机械创新设计之可收缩性桌子设计

机械创新设计课程大作业对可收缩性桌子的创新设计

姓名：胡亚林

学号：02009230

指导教师：沙菁絜

学院：机械工程学院

专业：机械工程及自动化

2012年12月

一、前言

在人口密集而房价飞涨的年代，空间的有效利用成了大家关注的热点。各行各业都开始关注空间的利用有效性，尽可能节约空间。在中国实行改革开放后，沿海地区飞速发展，造成贫富悬殊差距日益巨大。无数内地农民工外出打工为生，一离开家乡就是十年、二十年……。然而，外出求生的农民工，他们大多数生活很艰难，城市人口密度巨大，住房拥挤不堪。农民工往往只有一间房，在一间房间里面生活，可想而知室内的布置定当是杂乱、拥挤的。此时，如何节约空间成了他们抹不去的忧伤。由此可见，本次设计的可收缩性桌子是有必要的，也是又实用价值的。可收缩桌子也具有多功能性，可以用来当做餐桌、物品架、凳子以及床铺。

二、担架模型

在创新设计的基础上，此次所选用的担架结构为平行四边形结构。平行四边形与三角形不同，三角形具有稳定性，不容易发生变形，然而平行四边形则可以很容易发生变形，完成收缩功能。正是利用它的这一种特征，我们可以改变四边形的对角线长度来满足我们的需要。

（一）担架应用实例

图1-1和图1-2是张家港市协和医疗器械有限公司生产的镀金的铝合金担架XH-5。

图1-1担架结构（展开）图1-2担架结构（折叠）

担架的技术特点：采用高强度铝合金材料制成，表面为镀金。可随意移动，推车为X型设计，适应多种尺寸。

担架的技术参数：

变档尺寸（长×宽×高）：1档：71×55×72cm；2档：126×55×63cm；3档：155×55×56cm

折叠尺寸（长×宽×高）：56×21×73cm；净重：15.1kg；毛重：16.1kg

纸箱尺寸（1台/箱）：80×62×21cm；承重：≤450kg

（二）担架结构设计

本次设计同样采用上面的平行四边形结构设计，通过改变平行四边形对角线夹角大小，完成桌子长度的变档转换。不同长度的桌子可以用来做不同的事情，达到满足不同人的要求。

为了达到中间的连杆能够支撑桌面，是桌面尽可能处于水平状态，所以对连杆的长度做了改进。其中，中间部分连杆稍长于两端（带颜色）的连杆。应该注意的是，两端杆的长端长度应与中间杆的一半长度相等，这样才能正常完成折叠功能。

中间杆

两端杆

桌面支撑架的设计与装配如下图所示：

图中，平行四边形担架的上面两根杆是固定在四支桌子脚上面的，不能运动。然而，下面的2根杆是活动的，可以在桌子脚上面来回滑动，从而配合完成桌面的折叠。为了满足需要，我们可以对平行四边形的边长进行改变，同时可以采用适当数量的连杆组装，构成上面的担架，只需要满足担架最长时应该比桌面展开时稍长，担架最短时应该比桌面折叠最短时稍短即可。

三、桌面形式

桌面由6块木板构成。当桌面展开后，桌面为最长，如图2-1（a）所示。同时，可根据需要，对桌面6块木板进行适当折叠，现给出其中一种形式如图2-1（b）所示。

图2-1（a）展开后的桌面图2-1（b）折叠后的桌面

在折叠过程中，对铰链的要求是非常高的，因为两块木

板的折叠方向无法确定，所以需要的转动副应该能双向转动。

同时在折叠后，要求两块折叠的木板尽可能平行，于是普通

的转动副是无法解决这一问题的。最终选择了链传动原理，

构造右图所示的链铰链。并在木板上开取相应的孔，从而完

成木板与木板间的正反转折叠。明显可见，这样的联接是有

缺点的，当时间一长，链转动副有可能会从木板中滑脱出来。

四、成果搭建

图3-1（a）展开桌面模型图3-1（b）折叠桌面模型上面组装了2中长度的桌面，当然根据设计的桌面，还有几种折叠方式。桌面的长度可以是两块板、四块板的长度，显然，若要完成只有一块板、三块板以及五块板的长度是有难度的，原因在于设计时桌面安排的是六块板，而链转动副的设计也是按照偶数块板时设计的，所以此设计不能进行奇数块板的折叠。倘若要完成奇数块板的折叠，我们可以取下中间两块板中的容易一块板，然后还是按照上述进行组装，最后是可以实现这个功能的。

五、设计创新

由上图可知，θθθcos cos 1cos )1(d L d L h =−+=，显然h 与偏移距离d 相关。另外，假设桌面两端距离为L ，则L 与θ满足如下关系式：

θθθθcos 2

4214(cos 24cos )1(2cos 12−++=−+

++=n d L n d L L L 式中n 表示连接杆件数量。可见，当L 减小时，θ增大，h 增大。由此可知，当我们要折叠桌面时，只需在桌面一侧施加力，通过上述原理，桌面会在连杆另一端上升的过程中自动折叠，无需人为格外施加力就可以达到折叠的目的。

从图3-1可以看出，当桌面上受到一个很大的力时，桌面会紧贴在平行四边形结构上，这会给平行四边形结构造成很大程度上的变形。所以，对平行四边形结构进行强度校核是必要的，当然我们在这里没有必要进行校核，可以从结构上进行改进从而达到加固的目的，具体结构设计如图4-1所示：

图4-1（a ）桌面展开状态图4-1（b ）桌面折叠状态

显然在青色的部分连杆结构发生变形量最大，故此我们可以再青色（中间）部分进行过约束，使其能满足强度要求。与此同时，为了保证整个桌子的稳定性，我们还可以添加绿色（两端）部分的连杆结构，如此一来，既保证了强度又提高了结构的稳定性。不足之处在于过约束增多，会给结构的组装带来很大的不便。

六、过程回顾

这次的创新设计可谓是一个机构的大杂烩，其中融入了平行四边形结构、连杆机构、链传动等。刚开始想到这个方案的时候，我还不敢下手去做，因为我觉得这好像没有什么特色，没有什么创新点。考虑再三，我还是下定决心把它做出来，每当想到那些在外打工的农民工，他们只租一间房，房内放着别人用一栋房放置的东西，想想也知道，那间房该是什么模样。如果能够解决床铺、餐桌和物品架占地问题，那么空间会不会变得充分利用呢？于是，我思前想后，觉得做一个可以收缩而且多功能的桌子，桌子可以收缩成几个固定的长度完成集中不同的功用。最长的时候，可以用来做床铺，中间长度可以用来放置东西或者作为桌子，最短的时候可以用来当凳子等等，虽然一件东西既用来当做餐桌又用来当床铺和凳子很不雅，但是我觉得实用就好，完全可以用来做其中的某几项，比如床铺和凳子可以同用，餐桌和物品架可以同用。

设计装配过程中，困难重重。在绘制装配图的过程中，由于对PRO/E 不是很熟悉，走了不少弯路。在装配组件施加约束的时候，可变量太多，而且也存在很多过约束，导致组件装配屡次都失败。不断尝试，最后完成的组建的装配，完成了基本功能的应用。

在本次设计中，存在一些不足之处：对零件的连接部分考虑不当，太过粗糙；对桌子的强度未进行校核；桌面平整度不能得到很好的保障。

最后，感谢沙老师的教学，感谢各位书籍的编者提供的参考。