嬰兒車 駐車制動(共13頁)

1、 創(chuàng)新(chungxn)思維與實踐課程(kchng)大作業(yè)題目(tm)嬰兒車自鎖系統(tǒng)改良設計姓名： 班級：2011機械工程及自動化學號：任課教師： 評語：年月日簽名(qin mng)：摘要(zhiyo)目前市場上的嬰兒車剎車裝置一般都是手動的，家長在停車之后(zhhu)需要額外的操作去鎖定車輪。當家長由于疏忽而忘記鎖車時，車子有失控的危險，存在安全隱患。本課程設計針對嬰兒車剎車問題，對現(xiàn)有的剎車裝置進行改良，提出一種嬰兒車的自鎖裝置。 該設計采取(ciq)現(xiàn)有嬰兒車的基本骨架，在手把、后輪處改良結(jié)構(gòu)。最終的效果是：當推動車子時，手部對手把產(chǎn)生推力，使后輪自由，此時車子可以隨意前進或后退；當停止

2、推動，人手離開手把，后輪被自動剎緊，車子不能自由運動。 鎖車機構(gòu)主要由手把、凸輪、傳動桿、彈簧、機械手爪組成。手把一端固定并可繞其運動，凸輪固連安裝在手把定端。手爪用于“抓緊”后輪。彈簧提供給手爪“抓緊”后輪的力。當手把處于一個角位置時，凸輪遠休點傳給到達某位置，把傳動桿頂下，傳動桿把此向下的位移傳給機械手爪，克服彈簧抓緊后輪的力使后輪得到自由。 本設計的創(chuàng)新點主要在于把額外的手動剎車動作省去，向嬰兒車引入“自動”剎車裝置。正文一、引言近幾年，童車已經(jīng)由嬰童“奢始品”演變成為兒童成長過程中的必需品，兒童的成長從嬰兒手推車、學步車、腳踏車、電瓶車到自行車一個都不能少。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，按照目前新生兒

3、出生數(shù)量進行累積計算，全球6歲以下的兒童數(shù)量超過8億。每年全球童車的消費量將超過1000億元人民幣，這是一個巨大的消費市場。在嬰兒車數(shù)量發(fā)展飛速的同時，嬰兒車的質(zhì)量的提升也應該得到重視。孩子是父母手中的包，我們不容許因嬰兒車的安全問題而使嬰兒收到傷害。而嬰兒車最大的一個安全問題是剎車問題。近幾年不時有新聞報道因剎車問題而導致嬰兒受傷甚至夭折的事件。那么，目前市場上的嬰兒車剎車系統(tǒng)到底有什么缺陷呢？目前的嬰兒車大多是在四個輪子處安裝一個腳踏制動機構(gòu)，家長在停穩(wěn)車子之后需通過腳踏的方式逐個鎖定車輪。而有些家長由于疏忽，往往在停車之后沒有立即剎車，才使車中的嬰兒由于嬰兒車失控受到傷害。本團隊的目標在

4、于對目前嬰兒車的剎車系統(tǒng)進行改進，使其能“自動”剎車，減少因忘記鎖車而帶來的嬰兒車失控事故.二、整機設計方案目前嬰兒手推車的剎車裝置手動的。在后輪處安裝一個鎖緊機構(gòu)，通過腳踏的方法即可鎖緊車輛。本設計目的是將額外的剎車動作去掉，做到放手停止推動車輛即可將其剎停。本設計是基于一款現(xiàn)有的嬰兒手推車進行結(jié)構(gòu)上的改進。如下圖 圖1 圖2外形和骨架基本不做變化，采用現(xiàn)有原型。只在適當部位做一些(yxi)改進。把圖中手動鎖換成可以(ky)自動鎖緊的機構(gòu)，再配以1處加入的附加(fji)聯(lián)動觸發(fā)機構(gòu)，即可實現(xiàn)“自動”鎖緊。整車剎車的工作原理：當施力于手把處時，手推力的分力使手把向下擺動，通過1處的聯(lián)動機構(gòu)，使

