全方位運動繪圖桌的設計與研究

摘 要：為方便機械類專業學生對工程圖的繪制，設計并制造出一種全方位運動繪圖桌。全方位運動繪圖桌可根據圖紙大小來伸展桌面；根據不同繪制區域，桌面整體進行360°旋轉調節，不僅能方便變換作圖區域，減少人作圖時的走動，而且還適用于學生的繪圖及尺寸標注習慣；根據繪圖者的不同身高，可進行桌面高度升降調節，保護使用者的視力；根據不同學生繪圖時對傾斜角度有不同需求，全方位運動繪圖桌可進行正負45度傾斜調整，符合人體工程學及學生的作圖習慣，保護人體脊椎。全方位運動繪圖桌具有可獨立使用，組裝方便、運輸便捷、功能強大等特點，在實際應用中取得了良好的使用效果。

關鍵詞：繪圖桌 展開 旋轉 升降 獨立使用

中圖分類號：TS02 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（b）-0121-03

1 研究背景與意義

在學校，教室中的課桌都是為常規課堂設計而采購布置的，這雖符合傳統的授課要求及學生的聽課需求，但是，卻沒有考慮到某些專業對課桌的特殊需求，在工程學乃至一些非工程學專業當中，手動繪圖仍然是不可或缺的基本技能，不能完全被電腦繪圖所取代，手工繪圖也是鍛煉一個人的繪圖能力基礎方法，而這些基本的繪圖，一般的簡單繪圖都需要兩小時左右，對于復雜、量多的圖則需要五六小時甚至更久。現在學生進行圖紙繪制時，學生都是抱著大圖板、丁字尺到教室中繪圖，圖板不僅攜帶不便，而且在教室中占用空間，學校教室空間是有限的，一個圖板就已經將整張桌子完全占用，大大降低了空間的利用率，為繪圖帶來了極大的不便?，F在很多課桌并沒有從人機工程角度來設計，比如桌面與水平面的夾角為0°，這樣長時間水平作圖，低頭過低或低頭時間過長，會影響視力以及導致頸椎問題，危害學生的健康，同時，移動課桌不方便。全方位運動繪圖桌以提高繪圖速度，增強繪圖的舒適度為目的，省去了上課攜帶圖板的繁瑣，而且可以解決以往課桌空間利用不足、機動性差等弊端。

2 設計方案

全方位繪圖桌可滿足所有學生的不同需求。如圖1，由桌面1（上桌面）、桌面2（下桌面）、三向交接結構、滑道、齒輪、定位銷1構成桌面展開機構；桌面3、螺套、軸套、桌面4、平行桿支架、萬向輪、轉動圓、定位銷2、升降搖桿、彈簧構成桌面旋轉與升降機構；空心滑槽構成桌面傾斜機構；伸縮腿、桌腿構成桌腿折疊機構。

3 工作原理與創新點

3.1 工作原理

（1）桌面展開機構，如圖2所示。桌面采用層疊展開設計，桌面1（上桌面）通過所設計的三向交接結構，其端部分別配合軸承，其中軸承1固定于上桌面端部一側，軸承2和軸承3在桌面2（下桌面）的滑軌中滑動。當桌面1和桌面2完全展開后，桌面2底部的導軌滑槽與桌面3進行配合并在其中移動，平衡重心，以增加運動的平穩性。當桌面移動至需要位置時，通過定位插銷定位齒輪的轉動，從而限制桌面的移動，保證其繪圖時的穩定性。

