自動(dòng)緊固式滑輪自行車的設(shè)計(jì)

陸友鵬 陸榮鑑 張建紅 姜海林

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技文化水平的提高，電動(dòng)汽車和汽車行業(yè)吸引了越來(lái)越多的人的注意力。[1]但是，我們可以感受到，自行車仍然是所有交通工具中最常用和最受歡迎的交通工具，特別是在倡導(dǎo)綠色環(huán)保的社會(huì)背景下，自行車逐漸延伸到民族體育項(xiàng)目事業(yè)中。本文根據(jù)滑輪自行車的設(shè)計(jì)要求、步驟和安全性能要求等幾個(gè)方面，探討設(shè)計(jì)了新型配有自動(dòng)緊固式鞋帶的滑輪自行車，該滑輪自行車將滑輪自行車與輪滑鞋創(chuàng)新性地結(jié)合，具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性、操作方便、安全可靠、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。[2]

關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué);滑輪車;機(jī)械設(shè)計(jì);自動(dòng)緊固式鞋帶

0 引言

如今，環(huán)境問(wèn)題成為世界熱點(diǎn)，這是一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題，必須得到每個(gè)國(guó)家和每個(gè)人的關(guān)注。[3]中國(guó)在環(huán)境問(wèn)題上投入了大量的人力、物力和財(cái)力，對(duì)環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注度排名世界前列，環(huán)境保護(hù)工作是新時(shí)代的重點(diǎn)項(xiàng)目。自行車是公認(rèn)的綠色出行工具，新型自行車的出現(xiàn)可以提高人們出行所用交通工具的轉(zhuǎn)換，減少機(jī)動(dòng)車和其他污染環(huán)境的交通工具的使用，促進(jìn)節(jié)能減排。

國(guó)外有許多類型的滑輪自行車，被廣泛使用。在發(fā)達(dá)國(guó)家，隨著工業(yè)水平和機(jī)械化程度不斷提高，自行車設(shè)備不斷更新，但仍不能完全代替滑板自行車等有效而簡(jiǎn)單的自行車設(shè)備，人們對(duì)更富有高科技的自行車的期望也越來(lái)越大。[4]科技改變世界，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代需要更多的科技產(chǎn)品來(lái)填補(bǔ)，而滑輪自行車行業(yè)就是其中之一。

為了進(jìn)一步增強(qiáng)滑輪自行車的新穎性和便攜性。本文中設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)緊固式滑輪自行車，創(chuàng)新性地將滑輪自行車與輪滑鞋結(jié)合在一起，增添了趣味性和運(yùn)動(dòng)性。這款自行車采用了三輪蛙式設(shè)計(jì)（即前面一個(gè)輪，后面是開(kāi)叉式設(shè)計(jì)），后置一對(duì)擺桿安裝一雙滑輪鞋，且滑輪鞋采用自動(dòng)緊固式鞋帶;驅(qū)動(dòng)由后框架擺動(dòng)，安裝在前框架的垂直軸線上作為轉(zhuǎn)動(dòng)中心，驅(qū)動(dòng)力來(lái)自腿部擺動(dòng)的前向分量。[5]

1 整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)緊固式滑輪自行車的設(shè)計(jì)是受到市場(chǎng)上三輪蝸式滑板車的啟發(fā)，形成了這樣一種外觀簡(jiǎn)潔美觀、富有趣味性的滑輪自行車。它的關(guān)鍵就是將滑輪自行車與滑板鞋結(jié)合在一起;整體結(jié)構(gòu)由車頭、車輪、連接件、桿件和配有自動(dòng)緊固式鞋帶的滑輪鞋組成;使用的材料大部分都是鋁合金，具有輕盈、高強(qiáng)度、易操作等特點(diǎn);滑板鞋下方設(shè)計(jì)安裝了自動(dòng)緊固式鞋帶所需的裝置。

2 滑輪自行車的基本構(gòu)件

2.1 后擺連接桿件的設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)滑板車的機(jī)械驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)了兩個(gè)連桿。1號(hào)桿的一端與車頭設(shè)計(jì)的連接部件相接，2號(hào)桿的一端與1號(hào)桿的另一端相接，2號(hào)桿的另一端與滑板鞋上的連接部位相接。1號(hào)桿和頭部之間的連接可以在一定程度上進(jìn)行水平和垂直旋轉(zhuǎn)，1號(hào)桿和2號(hào)桿的連接部位可以形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，2號(hào)桿和滑板鞋之間的連接可以形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

1號(hào)桿件采用一種常見(jiàn)的插入式的轉(zhuǎn)動(dòng)連接方式，可用螺釘與螺母與車頭部位鉸接起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，2號(hào)桿件與1號(hào)桿件連接方式相同，尺寸不同。

2.2 緊固部件的設(shè)計(jì)

