防震課桌說(shuō)明書(shū)

1、防震課桌設(shè)計(jì)摘要本文通過(guò)對(duì)防震課桌進(jìn)行結(jié)構(gòu)講解，材料選擇，假設(shè)計(jì)算，應(yīng)力分析，探究防震課桌的可靠性與實(shí)用性。1、 該防震課桌布局簡(jiǎn)便，遵循建立多道抗震防線的理念，逐級(jí)減少力的沖擊。與一般普通課桌相比，抗震課桌的不同之處不僅體現(xiàn)在材質(zhì)上，結(jié)構(gòu)也做出了一定的設(shè)計(jì)創(chuàng)新。2、通過(guò)螺栓的極限屈服強(qiáng)度計(jì)算該防震課桌的抗壓強(qiáng)度，通過(guò)有限元求解法分析桌面的設(shè)計(jì)是否合理。實(shí)行精密計(jì)算，得出理論上的抗壓強(qiáng)度。3、該防震課桌實(shí)用可靠，選材多為鋁合金、合金鋼等常用金屬。在保證結(jié)構(gòu)牢靠的同時(shí)，也保證了制造成本。關(guān)鍵詞：課桌 強(qiáng)度 材料Shockproof design deskSummaryBased on the e

2、arthquake structural explain desks, material selection, calculated on the assumption, stress analysis, vibration desks explore the reliability and practicality.1. The shock desk layout is simple, follow the establishment of multi-channel seismic defense concept, progressively reduce the impact force

3、. Compared with ordinary desk, except seismic desks not only in the material, the structure also made certain design innovation.2, through the calculation of the limit of the yield strength of the bolt shock desks compressive strength, analysis by finite element solver desktop design is reasonable.

4、Implementation of precision calculated the theoretical compressive strength.3, the shock desks practical and reliable, more selection for the aluminum, steel and other common metals. Ensuring solid structure, but also to ensure that the manufacturing cost.Keywords: desk strength materials摘要1第一章 緒論51

5、.1地震的防范意識(shí)51.2防震課桌的現(xiàn)狀6第二章 原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72.1設(shè)計(jì)原理72.2主要結(jié)構(gòu)尺寸82.3材料選擇112.3.1箱體結(jié)構(gòu)的材料選擇112.3.2螺栓材料的選擇122.3.3內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿的材料選擇132.3.4桌寸的選材14第三章 分析計(jì)算163.1主要抗震帶的計(jì)算163.2內(nèi)側(cè)腿受力后穩(wěn)定的分析20第四章 有限元分析234.1有限元分析簡(jiǎn)介234.2有限元分析234.3結(jié)果分析及結(jié)論26第五章 總結(jié)體會(huì)275.1本設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)275.2本設(shè)計(jì)缺點(diǎn)275.3本設(shè)計(jì)修改方向275.4設(shè)計(jì)體會(huì)28致謝29參考文獻(xiàn)30第1章 緒論1.1地震的防范意識(shí)地震是一種毀滅性的自然災(zāi)害。中國(guó)地震

6、臺(tái)網(wǎng)正式測(cè)定：2015年4月25日14時(shí)11分在尼泊爾（北緯28.2度，東經(jīng)84.7度）發(fā)生8.1級(jí)地震，震源深度20千米。震中為尼泊爾著名旅游城市博卡拉。有目擊者稱(chēng)，尼泊爾首都加德滿都有建筑坍塌，尼泊爾一處9層樓高古跡坍塌。西藏拉薩、日喀則等地網(wǎng)友表示震感明顯，印度新德里和其他北部城市也有震感。另外，地震造成珠穆朗瑪峰發(fā)生雪崩。據(jù)媒體稱(chēng)，震中附近有中國(guó)旅行團(tuán)，安全問(wèn)題上不知。此外，已確認(rèn)有中國(guó)公民遇難。我國(guó)處在亞歐板塊、印度洋板塊和太平洋板塊的交接地帶，由于印度洋板塊在以每年約15cm的速度向北移動(dòng)，使得亞歐板塊受到壓力，并造成青藏高原快速隆升。各版塊相互擠壓造成構(gòu)造應(yīng)力能量的長(zhǎng)期積累，一旦

7、爆發(fā)就會(huì)引發(fā)地震災(zāi)害。因而我國(guó)是一個(gè)地震較為頻繁的國(guó)家。因此我們只能未雨綢繆，期盼防范于未然。雖然東漢時(shí)代的科學(xué)家張衡在公元132年就已經(jīng)發(fā)明了世界上最早的“地震儀”地動(dòng)儀。當(dāng)然這種依據(jù)慣性原理制作的地動(dòng)儀，其實(shí)并不能記錄地震的發(fā)生時(shí)刻，也更不可能記錄推斷地震發(fā)生的等級(jí)，它只有在地震發(fā)生之后才起一個(gè)類(lèi)似通報(bào)的作用。隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，日積月累，文明程度的飛速發(fā)展，科學(xué)水平的蓬勃發(fā)展，我們也能更準(zhǔn)確，更快速的對(duì)地震作出反應(yīng)，拯救更多生命，避免更少的損失。但是實(shí)際上，這世上現(xiàn)在還沒(méi)有并任何一款真正意義上的能預(yù)測(cè)地震的儀器，包括美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，能讓我們準(zhǔn)確的提前預(yù)知地震的到來(lái)，可以不慌不忙提前

