一种新型可升降书架

一种新型可升降书架

【摘要】本文设计了一种自动、手动互相转换使用的书架，它具有多种查找功能，节省空间、增加储存量，方便老人、儿童查阅图书，人性化设计，性价比高等优点，弥补了这一领域的空白，具有广阔的市场空间。

【关键词】书架；自动；手动；人性化

A New Type of Retractable Landing a Bookshelf

YANG Da-yi ZHAO Xu ZU Hui-peng

（Changchun Institute of Technology，Changchun Jilin 130012，China）

【Abstract】We aim to design a bookshelf that can either be automatic or artificial in consideration of different motivation. It is a humanized design with great cost efficient value-able to do independent searches，saving much space and enlarging the storage capability which features will facilitate the old and children consulting books；it fills the gap and will occupy a great market share in the future.

【Key words】Bookshelf；Automatic；Artificial；Humanized

0 序言

书籍是人类进步的阶梯，而书架则是人们储存书籍的重要工具设备。由于传统书架一般为固定、不可动的，查、找、取书不方便（如图1所示），因此人们总在思考这样的问题，设计制造不同的书架——可折叠型、多功能型等，满足家庭、办公室、学生寝室等，而对于图书馆、社区资料室等大型公共场所使用书架人们还很少涉足。

图1 普通书架、折叠书架

随着社会经济的快速发展，人们对知识的渴求越来越高，范围越来越广，这样对图书的库存量和存储空间提出了更高的要求。现有的书架表现出存储量小、空间浪费等缺点，同时也无法满足不同人群的使用要求（老人、小孩、孕妇等），从而给人们的学习生活带来了不便。由于传统书架存在以上的各种缺点，这就需要一种能够让人们找书、取书方便，适应各种人群的书架取而代之。因此，我们从人性化的角度出发，设计了一种可升降书架，便于查、取书，提高阅读辅助效率。

1 基本功能及特点

新型书架具有：①计算机上位查找定位；②书架操作面板条形码、书名、ISBN

号输入查找定位；③书架直接滑动查找；④书籍书目储量预示；⑤自动与手动双操作等功能。书架操作的具体流程如图2所示。

书架设计的创新点有：①满足各类人群的使用要求，具有普适性；②使存取书籍变得方便、快捷，提高工作效率；③与传统书架相比，更具方便性和实用性；

④空间适应性强，提高空间利用率；⑤书架采用稳定结构的书架板，具有很强的承载力与极高的安全性；⑥人性化的设计使人们享受非凡。

2 书架系统设计

2.1 结构设计

书架结构主要是外观部件和框架组成。如图3所示为书架外观，考虑美观及安全问题我们采用木质花纹薄板外壳，将拔出手柄等的所有机械结构封闭起来，前面采用玻璃视窗，并设有取书窗口，在停止机械运动时才可以打开，整体为全封闭结构。增加了安全性并使其有良好的采光，方便存取书籍和增加了美观感。其控制面板设计在了书架的左侧的前面方便于操作。如图4所示的框架提供了整个书架的支撑结构，使用金属方管材料焊接，提高了强度增大了系统的稳定性和载荷能力。

2.2 传动系统设计

书架书篮的传动系统布置在书架的两侧（如图4所示），这样布局可以使其空间更紧凑，运行更加平稳，载荷分布均匀。传动系统结构主要组成部分（如图5所示）有：主动链轮、从动链轮、调节螺母、特制链接和书篮等组成，考虑到定位精度和载荷问题，传动系统主要依靠链传动实现的。主动链轮与主轴间使用矩形花键链接；主动链轮和从动链轮间主要由链条传动，书篮的悬吊采用特制链节与传动链连接，特制链节的间距和普通链节一致，它和书篮间用铰轴连接，书篮的形状为L型，在自重作用下，书成一定角度倾斜，书的书脊倾斜向上，方便使用者查找书籍，增加舒适性；调节螺母用来调节链条的松紧程度使其定位更精确，运行更平稳。

图2 书架运行择流程图

图3 自动书架外观

图4 书架主要构成图5 书架传动系统构成

图6 书架手动系统构成图7 书架自动系统构成

考虑到能耗、断电及检修等问题，书架设计了手动和自动两种运行方式，通过离合器（如图6所示）实现装换，手动系统是自动系统的辅助系统。书架的手动系统主要由手柄、凸轮和齿形离合器组成。手动系统的运动过程是：首先手柄由扁平状态搬至竖起状态，此时凸轮在手柄的作用下运动了90度，同时把主轴

向右推移了一定距离，此时齿形离合器的内齿和外齿刚好啮合，转动手柄，在手柄的带动下主轴转动从而实现系统运行。

书架的自动系统是主运动系统（如图7所示）。主要由电机、位置检测系统、蜗轮、蜗杆和齿形离合器组成。当手动系统不工作时即手柄处于扁平状态，主轴在弹簧作用下恢复到初始位置，此时离合器啮合。伺服系统控制电机转动从而带动蜗轮蜗杆转动，整体系统工作。蜗轮蜗杆具有高传动比，可以节省空间，还有自锁功能当电机停止转动时也不会因为负载作用而倒转。

2.3 自动控制系统设计及承载能力计算

根据设计意图和功能要求，自行设计单片机控制系统，如图8所示。系统在完成基本功能的基础上，具有与上位机进行通讯的数据接口，方便书目的管理运行。

为了保证自动升降书架的结构稳定性和强度要求，对系统的零部件进行强度校核，使其满足使用要求。各零部件的强度校核基于SolidWorks SimulationXpress 进行分析，典型零部件（以销轴为例）的强度分析见表1、图9-12所示。从数据的分析可知扭转、剪切、抗弯等强度足够。

表1 销轴强度计算数据

图9 销轴实体网格图10 销轴应力分析

3 结语

新型书架适用于各种公共场合，节省空间、增加储存量，为人们找书提供了一个最舒适的视觉角度，让人们整理、清洁书架和书籍变得更加便利，提高了人们存取书籍的效率，更为老人、儿童等特殊群体提供了人性化服务。

图11 销轴位移分析

图12 销轴应变分析

本书架采用最易实现的链条齿轮装置，结构安全牢固易于实现，造价低廉，性价比高，使得它更易于普及生产。另外配有手动转换装置解决了没有电源时书架的运行问题。本产品从结构动力上均做了严格的分析，并对可能出现的一些问题提出了解决方案，使得本书架更具有可行性与普遍性，具有广阔的市场空间。

【参考文献】

[1]孙发，廖文献，潘鹏程.图书馆书架定位系统的设计与实现[J].现代图书情报技术，2008，12：95-98.