮機(jī)構(gòu)，同時在中部打兩個孔用于固定床桌側(cè)板。此處兩根伸縮桿都是具有方向的，在床桌固定方式不同時可以調(diào)轉(zhuǎn)方向以適應(yīng)不同的裝配方法，減少了配件種類，降低了成本。

3.2? ? 鎖止裝置設(shè)計

鎖止裝置由一個底座、一個銷、一個連接軸和一個把手組成。擰動把手會推動連接軸，進(jìn)而推動銷軸前進(jìn)，穿入內(nèi)外伸縮桿的孔內(nèi)，達(dá)到鎖止和移動狀態(tài)。鎖止裝置工作原理圖如圖4所示。

使用時將床桌拉升至指定位置，然后往前或往后擰動鎖止裝置，鎖止裝置內(nèi)的銷會前進(jìn)穿過外伸縮桿和內(nèi)伸縮桿，達(dá)到在指定高度固定的目的。由于外伸縮桿上的床桌部件與內(nèi)伸縮桿沒有直接相連，床桌承受力的部分主要為左右兩個鎖止銷和內(nèi)外伸縮桿的孔，所以這兩個銷和伸縮桿的材料將采用強(qiáng)度高的合金制作。同時由于鎖止裝置為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，零部件較少，故不容易發(fā)生損壞，提高了產(chǎn)品的使用壽命。

4 折疊機(jī)構(gòu)設(shè)計

折疊機(jī)構(gòu)主要包括一個大桌面、一個小桌面、兩個桌面?zhèn)劝濉蓚€折疊支撐板和一個背面擋板，具體設(shè)計如圖5所示。

折疊機(jī)構(gòu)的小桌面受力較小，故不采用折疊支撐板，僅在上側(cè)板處設(shè)計一個凸臺用于支撐，此外，小桌面上還可預(yù)裝一個USB燈管，可以提供夜間照明功能。大桌面受力較大，故設(shè)計了一個折疊支撐板，在不占用額外空間的前提下能提供較大的支撐力，在桌面折起來后，折疊支撐板也可以收進(jìn)折疊后的桌子里。兩個側(cè)板不僅可以起到收納作用，而且可以提供桌面的附加支撐，桌面的折疊收納也是繞著側(cè)板上的銷孔旋轉(zhuǎn)折疊的。背面擋板主要配合側(cè)板起收納遮擋作用，防止桌面上的物品在折疊過程中滑落，同時還可以保護(hù)使用者的隱私。為了更好地利用桌子上的空間，我們還在桌子上還預(yù)留了一個USB插板位置、一個普通插板位置和一個小風(fēng)扇位置，根據(jù)不同的需求選擇不一樣的加裝，使設(shè)計更加人性化。

5 三維建模及仿真

為保證本設(shè)計的可行性，最終采用Solidworks軟件對軌道式折疊床桌進(jìn)行三維建模，完成了整體的裝配并進(jìn)行了簡單的模擬仿真，實現(xiàn)了床桌的滑動、伸縮和折疊等功能，驗證了設(shè)計功能的合理性。其工作狀態(tài)如圖6所示，收縮之后的狀態(tài)如圖7所示。

6 結(jié)語

為滿足學(xué)生、上班族、病人等在一些狹小空間中進(jìn)行辦公學(xué)習(xí)的需求，本文設(shè)計的軌道式折疊床桌包括導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)三部分，利用導(dǎo)軌橫向移動與伸縮機(jī)構(gòu)的升降配合，滿足了不同客戶的需求，可最大限度地利用有限的空間。同時，采用Solidworks軟件對軌道式折疊床桌進(jìn)行了三維建模及運(yùn)動仿真，確保了設(shè)計的可行性。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張依萌，李丹婷，涂娟，等.寢室上下鋪空中儲物折疊桌的設(shè)計構(gòu)想與現(xiàn)實意義[J].價值工程，2017，36（25）：123-124.

[2] 孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].8版.北京：高等教育出版社，2013.

[3] 濮良貴，陳國定，吳立言.機(jī)械設(shè)計[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[4] 許東，唐明強(qiáng)，鄧國超，等.基于UG的宿舍多用床桌設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（18）：53.

收稿日期：2020-03-05

作者簡介：王瑞紅（1975—），女，河南鄭州人，講師，從事機(jī)械設(shè)計教學(xué)與研發(fā)工作。