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

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。

（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、MATLAB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

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/9083970c85254b35eefdc8d376eeaeaad0f3163a.html