高度可调节小凳的研制

祝铁丽 司海仑 黄屹 孙先成

摘要：基于日常生活中便携小凳使用的普遍性与方便性，并着眼于目前“高度可调”类型的座椅产品因为结构复杂或者形体笨重而不适合采用其调节方式的问题，设计、制造一种轻巧便携的高度可调节小凳，主要对小凳的结构设计、形状改变方式进行了研究，改进蝶形结构的高度支架的加固方式，使小凳轻便易携、高度可调、支撑稳固并且成本低廉。

关键字：小凳;高度调节;蝶形结构

1引言

座椅在我们日常生活中扮演重要角色，根据需求不同，座椅的种类也是多种多样。具有高度可调节功能的座椅产品，调节高度的方式主要分为以下几种。有的产品是使用气压杆实现升降;有的产品是对支撑杆在底座的卡位，设置了几档不同的可选高度;有的产品是通过双头螺柱来调节椅面的高度;有的产品是将支撑柱分解为多级套筒，利用各套筒之间的伸缩来改变椅面的高度。不过这些已有产品或是因为尺寸和重量较大而不适合外出携带，或是因为结构复杂而价格较高。本文拟研制一种能根据需要进行高度调节的价格亲民的折叠小凳，以便在便携、易得的同时，兼顾不同的使用情况，为使用者提供合适的高度支撑。

2高度可调节小凳的结构设计

初步设想的结构方案，是将高度支架做成蝶形的折叠结构。如图1所示，高度支架与上面的座板的连接位置、高度支架与下面的底板的连接位置均不会随着高度支架的伸缩而发生改变，从而在具有较大的高度变化范围的同时能够使小凳的支撑面积得到保障。

为了估测图1的蝶形结构能否保持形状稳定，对其进行机构自由度的计算。如图2所示，此机构有7个构件，将下面的底板作为机架，则活动构件有6个，n=6;有8个转动副，没有移动副，所以低副的数目是8个，PL=8;高副的数目是0个，PH=0;机构自由度F=3n-2PL-PH=18-16=2>0，说明图1的蝶形结构不能保持形状稳定。

对初始方案的高度调节支架进行加固，左、右两侧各增加1个支板，其机构自由度的计算如图3所示。此机构的活动构件有8个，n=8;低副的数目是12个，PL=12;高副的数目是0个，PH=0;机构自由度F=3n-2PL-PH=24-24=0，说明图3的加固结构能够保持形状稳定，所以将按照此方案进行后续的样品研制。

3高度可调节小凳的样品研制

初期的样品研制如图4所示。为了减轻产品重量、便于携带，在材质方面尽可能选择木质。各零件之间铰接的环节，以合叶来实现（支板的上端没有与高度支架用合叶进行铰接，而是使支板的上端顶在了相应高度的挡柱上，以配合小凳的高度变化）。对高度支架的左、右两侧之间的距离进行调节控制的横梁，则是由螺杆和螺母组成。

在将样品立放在地面上时，发现样品的稳定状态是左、右两侧的角度不对称。究其原因，应该是支板因具有一定的厚度而与上方的挡柱的接触位置有少许变化余地。

考虑到实际装配状态（图4）与机构自由度计算的理想状态（图3）的差异，对初期设计方案进行了改进，将支板的位置改变为位于高度支架的上侧与座板之间以及位于高度支架的下侧与底板之间，支板的数量也增加至4个。其机构自由度的计算，如图5所示，仍将支板的两端都按照铰接来处理，以便与图3的机构自由度计算相比较。图5的活动构件有10个，n=10;低副有16个，PL=16;没有高副，PH=0;机构自由度F=3n-2PL-PH=30-32=-2，表示是超静定状态，考虑到实际装配时的支板与挡柱的接触情况，这样的超静定设计是有必要的。

改进方案的样品研制如图6所示。可以看到，样品立放在地面上时，能够稳定在左、右两侧保持角度对称的状态。

4结语

本文对小凳的高度调节方式进行分析，圍绕高度支架的稳固问题而逐步改进构型设计，兼顾了减重和降低造价等方面，研制了一种高度可调并且轻便易携、实用性强、成本低的折叠小凳，为日常生活提供更多的便利。

参考文献

[1]赵燕，梅伶.休闲便携式折叠椅的研究设计[J].科技创新与生产力，2015（2）：84-85.

[2]周宇，闫俊霞，张坤，迟卫宁，熊檬.新型多功能折叠凳的设计[J].机械研究与应用，2016，29（4）：90-91，94.

[3]朱伟.基于收启式结构的木质折叠椅系列产品设计[D].中南林业科技大学，2016.

本文研究工作由大连理工大学2021年大学生创新创业训练计划项目资助。

作者简介：祝铁丽（1973-），女，汉族，辽宁省海城市人，工学博士，讲师，研究方向为机械设计与制造。