8、撤離，等待地震余波過(guò)去再回到原地，重建家園。在現(xiàn)今的技術(shù)手段的觀測(cè)下，地震發(fā)生后幾十分鐘內(nèi)，我國(guó)及美國(guó)、日本等一些建有相當(dāng)?shù)卣鹋_(tái)網(wǎng)的國(guó)家和地區(qū)，才可以綜合各個(gè)臺(tái)網(wǎng)的數(shù)據(jù)，從而判斷出地震的震中、震級(jí)、震源深度等地震數(shù)據(jù)。現(xiàn)在各個(gè)國(guó)家都在搞地震預(yù)警，就是利用地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的橫波和縱波傳播速度的不同，從而利用這個(gè)時(shí)間差采取相應(yīng)的緊急措施，如停止核反應(yīng)堆運(yùn)作、停止高鐵運(yùn)行、關(guān)閉化工廠等，避免造成更大的破壞和損失。據(jù)估計(jì)，利用這個(gè)方法，一般會(huì)爭(zhēng)取到8-12秒反應(yīng)時(shí)間。但這些，無(wú)一不是在地震發(fā)生后才發(fā)揮作用的，屬于地震后的應(yīng)急措施。所以說(shuō)，我們還沒(méi)有真正能預(yù)測(cè)地震的儀器，我們和其他國(guó)家現(xiàn)在在做的，都是盡量

9、通過(guò)地震臺(tái)網(wǎng)，積累原始數(shù)據(jù)，試圖通過(guò)大量積累、解讀這些數(shù)據(jù)，掌握地震發(fā)生的規(guī)律及奧秘?，F(xiàn)階段地震預(yù)測(cè)工作流程一般主要是地震部門(mén)利用現(xiàn)有地震儀器和監(jiān)測(cè)手段，采集，記錄提取地震異常信息，經(jīng)過(guò)處理分析，對(duì)可能發(fā)生地震的地點(diǎn)、時(shí)間和震級(jí)作出的科學(xué)預(yù)測(cè)。地震預(yù)測(cè)屬于科學(xué)行為，它是依據(jù)真實(shí)、可靠的資料通過(guò)科學(xué)分析得到的結(jié)果，絕非是無(wú)根據(jù)的主觀臆測(cè)。任何單位和個(gè)人都可以提出地震預(yù)測(cè)意見(jiàn)，但必須上報(bào)縣級(jí)以上地震工作部門(mén)和機(jī)構(gòu)，而不得向社會(huì)散布。預(yù)測(cè)是預(yù)報(bào)的前提，地震預(yù)測(cè)意見(jiàn)提出后，由縣級(jí)以上地震工作部門(mén)或機(jī)構(gòu)召開(kāi)地震會(huì)商會(huì)形式產(chǎn)生地震預(yù)報(bào)意見(jiàn)，并報(bào)上級(jí)地震主管部門(mén)評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后，由國(guó)務(wù)院或者省、自治區(qū)、直轄市人民

10、政府發(fā)布地震預(yù)報(bào)。由此可見(jiàn)，地震預(yù)報(bào)是政府行為，是向社會(huì)公告可能發(fā)生地震的時(shí)間、地點(diǎn)、震級(jí)范圍等信息的行為，地震預(yù)報(bào)只有政府才能發(fā)布。地震預(yù)報(bào)管理?xiàng)l例規(guī)定，一個(gè)完整的發(fā)布地震預(yù)報(bào)過(guò)程包括四個(gè)程序：地震預(yù)測(cè)意見(jiàn)的提出、地震預(yù)報(bào)意見(jiàn)的形成、地震預(yù)報(bào)意見(jiàn)的評(píng)審和地震預(yù)報(bào)的發(fā)布。那么，地震發(fā)生時(shí)是逃還是躲。多數(shù)專(zhuān)家認(rèn)為地震發(fā)生時(shí)，就地躲避是優(yōu)先選擇的方法，現(xiàn)在高樓大廈林立，對(duì)于上層居民12秒黃金時(shí)間不會(huì)允許我們做太多的事。驚慌亂逃可能只會(huì)帶來(lái)更大的傷害，因?yàn)槲覈?guó)的房屋基本全是磚石結(jié)構(gòu)，一斷落下被砸中帶來(lái)的傷害直接是破壞性的，在大災(zāi)難面前僥幸心理是不可取的。不要認(rèn)為房屋倒塌就是死路一條，室內(nèi)總會(huì)有物品的

