戴寧

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221116）

基于平面八桿機(jī)構(gòu)的書架桌設(shè)計(jì)與研究

戴寧

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221116）

書架是長期陳列書籍的工具，桌子是靈活取放物品的工具，將書架與桌子的屬性組合起來，平時(shí)為二層書架，當(dāng)需要就地學(xué)習(xí)時(shí)，將書架后面四塊擋板中的兩塊翻轉(zhuǎn)上來，桌面出現(xiàn)了，成為了臨時(shí)學(xué)習(xí)的桌子。擋板到桌面以及再返回的過程由平面八桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，建立了平面八桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方程，利用設(shè)計(jì)實(shí)例表明了設(shè)計(jì)方法的簡明與正確。

書架桌；平面八桿機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)與研究

桌子在結(jié)構(gòu)、色彩與功能方面得到持續(xù)的研究，其中折疊桌倍受關(guān)注，通過可變結(jié)構(gòu)獲得不同的功能、占據(jù)不同的空間。書架也在不斷的改進(jìn)之中，通過改變現(xiàn)有書架的結(jié)構(gòu)讓讀者獲得新鮮感的書架，具有查找出亂架圖書以及相對應(yīng)的正確架位的書架，以及可升降書架等。本文將書架與桌子組合起來，通過左右各一個(gè)平面八桿機(jī)構(gòu)，得到了平時(shí)為書架，用書時(shí)為桌子的書架桌。

具有多層隔板的書架一直是圖書館陳列書籍的工具，圓桌與方桌一直是人們學(xué)習(xí)與生活的工具，長期以來書架與桌子相對獨(dú)立存在，這既體現(xiàn)了使用上的靈活性，也使得各自的設(shè)計(jì)與制造互不相關(guān)，設(shè)計(jì)上各自別具一格，制造上各自精益求精，使用上各取所需。現(xiàn)在的圖書館將書架與桌子分離放置，既具有空間布局的美感，也具有空間利用率較高的優(yōu)點(diǎn)，這使得圖書館成為藏書的寶庫與博覽群書的寶地。美中不足的是，圖書館的格局過于單調(diào)，缺乏激發(fā)讀者創(chuàng)新的物品。為此，將書架與桌子的屬性組合起來，平時(shí)為一個(gè)兩層的書架，當(dāng)需要就地學(xué)習(xí)時(shí)，將書架后面四塊擋板中的兩塊翻轉(zhuǎn)上來，桌面出現(xiàn)了，這樣就成為了一個(gè)臨時(shí)學(xué)習(xí)的桌子。兩塊擋板到桌面以及再返回的過程由左右各一個(gè)平面八桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，采用代數(shù)方法設(shè)計(jì)了該平面八桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)實(shí)例展示了設(shè)計(jì)過程。

1 平面八桿機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)

兩層書架桌的機(jī)構(gòu)左視圖如圖1所示，作為書架時(shí)的高度為h0、寬度為b；作為書桌時(shí)的高度為h1、寬度為b0。

圖1 書架桌變換的平面八桿機(jī)構(gòu)

桌面由兩塊矩形板組成，每一塊桌面的寬度為h8、長度為L。兩塊桌面板也是書架的兩塊后擋板。

每一塊桌面沿寬度方向兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副之間的距離為h6，每一塊桌面兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副沿寬度方向到各自端面的距離為h5，上后擋板與下后擋板之間的距離為h7，下后擋板的下鉸鏈D1到地面的距離為h9，后擋板的外側(cè)到D1點(diǎn)的距離為h2，桌面即后擋板的厚度為h3，桌面下鉸鏈座外圓弧到桌面頂面的距離為h4=h2+4，b1是O3、O4點(diǎn)的水平坐標(biāo)，b2是O2點(diǎn)的水平坐標(biāo)，b3是O1點(diǎn)的水平坐標(biāo)。

在圖1中，O1ABO2組成上后擋板到前桌面相互變換的第一個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)，而O3CDO4組成下后擋板到后桌面相互變換的第二個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)，O2EFO4組成前兩個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)雙搖桿機(jī)構(gòu)。

如圖1所示的坐標(biāo)系xD1y中，D1點(diǎn)的坐標(biāo)為xD1=0、yD1=0，C1點(diǎn)的坐標(biāo)為xC1=0、yC1= h6，B1點(diǎn)的坐標(biāo)為xB1=0、yB1=h6+2h5+h7，A1點(diǎn)的坐標(biāo)為xA1=0、yA1=2h6+2h5+h7，D2點(diǎn)的坐標(biāo)為xD2=-h2+h3+h5、yD2=2h6+3h5+ h7+h4-h2，C2點(diǎn)的坐標(biāo)為xC2=-h2+h3+h5+h6、yC2=yD2，B2點(diǎn)的坐標(biāo)為xB2= -h2+h3+ 3h5+h6、yB2=yD2，A2點(diǎn)的坐標(biāo)為xA2= -h2+ h3+3h5+2h6、yA2=yD2。

對于O3CDO4組成的第二個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)O4D從O4D1擺到O4D2時(shí)，D1、D2中點(diǎn)的坐標(biāo)分別為 xD12= (xD1+xD2)/2、yD12= (yD1+yD2)/2，直線D1D2的斜率為kD= (yD2-yD1)/(xD2- xD1)，直線D1D2中垂線的方程為：