5、手把處的角度位移轉(zhuǎn)換為后輪剎車裝置的垂直方向的位移，把剎車齒輪向下推，使其與輪軸齒輪嚙合，達到制動效果。當施加在手把處的力消除，通過2處的彈簧，使手把彈起，再通過1處的連動裝置使剎車齒輪提起，其與輪軸齒輪分離，輪軸不受鎖緊力，后輪得到自由。下面詳細介紹各個部分結(jié)構(gòu)：1、剎車齒輪與輪軸齒輪嚙合 圖3如圖，剎車齒輪只做大概一個輪齒的四分之一，輪軸齒輪則為整輪，固連在后輪軸上與后輪同步運動。當不施力于手把，即手推車不運動時，剎車齒輪(chln)與輪軸齒輪嚙合，輪軸被鎖定，后輪不能轉(zhuǎn)動。而當推動(tu dng)手推車時，兩輪齒互相分離，后輪自由轉(zhuǎn)動。這種齒輪嚙合鎖定(su dn)相比于摩擦鎖定的優(yōu)點在

6、于可靠性高，只要齒高足夠高，就不會打滑。齒輪嚙合為有級的，但只要齒數(shù)足夠多，輪齒足夠密，就可近似看作無級，這樣可以基本保證在后輪沒有太大角位移時即可正確嚙合。2、傳動軸 圖4圖中藍色部分為傳動軸，其通過紅色的三個部件定位，傳動軸可上下運動。傳動軸下端固連剎車齒輪，把上下運動傳到剎車齒輪。3、手把 圖5圖中紅色為手把，藍色為彈簧機構(gòu)(jgu)。手把在不受手的作用力時，僅受彈簧機構(gòu)的彈力，彈簧(tnhung)受壓，使手把有向上(xingshng)運動的趨勢。當人手施加作用力于其上時，受力如圖。 圖6人手的作用力F分解為Fx，F(xiàn)y兩個方向的分力，其中主要以Fy為主，其是通過手把的安裝角來保證的。Fy

7、分力克服彈簧的彈力使手把向下擺動。4、聯(lián)動機構(gòu) 圖6聯(lián)動機構(gòu)連接手把和傳動軸?；圻B接。是把角位移轉(zhuǎn)換為線位移的環(huán)節(jié)。整機動作聯(lián)系如圖： 圖7三、自己(zj)負責部分的設計方案 分析(fnx)了現(xiàn)有國內(nèi)外嬰兒車制造的現(xiàn)狀，本團隊通過討論(toln)，確定了團隊作品的三個基本屬性：（1）去掉額外的腳踏鎖車動作，把停車放手的動作作為觸發(fā)鎖車的動作。（2）人的動作輸入點放在手把處。（3）鎖車執(zhí)行機構(gòu)放在車輪處。本人基于以上確定的幾點屬性，經(jīng)過思考和查閱相關書籍，制定了自己的一套設計方案。下面是設計過程。1、制動機構(gòu)安裝在前輪還是安裝在后輪？ 嬰兒手推車前輪是可以轉(zhuǎn)向的，如圖 圖8若把制動機構(gòu)安裝在前

8、輪，必然使機構(gòu)復雜化。若安裝在結(jié)構(gòu)簡單得多的后輪，則可以避免結(jié)構(gòu)復雜化。所以，應當把剎車裝置安裝在后輪。2、怎么制動車輪以達到整車制動的效果？（1）首先觀察現(xiàn)有的車輪制動機構(gòu)。在我們?nèi)粘Ｉ钪械能囕喼苿訖C構(gòu)通常都是對摩擦原理的應用。通過剎車鼓和剎車片對車輛進行制動。據(jù)此，取其摩擦原理，通過查找相關資料，我列出以下幾種方案。并按其動作關系，把其歸為兩類。1）第一類 圖a 圖b在相關(xinggun)書籍中找到了如上圖所示的兩種類似的機械手機構(gòu)(jgu)。如圖a所示，方形塊為機架，其中(qzhng)軸處開孔可容一根圓棒在其中上下運動。方形塊下部兩邊各通過鉸鏈連接安裝一根杠桿，杠桿在上端通過拉伸彈簧