11、支撐，廢墟中也會(huì)有一定的生存空間。而且現(xiàn)在救援工具比較先進(jìn)，像生命探測(cè)儀，可以準(zhǔn)確探測(cè)出生命跡象，救援部隊(duì)會(huì)快速反應(yīng)實(shí)施救援。因此，抗震課桌應(yīng)運(yùn)而生。采用簡(jiǎn)單的布局，牢固的結(jié)構(gòu)以求能支撐更重的重物。 1.2防震課桌的現(xiàn)狀由于我國(guó)幅員遼闊，地震多發(fā)于西部、北部地區(qū)。而且我國(guó)不像日本等國(guó)是地震災(zāi)害平凡的國(guó)家，所以抗震防范工作以前并不受到重視。但近幾年地震發(fā)生頻率明顯增高，尤其汶川地震的發(fā)生，給我們敲響了最深刻的警鐘。現(xiàn)在也有許多防震課桌專(zhuān)利的出現(xiàn)，但被配備使用的還是空白。雖然這些設(shè)計(jì)有創(chuàng)新，有突破，但一來(lái)一些設(shè)計(jì)一般結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且抗壓強(qiáng)度不夠，實(shí)用性不強(qiáng)；二來(lái)價(jià)格昂貴，不符合我國(guó)教育機(jī)構(gòu)配備的要求。

12、而新型防震課桌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，增加了一些螺栓結(jié)構(gòu)，且選材多為鋁合金、鋼材等常見(jiàn)且廉價(jià)的金屬材料，增大抗壓強(qiáng)度的同時(shí)也大大節(jié)約了開(kāi)支。第2章 原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)原理現(xiàn)階段地震的防范還停留在被動(dòng)防御的階段，因此抗震課桌的設(shè)計(jì)理念集中體現(xiàn)在建立多道抗震防線。一般建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力依賴于結(jié)構(gòu)各部分的吸能和耗能作用，在抗震結(jié)構(gòu)體系中，吸收和消耗地震輸入能量的各個(gè)部分稱(chēng)為抗震防線。如果抗震結(jié)構(gòu)體系中，部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞降低或喪失抗震能力，而其余部分結(jié)構(gòu)或部件能繼續(xù)抵抗地震作用，稱(chēng)之多道抗震防線。抗震安全桌的設(shè)計(jì)正是吸取了這種理念。 圖2.1 桌腿連接示意圖 如圖2.1所示，桌腿分為內(nèi)外兩層，可以自由活動(dòng)，由

13、于防震課桌采用鋼結(jié)構(gòu)，所以重量較重。分為兩部分方便拆卸與搬運(yùn)。采用M8的螺母將內(nèi)側(cè)腿頂在上方，內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿形成一個(gè)中空減震帶。下面再加兩根螺母，最底部使用谷糠等細(xì)小顆粒填充。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生，有建筑倒塌時(shí)，學(xué)生立即躲進(jìn)課桌下面，課桌與凳子形成一個(gè)相對(duì)封閉且牢固的空間?？梢杂行Х乐沟袈涞闹匚镌抑蓄^部，即使房屋倒塌也能阻止大塊雜物灌進(jìn)課桌底部，避免將學(xué)生直接掩埋。當(dāng)課桌受力內(nèi)側(cè)桌腿往下擠壓，由于掉落的重物一般為磚石結(jié)構(gòu)，沖擊力較大。內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿形成一個(gè)雙剪切，開(kāi)始剪切第一根螺母。接著第一根螺栓開(kāi)始受力。如果重物較輕可直接擋住此剪切，只會(huì)對(duì)桌面造成傷害。當(dāng)受力過(guò)大，第一平面4根螺栓全被剪切斷裂，這一過(guò)

14、程雖然迅速但仍可卸去一部分力并延長(zhǎng)了內(nèi)側(cè)腿對(duì)第二根螺栓的沖擊時(shí)間。當(dāng)?shù)诙菟ㄊ芰?，如果此時(shí)剩余的沖擊力仍然過(guò)大，由于第二個(gè)螺孔設(shè)計(jì)的比螺栓要大，內(nèi)側(cè)腿擠壓第二根螺栓一起開(kāi)始下滑，期間螺母與外側(cè)腿摩擦產(chǎn)生一個(gè)阻力減少接下來(lái)螺柱將要受到的剪切力。當(dāng)?shù)诙菟ㄈ匀槐患羟袛?，以此?lèi)推第三根螺栓開(kāi)始重復(fù)卸力，而且第三個(gè)螺孔比第二個(gè)螺孔更大一些，摩擦距離更長(zhǎng)，能承受的力也越大。當(dāng)?shù)谌菟〝嗔眩瑑?nèi)側(cè)腿擠壓細(xì)小顆粒做最后一次摩擦卸力。經(jīng)過(guò)重復(fù)卸力，避免倒塌物一次性壓垮課桌，保證學(xué)生生命安全，爭(zhēng)取到等待救援的時(shí)間。通過(guò)對(duì)課桌結(jié)構(gòu)的改良，材料的升級(jí)，實(shí)行精確的計(jì)算，使課桌也能成為“救命桌”。防震課桌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢

