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1、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 日目录1.产品概述32.1总述32.2结构概述32.3机构概述42.4功能概述42.设计与分析53.1外形尺寸设计53.2执行机构选择53.3机构计算设计63.4机构运动分析133.三维模型展示154.设计感想165.参考文献171. 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
2、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
3、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
4、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。取值名称尺寸 /mm外形尺寸名称尺寸 /mm坐高350550桌面最大高度550小臂到掌心长度300400桌面最低高度300笔记本电脑长度350450（ 14 寸 16 寸）笔记本电脑宽度200300桌面长度 x 宽度： 300x600（ 14 寸 16 寸）人体肩宽400600鼠标活动范围宽度100200（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
5、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
6、 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：名称数据 /mm统计滑动极限位置（1）304.90滑动极限位置（2）410.55最大极限位置滑动极限位置（3）
7、135.73最小极限位置滑动极限位置（4）183.73（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： 410.55mm2、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420mm2、取最小滑动极限位置为120mm3、取滑槽长度为300mm由表一可知：1、桌面最大理论高度为550mm2、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
8、 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=
9、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 1，方位角为 1，连杆的方位角为 2，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
10、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 1 的初始值为0,则 1 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1 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
11、=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);,vc,t,ac)plot(t,xc,t（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
12、.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AutoC
13、AD、 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、 MA TLAB 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
14、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