嬰兒車(chē) 駐車(chē)制動(dòng)(共13頁(yè))

1、 創(chuàng)新(chungxn)思維與實(shí)踐課程(kchng)大作業(yè)題目(tm)嬰兒車(chē)自鎖系統(tǒng)改良設(shè)計(jì)姓名： 班級(jí)：2011機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)號(hào)：任課教師： 評(píng)語(yǔ)：年月日簽名(qin mng)：摘要(zhiyo)目前市場(chǎng)上的嬰兒車(chē)剎車(chē)裝置一般都是手動(dòng)的，家長(zhǎng)在停車(chē)之后(zhhu)需要額外的操作去鎖定車(chē)輪。當(dāng)家長(zhǎng)由于疏忽而忘記鎖車(chē)時(shí)，車(chē)子有失控的危險(xiǎn)，存在安全隱患。本課程設(shè)計(jì)針對(duì)嬰兒車(chē)剎車(chē)問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有的剎車(chē)裝置進(jìn)行改良，提出一種嬰兒車(chē)的自鎖裝置。 該設(shè)計(jì)采取(ciq)現(xiàn)有嬰兒車(chē)的基本骨架，在手把、后輪處改良結(jié)構(gòu)。最終的效果是：當(dāng)推動(dòng)車(chē)子時(shí)，手部對(duì)手把產(chǎn)生推力，使后輪自由，此時(shí)車(chē)子可以隨意前進(jìn)或后退；當(dāng)停止

2、推動(dòng)，人手離開(kāi)手把，后輪被自動(dòng)剎緊，車(chē)子不能自由運(yùn)動(dòng)。 鎖車(chē)機(jī)構(gòu)主要由手把、凸輪、傳動(dòng)桿、彈簧、機(jī)械手爪組成。手把一端固定并可繞其運(yùn)動(dòng)，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(dāng)手把處于一個(gè)角位置時(shí)，凸輪遠(yuǎn)休點(diǎn)傳給到達(dá)某位置，把傳動(dòng)桿頂下，傳動(dòng)桿把此向下的位移傳給機(jī)械手爪，克服彈簧抓緊后輪的力使后輪得到自由。 本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)主要在于把額外的手動(dòng)剎車(chē)動(dòng)作省去，向嬰兒車(chē)引入“自動(dòng)”剎車(chē)裝置。正文一、引言近幾年，童車(chē)已經(jīng)由嬰童“奢始品”演變成為兒童成長(zhǎng)過(guò)程中的必需品，兒童的成長(zhǎng)從嬰兒手推車(chē)、學(xué)步車(chē)、腳踏車(chē)、電瓶車(chē)到自行車(chē)一個(gè)都不能少。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按照目前新生兒

3、出生數(shù)量進(jìn)行累積計(jì)算，全球6歲以下的兒童數(shù)量超過(guò)8億。每年全球童車(chē)的消費(fèi)量將超過(guò)1000億元人民幣，這是一個(gè)巨大的消費(fèi)市場(chǎng)。在嬰兒車(chē)數(shù)量發(fā)展飛速的同時(shí)，嬰兒車(chē)的質(zhì)量的提升也應(yīng)該得到重視。孩子是父母手中的包，我們不容許因嬰兒車(chē)的安全問(wèn)題而使嬰兒收到傷害。而嬰兒車(chē)最大的一個(gè)安全問(wèn)題是剎車(chē)問(wèn)題。近幾年不時(shí)有新聞報(bào)道因剎車(chē)問(wèn)題而導(dǎo)致嬰兒受傷甚至夭折的事件。那么，目前市場(chǎng)上的嬰兒車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)到底有什么缺陷呢？目前的嬰兒車(chē)大多是在四個(gè)輪子處安裝一個(gè)腳踏制動(dòng)機(jī)構(gòu)，家長(zhǎng)在停穩(wěn)車(chē)子之后需通過(guò)腳踏的方式逐個(gè)鎖定車(chē)輪。而有些家長(zhǎng)由于疏忽，往往在停車(chē)之后沒(méi)有立即剎車(chē)，才使車(chē)中的嬰兒由于嬰兒車(chē)失控受到傷害。本團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)在