15、固、抗震防震，安全性、可靠性雙重保證。防震課桌主要采用多次減震的理念，使用套筒式桌腿的設(shè)計(jì)，將力轉(zhuǎn)移到螺母上，通過(guò)螺母與桌腿間的摩擦力來(lái)卸力，減少課桌所受沖擊；采用金屬結(jié)構(gòu)，比木質(zhì)結(jié)構(gòu)大大提高了抗壓強(qiáng)度，不會(huì)被大塊重物瞬間擊潰。2.2主要結(jié)構(gòu)尺寸抗震課桌主要適用人群自然為在校學(xué)生，課桌作為學(xué)習(xí)工具自然要具有舒適性，或高或矮都會(huì)影響學(xué)生的正常使用，影響學(xué)習(xí)效率。中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局出臺(tái)的學(xué)校課桌椅功能尺寸標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 3976-2002）文件對(duì)課桌椅的功能尺寸做出了明確的規(guī)定。因此課桌椅的功能尺寸問(wèn)題也越來(lái)越多地被重視，有的地方甚至規(guī)定定期測(cè)量學(xué)生身高，并按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定調(diào)整課桌椅

16、的高度，每套課桌椅上還配有學(xué)生身高和課桌椅高度的銘牌。但是有的地方由于資源所限或不夠重視，沒(méi)有能力按標(biāo)準(zhǔn)配備課桌椅，也沒(méi)按學(xué)生身高適時(shí)調(diào)整課桌椅的高度。學(xué)生長(zhǎng)期使用不標(biāo)準(zhǔn)的課桌椅會(huì)產(chǎn)生各種各樣的危害。學(xué)生生活的大部分時(shí)間是在書(shū)桌椅前度過(guò)的，并且一個(gè)班的學(xué)生身高差別比較大，體重也各不相同。有些課桌設(shè)計(jì)者作出創(chuàng)新，在桌子下面的空間做各種結(jié)構(gòu)，這樣壓縮了空間，學(xué)生的腳很難放入，而且經(jīng)常會(huì)撞到膝蓋，并且學(xué)生每天坐在課桌前的學(xué)習(xí)時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)學(xué)生又處于身體發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，坐姿不協(xié)調(diào)輕者會(huì)引起脖頸酸痛，頭腦發(fā)昏，久視后視物模糊，四肢無(wú)力，疲勞困乏等癥狀，重者引起近視、駝背、腦血管痙攣及脊柱彎曲異常等疾病，脊

17、柱彎曲異常又會(huì)影響心肺血液循環(huán)、呼吸和消化功能，使肺活量減少，將極大影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在其心理上投下陰影，若長(zhǎng)期處于頸部過(guò)度前傾不良姿勢(shì)，頸肌可因負(fù)荷過(guò)重而出現(xiàn)勞損，引起頸肌緊張綜合癥甚至患頸椎病的危險(xiǎn)性增高。抗震課桌旨在地震發(fā)生時(shí)作為“救命桌”，但更多時(shí)候還是學(xué)習(xí)工具。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 39762002規(guī)定了不同身高學(xué)生使用的課桌椅十種型號(hào)。這里選擇表一、表二中6號(hào)尺寸作為被設(shè)計(jì)課桌尺寸。表一：中小學(xué)校課桌椅各型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)身高、身高范圍表項(xiàng)目1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)5號(hào)6號(hào)7號(hào)8號(hào)9號(hào)10號(hào)桌面高760730700670640610580550520490座面高4404204003803603403

18、20300290270標(biāo)準(zhǔn)身高180.0172.5165.0157.5150.0142.5135.0127.5120.0112.5學(xué)生身高范圍173165179158172150164143157135149128142120134113127119依據(jù)學(xué)校課桌椅功能尺寸標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 3976-2002）文件對(duì)6號(hào)課桌的標(biāo)準(zhǔn)，要求桌面凈高610mm，學(xué)生使用身高范圍為135149mm，平均身高為142.5mm。 表二： 各型號(hào)課桌椅的其它功能尺寸課桌尺寸名稱(chēng)1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)5號(hào)6號(hào)7號(hào)8號(hào)9號(hào)10號(hào)桌下凈空高1（h2）630600570550520490460430400370桌下凈空高2（

19、h3）490460430400370340310280250220桌面深、桌下凈空深1（t1）400桌下凈空深2（t2）250桌下凈空深3（t3）330桌面寬（b1）單人用600，雙人用1200桌下凈空寬（b2）單人用440，雙人用1040選擇桌面凈高為610，桌下凈空高490；桌面長(zhǎng)600，寬400，做單人用課桌，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。如圖2.2.1,2.2.2所示。圖2.2.1組裝俯視圖 圖2.2.2組裝主視圖課桌主要結(jié)構(gòu)： 1、課桌箱體結(jié)構(gòu)。由上端面，后端面，2個(gè)側(cè)面和下底板5部分焊接組成。 2、固定螺栓。使用M1030的沉頭螺栓，共4個(gè)。 3、課桌內(nèi)側(cè)腿。共4個(gè)，頂端鉸深度為30的螺紋孔。 4

