多功能阶梯教室设计说明书

第六届全国大学生机械创新设计大赛慧鱼组

多功能阶梯教室

设计说明书

参赛学校：西京学院（西安）

参赛人员：杨艺豪朱晓可雒莎莎邓冬青

指导教师：仝崇楼张宏伟

2014年4月

目录

一、创新构思 (3)

二、方案设计 (4)

1、普通教室和阶梯教室的相互转变方案 (4)

2、桌椅灵活折叠方案 (5)

3、太阳能折叠窗帘方案 (6)

4、实验台方案 (7)

5、可升降黑板方案 (8)

三、创新点 (9)

1、实现教室地面自由升降 (9)

2、折叠桌椅 (9)

3、节能环保窗帘 (9)

4、实验台 (9)

5、可升降黑板 (9)

四、主要功能指标 (10)

1、阶梯教室自动转换 (10)

2、桌椅电动折叠 (10)

3、太阳能窗帘 (10)

4、实验台 (10)

5、可升降黑板 (10)

五、工作原理 (10)

1、可升降地面 (10)

2、全自动折叠课桌椅 (11)

3、太阳能折叠窗帘 (11)

4、实验台 (11)

5、可升降黑板 (11)

六、运动分析与动力分析 (11)

1、阶梯地面的升降 (11)

2、桌椅的打开与折叠 (12)

3、太阳能窗帘的开合 (13)

七、实用化的可能性 (14)

1、多功能阶梯教室 (14)

2、自动折叠式桌椅 (15)

3、太阳能窗帘 (15)

4、实验台 (15)

5、可升降黑板 (15)

八、成本分析 (15)

九、应用前景 (16)

参考文献 (17)

附件一多功能阶梯教室总装配简图 (18)

附件二程序流程图 (19)

多功能阶梯教室设计说明书

设计者：杨艺豪，朱晓可，雒莎莎，邓冬青

(西京学院，西安)

通过日常上课对教室设备的观察与思考，设计了一套多功能阶梯教室系统，解决了因阶梯教室数量有限而需求大的问题，同时活跃了学习氛围，基于对普通教室设备和结构的创新，将传统教室改进为阶梯式、桌椅灵活折叠、节能窗帘和实验室和可升降黑板五个模式的新型教室，使得学生学习的方式变得灵活多样化，实现了趣味课堂，活跃教学氛围，教室设备多样化，开拓学习思路，建设和谐课堂提供了必要的支持。

一、创新构思

现今每个学校都有较少的阶梯教室，因阶梯教室的占地面积和它本身具有的独特性，决定了其为普遍性差的一种教室类型，而阶梯教室本身的易用性却是难以比拟的，例如：老师开会、学生的辩论赛、各种活动、幻灯片放映等都非常需要阶梯教室。普通教室同学都在同一个平面内，易产生视线遮挡，而阶梯教室则很好的避免了这个现象，利用剧场式的地形来扩大后排学生的视野。

针对这种“需要阶梯教室但又无法大量建造”的情况和对普通教室设备和结构的创新，我们将普通教室改进为阶梯式、桌椅灵活折叠、节能窗帘、实验室、可升降黑板五个模式的新型“多功能阶梯教室”。

但由于教室的环境非常特殊，首先不能有噪音，必须安静。这一点就可以排除多数电机以及气动元件，因为学生在上课时注意力很难集中，加之电机的噪音，更让学生分心，而且老师讲课声音也会被电机掩盖住一部分，造成后排同学的听课效率降低等弊端。其次，教室墙壁利用率差。教室的四面墙壁都是薄壁类型没有过多空间来存放其他东西，如果把墙壁掏空太多又会引发强度问题，所以只能改造教室地面。最后，机械装置不能过多暴露在外部，因为暴露在外面会存在一定安全性问题，易伤到教师和学生，而且也会吸引一部分学生的注意力，非常不利于教学活动的开展。

于是本研制小组通过以上分析，了解到教室的特殊性，完成产品“多功能阶梯教室”的设计。（如图1所示）

图1.多功能阶梯教室

二、方案设计

通过采用手动操作向全自动转化的核心思想，我们实现了全自动的教室系统。

1、普通教室和阶梯教室的相互转变方案

方案一：采用叉车原理，通过运用不同高度的支架，将可升降地面升起。

方案二：主要利用齿轮啮合传递动力原理，将可升降地面连接在不同大小的齿轮上。

方案三：利用齿轮齿条传递动力原理，将可升降地面连接在电机上，由电机上的齿轮带动升降。

经过本小组的多次试验，方案一可行性低，受力不均衡，整体支架过重；方案二可行性一般，能保证瞬时传动比恒定,但升降不平稳，转动不精确，并产生动载荷。方案三可行性高，可快速、精确定位，升降平稳，可适用于重负荷。（如图2所示）

图2.可升降地面

2、桌椅灵活折叠方案

方案一：利用了交叉转动结构和轴的特点，将一块桌面和一个凳子分别手动折叠，折叠后的凳子可以放进折叠后的桌子内。

方案二：主要利用螺杆传动方式、齿轮齿条传动与钢轨滑道加双转动传动方式，桌椅能够自动升降和折叠。

通过对方案一的改进形成方案二，方案一需要手动折叠，而且稳定性差；方案二采用电路控制，方便同学运用，稳定性高，移动性强，更加贴近大赛理念。（如图3所示）

图3.全自动折叠桌椅

3、太阳能折叠窗帘方案

方案一：利用链传动，改造教室外部结构，使得窗帘能够开合。

方案二：运用齿轮齿条传动原理，能够将窗帘折叠和展开。

方案三：运用齿轮转动，改造教室窗户结构，使得窗帘能够开合。

由于方案一采用链传动，仅能用于两平行轴间的传动而且成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在教室。方案二:采用齿轮齿条传动，能够快速开合，但是闭合后窗帘折叠方式不稳定。方案三：改变教室窗户结构，在窗户外面再添加一个安装太阳能板的装置，利用齿轮转动进行打开和闭合。（如图4所示）