4、于對(duì)目前嬰兒車(chē)的剎車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使其能“自動(dòng)”剎車(chē)，減少因忘記鎖車(chē)而帶來(lái)的嬰兒車(chē)失控事故.二、整機(jī)設(shè)計(jì)方案目前嬰兒手推車(chē)的剎車(chē)裝置手動(dòng)的。在后輪處安裝一個(gè)鎖緊機(jī)構(gòu)，通過(guò)腳踏的方法即可鎖緊車(chē)輛。本設(shè)計(jì)目的是將額外的剎車(chē)動(dòng)作去掉，做到放手停止推動(dòng)車(chē)輛即可將其剎停。本設(shè)計(jì)是基于一款現(xiàn)有的嬰兒手推車(chē)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)。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(dāng)部位做一些(yxi)改進(jìn)。把圖中手動(dòng)鎖換成可以(ky)自動(dòng)鎖緊的機(jī)構(gòu)，再配以1處加入的附加(fji)聯(lián)動(dòng)觸發(fā)機(jī)構(gòu)，即可實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)”鎖緊。整車(chē)剎車(chē)的工作原理：當(dāng)施力于手把處時(shí)，手推力的分力使手把向下擺動(dòng)，通過(guò)1處的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使

5、手把處的角度位移轉(zhuǎn)換為后輪剎車(chē)裝置的垂直方向的位移，把剎車(chē)齒輪向下推，使其與輪軸齒輪嚙合，達(dá)到制動(dòng)效果。當(dāng)施加在手把處的力消除，通過(guò)2處的彈簧，使手把彈起，再通過(guò)1處的連動(dòng)裝置使剎車(chē)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(xì)介紹各個(gè)部分結(jié)構(gòu)：1、剎車(chē)齒輪與輪軸齒輪嚙合 圖3如圖，剎車(chē)齒輪只做大概一個(gè)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(yùn)動(dòng)。當(dāng)不施力于手把，即手推車(chē)不運(yùn)動(dòng)時(shí)，剎車(chē)齒輪(chln)與輪軸齒輪嚙合，輪軸被鎖定，后輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)。而當(dāng)推動(dòng)(tu dng)手推車(chē)時(shí)，兩輪齒互相分離，后輪自由轉(zhuǎn)動(dòng)。這種齒輪嚙合鎖定(su dn)相比于摩擦鎖定的優(yōu)點(diǎn)在

6、于可靠性高，只要齒高足夠高，就不會(huì)打滑。齒輪嚙合為有級(jí)的，但只要齒數(shù)足夠多，輪齒足夠密，就可近似看作無(wú)級(jí)，這樣可以基本保證在后輪沒(méi)有太大角位移時(shí)即可正確嚙合。2、傳動(dòng)軸 圖4圖中藍(lán)色部分為傳動(dòng)軸，其通過(guò)紅色的三個(gè)部件定位，傳動(dòng)軸可上下運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)軸下端固連剎車(chē)齒輪，把上下運(yùn)動(dòng)傳到剎車(chē)齒輪。3、手把 圖5圖中紅色為手把，藍(lán)色為彈簧機(jī)構(gòu)(jgu)。手把在不受手的作用力時(shí)，僅受彈簧機(jī)構(gòu)的彈力，彈簧(tnhung)受壓，使手把有向上(xingshng)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。當(dāng)人手施加作用力于其上時(shí)，受力如圖。 圖6人手的作用力F分解為Fx，F(xiàn)y兩個(gè)方向的分力，其中主要以Fy為主，其是通過(guò)手把的安裝角來(lái)保證的。Fy

7、分力克服彈簧的彈力使手把向下擺動(dòng)。4、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) 圖6聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接手把和傳動(dòng)軸。滑槽連接。是把角位移轉(zhuǎn)換為線位移的環(huán)節(jié)。整機(jī)動(dòng)作聯(lián)系如圖： 圖7三、自己(zj)負(fù)責(zé)部分的設(shè)計(jì)方案 分析(fnx)了現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外嬰兒車(chē)制造的現(xiàn)狀，本團(tuán)隊(duì)通過(guò)討論(toln)，確定了團(tuán)隊(duì)作品的三個(gè)基本屬性：（1）去掉額外的腳踏鎖車(chē)動(dòng)作，把停車(chē)放手的動(dòng)作作為觸發(fā)鎖車(chē)的動(dòng)作。（2）人的動(dòng)作輸入點(diǎn)放在手把處。（3）鎖車(chē)執(zhí)行機(jī)構(gòu)放在車(chē)輪處。本人基于以上確定的幾點(diǎn)屬性，經(jīng)過(guò)思考和查閱相關(guān)書(shū)籍，制定了自己的一套設(shè)計(jì)方案。下面是設(shè)計(jì)過(guò)程。1、制動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在前輪還是安裝在后輪？ 嬰兒手推車(chē)前輪是可以轉(zhuǎn)向的，如圖 圖8若把制動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在前

