课堂趣味一体式桌椅

(T第六届全国大学生机械创新设计大赛电子科技大学

UESTC课堂趣味一体式桌椅

设计说明书选送单位：电子科技大学参与人员：朱圣晨任昶丁远浩闫雨嘉高丹妮指导教师：凌丹电子科技大学

二。一四年七月作品内容简介趣味一体化桌椅包括三个组成部分：右侧圆心角为90°的环形大桌板、左侧圆心角为45°的环形小桌板和升降椅。通过变换，可以做为普通课桌椅和小组讨论会议桌椅使用。学生听课时，将大桌板向前推出并翻转至水平面，大桌板圆心向内，下侧支架落下固定。此时左侧小桌板的支架可折叠作为扶手使用。小组讨论时，将环形大桌板水平旋转180°，大桌板圆心向外，四个相同的桌面可围成一个同心圆环，形成一个完成的小型会议桌桌面，方便学生进行面对面的交流。环形大桌面的倾斜角度可调，可以在与水平面30°~90°之间任意位置固定，适应学生各种坐姿和书写姿势。需放置笔记本电脑或桌面不够时，可以打开左侧45°环形桌面，增大使用面积。不使用时，可将桌面翻转收回，减少占用面积。本作品在普通座椅的基础上，增加了导轨和支架，用简单的机构实现了桌面旋转、桌面倾斜和桌面折叠。一、 项目背景当下课堂教学中大多采用分离式桌椅或一体式桌椅，其均普遍存在这样的问题：分离式桌椅学生课桌位置固定，移动不便；桌椅占地面积大；桌面只能水平角度放置，不能适应人体需要，近视率呈直线上升。而一体式桌椅多采用悬臂梁结构，平稳性低；桌面面积小；承重能力差；站起时需把桌面翻折起来，极不便于学生使用。在教育趋向国际化的同时，未来课堂的小班教学也将更加普遍，增加课堂的趣味性和活跃度需放在首位。未来教学应以人为主，在方便学生使用的前提下使课堂教学更具吸引力。对于这些课堂教学中存在的问题我们应考虑如下几点：1） 桌椅体积不应过大，以实现桌椅放置在过道后不影响行人通过。2） 桌椅操作简单，具有普适性。3） 桌椅材质轻便或安装滚轮以方便移动。4） 桌椅高度可调，使得未来非阶梯教室得以实现。综合以上几点考虑我们针对“幻•梦课堂”的主题提出了桌椅一体化的设计。二、方案设计为了实现以上设想，我们特提出了一下桌椅一体化构想：1）桌面可前后滑动，以便于学生起身或者离开位置；2）桌面可翻转，以减少不使用时的占用面积；2）桌面可拼接，为小组讨论提供便利，增加课堂趣味性，活跃气氛；4）椅子可升降，以弥补阶梯教室带来的不便或者解决小教室中前排挡住后排视线的问题。2.1桌面前后滑动方案的比较方案一，采用安装滑轮的方式实现桌面的前后移动，此方案简单便捷，但由于稳定性较差，桌面易产生晃动。如图方案二，采用直线导轨的方式实现桌面的前后移动，此方案比较容易实现，且稳定性的问题可以得到解决。所以我们选择了方案二。2桌面翻转方案的比较方案一，方案二，采用铰接的方式实现桌面的翻转，此方案实现简单，且成本低廉，结构耐用。所以我们选择了方案二2.3桌面拼接方案的比较方案一，多边形桌面不规则拼接，可实现封闭拼接，但是单个桌面使用时形状不规则，会给部分使用者带来不便。方案二，圆环拼接，采用90度圆环桌板，可在四人讨论时拼接成圆环，互动性与整体性强，美观实用，且单个桌面使用时桌面形状规则美观，环形护胸设计贴胸围护坐姿，其凹形与人前胸，孤度自然切近，易矫正坐姿。当需要讨论时将桌板水平旋转180度，即可实现拼接。故采用方案二，因此，我们需要设计旋转结构。桌板下的支撑杆与导轨连接的竖直杆采用销与孔的间隙配合简单而又方便的实现了这一功能。2.4椅子升降的方案比较1气压棒升降，其优点是操作灵活，结构简单，应用广泛，缺点是有时会出现爆炸情况。2液压升降，优点是结构紧凑，工作平稳，缺点是升降速度较慢，易出现漏油情况，适用范围窄。