（2）桌面旋轉和升降機構，如圖3所示。桌面3、螺套，軸套共同在軸承的作用下以中軸為軸心進行360°周向旋轉。其中，螺套上端通過螺栓連接于桌面3，螺套下端通過鍵連接軸套，使其可同步做周向旋轉。轉動圓與軸套過盈配合，使其帶動轉動圓共同轉動。在旋轉的同時，萬向輪不僅可以在桌面4上以中軸為圓心進行旋轉，同時還增強的旋轉過程的穩定性。旋轉桌面4底部的絲桿，絲桿在螺套中旋轉上升，將支撐桌面3進行升降。升高過程中，螺套在軸套中分級展開，在軸套中垂直向上移動，并且平行支架隨其展開升高，同時彈簧拉伸萬向輪支撐桌面3，保證升降調節過程的穩定性，達到高度的要求。桌面上升至一定高度后，由于螺紋的自鎖性，便可將桌面高度固定。常態下，推桿在彈簧的彈力作用下自動鎖住轉動圓，如圖4，當需要調節轉動角度時，向外拉推桿，此時推桿通過推桿定位裝置可實現此狀態位置的自鎖，從而保證桌面旋轉過程中，帶動轉動圓隨同轉動。當桌面旋轉至需要位置時，按下推桿定位裝置的按鍵，此時推桿會在彈簧彈力的作用下與轉動圓實現自鎖，至此完成轉向的定位與調節。

（3）桌面傾斜機構，如圖5所示。考慮到全方位運動繪圖桌使用人群的特殊性和符合人體工程學的設計特點，創新型的采用弧形設計的弧形支架，進行桌面傾斜。其原理為：上、下轉動圓弧采用過渡配合，當需要進行角度傾斜時，外拉彈簧定位銷，解除自鎖，將全方位運動繪圖桌向需要傾斜角度方向用力，使上轉動圓弧在下轉動圓弧中進行滑動傾斜，在下轉動圓弧中開有多個固定間隔角度的定位孔，當傾斜至所需角度時，松開彈簧定位銷，彈簧定位銷在彈簧彈力的作用下會自動插入下轉動圓弧上定位孔，實現機構的固定，并且保證了傾斜過程的穩定性。

（4）桌腿折疊機構，采用機械原理中四桿機構模型，利用死點位置作為支撐點，并且使四桿恰好重疊在同一直線上，然后固定在床管上從而可以做到不多占空間，不用時可以折疊收起，用到時還原即可，簡單易行，使用方便。

3.2 創新點

傳統書桌：傳統書桌的桌面是平的，孩子讀寫時被迫低頭，導致孩子頸椎容易酸痛；傳統椅子的坐面過大，孩子讀寫時腰背無法靠在椅背，容易引發腰酸背痛；一個圖板就已經將整張桌子完全占用，大大降低了空間的利用率，為繪圖帶來了極大的不便。

目前市場上的智能書桌：學生升降課桌椅因是鋼木結構，導致桌凳腿結果復雜，對于學生打掃教室起來比較麻煩，而且因為不能隨手調節高度，需要借用一定的器械才能調節高度，導致很多學校的升降課桌淪為固定課桌；SB-XZT多功能升降式實用繪圖桌桌面無法旋轉，繪圖區域無法變換，高度不可調節，不能滿足不同身高的需求；DB-R03繪圖桌不可折疊較為浪費空間，同時桌面固定，不能移動。

本作品的先進性：全方位運動繪圖桌具有移動靈活、操作簡單、功能全面的特點。該書桌采用的是人力驅動，即可依靠操作者手動調節桌面大小、高度、角度等，通過三向交接機構的設計，使上桌板在滑軌中移動展開與下桌板完整結合，實現全方位運動繪圖桌桌面展開。自主創新的設計弧形機構，通過采用弧形支架與定位插銷、定位孔相互配合，實現桌面多角度間隔傾斜。設計萬向輪與彈簧連鎖控制，實現桌面整體360°旋轉調節，方便變換作圖區域，提高作圖效率；采用手動升降桿，調節桌面高低，符合不同身高人群要求；桌腿可折疊，方便放置節省空間，同時安裝自鎖萬向輪，方便移動此全方位運動繪圖桌使用過程中沒有能源消耗，低噪音，無污染。

4 結語

高校學生專業種類繁多，傳統的普通課桌已經滿足不了學生日常的課程學習和作業。本產品以其靈活的轉動方式，充分利用空間，來一反常規的傳統課桌的設計及其使用，采用可展開機構、旋轉機構、升降機構與傾斜機構實現繪圖桌的全方位運動，不僅省去了上課攜帶圖板的繁瑣，方便了學生的繪圖，而且解決以往課桌空間機動性差等弊端，同時大大提高了繪圖速度，增強了繪圖的舒適度，操作方便，具有很高的推廣價值。

參考文獻

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