多功能式行李箱的設(shè)計(jì)

高天禹 景傲磊 胡沛鍇 馬克寧

摘要：為了實(shí)現(xiàn)既可以拉行又可以滑行的行李箱并且爬樓梯時(shí)拉桿可進(jìn)行一定角度的旋轉(zhuǎn)，在樓梯之間進(jìn)行搬運(yùn)時(shí)可依靠背部的履帶進(jìn)行爬坡的功能，本文將行李箱與滑板車相結(jié)合，又在行李箱背面添加了滑動履帶，同時(shí)把行李箱的拉桿設(shè)計(jì)成可傾斜式以此來使人們登梯時(shí)減少人力的輸出。

Abstract： In order to realize a suitcase that can both pull and slide， and when the stairs are climbed， the lever can be rotated at a certain angle， when moving between stairs， it can rely on crawlers on the back to climb， this article combines the trunk with the scooter and adds a sliding track on the back of the suitcase. At the same time， the tie rod of the suitcase is designed to be tilted so as to reduce people's output when climbing the ladder.

關(guān)鍵詞：便攜助力；滑動履帶；滑板車

Key words： portable assist；sliding track；scooter

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）27-0127-03

0 引言

隨著現(xiàn)代出行人數(shù)的增多，行李箱使用日益頻繁，然而現(xiàn)代市場上人們在機(jī)場、火車站、商場等地點(diǎn)使用的行李箱都是傳統(tǒng)的行李箱。其外觀單調(diào)、功能單一，既沒有助力系統(tǒng)，還存在眾多的功能缺陷，尤其是面對樓梯時(shí)，旅行或外出人員會遇到一個(gè)非常棘手的問題：即只能手提笨重的行李箱走上臺階。很大程度上增大了出行人員的勞動強(qiáng)度，從另一方面講依舊是增大了行李箱的磨損程度，降低了出行效率。目前，全國行李箱生產(chǎn)的數(shù)量基本能滿足市場的需求，但行李箱品種更新?lián)Q代快，一些式樣精美、功能齊全、符合時(shí)代潮流的行李箱生產(chǎn)供應(yīng)仍然不足。一些技術(shù)含量高的行李箱在市場上還比較緊俏，隨著人們生活水平的提高，對行李箱的要求也越來越高。現(xiàn)有行李箱存在自重過大、安全性差、形色過于相似、不夠省力而且拉動過程中噪音過大等缺點(diǎn)。

鑒于上述問題，本文針對性地設(shè)計(jì)了一款使用方便靈活、可控性強(qiáng)、效率高的能夠幫助出行人員節(jié)省勞動力的多功能式行李箱。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到現(xiàn)有產(chǎn)品的不足，例如行李箱不夠省力、自重過大等，進(jìn)行有針對性的進(jìn)行設(shè)計(jì)一款外觀新穎高品質(zhì)但不另類的行李箱，注重其功能設(shè)計(jì)，可側(cè)重于學(xué)生以及需要經(jīng)常出差人士的使用要求。該產(chǎn)品首次將滑板車機(jī)構(gòu)和行李箱巧妙地結(jié)合在一起，其中可傾斜拉桿的設(shè)計(jì)可以滿足不同身高的出行人員在面對不同傾角的樓梯時(shí)可以實(shí)現(xiàn)助力爬梯。它能動態(tài)、靈活、方便地應(yīng)用于各種交通運(yùn)輸站，很大程度上提高了人們出行的效率，既節(jié)約時(shí)間，又節(jié)省力氣，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。該多功能式行李箱能適用于各大商場、火車站、機(jī)場、地鐵站、高鐵站，具有很強(qiáng)的推廣性和應(yīng)用價(jià)值，能夠滿足旅行人士的各項(xiàng)需求，相信多功能式行李箱的市場前景將會非常廣闊。

1 設(shè)計(jì)原理

多功能式行李箱的主體結(jié)構(gòu)由滑輪機(jī)構(gòu)、傾斜拉桿、滑動履帶、箱體、滑板機(jī)構(gòu)等裝置組成。其中滑輪采用的是單向輪，傾斜拉桿為可進(jìn)行一定角度傾斜的自由活動拉桿，滑動履帶由履帶架、驅(qū)動鏈輪組成。為了實(shí)現(xiàn)多功能式行李箱多功能運(yùn)輸，我們將行李箱與滑板車相結(jié)合，又在行李箱背面添加了滑動履帶。既減小了勞動強(qiáng)度以及磨損程度，又提高了工作效率。為了達(dá)到行李箱與滑板車一體化的理想目標(biāo)，我們決定設(shè)計(jì)出一種可進(jìn)行九十度旋轉(zhuǎn)并可鑲嵌在行李箱外部的輕板。至于滑動履帶的設(shè)計(jì)，我們采用雙凸起軌道方式，類似于坦克在較復(fù)雜的地形時(shí)能如履平地。如圖1所示為行李箱的整體外觀。

2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 履帶的結(jié)構(gòu)及其工作原理 如圖2所示為多功能行李箱的履帶。它主要由主動輪驅(qū)動、圍繞著主動輪、負(fù)重輪、誘導(dǎo)輪和托帶輪的柔性鏈環(huán)構(gòu)成。履帶由履帶板和履帶銷等組成。履帶銷將各履帶板連接起來構(gòu)成履帶鏈環(huán)。履帶板的兩端有孔，與主動輪嚙合，中部有誘導(dǎo)齒，用來規(guī)正履帶，在與地面接觸的一面有加強(qiáng)防滑筋（簡稱花紋），以提高履帶板的堅(jiān)固性和履帶與地面的附著力。