3螺旋式升降，优点是使用安全，结构简单，缺点是容易生锈，使用费力，升降速度慢，使用寿命不长。4固定位置升降，优点是安全稳固，结构简易，缺点是升降的位置固定，灵活性差。5电动升降椅。优点是方便使用，耐用性强，省力，缺点是必须在有电的地方才能使用，且造价昂贵。鉴于现在气压棒升降技术的成熟，不安全的事故出现概率越来越小，综合成本，使用方便性，结构简单性等，我们选择了方案一。作品完善1由于支撑桌面的梁为悬臂梁结构，该结构会造成桌面的不稳和承受能力较小的问题，故我们加入了支撑结构，使用时可将该支撑结构放全地面并固定，可解决该问题，不使用桌面时将支撑杆收回。2考虑到未来课堂会是数字化教学，学生使用电脑的机会较多，于是我们加入了左侧可拓展的小桌面，不用时可将小桌面翻转收回，形成扶手，使用时方案改进三、工作原理及性能指标3.1工作原理1） 桌面前后移动的实现C杆与滑块固连，通过滑块带动，可使桌面移动，同时也可调整桌面距离人的长度。不使用桌板时可通过导轨将桌板回收，从而减少占用面积。如图：2） 桌面旋转的实现右桌面下有一竖直支杆A与其固连，A杆与B杆之间通过销钉的间隙配合实现旋转，从而带动桌面旋转。同时两者之间的配合又不会使A杆与B杆轻易转动，避免产生不如人愿的转动。B杆与C杆之间采用过盈配合，二者之间不会产生相对运动。如图：3） 桌面倾斜的实现A杆与B杆件通过销钉间隙配合实现桌面转动，并通过限位片将其角度固定。如图：4） 支撑杆的实现通过与B固连的可伸缩支架杆改善了悬臂梁结构，提高平稳性。如图：5） 桌面折叠的实现左侧支架杆通过铰接实现杆件的相对转动，从而实现折叠。如图：3.2性能指标1） 亚克力板桌面采用亚克力板，外径108cm，内径48cm，厚度8mm。亚克力板耐候及耐酸碱性能好，不会在使用过程中产生泛黄及水解的现象；寿命长，与其它材料制品相比，寿命长三年以上；抗冲击力强，是普通玻璃的十六倍；自重轻，比普通玻璃轻一半，支架承受的负荷小；可塑性强，造型变化大，加工成型容易；可回收率高，为日渐加强的环保意识所认同；维护方便，易清洁，雨水可自然清洁，或用肥皂和软布擦洗即可。2） POM材料POM为聚甲醛树脂，具高机械强度和刚性，同时还有最高的疲劳强度；耐反覆冲击性强。其力学性能优异，比强度可达50.5MPa，比刚度可达2650MPa，与金属十分接近。POM的力学性能随温度变化小，共聚POM比均聚POM的变化稍大一点。POM的冲击强度较高，但常规冲击不及ABS和PC。POM的疲劳强度十分突出，10交变载荷作用后，疲劳强度可达35MPa，而PA和PC仅为28MPa。POM的蠕变性与PA相似，在20°C、21MPa、3000h时仅为2.3%，而且受温度的影响很小。该材料质地轻便，可减少产品重量。四、设计计算五、设计图纸（零件图和装配图）六、 实用化的可能性、成本分析此一体式桌椅可用于小型教室教学和课堂讨论使用，也可在大型阶梯教室桌椅紧缺时使用。针对未来课堂教学小课堂的活跃氛围的需要，该桌椅可在实现多功能一体化的同时满足学生课堂内外活动的灵活性。小班教学注重课堂环境的互动性，而桌面环形拼接可活跃课堂讨论的氛围从而增加教学趣味性。成本分析：项目费用（元）批量生产单间预计成本椅子160300~500亚克力板材料50亚克力板材料加工40POM材料200POM材料加工费970直线导轨150合计1800七、 创新点利用专门设计的铰链，实现环形桌面及其支架的折叠和展开，展开后定位可靠，有支撑脚提高桌面的稳定性。右侧环形桌面倾斜角度可以在一定范围内调整，并可以整周旋转。左侧环形桌面用来增大使用面积。八、 应用前景此一体式桌椅可用于小型教室教学和课堂讨论使用，也可