自動緊固式滑輪自行車的設(shè)計

陸友鵬 陸榮鑑 張建紅 姜海林

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、科技文化水平的提高，電動汽車和汽車行業(yè)吸引了越來越多的人的注意力。[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)保的社會背景下，自行車逐漸延伸到民族體育項目事業(yè)中。本文根據(jù)滑輪自行車的設(shè)計要求、步驟和安全性能要求等幾個方面，探討設(shè)計了新型配有自動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，具有足夠的強度和穩(wěn)定性、操作方便、安全可靠、壽命長等優(yōu)點。[2]

關(guān)鍵詞：人機工程學(xué);滑輪車;機械設(shè)計;自動緊固式鞋帶

0 引言

如今，環(huán)境問題成為世界熱點，這是一個嚴峻的問題，必須得到每個國家和每個人的關(guān)注。[3]中國在環(huán)境問題上投入了大量的人力、物力和財力，對環(huán)境問題的關(guān)注度排名世界前列，環(huán)境保護工作是新時代的重點項目。自行車是公認的綠色出行工具，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，減少機動車和其他污染環(huán)境的交通工具的使用，促進節(jié)能減排。

國外有許多類型的滑輪自行車，被廣泛使用。在發(fā)達國家，隨著工業(yè)水平和機械化程度不斷提高，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單的自行車設(shè)備，人們對更富有高科技的自行車的期望也越來越大。[4]科技改變世界，互聯(lián)網(wǎng)時代需要更多的科技產(chǎn)品來填補，而滑輪自行車行業(yè)就是其中之一。

為了進一步增強滑輪自行車的新穎性和便攜性。本文中設(shè)計了一款自動緊固式滑輪自行車，創(chuàng)新性地將滑輪自行車與輪滑鞋結(jié)合在一起，增添了趣味性和運動性。這款自行車采用了三輪蛙式設(shè)計（即前面一個輪，后面是開叉式設(shè)計），后置一對擺桿安裝一雙滑輪鞋，且滑輪鞋采用自動緊固式鞋帶;驅(qū)動由后框架擺動，安裝在前框架的垂直軸線上作為轉(zhuǎn)動中心，驅(qū)動力來自腿部擺動的前向分量。[5]

1 整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計

自動緊固式滑輪自行車的設(shè)計是受到市場上三輪蝸式滑板車的啟發(fā)，形成了這樣一種外觀簡潔美觀、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、高強度、易操作等特點;滑板鞋下方設(shè)計安裝了自動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

為實現(xiàn)滑板車的機械驅(qū)動，設(shè)計了兩個連桿。1號桿的一端與車頭設(shè)計的連接部件相接，2號桿的一端與1號桿的另一端相接，2號桿的另一端與滑板鞋上的連接部位相接。1號桿和頭部之間的連接可以在一定程度上進行水平和垂直旋轉(zhuǎn)，1號桿和2號桿的連接部位可以形成一個轉(zhuǎn)動副，2號桿和滑板鞋之間的連接可以形成一個轉(zhuǎn)動副。

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

2.2 緊固部件的設(shè)計

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

夾緊機構(gòu)應(yīng)滿足設(shè)計要求，手動夾緊裝置應(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，手動夾緊單元應(yīng)盡可能采用聯(lián)動機構(gòu)，實現(xiàn)一次性多點夾緊和開啟控制。

3 輪滑鞋的設(shè)計

3.1 輪滑鞋外形的設(shè)計

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

輪滑鞋上要安裝自動緊固式鞋帶的裝置，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)計目的，同時美觀性也需要考慮進去，實用與美缺一不可。第二，在達到美觀和實用的同時，安全性更加重要，這就需要我們對滑板鞋材料的選擇進行慎重的考慮。

3.2 自動緊固式鞋帶的設(shè)計

自動緊固式鞋帶需要用到電動機，實現(xiàn)橫向移動，從而帶動鞋帶移動，實現(xiàn)自動緊固的功能。[6]自動緊固鞋帶充分利用滾珠絲杠將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動的原理。[7]將一端的螺母固定，另一端電動機上固定螺紋桿，使其和電機一起轉(zhuǎn)動，從而帶動電動機的移動。電機可以在設(shè)計的凹槽內(nèi)進行水平移動，由于螺母和螺紋桿的配合可以實現(xiàn)鎖定的效果，控制電機的正反轉(zhuǎn)，可以使電動機連帶著鞋帶進行水平方向的來回移動。鞋帶一端固定在的一端，另一端固定在電動機的一端，從鞋面上繞一圈，這樣電動機的來回移動，由于螺栓和螺母被緊固，不會產(chǎn)生松動，并且可以實現(xiàn)鞋帶自動收緊的效果。

4 結(jié)語

本文基于現(xiàn)有的滑輪自行車，從舒適性、價格、安全性能、環(huán)保性等方面出發(fā)，設(shè)計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、緊固部件的設(shè)計和自動緊固式輪滑鞋的設(shè)計，并且已經(jīng)申請了相關(guān)專利。[8]

參考文獻：

[1] 劉剛，趙晨陽.便攜式電動滑板的創(chuàng)新設(shè)計[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，2013（08）：66.

[3] 楊葉，郁舒蘭.家具制造企業(yè)實施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)王的實木板材雙面檢測裝置的總體設(shè)計[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.三螺桿泵壽命試驗臺測控系統(tǒng)設(shè)計[J].測控技術(shù)，2018，37（12）：12-16.

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

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

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

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