夢(mèng)幻課桌說(shuō)明書最新

1、夢(mèng)幻課桌說(shuō)明書 設(shè)計(jì)者:張琪 李洋 王偉 陶冬 范學(xué)會(huì) 指導(dǎo)教師: 李征 劉國(guó)敏 參賽院校:吉林建筑大學(xué) 參賽時(shí)間:2014年4月16日 夢(mèng)幻課桌摘要:課桌對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)是非常重要的，但目前學(xué)生上課都是自帶書籍，而往往存在學(xué)生忘帶教科書的情況，影響學(xué)生上課的學(xué)習(xí)質(zhì)量,針對(duì)該問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一款電與機(jī)械相結(jié)合的課桌,利用射頻裝置啟動(dòng),暫存課本,并能循環(huán)利用課本,綠色環(huán)保,實(shí)現(xiàn)資源可循環(huán)利用的理念,不僅達(dá)到了合理利用資源,而且利用簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻產(chǎn)生夢(mèng)幻的感覺(jué)，由于該裝置具有一定安全和保密的特性，因此該裝置不但能實(shí)現(xiàn)存放課本，還可以存放其它的用品，并且還能推廣到其它的領(lǐng)域，例如，保險(xiǎn)裝置，儲(chǔ)物柜等。關(guān)鍵

2、字: 課桌 射頻 綠色環(huán)保 安全作品內(nèi)容簡(jiǎn)介本作品根據(jù)本屆機(jī)械創(chuàng)新大賽的主題“幻·夢(mèng)課堂”要求而設(shè)計(jì),以學(xué)?，F(xiàn)有長(zhǎng)為607mm，寬為405mm，高為750mm書桌為基礎(chǔ)，在桌膛中安裝三個(gè)抽屜，用來(lái)存放書本。工作過(guò)程如下：首先，學(xué)生用學(xué)生證對(duì)準(zhǔn)該射頻裝置，接通整個(gè)控制裝置的電源，使射頻裝置啟動(dòng)，然后，學(xué)生通過(guò)按鍵輸入相應(yīng)的密碼，密碼相符合則操作不同按鍵，通過(guò)單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，將所需書本通過(guò)齒輪和齒條機(jī)械結(jié)構(gòu)傳出及收回，并安裝桿和小滑軌用于方便取書。由于該教室固定上這三科的課程，并且，只上該年級(jí)的課程，考慮到書在修訂的時(shí)間應(yīng)該在4-5年，所以這些書就能夠循環(huán)利用4-5年，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)約

3、資源的理念。1.設(shè)計(jì)背景及意義 針對(duì)我們國(guó)家現(xiàn)在的資源短缺，環(huán)境污染也較嚴(yán)重的問(wèn)題，為緩解該問(wèn)題，國(guó)家提出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，在這樣的背景下，就想到設(shè)計(jì)一個(gè)既能節(jié)約資源又能環(huán)保的課堂教具，考慮到平時(shí)使用的基礎(chǔ)課本，相同年級(jí)學(xué)的課本都相同，但年級(jí)不同用的課本也不同，所以，如果每一屆用過(guò)的課本能循環(huán)使用，同時(shí)又能夠方便學(xué)生取閱，那就可以節(jié)省制造課本的資源，以及相繼帶來(lái)的環(huán)境污染，繼而就想到了課桌這個(gè)暫存教具，利用課桌的空間，進(jìn)行對(duì)書的存放，但又考慮到書本的丟失和缺損現(xiàn)象，就設(shè)計(jì)一款全封閉式的課桌，結(jié)合電氣裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的控制。2.設(shè)計(jì)方案2.1 總體設(shè)計(jì)1） 選用全封閉式的課桌，在其中的一面

4、桌壁上安裝射頻插卡裝置，只需學(xué)生用學(xué)生證對(duì)準(zhǔn)該射頻裝置，便可使射頻裝置啟動(dòng)，為防止書出現(xiàn)丟失現(xiàn)象，學(xué)生在選擇書的時(shí)候，要輸入相應(yīng)的密碼，在射頻裝置中安裝讀卡器可以讀取并記錄學(xué)生的信息。2） 考慮到書傳出和收回時(shí)，采用用齒輪齒條機(jī)械結(jié)構(gòu),由于該機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單且易加工。在書傳出時(shí)，通過(guò)單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)電機(jī)正傳前進(jìn)一段時(shí)間，使書到達(dá)指定的位置。3） 為方便學(xué)生取書，我們?cè)谧老幌掳惭b桿和小滑軌，通過(guò)該機(jī)構(gòu)將書的一部分支起，停止一段時(shí)間能讓學(xué)生取得書之后，讓電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，回到初始位置，停止。4） 通過(guò)鍵盤及LCD12864顯示屏，選擇所需要的書，初步擬定為桌膛可放四本書，為上下兩層，中間用隔板隔開(kāi)，用顯示屏

