便攜式樓道折疊兒童車設(shè)計(jì)

茅爍 尚銳 黃勇淇 考長(zhǎng)鴻

摘? 要：本文參考國(guó)內(nèi)的兒童車，設(shè)計(jì)了一種便攜式樓道折疊兒童車。本文主要研究了兒童車的四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置問(wèn)題，車身各桿長(zhǎng)和車體平衡問(wèn)題，介紹了折疊兒童車結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算方法，為設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)折疊兒童車提供了參考。

關(guān)鍵詞：兒童車;死點(diǎn)位置;車身?xiàng)U長(zhǎng);車體平衡

中圖分類號(hào)：S23

Abstract： In this paper， a portable folding children's car is designed by referring to the children's car in China. This paper mainly studies the dead point position of four-bar mechanism of children's car， the length of each bar and the balance of the car body， introduces the calculation method of structural parameters of folded children's car， and provides a reference for designers to design folded children's car.

Keywords： Childrens car; Dead point position;The body length; balance

便攜式樓道折疊兒童車為了滿足方便大人帶孩子出行而研發(fā)的一種機(jī)械。它是將折疊兒童車打開(kāi)后將孩子放入車中，大人可以推著嬰兒車帶孩子外出，上下樓時(shí)，車可沿樓梯扶手滑動(dòng)。它的運(yùn)用不僅解放了人力、提高了兒童的舒適度，還可以折疊，方便人們攜帶。本文主要介紹了四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置、車身各桿長(zhǎng)、車體平衡三個(gè)組成部分的計(jì)算。

1 兒童車工作原理

整車由后背板1、槽輪2、桌板3、槽輪4、鎖緊爪5、后輪連桿6、后輪支桿7、后車輪8、底座9、座椅支架10前輪支架11、前輪12和連接桿13組成。兒童車的各個(gè)機(jī)構(gòu)通過(guò)鉸鏈進(jìn)行連接，各個(gè)桿件通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)來(lái)形成特定的變化。折疊嬰兒車時(shí)，通過(guò)搬動(dòng)后背板1和桌板3使之相向運(yùn)動(dòng)，后背板1與桌板3、前輪支架11、底座9通過(guò)鉸鏈連接，構(gòu)成四桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)搬動(dòng)后背板1和桌板3時(shí)，其帶動(dòng)底座9和前輪支架11向上運(yùn)動(dòng)，于此同時(shí)，后背板1和桌板3同后輪連桿6、后輪支架7通過(guò)鉸鏈連接形成的四桿機(jī)構(gòu)也隨之運(yùn)動(dòng)，后輪連桿6和后輪支架7向上運(yùn)動(dòng)，這時(shí)嬰兒車折疊完成。后背板上的槽輪搭在樓梯扶手，隨人沿扶手滑下。如圖1所示。

2 四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置計(jì)算

兒童車座椅存在兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)位置，影響座椅的折疊，所以應(yīng)對(duì)如圖2所示四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，以下為對(duì)四桿機(jī)構(gòu)的分析。

3 車身各桿長(zhǎng)計(jì)算

（1）根據(jù)人機(jī)工程學(xué)，選定座椅的舒適角度 = 、座椅到扶手的高度h=150mm、扶手到地面的高度H=390mm、輪子直徑 =80mm、座椅長(zhǎng)度為230mm，有效長(zhǎng)度 =175mm。

（2）計(jì)算每個(gè)輪子的所受的摩擦力 ：

—輪子與地的摩擦系數(shù)， =0.5; ——車與所載物體總重量， =26kg; —重力系數(shù)， =9.8

（3）根據(jù)力的平衡原理

—輪直徑， =80mm， —桿在地面的投影長(zhǎng)度， —每個(gè)輪支架承受的力， =60N

得出 =87mm

力與桿的角度

從而求出輪子支桿的長(zhǎng)度為

兩輪支桿在扶手的距離為

根據(jù)雙搖桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)條件，即

（1）最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度+最短桿長(zhǎng)度≤其他兩桿長(zhǎng)度之和，連桿為最短桿。

（2）如果最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度+最短桿長(zhǎng)度>其他兩桿長(zhǎng)度之和，此時(shí)無(wú)論何桿為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

由以上求解可知，前輪支桿從扶手到座椅的距離為156mm，座椅的長(zhǎng)度為230mm。座椅后背從扶手到座椅的距離為155mm。由雙搖桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)條件可知，最短桿長(zhǎng)度為155mm，最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度為（100+X）mm，若要形成雙搖桿機(jī)構(gòu)，則應(yīng)滿足雙搖桿機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)條件的第二項(xiàng)。所以X的值應(yīng)大于230mm，且使其折疊時(shí)的角度最小，X的值取231mm。同理可以求得其它桿的長(zhǎng)度。求得的各個(gè)桿長(zhǎng)如下圖5所示。

4 車體平衡計(jì)算

以座椅后背與座椅的交點(diǎn)為中心點(diǎn)，上方萬(wàn)向輪的力臂為 ，下方萬(wàn)向輪的力臂為 。每個(gè)萬(wàn)向輪的重量 。得出到中心點(diǎn)的力矩之和為：

前輪支桿的力臂為 =230mm，后輪支桿的力臂為 =50mm，前、后輪支桿的重力均為8.31N。

得出到中心點(diǎn)的力矩之和為：

因?yàn)?，所以車在完全展開(kāi)后不會(huì)發(fā)生后翻的現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的便攜式樓道折疊兒童車可實(shí)現(xiàn)折疊功能，便于攜帶，且安裝有槽輪，可在下樓時(shí)解放大人的雙手，使嬰兒車從樓上運(yùn)輸?shù)綐窍?，本嬰兒車具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、易于攜帶，易于操作，外型美觀等特點(diǎn)，特別適用于有兒童的家庭，在人口眾多的中國(guó)市場(chǎng)必定會(huì)有極高的市場(chǎng)占有率和競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅仕鑒，應(yīng)放天，李佃軍.兒童產(chǎn)品設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]孔德明.二十一世紀(jì)兒童產(chǎn)品設(shè)計(jì)戰(zhàn)略分析[J].設(shè)計(jì)藝術(shù)，2005：77-79.

[3]陳毅然.人機(jī)工程學(xué)[M].北京：航空工業(yè)出版社，1990.