多功能一体化茶几餐桌的设计

徐妍 马逸杰

摘要：多功能一体化茶几餐桌的设计目标是合理利用空间，一物多用的实现，并在外观和功能上进行改进以及提升。在空间上，升降、折叠均能有效的缩小空间的占用。在功能性上，茶几也不仅仅只是用来摆放茶具还能够作为其它桌具来使用，并拥有对物品进行收纳等功能。故围绕茶几餐桌的可升降性和可折叠性进行了设计研究。茶几餐桌的可升降首先利用齿轮传动与链传动进行对比，然后确定了使用链条传动。茶几餐桌的可折叠性确定使用连杆传动。其控制方案使用单片机控制，易于实现。

关键词：茶几餐桌;齿轮传动;链传动;连杆传动

设计目标：具有升降功能，可以一物多用。降低时可做茶几，升高时可以做工作台、餐桌等。并在升降桌侧内置可抽拉收纳盒实现小物件的收纳作用。

一、可升降功能茶几餐桌的设计

1、传动方案的设计

茶几台面下方中心处设有一根固定柱，固定柱下方设置与升降茶几等型的主支座。主支座等边三角形均匀分布的方位设置有三根升降螺杆与设置在支撑板下方的螺母螺接。所述的每个升降螺杆上安装有从动直齿圆柱齿轮，与设置在固定柱上的主动直齿圆柱齿轮啮合。所述的主支座上设置有与升降螺杆上齿数相等的小齿轮，通过传动杆连接驱动装置与固定柱上的主动直齿圆柱齿轮啮合。因此，该升降功能的传动主要依靠齿轮传动实现。

茶几台面下方左右两端与支撑杆连接，两个连接的支撑杆固定在桌体内侧，并与滚子链链条利用滑块进行铰接。滚子链由一个齿数较少的小齿轮以及一个齿数较多的大齿轮与支撑杆平行安置。将齿数较少的小齿轮作为主动链轮与外置手柄连接。通过摇动手柄带動主动链轮进行运动，通过链条将动力传递到从动链轮即齿数较多的大齿轮上。再通过链条上的滑块将动力传递到与其相接的支撑杆上，支撑杆便可将茶几台面支出桌体外侧。便得以实现手动摇动手柄便可轻松支出一块茶几台面。因此，该升降功能的传动主要依靠齿轮传动实现。

齿轮传动的传动比较准确，效率高，结构紧凑，寿命长，瞬时传动比恒定。电机与驱动丝杆间设置有减速器，有效降低了电机运行的阻力，使得方案中的升降装置能够平稳运行。而链传动的传动比不是常数，运转时瞬间速度不稳定，会产生一定冲击与振动，又是严重也会产生噪音。如果采用闭式传动，封闭装置设计比较困难。

链传动的平均传动比准确，不会出现弹性滑动和打滑的现象，与齿轮传动相比制造和安装精度要求较低，能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作，对于不良环境适应良好。且其制造成本低于齿轮传动。

2、控制方案的设计

如果采用齿轮传动，其驱动装置设计包括减速器和行程开关，减速器由电机驱动其转动。通过减速器的输入轴上的小齿轮即主支座上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮即固定柱上的主动直齿圆柱齿轮来达到减速的目的并实现低转速大扭矩的传动。我们使用行程开关来限制升降螺杆运动的位置或行程，使升降螺杆按一定位置或行程进行自动停止、反向运动、变速运动等来实现茶几的升降位置控制。由行程开关控制电机驱动减速器使减速器输入轴上的小齿轮啮合固定柱上的主动齿轮带动其转动，再由固定柱上的主动齿轮带动三个升降螺杆上的小齿轮转动便得以使与升降螺杆连接的茶几台面进行升降运动。故该方案偏于异步电动机，控制难于实现

如果采用链传动，手柄内侧设置环绕的圆形卡槽并在手柄顶端安置按钮以达到按动按钮手动摇动手柄控制主动链轮的转动，通过链条带动从动链轮再通过链条上的滑块将支撑杆支出或回收，松开按钮手柄便卡在卡槽里以固定手柄。该控制的结构要求较简单，易于用单片机进行控制。

综上所述，可升降功能茶几餐桌使用链传动会降低结构搭建难度，对环境的适应性比齿轮传动占优，但相对于齿轮传动而言，齿轮传动升降装置更加平稳，性能相对较好，效率更高，并且在控制上以行程开关装置代替了人工手摇手柄，控制更加精细。因此，在制造经费问题，选用链条传动实现升降茶几餐桌。该设计可利用单片机控制解决人工工作的问题，故而提高效率和精度。

二、可折叠功能茶几餐桌的设计

设计目标：将茶几餐桌与摆放的位置连接在一起（例如将茶桌与墙体连接在一起）实现在使用时可将桌面展开放下并在不需要时便折叠到一边节省空间，同时更具美观性，并可茶几桌面两用。再在茶几桌面上设置几个摆放物品的凹槽（例如圆形的用来摆放杯子的凹槽等）以及滑动开关的桌面，在里面可以放上一些零碎的小物品。

该功能实现主要依靠连杆传动。将一块方形桌面与三个半圆形的桌面使用折叠合页进行连接，使其可以实现打开时可增大桌面面积，折叠时缩小占用空间的效果。将半圆形桌面折叠起来后，在方形桌面紧贴半圆形桌面边线内安装连杆传动装置。此连杆传动装置由四根支撑杆连接方形桌面再与铰链和滑道相互联接成的连杆机构。这个连杆机构以与方形桌面相接的两边的固定杆作为机架，机架上设置滑道，再在机架的滑道上装置滑块，滑块与两个短杆连接，两个短杆再分别与两根较长的支撑杆铰接，两根较长的支撑杆连接在一起，其中一根的一端再与固定杆即机架运用滑块装载在滑道上。另一根支撑杆便应用类似于折叠伞柄的类似机构作为摇杆用以展开折叠以及作为桌腿支撑整个桌面。方形桌面两侧同样的连杆机构便可以使桌腿支撑桌面或一起折叠在桌面下。桌面没有半圆形折叠面的那一侧再与墙体支架相连，便得以实现在不需使用时将桌面折叠并立置在墙面的一侧。

三、总结

由此，多功能一体化茶几餐桌主要围绕可升降性和可折叠性展开，该设计将会围绕齿轮传动与连杆传动展开。但考虑到该家具的使用空间，会优先考虑连杆传动的机械结构。控制方面，从成本考虑会优先考虑单片机控制。保证可折叠和可升降的自动化能力。

在实际设计应用中，也会考虑该茶几的其它功能，例如舒适性、便利性等。总之，力求该设计简洁大方，且拥有办公、会客、居家使用的理想效果。

本课题来源于沈阳城市建设学院大学生创新创业训练项目。项目编号为202113208122。

参考文献

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[2]王新华，沈景凤，石云霞.机械设计基础（修订版）.北京：化学工业出版社，2015：10-21

[3]郭惠昕，岳文辉.含间隙平面连杆机构运动精度的稳健优化设计.《机械工程学报》，2012