8、輪，必然使機(jī)構(gòu)復(fù)雜化。若安裝在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得多的后輪，則可以避免結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。所以，應(yīng)當(dāng)把剎車(chē)裝置安裝在后輪。2、怎么制動(dòng)車(chē)輪以達(dá)到整車(chē)制動(dòng)的效果？（1）首先觀察現(xiàn)有的車(chē)輪制動(dòng)機(jī)構(gòu)。在我們?nèi)粘Ｉ钪械能?chē)輪制動(dòng)機(jī)構(gòu)通常都是對(duì)摩擦原理的應(yīng)用。通過(guò)剎車(chē)鼓和剎車(chē)片對(duì)車(chē)輛進(jìn)行制動(dòng)。據(jù)此，取其摩擦原理，通過(guò)查找相關(guān)資料，我列出以下幾種方案。并按其動(dòng)作關(guān)系，把其歸為兩類。1）第一類 圖a 圖b在相關(guān)(xinggun)書(shū)籍中找到了如上圖所示的兩種類似的機(jī)械手機(jī)構(gòu)(jgu)。如圖a所示，方形塊為機(jī)架，其中(qzhng)軸處開(kāi)孔可容一根圓棒在其中上下運(yùn)動(dòng)。方形塊下部?jī)蛇吀魍ㄟ^(guò)鉸鏈連接安裝一根杠桿，杠桿在上端通過(guò)拉伸彈簧

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

10、部與傳動(dòng)桿的連接由一個(gè)鉸鏈增加成兩個(gè)鉸鏈，使該處鉸鏈傳動(dòng)更加可靠平穩(wěn)。為了進(jìn)一步增加平穩(wěn)性和增大夾緊力，還可改進(jìn)成圖d樣式。圖c 圖d經(jīng)過(guò)反思(fn s)，發(fā)現(xiàn)如圖b、c、d的結(jié)構(gòu)(jigu)的主動(dòng)力臂相比從動(dòng)力(dngl)臂太短，以圖d為例。如下圖： F1、F2分別為主動(dòng)力、從動(dòng)力，而L1、L2分別為主動(dòng)力臂、從動(dòng)力臂。圖中清晰可見(jiàn)主動(dòng)力臂L1比從動(dòng)力臂L2小很多，這會(huì)導(dǎo)致當(dāng)平衡時(shí)主動(dòng)力F1將比從動(dòng)力F2大很多。反過(guò)來(lái)思考，當(dāng)提供的F1大小有限時(shí)，通過(guò)杠桿傳達(dá)到橡膠塊處的鎖緊力F2將會(huì)很小，這對(duì)鎖緊車(chē)輪是不利的。提供的F1力的大小直接與人手提供給車(chē)把的推壓力大小相關(guān)，我們的設(shè)計(jì)的目標(biāo)是希望手

11、提供的推壓力能不衰減甚至增加地傳遞到車(chē)輪鎖緊裝置，保證車(chē)輪鎖死。為了增長(zhǎng)主動(dòng)力臂，避免動(dòng)力的衰減，本人通過(guò)思考，對(duì)以上結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，草繪出下圖e。 圖e該改進(jìn)結(jié)構(gòu)主動(dòng)力臂L1與從動(dòng)力臂L2基本相等，主動(dòng)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(dòng)力臂L2減小，或使主動(dòng)力臂L1增大。由于輪子半徑是固定的，所以從動(dòng)力臂不能再減小，只能(zh nn)采取增加主動(dòng)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(dá)到增力效果。但是，此增力機(jī)構(gòu)有個(gè)明顯缺點(diǎn)：使機(jī)構(gòu)整體尺寸過(guò)大?？偨Y(jié)：以

12、上為根據(jù)動(dòng)作關(guān)系分成的第一類通過(guò)摩擦鎖定的機(jī)械手機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)和動(dòng)作特征為：主要為一根主動(dòng)圓棒，一雙對(duì)稱的從動(dòng)杠桿手爪組成，將圓棒的上下運(yùn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為杠桿手爪的角位移以鎖緊車(chē)輪，力臂L1、L2的大小決定了力F1、F2的相對(duì)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(shè)計(jì)中，K越大越好。2）下面為根據(jù)動(dòng)作關(guān)系區(qū)分的第二類摩擦鎖定機(jī)構(gòu)。該類機(jī)構(gòu)的共同性或者說(shuō)其特點(diǎn)在于，把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械手的角位移以達(dá)到鎖緊的效果。圖g 圖h 圖g所示機(jī)構(gòu)，上部橫向安裝一絲桿，其兩端各螺紋配合一個(gè)螺母。絲桿兩邊的螺紋旋向相反，當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺母相向

