折叠桌机械创新设计

设计目的与意义

为提高在校学生学习效率，为解决学生在八人寝室学习过程中带来的诸多不便，我们设计了寝室便捷桌，该新型折叠桌的三大功能可以很好地解决学生学习生活中在床上学习出现的问题，从而实现学生在寝室学习的便捷。目前市场上还没有出现一种能够实现在八人寝室中上下铺可以使用的书桌，因此寝室便捷桌的发展和应用显得越发重要。此外我国初高中学生均住八人寝室，学生在寝室学习有诸多不便，提高学生在寝室的学习效率势在必行，而推广经济实用的寝室便捷桌，对促进我国学生学习效率具有重要意义。

一、设计的目标和任务

       1、折叠功能：本作品采用机械原理中四杆机构模型，利用死点位置作为支撑点，并且使四杆恰好重叠在同一直线上，然后固定在床管上从而可以做到不多占空间，不用时可以折叠收起，用到时还原即可，简单易行，使用方便。

       2、调节功能：本作品可以随着个人身高进行随意调节高度，并且不妨碍同学正常就寝，适合任何身高人群使用。固定打开后，由于尺寸比一般小桌子较大可以满足摆放日常书籍和电脑，同时在一旁写作业的需求，桌面能承受30－35公斤的重量，收回折叠后可作为床头靠垫以便休闲之需。

二、机构设计

便捷桌为实现在床铺上给人以实用方便又节省空间的特点，此设计作品固定在床管两侧（用管卡相互固定），其主要设计理念源自机械原理曲柄摇杆结构，桌板通过连杆机构实现折叠与展开，图1为便捷桌的结构图。

a

b

1-床管 2-桌板 3-拉杆 4-曲柄 5-连杆 6-机架

图1 便捷桌结构图

如图1所示，便捷桌由桌板2、拉杆3、曲柄4、连杆5以及机架6构成，其中卡箍安装在机架的直径26的圆管上，另一头与床管1联接。当撑起桌面至水平面时（图1b所示），曲柄恰好到达死点位置，实现桌面功能；当收起桌面时，连杆机构的四杆可处于完全重合状态，使桌面垂直放置，以节约空间。

为实现上述功能，必须对四杆机构进行设计计算，计算各杆长度。图2所示

                 a                                            b

 图2 四杆机构设计

为四杆机构的机构简图，其中AB为曲柄、BC为连杆、CD为桌板、DA为机架，设其长度分别为a、b、c、d，则为满足曲柄存在条件，应满足杆长条件：

        a

而在图2的a位置，桌板水平放置时，机构形成一直角三角形，则应有如下关系：

    b

在图2的b位置，桌板竖直放置，则四杆应能在同一直线上，此时应满足如下关系：

        c

上述三式通过整理得：如下两式：

    ①

        ②

由于桌板c的长度受桌板实际宽度，所选桌板宽为400mm，考虑到实际安装问题，选c=300mm。此时，若给定曲柄a的值，则根据式①②，可联立解出连杆b和机架d的值。

本设计应用MATLAB进行数据运算处理（程序见附录），通过反复试算，选取当a=180mm时，b=d=225mm。

在图1b中，当桌面恰好水平时，连杆5与曲柄4在同一直线上，考虑到重力作用连杆连接点会向下转动，故在连接点处焊接一挡板，结构如图3所示：

图3 连杆结构

为实现便捷桌与床管连接，在机架旁分别焊接一圆管，从而用卡箍将机架与床管相互连接，结构如图4所示

图4 机架结构

图5为本设计的三维结构图

a

b

c

d

e

f

图5 便捷桌的三维模型

三 、设计总结

1,、本设计主体采用四杆机构，转动机构和滑动机构，简单实用的四杆机构降低了作品的成本，同时达到了折叠的效果。转动机构实现了可以适用稍微有差距的床铺使用。滑动机构达到了可以调节高度的作用，从而实现广泛适用于不同高度人群使用。本作品从经济上和实用性上考虑，其简单而易于加工的特点决定了它的低成本性，从而为大批量生产时成本压缩奠定基础，因而具有较大市场价值。

2、产品的主要创新点

   （1）采用四杆机构的死点原理起到支撑桌面，不至于桌面在使用中自动折叠。

   （2）从空间利用角度考虑，本作品利用上下铺之间的有效空间，不使用时可以折叠起来，不占用过多空间。

    （3）采用转动机构使桌子的适用宽度可以调节，适用于宽度差距不大的床铺之间。

  3、应用前景

    （1）该寝室便捷桌只需人为的进行折叠，安放。而且结构简单，经济可行而且不占用过多空间在学生寝室用具中能担当重要角色，因而具有较大市场价值。

     （2）该作品技术含量高，成本低，加工简单，工作可靠。

附录

四杆机构计算的MATLAB程序：

clear

a=180;

b=300;

%(x+a)^2=b^2+y^2; a+b=x+y;

[x,y]=solve('480=x+y','(x+180)^2=90000+y^2','x','y')