學生課桌自緊式掛鉤

主持：樂羊羊

設計者

葛沅翰，柳州市景行小學五年級學生，個人科創作品《學生課桌自緊式掛鉤》榮獲2022年廣西青少年科技創新大賽小學生科技創新成果競賽一等獎。

指導老師

李璐，柳州市景行小學科學教師，柳州市城中區科學中心組成員，多次指導學生參加青少年科技創新大賽中小學創新項目和科學DV項目的比賽。

我曾經買粘鉤粘貼在學校課桌上，用來掛書包。但粘鉤會勾住路過同學的衣服，還會損壞書桌，于是我想設計一款適用于學生書桌的便攜式掛鉤。

一、設計思路

（一）拉力的方向和重力的方向

我首先研究書包懸掛時，其重心所在的位置。掛鉤受到的拉力等于重力的大小，受到的拉力的方向是豎直向下的。由圖1可知，書包處于懸掛狀態時，它的重心大致在中間偏下的位置，重力的方向垂直朝下，與懸掛點重合。

（二）重力的垂線與結構的穩定性關系

接著，我分析了鉤子所受外力的大小與方向，這是作品設計的關鍵環節。若想作品的結構穩定，那么重力的方向就必須落在夾子與桌子構成的支撐面內（如圖2）。因此，必須保證鉤子受到的拉力也落在夾子與桌子構成的支撐面內。

（三）G形夾掛鉤結構設計與優化

基于上述穩定性要求，我參照G形夾的結構，對掛鉤進行了如圖3的優化設計：

通過試驗后我發現，當書包處于靜止狀態時，懸掛效果較好，但是當同學碰到書包時，書包便很容易掉在地上。為了解決這個問題，我利用齒輪傳動工作原理，對G形夾進行了優化設計。改進后作品的工作原理是：當用作品懸掛書包時，作品受到書包向下的拉力，這時，作品中的齒輪按逆時針方向運動，進而帶動右邊的齒條，使其向上運動，這樣，右邊的齒條與夾子的頂部便形成了自動夾緊式夾子，從而保證書包在受到外力碰撞時，也能穩定地懸掛在鉤子上。

二、制作作品

我選擇了厚度為0.05cm的亞克力材料作為基礎制造材料。我先使用CAD程序畫出掛鉤的尺寸，再用激光切割機進行切割，接著使用樂高配件和齒輪進行組裝，第二代作品設計成品如圖4所示。作品折疊后的長度為0.8cm，寬度為0.45cm，體積小巧，便于攜帶。

三、性能測試

（一）學習場景的應用測試

為了測試作品的性能，我在學校課桌與家中的寫字桌開展了實驗。在多個實驗場景中，作品均表現出很好的穩定性和適用性（如圖5）。經測試，我發現作品能承受的最大重量達10kg。

本作品在結構上采用了齒輪傳動結構，實現了自動夾緊的功能，使懸掛的物品不易掉下。本作品不僅適用于平板（如圖6、圖7），還適用于管柱（如圖8），具有較高的推廣價值。

四、進一步優化改進

（一）該作品對重物的夾持力很強，但是對輕物的夾持力較弱，我加裝棘輪裝置，以此解決因重量過輕而導致的夾持不穩的問題。

（二）亞克力材料有一定的硬度，當同學碰到時可能會受傷，所以我為作品增加了表面覆膜。

（三）為了避免夾子損傷所夾持的物體表面，也為了增加掛鉤與桌面的摩擦力，我在夾子頂部的下邊沿和右齒條的頂部都粘貼了橡膠（如圖9）。

五、創新點

該作品巧妙利用齒輪傳動工作原理實現自動夾緊功能，使用棘輪裝置實現了懸掛輕物的功能。作品實用性廣，生活中凡是有邊沿或有凸出部分的支撐面和支撐點，都可以使用本產品。

/欄目責編：周偉琳/