新型机电一体化实训桌的整体设计与应用
The overall design and application of a new electromechanical integration training table
摘 要
在机电一体化的教学过程中电路的布设与搭接是最为关键的学习过程和步骤，通常是在一个带有安装孔位的电气板上按照教学内容要求进行搭设，具有通用性差、人机功效差、不美观等缺点。现设计一种新型机电一体化实训桌，充分考虑使用者的身体特点和使用安全，对实训桌的多功能和舒适性进行重点设计，拥有便于收纳，操作面板角度可调节，有照明和风扇增加使用者的舒适度，多用途等特点，同时制造成本较低，具有一定推广价值。
关键词：机电一体化 实训桌 整体设计 应用
In the mechatronics teaching process, the layout and lap of circuits are the most crucial learning processes and steps.It is usually installed on an electrical board with a mounting hole according to the requirements of teaching contents.It has the disadvantages of poor universality, poor man-machine efficiency, and unsightly.Now we design a new electromechanical integration training table.Fully consider the user’s physical characteristics and use safety.The multi-function and comfort of the training table are designed with emphasis. It is easy to accept, the angle of the operation panel can be adjusted, the lighting and fans can increase the comfort of users, multi-purpose and other characteristics. At the same time, the manufacturing cost is low, so it has certain popularization value.
Key word：Mechatronics Training table Overall design application
在机电一体化的教学过程中电路的布设与搭接是最为关键的学习过程和步骤，通常的是在一个带有安装孔位的电气板上按照教学内容要求进行搭设，为了提高整体的学习和工作效率目前的相关操作都是在相关的实训桌上进行的，该种实训桌整体结构较为简单，现设计一种机电一体化的实训桌，在不影响机电一体化实训教学的同时可以更便于整体的收纳，收纳后的桌面平整，也不影响其他的相关教学使用。
一、设计目标及要求
实验台的功能和尺寸符合现阶段学生的学习和身体条件要求，使学生在学习过程中始终处于最佳的生理状态，延长实验桌的生命周期。主要特点：工作台的高度、角度可调节，满足不同身高学生的使用需求；功能多样化，给学生学习提供便利性。
在实训桌的设计中第一是结构安全，实验桌要有足够的强度和稳定性，避免在使用过程中出现破裂和倾倒发生。固定部件的铆钉不可外漏，抽屉外拉应有定位装置，以免过度滑出砸伤学生脚部。第二，部件造型是否符合安全性要求，边角和楞必须设计成圆角，避免擦碰造成的伤害。第三要求材料安全性，无毒环保。第四用电安全。
桌椅的尺寸人机功效友好能增加使用者的舒适度降低使用疲劳，能有效增强学习注意力。该实训桌的使用者主要是大学一二年级学生，年龄在20岁左右。对该年级学生身高统计，结合2016年国民体质监测数据，该年龄段人群身高平均1.75米，查询《学校课桌椅功能尺寸》标准（GB/T3976-2002）数据，桌体1上桌面的高度0.75米，椅面高度0.43米较为适宜。
设计方法上应符合学生实验台设计原则，应用标准化设计方法，参考家具包装设计对造型、规格、材料、结构、工艺等设计要求。