5、可以看到每個(gè)號(hào)碼所對(duì)應(yīng)的書：分別為1-高等數(shù)學(xué)，2-材料力學(xué)，3-英語(yǔ)，假設(shè)需要高等數(shù)學(xué)書，則按下1按鈕，便可得到該書。5) 由于該裝置是通過(guò)電控制的，所以，為防止停電時(shí)無(wú)法用書，我們?cè)谧捞艃?nèi)安裝了可充電式備用電池。2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的確定1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)較簡(jiǎn)單，但所占空間較大，在設(shè)計(jì)計(jì)算也較繁瑣，要求耐磨性能，平行度較高。2）凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、運(yùn)動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，但由于點(diǎn)、線接觸，接觸應(yīng)力較大，易磨損，因?yàn)橛糜谡n堂，產(chǎn)生的噪音也較大，不易加工。3）齒輪齒條機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳遞功率與適用的速度范圍大、工作安全可靠，且易加工。

6、通過(guò)對(duì)以上三種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的比較，我們最終采用齒輪齒條機(jī)械機(jī)構(gòu)。3. 理論設(shè)計(jì)計(jì)算及三維圖3.1總體尺寸的設(shè)計(jì) 采用現(xiàn)有課桌，書桌長(zhǎng)為607mm ，寬為405mm，高為750mm，厚為5mm；隔板長(zhǎng)為596mm，寬為30mm，厚為5mm。1) 電動(dòng)機(jī)的選擇 根據(jù)承載物體的重量,以及齒輪齒條配合時(shí)產(chǎn)生的摩擦力,選擇了如下型號(hào)的電動(dòng)機(jī)電壓 12V馬達(dá)型號(hào) 50G減速比 1/242齒輪箱長(zhǎng)度 29.5空載轉(zhuǎn)速 20額定轉(zhuǎn)速 15額定力矩 15額定電流 1.1電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速 n=15 r/min 設(shè)計(jì)如下圖 2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 齒輪材料選擇，根據(jù)選擇的電動(dòng)機(jī)力矩大小，選擇材質(zhì)較輕，硬度適中的尼龍材料 模數(shù)

7、1 壓力角 20 齒數(shù) 20 分度圓直徑 d=mz= 20 齒頂高 h1=1 齒根高 h2=1.25 頂隙 c=0.25 節(jié)圓直徑 d1=d=20齒頂圓直徑 d2=22 齒距 p=3.14設(shè)計(jì)圖如下 齒條 模數(shù) 1 齒距 p=3.14齒條運(yùn)動(dòng)速度為 V=n* d1*3.14/1000/60=0.0147m/s安裝 齒輪中心與齒條齒根間距離為L(zhǎng)=d2+c=22+0.25=22.5mm具體設(shè)計(jì)如下圖 件桿機(jī)構(gòu)選擇的材料是較輕的硬質(zhì)鋁合金，由于是為了方便取書，所以，它的剛度適中即可，再設(shè)計(jì)該四桿采用的是試驗(yàn)方式，最終得到相符和四桿的相應(yīng)的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)如下圖 桿件1桿件2 抽屜根據(jù)需要選擇剛度適中，材質(zhì)

8、較輕且成本較低的薄鐵，長(zhǎng)為300mm，寬為240mm，高為40mm，厚為1mm。 翻板材料采用的是薄鐵，長(zhǎng)為235mm，寬為145mm，厚為1.0mm。鏈接塊該材料選擇的是薄鐵，該鏈接塊主要方便取書，讓四桿機(jī)構(gòu)能減少摩擦阻力，長(zhǎng)為25mm,高為30mm,寬為25mm，大圓半徑是15mm,小圓半徑是6mm. 滑道選擇的材料是硬度適中鐵，長(zhǎng)為330mm，寬為260mm，厚為1mm。 3.2 書桌總成圖 4.電器裝置4.1 硬件設(shè)計(jì)1) 射頻開(kāi)發(fā)板選用的是一套基于51系列單片機(jī)STC11F60的Mifare卡開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，該單片機(jī)所有I/O口都引出，所以，此電路板不但可以做射頻卡測(cè)試的程序，還可以根據(jù)要

