一种新型变形课桌的结构设计*

黄晓林，李增煜，蔡伟双，吴志楷，刘锋

(韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关512005)



一种新型变形课桌的结构设计*

黄晓林，李增煜，蔡伟双，吴志楷，刘锋

(韶关学院物理与机电工程学院，广东韶关512005)

摘要：现有绘图课桌普遍存在桌面角度变化难、高度升降难等问题，导致当前高校绘图课室资源短缺、利用率低。针对以上问题我们设计出一种新型变形课桌，实现普通课桌与制图桌之间自由变换。桌面板与支撑板，支撑板与桌底板之间均采用合页机构进行铰接，配合弧形滑槽机构实现了桌面板与支撑板折合成A1板，通过调节弧形滑槽旋钮的松紧度，控制A1板与桌底板之间角度的调整，从而实现普通课桌与绘图桌的功能一体化，提高课桌资源的利用率。

关键词:绘图桌结构设计变形多功能

0引言

在工程学以及一些涉及绘图的专业当中，手动绘图都被作为一门必不可少的专业课程供学生学习。但是根据调查，当前高校对涉及绘图专业的学生所能提供的绘图课室资源相当短缺。造成现状的主要原因可概括为以下两点：一是绘图桌功能单一，且其桌面面积较大，需要占据比较大的空间，导致绘图课室的空间利用率低；二是绘图桌普遍价格昂贵，建造绘图课室需要花费的资金较多，以至于出现绘图课桌供不应求状况。通过调查发现，接近64%的学生们对现有产品的使用满意度不高，因此，急需设计一款新产品代替传统绘图桌，以便解决高校绘图课室不足的现象[2]。

根据上述问题，我们提出了“变形课桌”的设计方案，利用其独特的结构设计，实现普通课桌与绘图课桌的功能一体化，提高课室资源的利用率。

1变形课桌的结构设计

1.1变形课桌的整体设计

如图1所示的变形课桌结构图，变形课桌结构主要包括：桌面板(背面装有线性滑槽)、支撑板、桌底板、合页机构、线性滑块、弧形滑槽、支撑杆、支撑架、课桌支撑座。桌面板与支撑板、支撑板与桌底板分别通过三个合页机构进行铰接，桌底板底部有课桌支撑座固定，保持水平。当变形课桌作为普通课桌使用时，支撑板与桌面板成垂直关系，当支撑板顺时针翻动后到极限位置，与桌面板成同一平面，此时桌面板与支撑板折合成A1板，课桌变形为绘图桌状态。桌面板背面装有线性滑槽，当桌面板角度发生变化，与支撑杆铰接的线性滑块会在线性滑槽中滑动，再通过左右两边的弧形滑槽结构加以固定，实现桌面角度的自锁。课桌支撑座左右两边分别装有旋钮，只需轻轻旋转旋钮就可以改变课桌桌面的高度，左右两边同步即可实现高度的自锁。

1.桌面板；2.支撑杆；3.弧形滑槽；4.桌底板；5.支撑架；6.课桌支撑座；7.合页机构；8.支撑板；9.旋钮。(a)普通课桌模式　　　　　　(b)制图桌模式图1　变形课桌结构图

1.2弧形滑槽机构设计

图2　弧形滑槽机构图

如图2所示的弧形滑槽机构图，由支撑杆配合弧形滑槽实现桌面转动、桌面角度调整以及桌面角度固定的功能。弧形滑槽由两片弧长210 mm的铝合金块组成，一端用销钉固定在支撑杆中点，自由转动，另一端穿过固定在桌底板上铰支座的螺旋旋钮。转动支撑杆会带动弧形滑槽转动，弧形滑槽能在螺旋旋钮中滑动，拧紧旋钮螺母，固定旋钮在弧形滑槽的位置，从而固定支撑杆位置，左右两边同步自锁进而固定桌面板角度。

采用弧形滑槽机构调节绘图桌桌面角度，替代了传统的齿条式角度调节机构，实现在一定范围内桌面角度无极调节，使用者可根据个人需求调节到舒适位置后，旋紧旋钮，即可保证桌面角度不会改变，桌面稳定可靠，增强了课桌使用的舒适性。