20、、桌寸。有長(zhǎng)短兩種，每樣2個(gè)。 5、課桌外側(cè)腿。內(nèi)部鏤空一部分，并鉸透3個(gè)螺紋孔，共4個(gè)。 6、抗震螺栓。每根桌腿裝3個(gè)，主要減震結(jié)構(gòu)，帶螺帽，共12個(gè)。2.3材料選擇材料的性能主要包括使用性能和工業(yè)性能。使用性能是指材料為保證零件能正常工作和有一定工作壽命而應(yīng)具備的性能，包括物理性能、力學(xué)性能、化學(xué)性能。工藝性能是指材料為保證零件的加工過(guò)程能順利進(jìn)行應(yīng)具備的性能，包括焊接性能、鑄造性能、切削加工性能和熱處理工藝性能等。2.3.1箱體結(jié)構(gòu)的材料選擇所謂箱體結(jié)構(gòu)就是課桌上端面、下端面、后端面和兩個(gè)側(cè)面組成的半封閉空間，對(duì)于課桌來(lái)說(shuō)是學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中主要的使用部分，是最易腐蝕生銹的部位?？紤]到整個(gè)

21、桌子的使用材料，全部使用鋼才勢(shì)必會(huì)使整個(gè)桌子過(guò)于笨重。對(duì)于箱體部分選用的金屬材質(zhì)應(yīng)該具備密度小，耐腐蝕等特點(diǎn)。日常生活中一般所用的耐腐蝕金屬為不銹鋼和鋁合金。然而不銹鋼材質(zhì)密度比鋁合金要大，易反射光線，造成光污染。所以選用鋁合金作為箱體結(jié)構(gòu)的制作材料。將某些合金元素適量的加入純鋁中，并進(jìn)行熱處理或冷變形加工，可大大增強(qiáng)其力學(xué)性能，其強(qiáng)度甚至可以達(dá)到鋼的強(qiáng)度指標(biāo)。鋁合金分為鑄造鋁合金，鑄造鋁合金合金元素含量多，具有共晶組織，合金熔化溫度低，流動(dòng)性好，適于鑄造；變形鋁合金，合金塑性好，適宜壓力加工。變形鋁合金按其性能和使用特點(diǎn)的不同，可分為防銹鋁、硬鋁、超硬鋁、和鍛鋁四大類(lèi)。防銹鋁合金主要特點(diǎn)是焊

22、接性、塑性、耐腐蝕性好，不可進(jìn)行熱處理；硬鋁合金的硬度較強(qiáng)，最高可達(dá)420MPa,與鋼的強(qiáng)度差不多；超硬鋁合金經(jīng)時(shí)效處理后的強(qiáng)度可高達(dá)680MPa；鍛鋁合金有優(yōu)良的熱塑性，熱加工性、鑄造性和耐腐蝕性較好，力學(xué)性能與硬鋁相當(dāng)?？紤]使用與加工工藝這里選用硬鋁合金。2.3.2螺栓材料的選擇 圖2.3.2.1 沉頭螺栓 圖2.3.2.2 普通螺絲如圖2.3.2.1和圖2.3.2.2所示為抗震課桌中使用的螺絲類(lèi)型?？拐鹫n桌中螺栓作為主要抗震部位，應(yīng)選用強(qiáng)度較高的材料。這里選用合金調(diào)質(zhì)鋼。合金調(diào)質(zhì)鋼具有強(qiáng)而韌的良好綜合力學(xué)性能，是承受較復(fù)雜、多重工作載荷零件的合適材料，常用于制造能承受較大負(fù)荷，同時(shí)還承受

23、一定沖擊的機(jī)械零件，如機(jī)床主軸、齒輪、柴油機(jī)連桿螺栓等。調(diào)質(zhì)鋼淬透時(shí)其屈服強(qiáng)度可達(dá)800MPa以上，合金調(diào)質(zhì)鋼按按淬透性可分為三類(lèi)：低淬透性調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)制后具有較好的力學(xué)性能及工藝性能，多用于制造尺寸小較重要的零件；中淬透性調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)制后具有較好的綜合力學(xué)性能，多用于制造截面尺寸較大、載荷較大的調(diào)制零件；高淬透性調(diào)質(zhì)鋼，調(diào)制后綜合力學(xué)性能有更大的提高，多用于制作大型齒輪和軸類(lèi)零件。這里選用中淬透性調(diào)質(zhì)鋼中內(nèi)的40CrMn鋼種。2.3.3內(nèi)側(cè)腿與外側(cè)腿的材料選擇 圖2.3.3.1桌腿連接示意圖如圖2.3.3.1為桌腿連接示意圖，為保證內(nèi)側(cè)腿受到?jīng)_擊時(shí)不會(huì)發(fā)生彎曲失穩(wěn)，其材料強(qiáng)度要求相對(duì)也要求較高。

