摇篮婴儿车说明书

第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-3-１作品立项背景随着国内经济的快速发展以及人们生活水平的不断提高，婴儿车已演变成为婴儿成长过程中的必需品。每个孩子都是父母的心头肉，父母们都希望孩子能拥有一个健康舒适的成长环境。即从孩子出生那一刻起，便希望他能享受到舒适的环境，而这种环境的起始点便是婴儿车。现在的婴儿车虽然多种多样，但具有一定的局限性，因为这种婴儿车仅在行驶中起一定的作用，而在家时，人们一般使用摇篮或婴儿床，那么婴儿车放在家里既占据空间，而且适用价值又不大，这就造成了资源的浪费。因此，我们设计了这种集方便性、操作简便性、舒适性等多功能于一体的摇篮婴儿车。它的问世不仅可以增强婴儿在车内的舒适度，而且还可以营造有利于婴儿健康成长的环境。所以，我们所设计的婴儿车是符合时代背景的，是具有较高价值的实用设计。２现状分析与改进2.1目前婴儿车的现状目前市面上的婴儿车主要有A型和B型两种婴儿车，如图2-1、2-2所示，A型车适合于外出散步，B型车适合外出购物。而这些婴儿车都有一定的局限性，功能单一，给人们带来一定的不便。图2-1A型婴儿车图2-2B型婴儿车目前的婴儿车只能在行驶状态中起到作用，不能在静止中对即将入睡的婴儿第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-4-体现其价值。并且目前的婴儿车睡篮大多数都较低，当行驶在马路时，婴儿很容易吸入汽车尾气，这有害于婴儿的健康。目前的婴儿车无上、下楼省力功能，在上、下楼时，人们负担较重。目前的婴儿车只有锁止功能无刹车功能。这对于正处下坡路的婴儿车而言，具有一定的危险性。2.2作品改进及创新本摇篮婴儿车通过曲柄滑块机构与平行四边形机构的结合，实现轻微、平稳、可控摆动；当婴儿车运动时，通过牙嵌式离合器使主动轴与从动轴结合，再采用齿轮作为传动装置，那么车轮的滚动将使主动轴随之运动，从而带动曲轴转动，再带动曲柄滑块机构运动，最终实现摇篮的摆动；当婴儿车静止时，通过牙嵌式离合器使主动轴和从动轴分离，然后采用单独的脚踏装置，以脚踩踏的方式来控制曲轴的转动，曲轴的转动将带动曲柄滑块机构运动起来，最终也可实现摇篮的摆动。并且在踩踏板的时候，各零部件连接处的摩擦等阻力的存在又可以反馈到动力源去，从而使人们达到健身的效果。本摇篮婴儿车利用平行四边形的不稳定性还可实现座椅与摇篮间的相互转变，从而达到婴儿车多用化的目的。本摇篮婴儿车通过在车轮上附加行星轮机构，使其具有上下楼梯更加省力、平稳的功能，并且可以利用摇篮下的平行四边机构的不稳定性在上下楼梯时，因重力作用始终使摇篮在同一水平面，即增加了它的平稳性。本摇篮婴儿车通过手动减速装置和脚刹装置的分别应用，使其能适用于不同情况下的减缓速度或停止，使本作品操作更加灵活。3作品原理介绍3.1材料的选择本作品的车体与摇篮是由的不锈钢管加工而成，其重量轻，除拥有良好的塑性及加工性能外，还拥有良好的力学性能、可回收性、以及较高的耐磨性，能承受机构变形时所产生的压力。3.2曲柄滑块机构3.2.1曲柄滑块机构的概述第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-5-平面连杆机构是由若干个杆件通过低副连接而成的机构，又称为平面低副机构。由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构，称为平面四杆机构。如果低副均为转动副，那么这种四杆机构就称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本形式，曲柄滑块机构可以看作是在它的基础上演化而成的。曲柄滑块机构广泛应用于各种机械中，其主要优点有：（1）曲柄滑块机构实现直线运动比较简单，滑块可以左右或者上下往复运动。（2）运动副均为低副，底副的两运动副元素为面接触，压强较小，可承受较大的载荷，并且有利于润滑，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。其主要缺点是要求耐磨性能、平面度等较高。3.2.2曲柄滑块机构的设计根据上述曲柄滑块机构的概述及优缺点总结，我们可以将其利用于我们的摇篮婴儿车上。特此，我们为摇篮婴儿车量身设计了一种曲柄滑块机构，此机构是用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，如机构示意图3-1、三维图立体3-2所示，就是将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动。