可變速腳踏式新型MINI四輪自行車設(shè)計*

史瑞東，馬福強，秦紅星

(唐山學(xué)院，河北唐山 063000)

0 引言

自行車是人們出行的常用交通工具之一，一般都是兩輪結(jié)構(gòu)，平衡性和操控性較差，對于老人、兒童使用起來比較困難，而車速不可調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)鏈?zhǔn)阶孕熊囼T行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)掉鏈或斷鏈等情況，存在一定的安全隱患?；谏鲜鰡栴}，進(jìn)行了思考和討論，提出了一種新型MINI四輪自行車的設(shè)計方案。

1 設(shè)計思路

通過對普通自行車的一些缺點的分析，對傳統(tǒng)自行車做出了一些改進(jìn)，通過改變結(jié)構(gòu)，主要是變速和傳動裝置的結(jié)構(gòu)變化來降低重心，由以往的二輪變?yōu)樗妮唩碓黾榆囎拥姆€(wěn)定性以降低操作難度，機體龐大通過選擇材料優(yōu)化結(jié)構(gòu)克服。

采用腳踏式驅(qū)動，當(dāng)雙腳踏下踏板(兩踏板相對獨立)與踏板相連的連桿轉(zhuǎn)動并帶動PE線拉伸，通過導(dǎo)向輪連接傳動裝置，并將動力傳輸?shù)胶筝S上實現(xiàn)動力傳輸并帶動小車運動，當(dāng)在遇到障礙物時轉(zhuǎn)動車把通過轉(zhuǎn)向裝置成功避開障礙物，如果在騎行的過程中發(fā)現(xiàn)速度較慢，通過變速裝置，只需輕輕轉(zhuǎn)動變速旋鈕，從而改變踏下一次踏板前行的距離，最后想停車也很簡單只需捏住剎車手柄即可剎車，此為小車從啟動到停止的全部運行過程［1］。

2 MINI四輪車的結(jié)構(gòu)設(shè)計及組成

此MINI四輪自行車主要由機體、轉(zhuǎn)向裝置、傳動裝置、變速裝置、減震裝置、剎車裝置等組成。如圖1、2所示。

(1)機體:由不銹鋼焊接而成，通過各個梁的焊接來保證強度和剛度。

(2)轉(zhuǎn)向裝置:由車把、橫向拉桿、前軸、轉(zhuǎn)向羊角組成，車把轉(zhuǎn)動帶動橫向拉桿移動，并帶動與之連接的轉(zhuǎn)向羊角轉(zhuǎn)動實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

(3)傳動裝置:由踏板、PE線、導(dǎo)向輪、變速桿、棘輪組成。傳遞動力時踏板拉動PE線，通過導(dǎo)向輪導(dǎo)入變速桿，變速后再導(dǎo)入棘輪實現(xiàn)動力傳輸［2］。

(4)變速裝置:由變速旋鈕和變速桿組成，變速旋鈕固定在車把上，變速桿通過固定軸固定在底盤上，二者通過PE線連接。

(5)減震裝置:由減震簧和減震支架組成，安放在座子支撐架下。

(6)剎車裝置:由剎車片、剎車手柄、剎車線組成。剎車片固定在后軸上，剎車手柄固定在車把上［3］。

圖1 MINI四輪車外觀示意圖1.剎車手柄 2.車把轉(zhuǎn)向軸 3.PE線 4.導(dǎo)向輪 5.車輪6.轉(zhuǎn)向四桿機構(gòu) 7.連桿 8.踏板 9.減震裝置 10.車座支架 11.車座 12.變速旋鈕

圖2 MINI四輪車的底部示意圖

3 結(jié)構(gòu)特點

(1)變速裝置，如圖3所示，改變了以往的齒輪變速，而使用變速桿大大降低了重心，其原理如下:變速桿rh繞其旋轉(zhuǎn)軸o轉(zhuǎn)動，并假設(shè)轉(zhuǎn)動r'h'的位置，而裝有PE線的滑輪可以在rh這段滑動桿上滑動，r和h分別表示兩極限位置當(dāng)滑輪在最大極限位置h處轉(zhuǎn)到h'處PE線總的伸長量為L，當(dāng)在最小極限r(nóng)處轉(zhuǎn)動r'處伸長量L'，顯然L＞L'，伸長量不同從而使后面相連的棘輪在變速桿相同擺動下轉(zhuǎn)的圈數(shù)不同，進(jìn)而達(dá)到變速的目的，從而改變其帶動的后軸的轉(zhuǎn)速并實現(xiàn)變速。

圖3 變速原理圖

(2)傳動裝置的設(shè)計巧妙之處在于后軸的棘輪，棘輪的設(shè)計靈感來源于易啟動器，可自動回彈，保證在有限長度的PE線的前提下提供持久的動力［4－5］。

4 結(jié)語

所設(shè)計提出的MINI四輪自行車小巧輕便、操作方便可靠、靈活舒適、穩(wěn)定性好，適用于各個年齡段的人騎行，尤其是老人、兒童都能實現(xiàn)自由騎行，既可作為交通工具使用，又可作為人們鍛煉的保健器具使用，它是自行車、三輪車更新?lián)Q代的新產(chǎn)品，具有很高的推廣應(yīng)用價值。

［1］ 孫 恒，陳作模，葛文杰.機械原理［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］ 王章忠.機械工程材料［M］.北京:機械工程出版社，2007.

［3］ 朱定見，葛為民.互換性與測量技術(shù)［M］.大連:大連理工出版社，2010.

［4］ 譚建榮.工程圖學(xué)［M］.北京:高等教育出版，2006.

［5］ 劉鴻文.材料力學(xué)Ι［M］.北京:高等教育出版社，1961.

［6］ 曠紅梅，楊隨先.基于人機工程學(xué)的自行車騎姿改進(jìn)設(shè)計［J］.機械，2009(12):8－11.