24、由于桌腿所用材料較多，所以不適合用一些貴重的金屬材料。推薦使用45號(hào)鋼。45號(hào)鋼作為常用中碳調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。一般用于制造齒輪、齒條、軸、鍵、銷(xiāo)、壓縮機(jī)及泵的零件，還可代替滲碳鋼做軸、齒輪、活塞銷(xiāo)等。該鋼冷塑性一般，退火、正火比調(diào)質(zhì)時(shí)要稍好，具有較高的強(qiáng)度和較好的切削加工性，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚硪院罂色@得一定的韌性、塑性和耐磨性，材料來(lái)源方便。適合于氫焊和氬弧焊，不太適合于氣焊。焊前需預(yù)熱，焊后應(yīng)進(jìn)行去應(yīng)力退火。正火可改善硬度小于160HBS毛坯的切削性能。該鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，其綜合力學(xué)性能要優(yōu)化于其他中碳結(jié)構(gòu)鋼，但該鋼淬透性較低，水中臨界淬透直徑為1217mm，水淬時(shí)有開(kāi)裂傾向。當(dāng)直徑大于80mm時(shí)，經(jīng)調(diào)

25、質(zhì)或正火后，其力學(xué)性能相近，對(duì)中、小型模具零件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理后可獲得較高的強(qiáng)度和韌性，而大型零件，則以正火處理為宜，所以，此鋼通常在調(diào)質(zhì)或正火狀態(tài)下使用。2.3.4桌寸的選材 圖2.3.4.1 桌寸一 圖2.3.4.2 桌寸二如圖2.3.4.1和圖2.3.4.2所示，兩個(gè)桌寸只存在長(zhǎng)度尺寸的差別。對(duì)于兩組支架，起到一個(gè)輔助支撐固定和阻擋重物的作用，強(qiáng)度要求不用太高，市場(chǎng)上最便宜的鋼材為Q235，所以選用此種鋼材。按GB/T700-2006的規(guī)定，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)表示方法是由代表屈服強(qiáng)度的“屈”字的漢語(yǔ)拼音首位字母“Q”開(kāi)頭，后跟最低屈服強(qiáng)度值（MPa）。Q235表示其屈服強(qiáng)度為235MPa,

26、雖然此鋼質(zhì)量和性能不高，但其冶煉方法簡(jiǎn)單、工藝性號(hào)、價(jià)格低廉，性能能滿足一般工程結(jié)構(gòu)件及普通零件的要求。第3章 分析計(jì)算3.1主要抗震帶的計(jì)算 材料力學(xué)的定義很清楚：“剪切”是在一對(duì)（1）相距很近、（2）大小相同、（3）指向相反的橫向外力（即平行于作用面的力）作用下，材料的橫截面沿該外力作用方向發(fā)生的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)變形現(xiàn)象。能夠使材料產(chǎn)生剪切變形的力稱(chēng)為剪力或剪切力。發(fā)生剪切變形的截面稱(chēng)為剪切面。判斷是否“剪切”的關(guān)鍵是材料的橫截面是否發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。因此，菜刀切菜不是剪切現(xiàn)象（因蔬菜的橫截面沒(méi)有發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)），而用剪刀剪指甲則是（指甲的橫截面發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。注：用指甲剪剪指甲不是一種剪切現(xiàn)象，雖然它同

27、樣能把指甲剪下來(lái)。它屬于擠壓變形）。至于“剪切力”的來(lái)源，當(dāng)然是壓力造成的。也可以說(shuō)，剪切力是一種特殊形式的壓力。如上圖所示，桌腿處三枚螺栓作為主要減震結(jié)構(gòu)，當(dāng)螺栓由于強(qiáng)度不足會(huì)被壓潰失效，這里主要討論三枚螺栓能承受最大的切應(yīng)力。 由表1-4可知，螺栓的許用安全系數(shù)隨直徑減小而增大。尺寸小的螺栓，在扳緊時(shí)容易過(guò)載而損壞，為了安全起見(jiàn)，把許用安全系數(shù)定的高些，許用應(yīng)力取得低些。設(shè)計(jì)時(shí)由于直徑d和許用應(yīng)力都是未知數(shù)，需要用試算法，即先設(shè)定一公稱(chēng)直徑d,查出許用安全系數(shù)S和求得許用應(yīng)力后進(jìn)行試算，直到算出直徑與假定的相符為止。 假定螺栓公稱(chēng)直徑為8，螺栓與內(nèi)側(cè)腿為緊密連接，40CrMn為合金鋼。由表

28、可得許用安全系數(shù)S靜載是為5.3，變載時(shí)為7。當(dāng)恰好剪切斷一根螺栓的力。如圖3.1.1所示當(dāng)重物落下對(duì)桌面施加力，內(nèi)側(cè)腿跟著沖擊第一根螺栓。形成一個(gè)雙剪切。 圖3.1.1螺栓受力分析圖由 Fs=F/2，得 F=2Fs=2A。Fs為螺栓所能承受的極限應(yīng)力。為螺栓的極限許用切應(yīng)力。A為所切橫截面的面積。F為所受力的總和。又 為許用應(yīng)力。為強(qiáng)度極限，作為構(gòu)件工作應(yīng)力的最高限度。為安全因數(shù)。 由材料力學(xué)P26表2.1幾種常用材料的主要性能知45號(hào)合金鋼=835MPa，由表1-4得安全系數(shù) =7即 =835/7120MPa F=212012KN由動(dòng)能守恒定律，得m為掉落重物質(zhì)量。g為自由落體加速度。h為