13、或相離運(yùn)動(dòng)。下部?jī)蛇吀靼惭b一跟彎桿作為鎖緊執(zhí)行件。彎桿下端固連于機(jī)架，上端與上述螺母鉸接，跟隨螺母運(yùn)動(dòng)。當(dāng)螺母相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，鎖緊車(chē)輪，當(dāng)螺母相離時(shí)，放松車(chē)輪。 該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，因螺紋的自鎖性，當(dāng)鎖緊車(chē)輪時(shí)，車(chē)輪的對(duì)彎桿的反作用力（壓力）不能使螺母(lum)產(chǎn)生相離運(yùn)動(dòng)而放松車(chē)輪。鎖緊可靠。但其缺點(diǎn)也是明顯的：絲桿制造工藝復(fù)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(diǎn)與受力點(diǎn)分別放在支點(diǎn)兩邊，且把螺紋副改成齒輪副。其缺點(diǎn)也在于制造不易，成本過(guò)高。經(jīng)過(guò)分析，選定圖e的機(jī)械手機(jī)構(gòu)作為鎖緊后輪的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3、人手部給手把輸入什么運(yùn)動(dòng)

14、才引起相關(guān)鎖車(chē)、解鎖運(yùn)動(dòng)？ 人在推車(chē)時(shí)與停車(chē)離開(kāi)對(duì)嬰兒車(chē)動(dòng)作的區(qū)別如下： 推車(chē)時(shí)：手輕握手把，雙手搭在手把上對(duì)手把施加向前和向下的推力。 停車(chē)后：上述兩種力量都被釋放。對(duì)比推車(chē)時(shí)和停車(chē)離開(kāi)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(chē)時(shí)握力使彈塊壓下，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為上述機(jī)械手的圓棒的向下運(yùn)動(dòng)，釋放后輪；停車(chē)離開(kāi)握力消失，導(dǎo)致圓棒向上運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)鎖緊后輪。但這種機(jī)構(gòu)有個(gè)本質(zhì)缺點(diǎn)：彈簧壓塊力臂小，必然導(dǎo)致使其壓下的力量很大，而這種力量直接來(lái)自于手部，若手部施加太大力且時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)對(duì)手部不好。（2）利用推車(chē)人手部對(duì)手把的推力 如下圖，人推動(dòng)?jì)雰很?chē)時(shí)，對(duì)

15、車(chē)把有向前和向下得推力，能對(duì)兩者中哪個(gè)加以利用呢？分析：向前的分力是比較小的，特別是當(dāng)嬰兒車(chē)在起動(dòng)后平穩(wěn)前進(jìn)的過(guò)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(duì)向下的分力的利用是較為合理的。經(jīng)過(guò)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(dòng)。圖示支點(diǎn)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(shí)線位置。當(dāng)受到手部推力時(shí)，其運(yùn)動(dòng)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(chē)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(jī)架，另一端固連雙鉸鏈塊

16、。在未施加手部推力時(shí)，彈簧受拉，是圓棒向上運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手夾緊車(chē)輪。在手把鉸接的一端連一凸輪，當(dāng)手部推力把手把推到如圖位置時(shí)，凸輪的遠(yuǎn)休點(diǎn)剛好轉(zhuǎn)到如圖角度，壓下傳動(dòng)桿，傳動(dòng)桿的另一端制一斜面，當(dāng)桿被壓下時(shí)，推動(dòng)下一部分的圓棒向下運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手松開(kāi)車(chē)輪，此時(shí)嬰兒車(chē)可以移動(dòng)。四、結(jié)論評(píng)價(jià)：在設(shè)計(jì)之前，查閱了充足的相關(guān)資料，在思考設(shè)計(jì)過(guò)程中，把搜索到的機(jī)構(gòu)應(yīng)用到作品中，所以，該設(shè)計(jì)整體來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)比較規(guī)范，理論上基本能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。但設(shè)計(jì)中不足之處還是明顯的。比如設(shè)計(jì)之前并沒(méi)測(cè)量過(guò)手部推力大小，不能清楚實(shí)際是否能起作用；手把的安裝角度沒(méi)有經(jīng)過(guò)具體的計(jì)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(shè)計(jì)了“自動(dòng)”剎車(chē)的骨架，并未