軌道式折疊床桌的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王瑞紅　胡金奎　陳柏源　馬少凱

摘要：針對(duì)現(xiàn)有床桌存在占用空間大、使用不便、功能單一、價(jià)格昂貴、實(shí)用性差等問題，提出了一種軌道式折疊床桌的設(shè)計(jì)方案。該折疊床桌包括導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)等，利用Solidworks軟件對(duì)其進(jìn)行三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的可行性。

關(guān)鍵詞：軌道式折疊床桌;導(dǎo)軌;可折疊;伸縮桿

0 引言

在一些狹窄空間，比如學(xué)生宿舍、小型出租屋、醫(yī)院病房等，如果能有一款功能齊全、小巧靈便、占用空間小的書桌，將大大提高狹小空間的利用率。經(jīng)相關(guān)研究調(diào)查表明，人體視平線向下15°是人體最舒適與自然的狀態(tài)，閱讀與書寫的視覺范圍在45°～60°，成年人的理想視距為305～460 mm，最小閱讀距離為406 mm[1]。由于個(gè)體身高存在差異，喜歡的坐姿也多種多樣，所以難以統(tǒng)一規(guī)范床桌的尺寸。為此，本文設(shè)計(jì)了一款軌道式折疊床桌，利用軌道和伸縮機(jī)構(gòu)可滿足不同用戶的需求，使每個(gè)用戶都能以最舒服、最自然的姿態(tài)在床上辦公、學(xué)習(xí)或娛樂，更加節(jié)約空間，能很好地滿足個(gè)人的活動(dòng)需求。

1 軌道式折疊床桌的總體設(shè)計(jì)

1.1? ? 總體方案設(shè)計(jì)

針對(duì)目前床桌折疊繁瑣、占用空間大、功能單一等一系列問題，本文基于《機(jī)械原理》[2]《機(jī)械設(shè)計(jì)》[3]的相關(guān)內(nèi)容，參考許東的《基于UG的宿舍多用床桌設(shè)計(jì)》[4]提出了一種更加方便實(shí)惠的軌道式折疊床桌設(shè)計(jì)方案，利用導(dǎo)軌橫向移動(dòng)與伸縮機(jī)構(gòu)升降的配合，在狹小空間內(nèi)充分實(shí)現(xiàn)了使用需求，不用時(shí)也能將床桌快速便捷地恢復(fù)到最小折疊狀態(tài)，基本不占用使用者的活動(dòng)空間。軌道式折疊床桌總裝圖如圖1所示。

軌道式折疊床桌主要包括導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)等裝置。

導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)由導(dǎo)軌、滑輪和固定機(jī)構(gòu)組成，采用2個(gè)導(dǎo)軌、4個(gè)滑輪、4個(gè)固定機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)式位移，方便床桌的使用，使床桌在使用時(shí)能按照使用者的意愿省力高效地來回移動(dòng)。導(dǎo)軌采用高強(qiáng)度鋁合金制造，耐腐蝕，強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，主要零配件均采用標(biāo)準(zhǔn)件，方便購買及更換。

伸縮機(jī)構(gòu)采用2個(gè)內(nèi)伸縮桿、2個(gè)外伸縮桿和2個(gè)鎖止裝置實(shí)現(xiàn)床桌高度調(diào)節(jié)和固定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，操作方便，用最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)滿足了所需要的功能。

折疊機(jī)構(gòu)主要由桌面、側(cè)面支撐板和銷組成。折疊功能依靠桌面繞著銷旋轉(zhuǎn)和伸縮桿繞著銷旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，另外還加裝一個(gè)折疊支撐板支撐展開狀態(tài)的桌面，在保證升降折疊功能的前提下極大地提升了桌子的支撐能力。

1.2? ? 使用方法

將滑軌用卡扣固定在床的兩側(cè)，滑輪總成提前裝入滑軌內(nèi)部，然后將折疊床桌各部分按照順序組裝在一起，最后裝到滑輪總成上。使用時(shí)將桌子高度調(diào)整至合適的位置，利用鎖止機(jī)構(gòu)將其固定，再利用滑軌將桌子拉到適當(dāng)?shù)奈恢眉纯墒褂?。由于設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)為用電設(shè)備預(yù)留了安裝窗口，用戶既可以自行安裝燈管、風(fēng)扇等用電設(shè)備，也可以選擇預(yù)裝在桌面上，使用時(shí)接通打開相應(yīng)開關(guān)電源即可。不使用時(shí)，將其移動(dòng)折疊收至床尾，完全折疊后，幾乎不占空間。

2 導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)承載著整個(gè)床桌的重量，采用導(dǎo)軌加滑輪的設(shè)計(jì)，使移動(dòng)更加平順流暢，不需要潤(rùn)滑保養(yǎng)，移動(dòng)速度可隨使用者的意愿隨意調(diào)節(jié)，長(zhǎng)度也可根據(jù)不同的尺寸進(jìn)行調(diào)整。此外，導(dǎo)軌采用卡環(huán)固定，只需擰上螺栓即可使用，降低了床桌在使用時(shí)的安裝難度。

導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)三維模型如圖2所示。

3 伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1? ? 伸縮桿設(shè)計(jì)