曲柄滑块机构中的与机架构成移动副的构件为滑块，通过转动副A、B连接曲柄和滑块的构件为连杆。曲柄滑块机构作为核心机构运用于本作品中。Ox点与曲轴相连，曲轴带动曲柄a做回转运动，从而带动滑块做往复直线运动。转动副在连杆b的带动下同时做转动和移动，最终使得连杆c缓慢做曲线摆动，从而达到让婴儿车的摇篮平稳摆动的目的。第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-6-图3-1曲柄滑块机构的机构示意图图3-2曲柄滑块机构的三维立体图3.2.3曲柄滑块机构自由度的计算曲柄滑块机构的设计是根据已知条件来确定机构各构建的尺寸，其可以归纳为两种基本类型。（1）实现给定的运动规律；（2）实现给定的运动轨迹。我们根据曲柄滑块机构的这两种基本特性，再联系我们所需要的运动机构的运动轨迹，故此我们采用此机构作为该款摇篮婴儿车的基本机构。我们利用曲柄滑块机构的特性来达到摇篮做圆弧摆运动的目的。根据自由度的计算公式：F=3n-2PL-PH公式（3-1）其自由度计算为：F=3×4-2×5=23.3平行四边形机构3.3.1平行四边形机构的概述平面连杆机构是由若干个杆件通过低副连接而成的机构，又称为平面低副机构。由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构，称为平面四杆机构。如果四杆的大小、长度相同，那么这种四杆机构就称为平行四边形机构。它是平面四杆机构的基本形式，其他形式的四杆机构都可以看作是在他的基础上演化而成的。平行四边形机构，其主要优点有：（1）平行四边形机构以面接触承受的压强小，便于润滑，磨损较低，可以承第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-7-受大的载荷；（2）构件形状简单，构件工作可靠；（3）可以使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求；（4）利用平行四边形机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求。其主要缺点有：（1）连杆设计较复杂且精度不高；（2）不能用于高速场合。3.3.2平行四边形机构的设计根据上述平行四边形机构的概述及优缺点的总结，我们可以将其变形，运用于我们的摇篮婴儿车的摇篮上。我们所设计的平行四边形机构是以平行四边形为基础的机构，也是利用其特性将其扩展的多干机构。该机构具有普通平行四边形机构的特性，相对杆始终保持平行，且两连杆的角位移、角速度和角加速度也始终相等的优点。但该机构的调速范围较小，不适用于要求调速范围很大的场合。而我们的摇篮婴儿车所需速度本就不大，也不需很大范围的调速，所以很适合用这种机构。并且利用平行四边形的不稳定性，我们还可给根据需要，改变摇篮的状态，来达到人们想要的结果，如躺式摇篮或座椅式摇篮。如图3-3是平行四边形机构的结构示意图，图3-4是平行四边形机构的三维图立体。图3-3平行四边形机构的结构示意图第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-8-图3-4平行四边形机构的三维立体图3.4传动装置3.4.1传动装置的概述齿轮传动是利用两齿轮相互啮合传递动力和运动的机械传动，即是用主、从齿轮轮齿直接传递运动和动力的装置。并且，它是在多有机械传动中，应用最广，可用来传递相对为止不远的两轴之间的运动和动力。齿轮传动的主要优点是：（1）传动平稳，传动比精确，工作可靠；（2）结构紧凑、效率高、寿命长；（3）使用的功率、速度和尺寸范围大等。其主要缺点是：（1）制造及安装精度要求高，成本高；（2）不适用于两轴中心距过大的转动；（3）不适用于振动冲击较大的场合。3.4.2传动装置的设计因此，根据上述对与齿轮传动的功能介绍及优缺点概述，我们特选用齿轮传动作为我们摇篮婴儿车的传动部分。如齿轮传动装置结构示意图3-5，三维立体图3-6所示，a杆的两点分别与后轮的中心轴相连，且a轴为主动轴，主动轴上套有一齿轮A，曲轴上套有一齿轮C，而齿轮A与齿轮C通过中间齿轮B连接构成一个整体，以此方式做运动和动力的传递装置。