二、整体设计
1.整体结构
本机电一体化实训桌的主体结构有桌体1、竖向定位支架4、盖板13组成，桌体1和竖向定位支架4上安装有横向定位槽9与竖向定位槽12。
实训桌1桌面板两侧的边沿处分别固定有对称设置的水平方向定位架3，该水平方向定位架3的中部垂直固定有一根竖向定位架4；两根竖向定位架4顶部的两端之间通过支撑顶板5连接固定成一体，两根竖向定位架4的中部设置有驱动座6，该驱动座6的两端分别对称设置有带有安装孔位的电气板7；电气板7靠近实训桌1桌面一端的两侧分别向外垂直延伸出第一定位轴杆8，所述水平方向定位架3上沿其长度方向开设有可以与第一定位轴杆8间隙滑动配合的第一定位槽9，所述电气板7与驱动座6接触一端的两侧附近分别开设有定位槽b，该定位槽b内设置有定位架10，所述的定位架10与电气板7之间通过铰轴11转动连接配合，该铰轴11的两端分别延伸出电气板7；竖向定位架4的一侧沿其长度方向开设有与铰轴11端部间隙滑动配合的第二定位槽12，该第二定位槽12与第一定位槽9垂直相交。支撑顶板5的两端分别设置有可以与其转动连接配合的盖板13，该盖板13可以整体罩扣在电气板7。盖板13的内侧固定安装有一个连杆14，该连杆14的端部设置有一个可以与其转动连接配合的驱动杆15，所述驱动杆15的端部与驱动座6的顶部转动连接配合。两个定位架10的中部通过一根定位轴17固定成一体，该定位轴17的中部固定有驱动座6，该驱动座6的两侧分别开设有可以与电气板7边沿处间隙滑动配合的弧形凹槽，驱动座6的上顶面处固定有耳座18，该耳座18上设置有可以与其转动连接配合的驱动杆15。盖板13的两侧分别安装有可以与其转动连接配合的气弹簧19，该气弹簧19的端部与竖向定位架4的外侧面处转动连接配合。
2.机构运动
向下拉动把手20，连杆14、连杆15、支撑顶板5、电气板7发生连杆机构运动，在气动弹簧19的阻力下定位杆轴8和驱动座6在定位槽9和定位槽12内平滑移动，盖板13可将桌体1遮罩，工作台处于关闭状态。反之将把手20向上抬起，可将工作台打开。带有安装孔位的电气板7在打开状态时呈现20°左右的倾斜，有助于学生实训操作降低疲劳。
3.附件
桌体1内安装抽屉槽a和抽屉2，可存放实训耗材和工具。盖板13上安装有照明灯16，还可根据需要安装风扇等其他配件，为实训操作者提供舒适的环境。盖板13采用平滑胶合板制作，当盖板扣合在电气板上后盖板13的背面可以作为一个倾斜的桌面使用。
整体设计如下图所示：
图1 机电一体化实训桌整体设计
图2 电气板7整体设计
三、新型机电一体化实训桌的应用
本实训桌可在电气板上安装可编程控制器、变频器、触摸屏、接触器、继电器、按钮开光等电器元件，基本涵盖了电气控制和应用的各个领域，适用于目前各种生产线、机床的电气控制模拟实训。如有需要可以将多台实训桌连接配合使用，模拟一些复杂的机电控制系统。通过外接压缩空气或液压油，在电气板上配合固定装置，本实验桌也可进行液压气动实验。
四、结论
新型机电一体化实训桌结合机电一体化专业实训要求，在设计上充分考虑了多用性和舒适性需求。具备以下特点
1.该实训桌桌体内设置有抽屉a,可在抽屉内收纳实训所需元器件及工具。
2.电气板7的倾斜程度可调，便于学生根据自己身高特点调节操作角度，降低疲劳程度。
3.盖板13上安装有照明灯，保证实训时照明度充足，也可根据需要安装小型风扇，在夏季给学生降温，增加了学生实训时的舒适度。
4.盖板13放下时，倾斜盖板起到防尘作用，盖板背面可作为桌面使用，便于学生在实训前听讲要点记录笔记。
5.本实训桌设计简单，多数零部件可采用标准件，成本较低。
从教育学和教育心理学的角度分析，专业机电一体化实训桌的应用，可以给学生更直观和清晰的印象，加深大脑皮层对信息和知识的反馈，第一时间将所学知识应用于实践。从技术掌握的角度分析，功能全面的实验台可以更有效的模拟设备运转，更好地尝试解决电气故障，让学生形成良好的分析思路，提高问题解决能力。
本实训桌在机电一体化专业教学中已投入电工实训、传感器应用实训、维修电工实训等课程的教学应用，由于其多功能低成本的特点，具备一定推广价值。
参考文献
[1] 濮良贵，纪名刚.机械设计.北京：高等教育出版社.2006
[2] 机械设计手册编委会.机械设计手册.北京：机械工业出版社．2005
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