29、重物掉落的高度。V為重物與桌子接觸瞬間的速度。設(shè)h為2.5m,g取9.8N/Kg，則v=7m/s。由動(dòng)量守恒定律 F為螺栓的允許極限應(yīng)力。t為為重物接觸到桌面到內(nèi)側(cè)腿沖擊第一根螺栓斷裂之間的時(shí)間。為重物質(zhì)量，為重物質(zhì)量。為接觸瞬間，重物所攜帶的速度。為假設(shè)靜止速度，即為0。設(shè)接觸時(shí)間t=0.1s, =4Ft/v=12KN0.1S7m/s170Kg所以一根螺柱能承受大約170千克的重物從2.5m高空下落的沖擊，根據(jù)受力分析同一平面共有4根螺柱，所以總共能承受大約1704=680Kg重物的沖擊。當(dāng)恰好剪切斷兩根螺栓的力。當(dāng)重物大于680Kg時(shí)，第一根螺栓瞬間被剪切斷，接下來(lái)內(nèi)側(cè)腿開(kāi)始沖擊第二根螺栓

30、。假設(shè)下面的螺栓螺栓剛好斷裂，則重物的沖擊力應(yīng)該大于等于8F，至少為96KN.即 F=96KN由動(dòng)能守恒定律，得m為掉落重物質(zhì)量。g為自由落體加速度。h為重物掉落的高度。V為重物與桌子接觸瞬間的速度。設(shè)h為2.5m,g取9.8N/Kg，則v=7m/s。 由動(dòng)量守恒定律 F為8根螺栓的允許極限應(yīng)力。t為重物接觸到桌面到內(nèi)側(cè)腿沖擊第二根螺栓斷裂之間的時(shí)間。=m為重物的質(zhì)量。為接觸桌面瞬間，重物所攜帶的速度。為假設(shè)靜止速度，即為0。設(shè)接觸時(shí)間t=0.2s, =8Ft/v=96KN0.2S7m/s2700Kg所以當(dāng)重物質(zhì)量大于27000Kg時(shí)，才可能剪切斷第二平面的螺栓。當(dāng)恰好剪切斷第三根螺栓的力。當(dāng)

31、重物遠(yuǎn)大于27000Kg時(shí)，第一、二根螺母起到一個(gè)緩沖的作用，與第三根螺柱接觸時(shí)間變長(zhǎng)。第三根螺栓斷裂，所承受的力至少為12F=144KN由動(dòng)能守恒定律，得m為掉落重物質(zhì)量。g為自由落體加速度。h為重物掉落的高度。V為重物與桌子接觸瞬間的速度。設(shè)h為2.5m,g取9.8N/Kg，則v=7m/s。由動(dòng)量守恒定律 F為12根螺栓的允許極限應(yīng)力。t為重物接觸到桌面到內(nèi)側(cè)腿沖擊第三根螺栓斷裂之間的時(shí)間。=m為重物的質(zhì)量。為接觸桌面瞬間，重物所攜帶的速度。為假設(shè)靜止速度，即為0。設(shè)接觸時(shí)間t=0.3s, =12Ft/v=144KN0.3S7m/s6000Kg因此當(dāng)接觸到第三平面上，12根螺母能承受的力大

32、約有6000Kg的重物.所以此抗震課桌的承受范圍在680Kg到6000Kg的重物的從2.5M高度落下的沖擊。3.2內(nèi)側(cè)腿受力后穩(wěn)定的分析 在工程結(jié)構(gòu)中，受壓桿件如果比較細(xì)長(zhǎng)，受力達(dá)到一定的數(shù)值(這時(shí)一般未達(dá)到強(qiáng)度破壞)時(shí)，桿件突然發(fā)生彎曲，以致引起整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞，這種現(xiàn)象稱(chēng)為失穩(wěn)。臨界力的計(jì)算公式為：影響臨界力的因素：（1）壓桿的材料。（2）壓桿的截面形狀與大小。（3）壓桿的長(zhǎng)度。（4）壓桿的支承情況。 圖3.2.1桌腿受力分析圖如圖3.2.1所示，當(dāng)桌腿受到重物向下的壓力時(shí)，底面會(huì)受到反作用力，兩個(gè)力擠壓桌腿，可能造成彎曲失穩(wěn)。不同支座情況下臨界力的計(jì)算公式為：，為壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度,為長(zhǎng)度系數(shù)

33、, E為材料的彈性模量 ， I為截面的最小慣性矩。（1） 當(dāng)柱的一端固定一端自由時(shí)，l=2l;=2。（2）兩端固定時(shí)，l=0.5l;=0.5。 （3）一端固定一端鉸支時(shí)，l=0.7l；=0.7。（4）兩端鉸支時(shí)，l=l，=1。眾所周知長(zhǎng)細(xì)比=l/i,長(zhǎng)細(xì)比A是影響臨界力的綜合因素。當(dāng)構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大時(shí)，常常會(huì)發(fā)生失穩(wěn)破壞。此處討論內(nèi)側(cè)腿再受力沖擊時(shí)，是否會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。由于內(nèi)側(cè)腿一端固定一端自由，所以=2。取長(zhǎng)度為0.3m。45號(hào)鋼的彈性模量E取21010Pa;由于內(nèi)側(cè)腿為矩形，所以先求對(duì)y軸的慣性矩。取平行于y軸的狹長(zhǎng)條件作為微面積dA。則 dA=bdz I=用完全相似的方法可求得I=b為桌腿寬度