令x=xO4=b1，得y=yO4為：

C1、C2中點(diǎn)的坐標(biāo)分別為xC12= (xC1+xC2)/ 2、yC12= (yC1+yC2)/2，直線C1C2的斜率kC= (yC2-yC1)/(xC2-xC1)，直線C1C2中垂線方程為：

令x=xO3=b1，得y=yO3為：

于是，搖桿O4D的桿長l5、搖桿O3C的桿長l7、機(jī)架O3O4的桿長l41分別為：

搖桿O4D的擺角b、搖桿O3C的擺角b分別為:

對于O1ABO2組成的第一個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)，B1、B2中點(diǎn)的坐標(biāo)分別為xB12= (xB1+xB2)/2、yB12= (yB1+yB2)/2，直線B1B2的斜率kB= (yB2-yB1)/(xB2-xB1)，直線B1B2中垂線的方程為：

令x=xO2=b2，得y=yO2為：

A1、A2中點(diǎn)的坐標(biāo)分別為xA12= (xA1+xA2)/ 2、yA12= (yA1+yA2)/2，直線A1A2的斜率kA= (yA2-yA1)/(xA2-xA1)，直線A1A2中垂線方程為:

令x=xO1=b3，得y=yO1為：

于是，搖桿O2B的桿長l1、搖桿O1A的桿長l3、機(jī)架O2O3的桿長l42、O1O2的桿長l43分別為:

搖桿O2B關(guān)于O2的擺角b、搖桿O1A關(guān)于O1的擺角b分別為:

O4D1關(guān)于 -y軸的初相位角0、O2B1關(guān)于-y軸的初相位角0分別為:

對于O2EFO4組成的聯(lián)動(dòng)雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖2所示，設(shè)搖桿O2B上O2E的桿長為l11，搖桿O4D上O4F的桿長為l51，連桿EF的桿長為l8，x24=xO2-xO4，y24=yO2-yO4，則聯(lián)動(dòng)雙搖桿機(jī)構(gòu)在任意位置的尺寸關(guān)系為:

圖2 平面四桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的極限位置

引入系數(shù)k1=1/l11，k2=-1/l51，k3= (x224+y224+l211+l251-l28)/(2l51·l11)，得設(shè)計(jì)方程為:

取三個(gè)位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，ψ=0、φ=0；ψ= 0.5ψb、φ=xs·φb；ψ=ψb、φ=φb，xs為位置系數(shù)，得線性設(shè)計(jì)方程組，由此解得k1、k2與k3，于是，l11、l51、l8分別為:

2 平面八桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)例

已知b0=400 mm，b=330 mm，b1=160 mm，b2=200 mm，b3=195 mm，h0=800 mm，h1=828 mm，h2=24 mm，h3=19 mm，h4=28 mm，h5=20 mm，l2=l6=h6=160 mm，h7= 136 mm，h8=200 mm，h9=284 mm，L=1 200 mm，xs=0.4。由以上公式經(jīng)編程計(jì)算得設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)值如表1所示。

表1 平面八桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù) （mm）

書架桌的三維結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示，左端的平面八桿機(jī)構(gòu)安裝在左側(cè)支板1與上左隔板9、下左隔板8之間的空間內(nèi)，左定位銷軸10用于定位圖1中的O1A桿，右端的平面八桿機(jī)構(gòu)安裝在右側(cè)支板與上.右隔板、下右隔板之間的空間內(nèi)。

圖3 書架桌處于書架狀態(tài)

圖4 書架桌處于書桌狀態(tài)

3 結(jié)論

將三個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)有機(jī)組合，其中兩個(gè)連桿外連兩塊桌面板、另一個(gè)連桿實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)出了基于平面八桿機(jī)構(gòu)的書架桌。該設(shè)計(jì)的出現(xiàn)既豐富了書架的功能，也方便了讀者就地學(xué)習(xí)，同時(shí)還可以啟發(fā)讀者創(chuàng)新的激情，引導(dǎo)讀者以問題為起點(diǎn)、以知識結(jié)構(gòu)為支撐、以篩選方法為抓手，開展創(chuàng)新實(shí)踐。

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［責(zé)任編輯：劉 月］

Design and Study on Bookshelf and Book Table Based on Planar Eight-bar Mechanism

DAI Ning
(Jiangsu Vocational Institute of Architectural Technology,Xuzhou 221116,China)

Bookshelf is a long-term display of books,and table has been an implement taken out and placed articles flexibly.In this paper,attribute of bookshelf and that of table are combined,in normal times it is a twostored bookshelf,when one needs study on the spot,two baffles of four baffles at the back of bookshelf are overturned up,the top of a table appears,and it turns bookshelf into table used as study temporarily.Process from two baffles to the top of a table and returned to the starting point is realized by a planar eight-bar mechanism and its design equation is set up.A design example demonstrates the conciseness and exactness of the design method.

bookshelf table;planar eight-bar mechanism;design

TH112.1

A

2095-5928（2016）05-39-04

2016-06-05

戴寧 (1970-)，女，安徽無為人，館員，碩士，研究方向：資源建設(shè)與管理。

10.16850/j.cnki.21-1590/g4.2016.05.012