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【创客教室】学生课桌自紧式挂钩

时间:2023-08-18 15:11:33来源:学苑创造杂志

葛沅翰

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柳州市景行小学的葛沅翰买过一种能粘贴在学校课桌上的粘钩用来挂书包。但他发现粘钩会勾住路过同学的衣服,还会损坏书桌,于是他想设计一款适用于学生书桌的便携式挂钩。



设计者


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葛沅翰,柳州市景行小学学生,个人科创作品《学生课桌自紧式挂钩》荣获2022年广西青少年科技创新大赛小学生科技创新成果竞赛一等奖。



指导老师


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李璐,柳州市景行小学科学教师,柳州市城中区科学中心组成员,多次指导学生参加青少年科技创新大赛中小学创新项目和科学DV项目的比赛。



一、设计思路


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(一)拉力的方向和重力的方向

我首先研究书包悬挂时,其重心所在的位置。挂钩受到的拉力等于重力的大小,受到的拉力的方向是竖直向下的。由图1可知,书包处于悬挂状态时,它的重心大致在中间偏下的位置,重力的方向垂直朝下,与悬挂点重合。


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图1


(二)重力的垂线与结构的稳定性关系

接着,我分析了钩子所受外力的大小与方向,这是作品设计的关键环节。若想作品的结构稳定,那么重力的方向就必须落在夹子与桌子构成的支撑面内(如图2)。因此,必须保证钩子受到的拉力也落在夹子与桌子构成的支撑面内。


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图2


(三)G形夹挂钩结构设计与优化

基于上述稳定性要求,我参照G形夹的结构,对挂钩进行了如图3的优化设计:


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图3


通过试验后我发现,当书包处于静止状态时,悬挂效果较好,但是当同学碰到书包时,书包便很容易掉在地上。为了解决这个问题,我利用齿轮传动工作原理,对G形夹进行了优化设计。改进后作品的工作原理是:当用作品悬挂书包时,作品受到书包向下的拉力,这时,作品中的齿轮按逆时针方向运动,进而带动右边的齿条,使其向上运动,这样,右边的齿条与夹子的顶部便形成了自动夹紧式夹子,从而保证书包在受到外力碰撞时,也能稳定地悬挂在钩子上。



二、制作作品


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我选择了厚度为0.05cm的亚克力材料作为基础制造材料。我先使用CAD程序画出挂钩的尺寸,再用激光切割机进行切割,接着使用乐高配件和齿轮进行组装,第二代作品设计成品如图4所示。作品折叠后的长度为0.8cm,宽度为0.45cm,体积小巧,便于携带。


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图4



三、性能测试


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为了测试作品的性能,我在学校课桌与家中的写字桌开展了实验。在多个实验场景中,作品均表现出很好的稳定性和适用性(如图5)。经测试,我发现作品能承受的最大重量达10kg。


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图5


本作品在结构上采用了齿轮传动结构,实现了自动夹紧的功能,使悬挂的物品不易掉下。本作品不仅适用于平板(如图6、图7),还适用于管柱(如图8),具有较高的推广价值。


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图6


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图7


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图8



四、进一步优化改进


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(一)该作品对重物的夹持力很强,但是对轻物的夹持力较弱,我加装棘轮装置,以此解决因重量过轻而导致的夹持不稳的问题。

(二)亚克力材料有一定的硬度,当同学碰到时可能会受伤,所以我为作品增加了表面覆膜。

(三)为了避免夹子损伤所夹持的物体表面,也为了增加挂钩与桌面的摩擦力,我在夹子顶部的下边沿和右齿条的顶部都粘贴了橡胶(如图9)。


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图9



五、创新点


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该作品巧妙利用齿轮传动工作原理实现自动夹紧功能,使用棘轮装置实现了悬挂轻物的功能。作品实用性广,生活中凡是有边沿或有凸出部分的支撑面和支撑点,都可以使用本产品。



本文选自《学苑创造》2023年1—2月刊(3—6年级版)

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