1.3变形机构设计

1.3.1变形机构整体设计

如图3所示的变形机构图，实现普通课桌与绘图课桌之间的转换，这一功能主要通过桌面板、支撑板、合页机构这三个部件完成。桌面板与支撑板通过合页铰接，支撑板以同样的方式与桌底板铰接，绕课桌底板在竖直平面内自由转动。同时转动支撑板和桌面板，使之分别与桌底板、支撑板两两垂直，再配合弧形滑槽机构加以固定，此时是普通课桌的变形状态。顺时针翻动支撑板至极限位置，使之与桌面板折合成一平面—A1板，A1板作为制图桌桌面，再利用弧形滑槽机构改变绘图板桌面角度，并加以固定。此时是绘图桌的变形状态。

桌面板跟支撑板均采用木质结构，并且在它们对接的一端设计有两两配合的凹槽，当转动支撑板进行绘图桌变形时支撑板转至极限位置，两凹槽相互啮合，支撑板与桌面板成一平面折合成A1板，凹槽结构设计能使A1板更加稳定，避免绘图板折合处出现凹陷的情况[4]。

1.桌面板；2.支撑杆；3.弧形滑槽；4.支撑板。(a)普通课桌模式　　　　　　(b)制图桌模式图3　变形机构图

1.3.2变形机构自由度分析

如图4所示的变形机构运动简图，涉及绘图桌变形机构的构件包括：支撑板、桌面板、线性滑块、支撑杆以及弧形滑槽，桌底板视为支架。涉及的运动副类型包括：支撑板与桌底板以及桌面板之间的转动副，线性滑块与桌面板之间的移动副，支撑杆与线性滑块的转动副，支撑杆与桌底板铰接的转动副，弧形滑槽与支撑杆铰接的转动副以及与铰支座的移动副。由此得出，桌面角度调整机构总共由5个构件组成，其运动副类为7个低副。

根据自由度计算公式：

F=3n-(2PL+Ph)

式中：n表示活动构件数，PL表示低副约束数，Ph表示高副约束数，列出算式。

F=3n-(2PL+Ph)

=3×5-(2×7+0)

=1

通过计算得出，变形机构自由度为1。拧紧旋钮螺母固定弧形滑槽，使得桌面角度调整机构的自由度变为0，左右两边同步实现自锁，进而固定绘图桌面在某一角度[3]。

(a)普通课桌模式　　　　　　(b)制图桌模式图4　变形机构运动简图

1.4旋钮升降机构设计

图5　旋钮升降机构图

如图5所示的旋钮升降机构图，变形课桌的升降机构由支撑架与课桌支撑座组成，支撑架与课桌底板连接在一起共同升降，课桌支撑座为L型矩形金属套筒，支撑架插入其中，上下自由移动。课桌支撑座左右两边分别装有旋钮，操作时只需轻轻旋转旋钮，调节旋钮松紧度即可轻松改变课桌的高度，两边同步拧紧就可实现高度自锁。桌面高度调节能满足不同身高的人的需求，且操作简单快捷[1]。

2总结

我们通过仔细研究分析现有绘图桌的短板，并充分吸收了前人经验，整合资源设计出该变形课桌。产品在课桌功能多样化、桌面角度调节、课桌高度调节方面提出了解决方案，解决了原有产品功能单一，桌面角度与高度调节困难等问题。在问卷调查中，超过94%的受访者认为我们的变形课桌方案是可接受的。不过相应的，我们的产品在美观性以及稳定性方面还需进一步地改进。我们相信，该产品能很好地解决当前高校绘图课室资源缺乏的问题，具有一定的研究价值以及研究意义，应用前景很好，市场推广性极大。

参考文献

[1]龙振宇.机械设计 [M]. 北京 : 机械工业出版社 ,2002.

[2]衡楠，李季，胡月，卢松.新型多功能制图桌的设计[J].硅谷，2015(02)170-171.

[3]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].高等教育出版社，2006.

[4]于惠力，冯新敏，李广惠.连接零部件设计实例精解[M].北京:机械工业出版社，2009.

[5]苏建宁，白兴易.Solid Works产品建模实例教程[M].西北工业大学出版社，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

作者简介：黄晓林(1993-)，男，广东潮州人，学生，研究方向；机械设计。

基金项目：韶关学院大学生创新创业训练计划项目资助(项目编号：201510576022)。

中图分类号：TH12

文献标识码：A

文章编号：1002-6886(2016)01-0082-03