电脑桌设计.doc.doc

工程力学大报告 转动式床上电脑桌设计方案 设计者: 材02班 黄晴 002147 Tel吕宁 002154 Tel胡崛隽 002160 Tel林世云 002173 Tel转动式床上电脑桌设计方案 设计初衷 由于目前学生宿舍空间狭小，造成电脑和空间不足的矛盾，为了解决这个矛盾，现在大量同学都使用那种放在床上的电脑桌，可是这种电脑桌有一个不足，就是用电脑的时候必须盘腿坐着，这种姿势必然会影响视力和健康，而且坐久了还会感到很不适，我们组就有成员长期受此困扰，我们的设计就是基于这种状况而作的。电脑桌可以在需要的时候将显示器部分转到床沿，这样就不用盘腿坐了，不用的时候可以恢复到原来位置，就和一般的床上电脑桌一样。这样既节省了空间，也有利于健康。 2．基本数据 主机箱:长44 宽19 高46 重量10 显示器:高38 宽35 厚40 底盘直径20 重量20 键盘:长43 宽15 高3 鼠标垫:23*18 桌面木板厚度:1.8 注:以下的计算总一律取重力加速度g=10.0米每平方秒 材料除了杆件、轴、固定件之外，全部用木材。其中杆件和轴用Q235号钢。 各部件具体尺寸在下面的理论计算中详细标注。 主要部件如右图所示。 (长度单位:厘米,重量单位:千克): 3．理论计算 3.1 关于部件1倾覆的可能性计算: 考虑将主机箱放置在部件1最左下角的极限情形 建立如图直角坐标系 将部件1分割为两部分(如图,以图中虚线区分)分别计算重心位置(忽略倒角): G(10,25),H(27.5,61.5) 两部分重量分别为(桌面木材密度按0.8克/立方厘米计算): 50cm*20cm*1.8cm*0.8g/cubic cm=1440g=1.44kg 55cm*23cm*1.8cm*0.8g/cubic cm=1012g=1.01kg 主机箱重心位置为D(33,59.5) 主机箱重量10kg 则部件1以及主机箱总重心位置为: X0=(1.44*10+1.01*27.5+10*33)/(1.44+1.01+10)=29.9 Y0=(1.44*25+1.01*61.5+10*59.5)/(1.44+1.01+10)=55.7 总重心O位置如图所示. 如图,因为总重心位置位于部件1的左右支脚所组成的三角形ABC内,而且该情况是最可能倾覆的极限情形,此时部件1稳定也即有该部件总是稳定的,不会倾覆. 3.2 部件2与轴A连接的可靠性问题 部件2与床头柱(即轴A)的连接方式如左图所示.(其中床头柱和锁紧装置之间垫上硬橡胶等同床头柱间摩擦系数较大的物质) 下面通过理论计算验证该种连接方式的可靠性: 分成两种情况计算连接可靠性: 主要依靠螺栓施加的压力防止部件沿着床头柱下滑 部件2(连同部件3以及显示器,鼠标,键盘等)总重量为28.7kg,所受重力为287牛,与其平衡的力为床头柱和锁紧装置之间的摩擦力f,二者大小相等,方向相反. f=μN总(N总为总正压力) 又总正压力由四个螺栓分担,有每个螺栓受拉力F=N总/4 得F=72/μ=120(牛顿)(取μ为钢铁和橡胶的摩擦系数,μ=0.6) 设螺栓直径D=5mm,则螺栓截面上受正应力(拉应力) p=4F/S=6.11MPa,小于一般碳素钢所能承受的最大正应力(数量级为10MPa) 结论:依靠螺栓施加的压力固定该结构是安全的 依靠自锁 此时床头柱和锁紧装置之间的压应力所造成的部件2的力矩与部件2自身重力力矩相平衡. 不妨设床头柱和锁紧装置之间的压应力的分布如左图所示: 已知:部件2(连同部件3)总重量为28.7kg,部件2重心坐标如下图所示:K(32.6,36.7) 有|AK|=49.1cm 则所受重力力矩为M=|AK|*287N=140.9N*m 设左图f-x曲线斜率为k,则有 ,可得k=5.01*N/ 摩擦力f=2μ1692N287N 结论:依靠自锁固定该结构是安全的 综合以上讨论,两种方式均可独立实现部件2与轴A连接的可靠连接.实际使用中,两种连接方式均存在,故部件2与轴A的连接是可靠的. 3.3 部件2理论计算： 其中K点是部件2的总重心 坐标为X＝33cm，Y＝37cm，力F1＝25kg×10kg/m3＝250N 计算部件2的重力及重心： 重力F2＝S×ρ×g＝（15×20＋65×35）×1.8×10-6 m3×1000kg/m3×10N/kg＝37N 重心位置为X＝30cm，Y＝35cm 则总的重心坐标为X＝32.6cm，Y＝36.7cm，Fp＝F1＋F2＝250N＋37N＝287N 其中杆件镶嵌在部件2的木材中，成为主要的受力杆，杆件的材料为Q235钢，E＝206Gpa σs＝235Mpa，假设安全系数n