9、的作用力使其上半部有相互靠近的趨勢。圓棒端部為圓柱向圓錐過度的塊頭。當圓棒處于如圖位置時，兩邊的杠桿上部受圓柱的壓力而分開，使其另一端相互靠近，壓緊圓球。當圓棒被提起，使圓錐側(cè)面接觸杠桿上端部時，在拉伸彈簧的作用下，杠桿上部靠近，下部張開，釋放圓球。該機構(gòu)的優(yōu)點是零部件結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但其存在一個缺點：圓棒提起時，有可能提起位移過大，使杠桿上端與圓棒圓錐面脫離接觸，當圓棒再次壓下時將被杠桿上端阻礙，使整個機構(gòu)失去工作能力。若要解決這個問題，需要額外加入限定圓棒位置的裝置。如圖b所示的機械手夾緊機構(gòu)則無上述擔憂。但結(jié)構(gòu)還可以進一步簡化成圖c樣式。另外，圖c機構(gòu)相比于圖b的改進還在于，圓棒底端

10、部與傳動桿的連接由一個鉸鏈增加成兩個鉸鏈，使該處鉸鏈傳動更加可靠平穩(wěn)。為了進一步增加平穩(wěn)性和增大夾緊力，還可改進成圖d樣式。圖c 圖d經(jīng)過反思(fn s)，發(fā)現(xiàn)如圖b、c、d的結(jié)構(gòu)(jigu)的主動力臂相比從動力(dngl)臂太短，以圖d為例。如下圖： F1、F2分別為主動力、從動力，而L1、L2分別為主動力臂、從動力臂。圖中清晰可見主動力臂L1比從動力臂L2小很多，這會導致當平衡時主動力F1將比從動力F2大很多。反過來思考，當提供的F1大小有限時，通過杠桿傳達到橡膠塊處的鎖緊力F2將會很小，這對鎖緊車輪是不利的。提供的F1力的大小直接與人手提供給車把的推壓力大小相關，我們的設計的目標是希望手

11、提供的推壓力能不衰減甚至增加地傳遞到車輪鎖緊裝置，保證車輪鎖死。為了增長主動力臂，避免動力的衰減，本人通過思考，對以上結(jié)構(gòu)進行改進，草繪出下圖e。 圖e該改進結(jié)構(gòu)主動力臂L1與從動力臂L2基本相等，主動力F1基本不受衰減地傳到鎖緊橡膠塊。另外，還有一增力結(jié)構(gòu)。如圖f： 圖f增力的方法(fngf)為：使從動力臂L2減小，或使主動力臂L1增大。由于輪子半徑是固定的，所以從動力臂不能再減小，只能(zh nn)采取增加主動力臂L1的方法(fngf)。則有如圖f結(jié)構(gòu)。由杠桿原理F1xL1=F2xL2，可知，因L1L2，所以F1F2，達到增力效果。但是，此增力機構(gòu)有個明顯缺點：使機構(gòu)整體尺寸過大?？偨Y(jié)：以

12、上為根據(jù)動作關系分成的第一類通過摩擦鎖定的機械手機構(gòu)。其結(jié)構(gòu)和動作特征為：主要為一根主動圓棒，一雙對稱的從動杠桿手爪組成，將圓棒的上下運動通過傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)換為杠桿手爪的角位移以鎖緊車輪，力臂L1、L2的大小決定了力F1、F2的相對大小，如下式。由F1xL1=F2xL2，推出F2/F1=L1/L2=K。不妨定義K為杠桿力的傳力比。在本設計中，K越大越好。2）下面為根據(jù)動作關系區(qū)分的第二類摩擦鎖定機構(gòu)。該類機構(gòu)的共同性或者說其特點在于，把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成機械手的角位移以達到鎖緊的效果。圖g 圖h 圖g所示機構(gòu)，上部橫向安裝一絲桿，其兩端各螺紋配合一個螺母。絲桿兩邊的螺紋旋向相反，當絲桿轉(zhuǎn)動時，螺母相向