34、0.04m，h為桌腿長(zhǎng)度為0.3m。可以求得 I=0.040.30.30.3/12=910m所以 =510N由G=mg，得 m=G/gG為重物落下動(dòng)能，設(shè)F=G，則 m=510/10=5kg因此此桌腿至少能承受50000Kg的重物而不會(huì)失穩(wěn)，結(jié)合對(duì)減震帶的計(jì)算，所以此課桌的桌腿在沖擊斷所有螺栓后任然不會(huì)失穩(wěn)。所以針對(duì)此結(jié)果，我們也可以對(duì)螺栓的選材作出改進(jìn)，如果想要更輕便的課桌，允許選取彈性模量更小的材料，由公式可知F與彈性模量成正比。這里就不一一討論。第4章 有限元分析4.1有限元分析簡(jiǎn)介現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)方面的應(yīng)用越來(lái)越多，比如CAD（計(jì)算機(jī)

35、輔助設(shè)計(jì)）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、CAE（計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程）。而有限元分析就是利用計(jì)算機(jī)軟件，如ANSYS，利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)載荷工況進(jìn)行模擬，用有限數(shù)量的未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。ANSYS是美國(guó)ANSYS公司開(kāi)發(fā)的商業(yè)軟件，是現(xiàn)階段比較權(quán)威的有限元分析軟件，能與多數(shù)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)接，數(shù)據(jù)互通，如PRO/E、AutoCAD。ANSYS分析過(guò)程中包含三個(gè)主要的步驟。1 創(chuàng)建有限元模型（1）創(chuàng)建或讀入幾何模。（2）定義材料屬性。（3）劃分網(wǎng)格、節(jié)點(diǎn)及單元。2 施加載荷并求解（1）施加載荷及載荷選項(xiàng)，設(shè)定約束條件。（2）求解。3 查看結(jié)果（1）查看分析結(jié)果。（2） 檢驗(yàn)結(jié)果。4

36、.2有限元分析1、 問(wèn)題描述。如圖所示課桌放在地面上，當(dāng)受到重物沖擊時(shí)，確定桌面的變形量。圖中參數(shù)如下，質(zhì)量密度2.7g/cm 屈服強(qiáng)度207MPa 極限拉伸強(qiáng)度345MPa 楊氏模量210GPa 泊松比0.3 切變模量80GPa2、 創(chuàng)建分析模型。打開(kāi)ANSYS，新建路徑進(jìn)入ANSYS。定義單元類(lèi)型。單元的選用原則（1）盡量選用維數(shù)低的單元去獲得預(yù)期的結(jié)果，做到能選擇點(diǎn)而不選擇線，能選擇線而不選擇平面，能選擇平面而不選擇殼，能選擇殼而不選擇三維實(shí)體。 （2）對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)考慮建立兩個(gè)或者更多的不同復(fù)雜程度的模型。（3）為了保證單元之間的協(xié)調(diào)性，注意盡量在有限元模型中避免產(chǎn)生不必要的不同單

37、元的連接，保證自由度的相容性，通常選用一種單元類(lèi)型來(lái)產(chǎn)生一個(gè)有限元模型。（4）如果在由于幾何、材料、載荷或分析結(jié)果要求考慮的細(xì)節(jié)等原因造成無(wú)法采用更簡(jiǎn)單單元進(jìn)行建模的結(jié)構(gòu)時(shí)候，可考慮實(shí)體單元。定義桌面為CONTA173。定義材料屬性。在彈出的彈出的定義材料屬性的對(duì)話框中，輸入各項(xiàng)性能參數(shù)。質(zhì)量密度a0.3，切變模量80GPa。建立有限元模型。3、 加載與求解。施加約束。施加作用力130KN。施加載荷0.5MPa.求解。4、 結(jié)果。桌面的變形情況。 應(yīng)力云圖4.3結(jié)果分析及結(jié)論 從位移云圖和應(yīng)力云圖中可知，紅色的部分處表示的是最大位移和最大應(yīng)力，在藍(lán)色的部分處表示的是最小應(yīng)力。從云圖中可以讀出：最大位移為：13.65mm。最大應(yīng)力為：732.1MPa。最小應(yīng)力為：-114.4MPa。分析可知，箱體空間為100mm,最大位移為13.65mm，因此該設(shè)計(jì)桌面符合要求。第五章 總結(jié)體會(huì)5.1本設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn) 與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)型產(chǎn)品相比，本設(shè)計(jì)中研究設(shè)計(jì)的防震課桌勝在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，方便工廠加工制造，使用中拆卸與組裝；連接緊固，課桌更加牢靠，能承受更高強(qiáng)度的