第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-9-图3-5齿轮传动装置机构示意图图3-6齿轮传动装置三维立体图3.4.3传动比的计算根据传动比的计算公式：i=z2/z1=n1/n2公式（3-2）我们设计的齿轮传动比为：i=z2/z1=n1/n2=2（1）能保证恒定的传动比，能传递任意夹角间的运动；（2）可以获得准确的平均传动比；（3）与带传动相比，传递动力大、效率高；寿命长，工作平稳，可靠性。3.5行星轮机构3.5.1行星轮机构的概述行星轮机构是除了能像定向轮那样围绕自己的转动轴转动之外，他们的转动轴还随行星架绕其他齿轮的轴线转动的机构。绕自己轴线的转动称为“自转”，绕其他轴线的转动称为“公转”，就像太阳系中的行星那样，因而得名。行星轮的主要特点是体积小，承载能力大，工作平稳。但大功率告诉行星齿轮传动结构较复杂，要求制造精度高。3.5.2行星轮的设计根据上述行星轮的概述，我们按照摇篮婴儿车的使用要求，设计了一款适用于本作品上楼的行星轮。该行星轮的基本结构是由三个大小相同的行星齿轮构成的行星轮系。如三维立体图3-7所示，在中心点外依次均布三行星轮，三行星轮第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-10-用一个三角形的中心架连接而成的。其优点在于，分别适用爬楼梯和平地行驶，各自适应性良好，并且结构紧凑，操纵简便。图3-7行星轮机构三维立体图3.6分离机构3.6.1分离机构的概述牙嵌式离合器由两个端面上有牙的半离合器组成，一个半离合器固定在主动轴上，另一个半离合器用导键或花键与从动轴联接，并通过操纵机构使其做轴向移动，从而起到离合作用。利用两半离合器端面上的牙互相嵌合或脱开以达到主、从动轴的离合的目的。牙有矩形、梯形、三角形、锯齿形和螺旋形等几种形式。由于同时参与嵌合的牙数多，故承载较高，适用范围广泛。牙嵌离合器结构简单，外轮廓尺寸小，能传递较大的转矩，故应用较多，但牙嵌离合器只宜在两轴不回转和转速差很小时进行结合，否则牙齿可能会因受撞击而折断。3.6.2分离机构的设计根据上述牙嵌式离合器的概述及优缺点总结，本摇篮婴儿车的决定采用牙嵌离合器作为分离机构。此牙嵌式离合器采用橡胶材料制作而成，牙则采用梯形式，如牙嵌式离合器三维立体图3-8所示，利用两半离合器端上面的牙相互嵌合或脱开以达到主、从动轴的离合的目的。第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-11-图3-8牙嵌式离合器三维立体图3.7减震装置本摇篮婴儿车轮子轴心部位采用螺旋弹簧减震，该弹簧利用弹簧钢制成，均匀性好，价格便宜，拥有良好的塑性和韧性，以及优良的表面状态和疲劳性能。螺旋弹簧和车轴配合，主要起到：转换振动，在婴儿车经过不经过不平路段时能快速衰减车体振动，使婴儿车能平稳的通过。3.8刹车装置本摇篮婴儿车采用的是钳制式刹车，它是最常见的刹车装置。操作者压下手柄，刹车就卡住自行车轮缘。这样的刹车装置是由安装在刹车构架里面的两块刹皮组成，相对地安装在轮缘的两侧。刹皮跟轮缘接触，靠摩擦力刹车。通过对刹车装置的概述，我们可以将其利用于婴儿车上，以便摇篮婴儿车稳的停在路上，防止在斜路上滑行，保障婴儿安全。4作品效果图4.1装配图第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-12-图4-1婴儿车整体装配图图4-2牙嵌离合器分离状态的装配图第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-13-图4-3牙嵌式离合器结合状态的装配图图4-4行星轮机构的装配图第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-14-4.2三维立体图图4-5摇篮婴儿车的三维立体图4.3实物图图4-6摇篮婴儿车第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书-15-5作品创新点5.1摇篮装置通过曲柄滑块机构与平行四边形机构的结合，实现摇篮的轻微、平稳、可控摆动；当婴儿车运动时，通过离合器使车轮的滚动带动摇篮的摆动；当婴儿车车静止时，利用单独的脚踏装置通过离合实现摇篮的摆动；通过座椅与摇篮间的相互转变，从而达到婴儿车多用化的目的。5.2上下楼梯装置通过在车轮上附加行星轮机构，使本作品具有上楼梯更加省力、平稳的功能，并且可以利用摇篮下的平行四边机构的不稳定性在上下楼梯时使摇篮更加稳定。5.3刹车装置通过手动减速装置和脚刹装置