9、求不同，開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)新的功能。2) 用三個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。3) 由于需要直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抽屜，需要驅(qū)動(dòng)板，由于要驅(qū)動(dòng)四個(gè)12v直流電動(dòng)機(jī)，所以選擇一個(gè)雙L298N的驅(qū)動(dòng)板，將放在抽屜中的書從桌膛中傳出。4) 用C語(yǔ)言編寫程序驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使其實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)，停止，反轉(zhuǎn)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)板和單片機(jī)的端口相連，將程序下載到單片機(jī)中，控制驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)，將書傳出和收回。具體流程如下圖4.2 軟件設(shè)計(jì)1） 該射頻板采用Philips MFRC522是高度集成的非接觸式的原裝讀卡芯片，此發(fā)送模塊利用解制和解調(diào)的原理，并將它們完全集成到各種非接觸式的通信方法和協(xié)議中，使用方便，且成本低廉，將帶有學(xué)生個(gè)人信

10、息的程序下到單片機(jī)中，在一定范圍內(nèi)，刷一下射頻卡，則整個(gè)裝置啟動(dòng)，且該裝置能記錄廢人的信息，防止書本丟失和缺損。本開(kāi)發(fā)板是一套基于51系列單片機(jī)STC11F60(程序下載直接使用串口，無(wú)需額外的下載線，非常方便)的Mifare 卡開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可以讀寫各種Type A 標(biāo)準(zhǔn)的IC卡(如Mifare S50,S70 等)本開(kāi)發(fā)板是一套基于51系列單片機(jī)STC11F60(程序下載直接使用串口，無(wú)需額外的下載線，非常方便)的Mifare 卡開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可以讀寫各種Type A 標(biāo)準(zhǔn)的IC卡(如Mifare S50,S70 等)本開(kāi)發(fā)板是一套基于51系列單片機(jī)STC11F60(程序下載直接使用串口，無(wú)需額外

11、的下載線，非常方便)的Mifare 卡開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可以讀寫各種Type A 標(biāo)準(zhǔn)的IC卡(如Mifare S50,S70 等)2） 射頻卡相當(dāng)于整個(gè)裝置的總開(kāi)關(guān)，當(dāng)整個(gè)裝置啟動(dòng)時(shí)，則LCD12864顯示屏上會(huì)顯示四本科目的書，分別為1-高等數(shù)學(xué)，2-材料力學(xué)，3-英語(yǔ)，學(xué)生可以根據(jù)上課的需要，以及個(gè)人的需要，選擇需要的書本。5.創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用5.1 創(chuàng)新點(diǎn)1） 該裝置在安全性，實(shí)用性，保密性上都有一定的設(shè)置。2） 面對(duì)現(xiàn)在資源越來(lái)越匱乏的現(xiàn)實(shí)，我們不但實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，而且，又響應(yīng)了現(xiàn)在社會(huì)的號(hào)召。3） 利用簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更多的價(jià)值，并且還能節(jié)約成本。4） 該裝置在實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化功能的同

12、時(shí)又能達(dá)到“幻”的想法。5.2 應(yīng)用該裝置在推廣使用上是非常有意義的，雖然，它的成本比一般課桌要高，但它卻能實(shí)現(xiàn)普通課桌實(shí)現(xiàn)不了的功能，讓課堂在開(kāi)始就充滿了未知的向往。在現(xiàn)在高科技迅速發(fā)展的時(shí)代，我們應(yīng)該讓學(xué)生更多的了解機(jī)械，運(yùn)用它，并喜歡上對(duì)機(jī)械的制造和研發(fā)，能夠讓學(xué)生更加積極主動(dòng)的加入到機(jī)械的行列，而且針對(duì)于現(xiàn)在環(huán)保對(duì)于人類生存發(fā)展的重要性，雖然，它不能完全解決環(huán)境的帶來(lái)的影響，卻能對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生一定影響，而且該課桌成批量生產(chǎn)成本會(huì)較低。由于該裝置具有一定的保密特性，因此，不僅可以應(yīng)用在課桌上，還能應(yīng)用在儲(chǔ)物柜，保險(xiǎn)柜等裝置。該課桌不只是可以存放這四本書，還可以存放更多的書籍及其它物品。 參考文獻(xiàn)