由此傳動原理即可實(shí)現(xiàn)多功能式行李箱在上下樓梯時(shí)，依靠抗阻履帶的滑動來實(shí)現(xiàn)助力過程。通過與樓梯之間的摩擦帶動輪的轉(zhuǎn)動，從而使履帶進(jìn)行滑動。履帶機(jī)構(gòu)擁有較好的抓地性能、良好的附著力、較低的接地壓力以及較小的滾動阻力等優(yōu)點(diǎn)，符合設(shè)計(jì)要求。傳統(tǒng)履帶機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)有履帶、驅(qū)動輪、支撐輪、引導(dǎo)輪和張緊裝置組成，設(shè)計(jì)中該履帶機(jī)構(gòu)為輔助機(jī)構(gòu)，主要靠摩擦力進(jìn)行運(yùn)動，機(jī)構(gòu)中每個(gè)輪的作用受力基本一致。

2.2 滑板車機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3所示為多功能行李箱的滑板車機(jī)構(gòu)。此滑板車機(jī)構(gòu)是由腳踏板、后輪胎部分、箱體提手、小輪胎部分以及把手和把手架等構(gòu)件組成。普通行李箱的拉桿擴(kuò)大詮釋成滑板車，滑板車的輪子也理所當(dāng)然成為行李箱滑輪，使得行李箱既可以滑行，又可以拉行。

2.3 拉桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖4所示為多功能行李箱的拉桿機(jī)構(gòu)。該拉桿結(jié)構(gòu)構(gòu)造很有特點(diǎn)，并不像傳統(tǒng)行李箱拉桿只能豎直方向拉動，而是延續(xù)了傳統(tǒng)拉伸機(jī)構(gòu)，末尾處加入旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，從而可以傾斜一定角度，來適合用戶最舒適的角度。特別是轉(zhuǎn)彎時(shí)，可以節(jié)省大部分力。

3 設(shè)計(jì)

3.1 技術(shù)參數(shù) 行李箱以PC為主要材料， 24英寸，箱體尺寸610mm*420mm*250mm，產(chǎn)品總尺寸675mm*450mm*

280mm（包含輪子、提手及側(cè)站腳的尺寸），產(chǎn)品凈重量約5.2kg，容量60.0L。其他機(jī)構(gòu)主要參數(shù)如表1所示。

3.2 履帶驅(qū)動輪的強(qiáng)度計(jì)算校核

對于履帶行走機(jī)構(gòu)的抓地性能要求良好的附著力，較低的接地壓力，較小的滾動阻力，其結(jié)構(gòu)有履帶、驅(qū)動輪、支撐輪、引導(dǎo)輪和張緊裝置。傳統(tǒng)履帶機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)有履帶、驅(qū)動輪、支撐輪、引導(dǎo)輪和張緊裝置組成，設(shè)計(jì)中該履帶機(jī)構(gòu)為輔助機(jī)構(gòu)，主要靠摩擦力進(jìn)行運(yùn)動，機(jī)構(gòu)中每個(gè)輪的作用受力基本一致，此時(shí)驅(qū)動輪與履帶嚙合，通過履帶接地，所以可認(rèn)為受到的彎矩來源于履帶張緊力作用，受力很小可忽略，只需計(jì)算校核接觸應(yīng)力。

齒面的擠壓應(yīng)力：

由以上公式進(jìn)行校核，強(qiáng)度滿足要求。

3.3 行李箱爬梯過程省去的力

3.4 拉桿材料的選取

查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（GB1T699-1999），選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼40鋼作為桿件。

為滿足輕巧原則，桿件材料為空心，壁厚2mm。

由桿件軸力圖（圖5）可知，受力拉桿上各截面上的軸力相同。則其橫截面積為：

則危險(xiǎn)截面上的最大正壓力為：

由以上公式進(jìn)行校核，經(jīng)校核后滿足使用要求。

3.5 行李箱爬梯過程的工作效率

4 創(chuàng)新點(diǎn)

①設(shè)計(jì)新穎：滑輪機(jī)構(gòu)——首次將滑板車和行李箱融合在一起，滑板車車輪成為行李箱輪，使得行李箱既可以滑行，又可以拉行，可以讓旅途人員方便拉動行李箱出行，達(dá)到省時(shí)和省力的目的。②適應(yīng)性強(qiáng)：可傾斜拉桿——行李拉桿擴(kuò)大成滑板車車把，可以傾斜拉動以適應(yīng)多角度臺階，使得不同身高的人員方便控制行李箱運(yùn)動方向。③機(jī)構(gòu)創(chuàng)新：滑動履帶——行李箱背面設(shè)有可以滑動的履帶，上下樓梯時(shí)，通過與樓梯之間的摩擦帶動輪的轉(zhuǎn)動，從而使履帶進(jìn)行滑動。抗阻履帶滑動，依靠抗阻履帶的滑動來實(shí)現(xiàn)助力過程，分擔(dān)拉行李重量，方便行李運(yùn)送。

5 結(jié)束語

多功能式行李箱是一種能方便行李運(yùn)送的載運(yùn)工具，它擁有爬梯功能可以應(yīng)用于公共交通的地點(diǎn)。它同時(shí)擁有助力系統(tǒng)，提高了運(yùn)貨效率，減少了勞動強(qiáng)度，還設(shè)有拉桿，因此可控性更高。目前市場上現(xiàn)有的行李箱還沒有爬梯助力功能。在未來的設(shè)計(jì)中，行李箱的設(shè)計(jì)將會朝著使用更輕便、內(nèi)部結(jié)構(gòu)區(qū)分更合理、自重更輕、安全系數(shù)更高的方向發(fā)展，針對不同的使用人群、不同的使用環(huán)境設(shè)計(jì)更方便的行李箱。

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