学生课桌自紧式挂钩

主持：乐羊羊

设计者

葛沅翰，柳州市景行小学五年级学生，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

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。

我曾经买粘钩粘贴在学校课桌上，用来挂书包。但粘钩会勾住路过同学的衣服，还会损坏书桌，于是我想设计一款适用于学生书桌的便携式挂钩。

一、设计思路

（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。

（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。

（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，对挂钩进行了如圖3的优化设计：

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

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。

三、性能测试

（一）学习场景的应用测试

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。

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。

四、进一步优化改进

（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）。

五、创新点

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。

/栏目责编：周伟琳/