宿舍神器之——卧式电脑桌

中国地质大学（武汉）机械与电子信息工程学院宅人神器之——卧式多功能电脑桌
产品名称：宅人神器之——卧式电脑桌
学院：机械与电子信息工程学院
专业：机械设计与制造及其自动化
班级：074124班
课程名称：机械原理课程设计
课程设计人：黄兴波
设计时间：2014年6月20日
目录
1.产品概述 (3)
2.1 总述 (3)
2.2 结构概述 (3)
2.3 机构概述 (4)
2.4 功能概述............................................................................... (4)
2.设计与分析 (5)
3.1 外形尺寸设计 (5)
3.2 执行机构选择 (5)
3.3机构计算设计 (6)
3.4 机构运动分析 (13)
3.三维模型展示 (15)
4.设计感想 (16)
5.参考文献 (17)
1. 产品概述
2.1 总述
卧式多功能电脑桌，外形小巧，结构简单，质量轻，携带方便，使用方便。

其桌面高度可调（可调高度35CM—55CM），桌面角度可调（可调范围90度）。

可以作为床上电脑桌和户外电脑桌使用，也可以当作小书桌使用，其主要机构为对心曲柄滑块机构。

（如图2.1.1）
（图2.1.1）
2.2 结构概述
卧式多功能电脑桌，其结构简单，底部由两对“人”字形支架支撑，桌面由孔状金属板组成，并在孔状金属板两边有固定笔记本电脑的加持装置。

其高度和角度调节构由一个曲柄滑块机构实现。

（如图2.1.1、图2.2.1）
（图2.2.1）
2.3 机构概述
卧式多功能电脑桌，其主要机构为偏置曲柄滑块机构。

（机构简图如下）
（图2.3.1——偏置曲柄滑块机构简图）
2.4 功能概述
2.4.1床上电脑桌功能
卧式多功能电脑桌，其设计根据人机原理，使用者可根据自己的需求调节桌面角度和高度，舒适的躺在床上使用电脑工作、玩游戏、看电影等。

同时卧式多功能还具有传统小电脑桌的功能，使用者可以坐在床上使用电脑或看书。

（图2.2.1）
2.4.2户外电脑桌功能
卧式多功能电脑桌结构简单，所有构件可以方便拆卸和组装，具有携带方便性，可作为户外电脑桌使用，方便在户外时笔记本电脑的使用。

（图2.4.2.1——卧式动功能电脑桌的户外使用）
2.4.3书桌功能
卧式多功能电脑桌可以当做传统小书桌使用，同时还可以固定书本，让使用者可以在床上躺着看书或做作业。

2.4.2其他功能
卧式多功能电脑桌同样可以固定手机和平板电脑，方便需求者在床上用手机或平板电脑躺着玩游戏和看电影等操作。

3.方案设计
3.1 外形尺寸设计
根据人机原理，选取数值并定位尺寸。

取值名称尺寸/mm 外形尺寸名称尺寸/mm 坐高350~550 桌面最大高度550 小臂到掌心长度300~400 桌面最低高度300
350~450
笔记本电脑长度
（14寸~16寸）
桌面长度x宽度：300x600 笔记本电脑宽度
200~300
（14寸~16寸）
人体肩宽400~600
鼠标活动范围宽度100~200
（表1）
3.2 执行机构选择
为了实现卧式多功能电脑桌的高度调节、角度调节、稳定性等，其执行机构定位为偏置曲柄滑块机构。

（图3.2.1——偏置曲柄滑块机构设计简图）
（图3.2.2——偏置曲柄滑块机构三维设计图）3.3 机构计算设计
3.3.1接头设计
根据实际尺寸，分别作接头的平面设计图、三视图、三维图。

（如图3.3.1.1、图3.3.1.2、图3.3.1.3）
（图3.3.1.1——接头平面设计图）
（图3.3.1.2——接头三视图）
（图3.3.1.3——接头三维图）
3.3.2机构连杆尺寸设计与分析
先定滑动杆件（以后简称杆2）尺寸为300mm，顶端旋转杆件（以后简称杆件1）为桌面宽度，尺寸已知：300mm。