上、下桿高度調(diào)節(jié)后需要手動(dòng)緊固，而緊固部件是保證調(diào)節(jié)高度有效性的關(guān)鍵部件，這個(gè)部件可以使上下桿件高度調(diào)節(jié)后不會(huì)松動(dòng)。

夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，手動(dòng)夾緊裝置應(yīng)選擇合理的夾緊力，以免損壞定位穩(wěn)定性和工件表面，并具有自鎖特性。為提高裝配效率，手動(dòng)夾緊單元應(yīng)盡可能采用聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一次性多點(diǎn)夾緊和開(kāi)啟控制。

3 輪滑鞋的設(shè)計(jì)

3.1 輪滑鞋外形的設(shè)計(jì)

輪滑鞋是滑輪自行車的主體，使用者的主要重量都靠它來(lái)支承，可以說(shuō)這個(gè)部位十分的重要。其前端連接2號(hào)桿件，可以與2號(hào)桿件在連接處進(jìn)行垂直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以要考慮輪滑鞋鞋板的強(qiáng)度和剛度要求，這樣，輪式自行車才可以在各種條件下平穩(wěn)運(yùn)行。

輪滑鞋上要安裝自動(dòng)緊固式鞋帶的裝置，根據(jù)美觀和安全性的要求做出外形，輪滑鞋的下端非常重要。第一，我們要保證完成設(shè)計(jì)目的，同時(shí)美觀性也需要考慮進(jìn)去，實(shí)用與美缺一不可。第二，在達(dá)到美觀和實(shí)用的同時(shí)，安全性更加重要，這就需要我們對(duì)滑板鞋材料的選擇進(jìn)行慎重的考慮。

3.2 自動(dòng)緊固式鞋帶的設(shè)計(jì)

自動(dòng)緊固式鞋帶需要用到電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)橫向移動(dòng)，從而帶動(dòng)鞋帶移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)緊固的功能。[6]自動(dòng)緊固鞋帶充分利用滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的原理。[7]將一端的螺母固定，另一端電動(dòng)機(jī)上固定螺紋桿，使其和電機(jī)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)的移動(dòng)。電機(jī)可以在設(shè)計(jì)的凹槽內(nèi)進(jìn)行水平移動(dòng)，由于螺母和螺紋桿的配合可以實(shí)現(xiàn)鎖定的效果，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，可以使電動(dòng)機(jī)連帶著鞋帶進(jìn)行水平方向的來(lái)回移動(dòng)。鞋帶一端固定在的一端，另一端固定在電動(dòng)機(jī)的一端，從鞋面上繞一圈，這樣電動(dòng)機(jī)的來(lái)回移動(dòng)，由于螺栓和螺母被緊固，不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)，并且可以實(shí)現(xiàn)鞋帶自動(dòng)收緊的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文基于現(xiàn)有的滑輪自行車，從舒適性、價(jià)格、安全性能、環(huán)保性等方面出發(fā)，設(shè)計(jì)了一款將滑輪自行車與輪滑鞋結(jié)合的創(chuàng)新型產(chǎn)品，包括后擺桿件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、緊固部件的設(shè)計(jì)和自動(dòng)緊固式輪滑鞋的設(shè)計(jì)，并且已經(jīng)申請(qǐng)了相關(guān)專利。[8]

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉剛，趙晨陽(yáng).便攜式電動(dòng)滑板的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新，2017（01）：88.

[2] 滑板和滑板車二合一[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2013（08）：66.

[3] 楊葉，郁舒蘭.家具制造企業(yè)實(shí)施PLM的必要性及策略分析[J].家具，2017，38（01）：1-4.

[4] 翟菲菲，劉英，楊雨圖，房友盼，於亞斌.基于PLC與組態(tài)王的實(shí)木板材雙面檢測(cè)裝置的總體設(shè)計(jì)[J].林產(chǎn)工業(yè)，2016，43（09）：41-45.

[5] 周海燕，陳旻鵬，徐兆軍，鄭梅生.三螺桿泵壽命試驗(yàn)臺(tái)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，2018，37（12）：12-16.

[6] 滕啟躍.自動(dòng)系鞋帶，一款跑鞋穿出科幻色彩[J].中國(guó)纖檢，2017（02）：130-131.

[7] 劉艷艷.基于藍(lán)牙遙控的智能小車設(shè)計(jì)[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2018，15（09）：14-15

[8] 陳旻鵬，陸榮鑑，張建紅，緱斌麗，張攀.五軸激光切割機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].藝術(shù)科技，2019，32（06）：221-222.

作者簡(jiǎn)介：陸友鵬（1995—），男，研究生在讀，主要從事機(jī)電一體化、工業(yè)控制系統(tǒng)方向的研究。

通信作者：陸榮鑑（1964—），男，研究生，講師，主要從事機(jī)電一體化、工業(yè)控制系統(tǒng)方向的研究。