伸縮機(jī)構(gòu)由一個(gè)內(nèi)伸縮桿、一個(gè)外伸縮桿、一個(gè)鎖止裝置組成，可實(shí)現(xiàn)床桌的上下移動(dòng)，此外還兼具固定桌面功能，折疊時(shí)通過旋轉(zhuǎn)將床桌折疊在合適的位置。伸縮機(jī)構(gòu)工作原理如圖3所示。

內(nèi)伸縮桿上每隔20 mm打一個(gè)固定孔，用于伸縮位置的固定。當(dāng)床桌在下鋪時(shí)，最下端兩個(gè)孔起固定作用，裝上螺栓可以將內(nèi)伸縮桿固定在滑輪外的擋板上。當(dāng)床桌固定在上鋪時(shí)，最上端的孔安裝固定螺栓，另一個(gè)孔用螺栓固定折疊支撐板，用于將床桌收到最頂端固定。外伸縮桿在底部打三個(gè)孔，用于安裝鎖止裝置和固定伸縮機(jī)構(gòu)，同時(shí)在中部打兩個(gè)孔用于固定床桌側(cè)板。此處兩根伸縮桿都是具有方向的，在床桌固定方式不同時(shí)可以調(diào)轉(zhuǎn)方向以適應(yīng)不同的裝配方法，減少了配件種類，降低了成本。

3.2? ? 鎖止裝置設(shè)計(jì)

鎖止裝置由一個(gè)底座、一個(gè)銷、一個(gè)連接軸和一個(gè)把手組成。擰動(dòng)把手會(huì)推動(dòng)連接軸，進(jìn)而推動(dòng)銷軸前進(jìn)，穿入內(nèi)外伸縮桿的孔內(nèi)，達(dá)到鎖止和移動(dòng)狀態(tài)。鎖止裝置工作原理圖如圖4所示。

使用時(shí)將床桌拉升至指定位置，然后往前或往后擰動(dòng)鎖止裝置，鎖止裝置內(nèi)的銷會(huì)前進(jìn)穿過外伸縮桿和內(nèi)伸縮桿，達(dá)到在指定高度固定的目的。由于外伸縮桿上的床桌部件與內(nèi)伸縮桿沒有直接相連，床桌承受力的部分主要為左右兩個(gè)鎖止銷和內(nèi)外伸縮桿的孔，所以這兩個(gè)銷和伸縮桿的材料將采用強(qiáng)度高的合金制作。同時(shí)由于鎖止裝置為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，零部件較少，故不容易發(fā)生損壞，提高了產(chǎn)品的使用壽命。

4 折疊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

折疊機(jī)構(gòu)主要包括一個(gè)大桌面、一個(gè)小桌面、兩個(gè)桌面?zhèn)劝濉蓚€(gè)折疊支撐板和一個(gè)背面擋板，具體設(shè)計(jì)如圖5所示。

折疊機(jī)構(gòu)的小桌面受力較小，故不采用折疊支撐板，僅在上側(cè)板處設(shè)計(jì)一個(gè)凸臺(tái)用于支撐，此外，小桌面上還可預(yù)裝一個(gè)USB燈管，可以提供夜間照明功能。大桌面受力較大，故設(shè)計(jì)了一個(gè)折疊支撐板，在不占用額外空間的前提下能提供較大的支撐力，在桌面折起來后，折疊支撐板也可以收進(jìn)折疊后的桌子里。兩個(gè)側(cè)板不僅可以起到收納作用，而且可以提供桌面的附加支撐，桌面的折疊收納也是繞著側(cè)板上的銷孔旋轉(zhuǎn)折疊的。背面擋板主要配合側(cè)板起收納遮擋作用，防止桌面上的物品在折疊過程中滑落，同時(shí)還可以保護(hù)使用者的隱私。為了更好地利用桌子上的空間，我們還在桌子上還預(yù)留了一個(gè)USB插板位置、一個(gè)普通插板位置和一個(gè)小風(fēng)扇位置，根據(jù)不同的需求選擇不一樣的加裝，使設(shè)計(jì)更加人性化。

5 三維建模及仿真

為保證本設(shè)計(jì)的可行性，最終采用Solidworks軟件對(duì)軌道式折疊床桌進(jìn)行三維建模，完成了整體的裝配并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的模擬仿真，實(shí)現(xiàn)了床桌的滑動(dòng)、伸縮和折疊等功能，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)功能的合理性。其工作狀態(tài)如圖6所示，收縮之后的狀態(tài)如圖7所示。

6 結(jié)語

為滿足學(xué)生、上班族、病人等在一些狹小空間中進(jìn)行辦公學(xué)習(xí)的需求，本文設(shè)計(jì)的軌道式折疊床桌包括導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)構(gòu)、折疊機(jī)構(gòu)三部分，利用導(dǎo)軌橫向移動(dòng)與伸縮機(jī)構(gòu)的升降配合，滿足了不同客戶的需求，可最大限度地利用有限的空間。同時(shí)，采用Solidworks軟件對(duì)軌道式折疊床桌進(jìn)行了三維建模及運(yùn)動(dòng)仿真，確保了設(shè)計(jì)的可行性。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 濮良貴，陳國(guó)定，吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

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收稿日期：2020-03-05

作者簡(jiǎn)介：王瑞紅（1975—），女，河南鄭州人，講師，從事機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)與研發(fā)工作。