13、或相離運動。下部兩邊各安裝一跟彎桿作為鎖緊執(zhí)行件。彎桿下端固連于機架，上端與上述螺母鉸接，跟隨螺母運動。當螺母相向運動時，鎖緊車輪，當螺母相離時，放松車輪。 該機構(gòu)的優(yōu)點是，因螺紋的自鎖性，當鎖緊車輪時，車輪的對彎桿的反作用力（壓力）不能使螺母(lum)產(chǎn)生相離運動而放松車輪。鎖緊可靠。但其缺點也是明顯的：絲桿制造工藝復雜，使制造成本升高，且鎖緊需要旋轉(zhuǎn)絲桿，操作不方便。 圖h原理(yunl)基本與圖g相似。區(qū)別(qbi)在于把施力點與受力點分別放在支點兩邊，且把螺紋副改成齒輪副。其缺點也在于制造不易，成本過高。經(jīng)過分析，選定圖e的機械手機構(gòu)作為鎖緊后輪的執(zhí)行機構(gòu)。3、人手部給手把輸入什么運動

14、才引起相關鎖車、解鎖運動？ 人在推車時與停車離開對嬰兒車動作的區(qū)別如下： 推車時：手輕握手把，雙手搭在手把上對手把施加向前和向下的推力。 停車后：上述兩種力量都被釋放。對比推車時和停車離開后的變化，我列舉出如下幾種方案。（1）利用手輕握手把的握力。 在手把手握部位安裝握力彈塊，推車時握力使彈塊壓下，通過傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)化為上述機械手的圓棒的向下運動，釋放后輪；停車離開握力消失，導致圓棒向上運動，自動鎖緊后輪。但這種機構(gòu)有個本質(zhì)缺點：彈簧壓塊力臂小，必然導致使其壓下的力量很大，而這種力量直接來自于手部，若手部施加太大力且時間過長會對手部不好。（2）利用推車人手部對手把的推力 如下圖，人推動嬰兒車時，對

15、車把有向前和向下得推力，能對兩者中哪個加以利用呢？分析：向前的分力是比較小的，特別是當嬰兒車在起動后平穩(wěn)前進的過程中更加小，而且是斷續(xù)的。而由于人手部自身的重量，使向下的分力則相比較大且較為平穩(wěn)。所以對向下的分力的利用是較為合理的。經(jīng)過思考，我草繪出如下(rxi)圖形：手把不要做成固定式的，要使其能在圖示范圍內(nèi)活動。圖示支點位置做成鉸鏈連接，且安裝扭簧，使手把在不受手推力的作用(zuyng)下處于如圖實線位置。當受到手部推力時，其運動到虛線位置。4、那么，怎么把手把部位的角位移轉(zhuǎn)換成剎車部分圓棒構(gòu)件上下方向(fngxing)的線位移呢？我提出如下方案：如圖的彈簧一端固連機架，另一端固連雙鉸鏈塊

16、。在未施加手部推力時，彈簧受拉，是圓棒向上運動，機械手夾緊車輪。在手把鉸接的一端連一凸輪，當手部推力把手把推到如圖位置時，凸輪的遠休點剛好轉(zhuǎn)到如圖角度，壓下傳動桿，傳動桿的另一端制一斜面，當桿被壓下時，推動下一部分的圓棒向下運動，機械手松開車輪，此時嬰兒車可以移動。四、結(jié)論評價：在設計之前，查閱了充足的相關資料，在思考設計過程中，把搜索到的機構(gòu)應用到作品中，所以，該設計整體來說，結(jié)構(gòu)比較規(guī)范，理論上基本能實現(xiàn)預期的功能。但設計中不足之處還是明顯的。比如設計之前并沒測量過手部推力大小，不能清楚實際是否能起作用；手把的安裝角度沒有經(jīng)過具體的計算，因而不能知道手部推力在垂直地面的分力為多少；作品只設計了“自動”剎車的骨架，并未