自动紧固式滑轮自行车的设计

陆友鹏 陆荣鑑 张建红 姜海林

摘 要：随着社会经济的发展、科技文化水平的提高，电动汽车和汽车行业吸引了越来越多的人的注意力。[1]但是，我们可以感受到，自行车仍然是所有交通工具中最常用和最受欢迎的交通工具，特别是在倡导绿色环保的社会背景下，自行车逐渐延伸到民族体育项目事业中。本文根据滑轮自行车的设计要求、步骤和安全性能要求等几个方面，探讨设计了新型配有自动紧固式鞋带的滑轮自行车，该滑轮自行车将滑轮自行车与轮滑鞋创新性地结合，具有足够的强度和稳定性、操作方便、安全可靠、寿命长等优点。[2]

关键词：人机工程学;滑轮车;机械设计;自动紧固式鞋带

0 引言

如今，环境问题成为世界热点，这是一个严峻的问题，必须得到每个国家和每个人的关注。[3]中国在环境问题上投入了大量的人力、物力和财力，对环境问题的关注度排名世界前列，环境保护工作是新时代的重点项目。自行车是公认的绿色出行工具，新型自行车的出现可以提高人们出行所用交通工具的转换，减少机动车和其他污染环境的交通工具的使用，促进节能减排。

国外有许多类型的滑轮自行车，被广泛使用。在发达国家，随着工业水平和机械化程度不断提高，自行车设备不断更新，但仍不能完全代替滑板自行车等有效而简单的自行车设备，人们对更富有高科技的自行车的期望也越来越大。[4]科技改变世界，互联网时代需要更多的科技产品来填补，而滑轮自行车行业就是其中之一。

为了进一步增强滑轮自行车的新颖性和便携性。本文中设计了一款自动紧固式滑轮自行车，创新性地将滑轮自行车与轮滑鞋结合在一起，增添了趣味性和运动性。这款自行车采用了三轮蛙式设计（即前面一个轮，后面是开叉式设计），后置一对摆杆安装一双滑轮鞋，且滑轮鞋采用自动紧固式鞋带;驱动由后框架摆动，安装在前框架的垂直轴线上作为转动中心，驱动力来自腿部摆动的前向分量。[5]

1 整体的结构设计

自动紧固式滑轮自行车的设计是受到市场上三轮蜗式滑板车的启发，形成了这样一种外观简洁美观、富有趣味性的滑轮自行车。它的关键就是将滑轮自行车与滑板鞋结合在一起;整体结构由车头、车轮、连接件、杆件和配有自动紧固式鞋带的滑轮鞋组成;使用的材料大部分都是铝合金，具有轻盈、高强度、易操作等特点;滑板鞋下方设计安装了自动紧固式鞋带所需的装置。

2 滑轮自行车的基本构件

2.1 后摆连接杆件的设计

为实现滑板车的机械驱动，设计了两个连杆。1号杆的一端与车头设计的连接部件相接，2号杆的一端与1号杆的另一端相接，2号杆的另一端与滑板鞋上的连接部位相接。1号杆和头部之间的连接可以在一定程度上进行水平和垂直旋转，1号杆和2号杆的连接部位可以形成一个转动副，2号杆和滑板鞋之间的连接可以形成一个转动副。

1号杆件采用一种常见的插入式的转动连接方式，可用螺钉与螺母与车头部位铰接起来，从而实现转动，2号杆件与1号杆件连接方式相同，尺寸不同。

2.2 紧固部件的设计

上、下杆高度调节后需要手动紧固，而紧固部件是保证调节高度有效性的关键部件，这个部件可以使上下杆件高度调节后不会松动。

夹紧机构应满足设计要求，手动夹紧装置应选择合理的夹紧力，以免损坏定位稳定性和工件表面，并具有自锁特性。为提高装配效率，手动夹紧单元应尽可能采用联动机构，实现一次性多点夹紧和开启控制。

3 轮滑鞋的设计

3.1 轮滑鞋外形的设计

轮滑鞋是滑轮自行车的主体，使用者的主要重量都靠它来支承，可以说这个部位十分的重要。其前端连接2号杆件，可以与2号杆件在连接处进行垂直方向的转动，所以要考虑轮滑鞋鞋板的强度和刚度要求，这样，轮式自行车才可以在各种条件下平稳运行。

轮滑鞋上要安装自动紧固式鞋带的装置，根据美观和安全性的要求做出外形，轮滑鞋的下端非常重要。第一，我们要保证完成设计目的，同时美观性也需要考虑进去，实用与美缺一不可。第二，在达到美观和实用的同时，安全性更加重要，这就需要我们对滑板鞋材料的选择进行慎重的考虑。

3.2 自动紧固式鞋带的设计

自动紧固式鞋带需要用到电动机，实现横向移动，从而带动鞋带移动，实现自动紧固的功能。[6]自动紧固鞋带充分利用滚珠丝杠将旋转运动转换成直线运动的原理。[7]将一端的螺母固定，另一端电动机上固定螺纹杆，使其和电机一起转动，从而带动电动机的移动。电机可以在设計的凹槽内进行水平移动，由于螺母和螺纹杆的配合可以实现锁定的效果，控制电机的正反转，可以使电动机连带着鞋带进行水平方向的来回移动。鞋带一端固定在的一端，另一端固定在电动机的一端，从鞋面上绕一圈，这样电动机的来回移动，由于螺栓和螺母被紧固，不会产生松动，并且可以实现鞋带自动收紧的效果。

4 结语

本文基于现有的滑轮自行车，从舒适性、价格、安全性能、环保性等方面出发，设计了一款将滑轮自行车与轮滑鞋结合的创新型产品，包括后摆杆件结构的设计、紧固部件的设计和自动紧固式轮滑鞋的设计，并且已经申请了相关专利。[8]

参考文献：

[1] 刘刚，赵晨阳.便携式电动滑板的创新设计[J].科技与创新，2017（01）：88.

[2] 滑板和滑板车二合一[J].工业设计，2013（08）：66.

[3] 杨叶，郁舒兰.家具制造企业实施PLM的必要性及策略分析[J].家具，2017，38（01）：1-4.

[4] 翟菲菲，刘英，杨雨图，房友盼，於亚斌.基于PLC与组态王的实木板材双面检测装置的总体设计[J].林产工业，2016，43（09）：41-45.

[5] 周海燕，陈旻鹏，徐兆军，郑梅生.三螺杆泵寿命试验台测控系统设计[J].测控技术，2018，37（12）：12-16.

[6] 滕启跃.自动系鞋带，一款跑鞋穿出科幻色彩[J].中国纤检，2017（02）：130-131.

[7] 刘艳艳.基于蓝牙遥控的智能小车设计[J].无线互联科技，2018，15（09）：14-15

[8] 陈旻鹏，陆荣鑑，张建红，缑斌丽，张攀.五轴激光切割机床结构设计研究[J].艺术科技，2019，32（06）：221-222.

作者简介：陆友鹏（1995—），男，研究生在读，主要从事机电一体化、工业控制系统方向的研究。

通信作者：陆荣鑑（1964—），男，研究生，讲师，主要从事机电一体化、工业控制系统方向的研究。