根据接头尺寸数据，确定滑动极限位移，从而确定滑槽长度。

（图3.3.2.1）
（图3.3.2.2）
杆1处于最低位置，杆3处于最小角度23度时，可得滑动极限位置（1）:304.90mm
（图3.3.2.3）
（图3.3.2.4）
杆1处于最低位置，敢3处于最大角度64.06度时，可得滑动极限位置（2）：410.55mm
（图3.3.2.5）
（图3.3.2.6）
杆1处于最高位置，杆3处于最小角度23度时，可得滑动极限位置（3）：135.73mm
（图3.3.2.7）
（图3.3.2.8）
杆1处于最高位置，杆3处于最大角度时，可得极限滑动位置（4）：183.73mm
根据以上数据，可得表格：
（表2）
由表格可知：
1、当杆1处于最低位置，敢3处于最大角度64.06度时，为最大滑动极限位置：410.55mm
2、当杆1处于最高位置，杆3处于最小角度23度时，为最小滑动极限位置：135.73mm 由此可得滑槽长度：L1=410.55mm—135.73mm=274.82mm（式1）
滑槽实际设计尺寸：
1、取最大滑动极限位置为420mm
2、取最小滑动极限位置为120mm
3、取滑槽长度为300mm
由表一可知：
1、桌面最大理论高度为550mm
2、桌面最低理论高度为300mm
由接头尺寸可知：
1、支架最大角度为64.04度
2、支架最小角度为23度
3、杆3上端离桌面距离为30mm
由此可得：
1、杆3长度（1）=（300mm—30mm）÷cos64.04°=616mm（式2）
2、杆3长度（2）=（550mm—30mm）÷cos23°=565mm（式3）
取平均值L2=（616mm+565mm）÷2=590mm（式4）
杆3实际设计时取值600mm，可得：
1、桌面实际最低高度：h1=600mm x cos64.04°+30mm=293mm（式5）
修正值=293mm—300mm=—7mm（式6）
2、桌面实际最高高度：h2=600mm x cos23°+30mm=582mm（式7）
修正值=582mm—550mm=+32mm（式8）
杆3设计图如下：
（图3.3.2.9——杆3平面设计图）
（图3.3.2.10——杆3三维设计图）
3.4机构运动分析：
如图1所示，设曲柄和连杆的长度分别为l1和l2，偏心距为e，原动件曲柄的角速度为ω1，方位角为■1，连杆的方位角为φ2，现建立各构件位移、速度和加速度以及角位移、角速度和角加速度的计算模型。

（图3.4.1）
建立坐标系如图1所示，由曲柄滑快机构的矢量封闭图[1]可得：
（式9）
将上式进行分解，整理，并分别取一阶和二阶导数，即可得到连杆的角位移、角速度、角加速度和滑块3的位移、速度和加速度。

连杆2的角位移：
（式10）
连杆2的加速度：
（式11）滑块3的加速度：
（式12）
如图3.4.1所示的偏置曲柄滑块机构。

设l1=150mm，l2=300mm，e=20mm，w1=2rad/s，设φ1的初始值为0,则φ1变化时，杆2的角位移、角速度和角加速度以及滑块3的位移、速度和加速度的变化值可计算求得，曲柄转角φ1在0-360°之间变化时，在matlab的计算窗口输入算式后，滑块3的位移、速度和加速度的变化曲线可由matlab的曲线功能自动得到，具体操作如下：
e=20;
l1=150;
l2=300;
w1=2;
t=(0:0.01:0.5*pi);
r1=w1*t;
r2=-asin([e+l1*sin(r1)]/l2);
xc=l1*cos(r1)+l2*cos(r2);
vc=l1*w1./cos(r2).*sin(r2-r1);
ac1=-l1*w1*w1*[cos(r2-r1)./cos(r2)];
ac=l1*cos(r1).*cos(r1)./[l2*cos(r2).*cos(r2).*cos(r2)];>>plot(t,xc,t ,vc,t,ac)
（图3.3.2.2）
由位移曲线可以看出，杆3的极限位移与表2数据吻合。

4.三维模型展示
4.1 桌面角度调节展示
（坐着桌使用时）（卧躺着使用时）
4.2 桌面高度调节展示
（桌面最高高度状态）（桌面最低高度状态）
4.3 户内外使用展示
（户外使用）（室内使用）
5.设计感想
在这个课程设计中，我经历了从构思到挑选方案，到画结构草图，再到对机构的位移分析以及尺寸确定、三维模拟的一个反复修改的一个过程，但这反复修改的过程也是一个反复学习的过程，同时也发现了自己学习上的诸多不足之处。

不过在这次实习过程，让我明白理论知识与实践结合的重要性，更可贵的是解决问题的思路和方法，一千个读者，一千个哈姆雷特，在众多的思路和方法中，总会有一个是最适合
的。

让我深感兴趣的是MATLAB软件，在以前的设计中从来没有接触过，他让我深深的体会到了学习专业软件的重要性和必要性。

同时，通过本次实习，使我更加熟练的掌握了AutoCAD、Solidwork的运用，特别是Solidwork种的Motion分析，虽然由于在自己盗版软件原因，多次使用Motion却一直无法得到结果，一开始以为是自己的方法不对，在不断的查找使用方法和自己的错误的同时，也慢慢的让自己从不会Motion分析到熟练运用，最后在同学的电脑上一次就成功地得到了Motion分析数据。

这次课程设计是我接触的第一个专业课程设计，所运用到的知识很多，包括机械原理、机械制图、MA TLAB等方面的知识，这些直射不是机械的相加，儿时需要全方位的考虑和整体布局，不止一次因为考虑不足而从来。

而且，在设计时一定要细心，特别是设计图纸的数据尺寸，在这次三维建模中，就因为一个2mm的尺寸错误让我白白浪费一天时间。

这次设计不但巩固了我以前所学的知识，让我对专业知识有了更深的认识和理解，更让我了解到我们在机械设计这条道路上还有很长的路要走。

6. 参考文献
【1】《机械原理》孙恒，陈作模，葛文杰主编. —7版. —北京：高等教育出版社，2006.5 【2】《机械制图》王巍主编. —2版. 高等教育出版社，2009.6
【3】《机械设计基础》主编初嘉鹏, 刘艳秋．—北京：机械工业出版社，2014
【4】《机械设计基础课程设计》主编张锦明．—南京：东南大学出版社，2013
【5】《机械设计》濮良贵, 陈国定, 吴立言主编；西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著．—第9版．—北京：高等教育出版社，2013。