輪滑鞋變形輪收放機構的設計＊

邱茂昌，吳其漢，鐘圖壹，盧 偉，劉尊波

（1.桂林電子科技大學，廣西 桂林541004；2.桂林新商路電子商務有限公司，廣西 桂林541100）

作為滑冰滑雪的伴生項目[1]，輪滑運動有著場地受限小、促進肌肉協(xié)調(diào)性、有利兒童平衡感培養(yǎng)的優(yōu)點[2]。目前國內(nèi)輪滑鞋年產(chǎn)量約80萬雙[3]，是世界第一大輪滑鞋產(chǎn)地，不過目前普遍使用的輪滑鞋結構形式是固定的，即滑輪固定安裝在鞋底座上，隨著輪滑運動的廣泛普及，輪滑運動能夠施展的場所越來越多，且運動安全問題越來越受到關注[4]。但更換輪滑鞋依然很不便，使用者往往需要帶另一套鞋子進行換穿。市場上雖然已經(jīng)出現(xiàn)小部分可變形輪滑鞋產(chǎn)品，但與現(xiàn)有輪滑鞋的功能上有一定的差異并且存在自重過大、控制機構負雜等缺陷?？傮w而言，針對現(xiàn)在主流的雙排和單排輪滑運動，還沒有完美兼?zhèn)淦胀ㄐ凶吆突?種使用特點的可變形輪滑鞋。

1 單排收放機構的設計

1.1 收放機構設計的總體思路

外壁上各對應設置有1個主動桿，橫桿設置在支撐殼體內(nèi)，橫桿的兩端分別穿過支撐殼體的側(cè)壁與2個主動桿的上端相鉸接，按壓桿的一端與橫桿相連接，按壓桿的另一端為施力端，2個鉸接件分別設置在支撐殼體的兩側(cè)外壁處，每個鉸接件的兩端分別與前連桿組件和后連桿組件可拆卸連接，每個主動桿的下端鉸接在其靠近的鉸接件上。

連桿組件如圖2所示，每個連桿組件內(nèi)包括鉸接件、2個短片體和2個長片體，2個長片體豎直并列設置在支撐殼體內(nèi)，2個短片體豎直并列設置在2個長片體之間。每個短片體的一端與其靠近的長片體的一端通過鉸接件相鉸接，2個短片體的另一端之間鉸接有滑輪，2個長片體的另一端之間也鉸接有滑輪，在每個長片體和短片體上都設計了展開限位槽和收攏限位槽，它們控制收放機構的展開定位和收攏定位。

圖2 前/后連桿組件

變形輪滑鞋的變形輪收放機構要求放置在鞋身底部，通過收放結構進行展開與收攏輪子，實現(xiàn)輪滑鞋和普通鞋的功能切換。因此，收放機構應包括滑輪收起和展開2種狀態(tài)。空間連桿機構具有結構緊湊、運動多樣的優(yōu)點[5]，擬采用空間連桿機構與扭簧、壓縮彈簧等配合實現(xiàn)2種收放機構的功能。

1.2 單排收放機構的總體設計方案

滑輪單排收放機構設計，如圖1所示，包括按壓桿、橫桿、前卡桿、2個相同結構的連桿組件、主動桿、2個鉸接件、轉(zhuǎn)盤、后從動桿、前從動桿和后卡桿等。其中支撐殼體為長方形框體，2個連桿組件沿支撐殼體的長度方向?qū)ΨQ設置在支撐殼體內(nèi)。支撐殼體的兩側(cè)

圖1 單排收放機構總體視圖（省略支撐殼體）

1.3 單排收放機構的展開和收攏

有超過30%的大學生有過運動損傷的經(jīng)歷，原因來自于運動器材本身[6]，這就要求收放機構在展開或收攏狀態(tài)都應有相當?shù)目煽啃?。當單排收放機構的滑輪處于展開極限位置時，后連桿組件的展開限位槽相連通形成的總限位槽內(nèi)卡接有后卡桿。同理，在前連桿組件的形成的總限位槽內(nèi)也接有前卡桿。此時，前、后連桿組件都被卡桿限制，4個滑輪處于展開狀態(tài)的極限位置，如圖3所示。

圖3 單排收放機構處于滑輪展開位置的剖視圖

當單排收放機構的滑輪處于收攏極限位置時，前、后連桿組件的收攏限位槽分別相連通形成2個總限位槽，總限位槽內(nèi)有前、后卡桿卡接固定。

1.4 單排收放機構的工作執(zhí)行方案

按壓桿是控制整個收放機構工作的開關。用手指按壓處于支撐殼體尾端的按壓桿端部，按壓桿被按壓移動后帶動橫桿朝向支撐殼體頭端移動，橫桿移動帶動主動桿的朝向支撐殼體頭端移動，主動桿移動分別帶動從動桿朝向支撐殼體頭端移動，后從動桿的移動同時帶動前、后2個連桿組件的展開動作。

對于后連桿組件，后從動桿移動的同時帶動其對應的后卡桿脫離機構處于收攏位置時的總限位槽，短片體因后卡桿的離開以及扭簧的作用，開始快速下落，迅速到達到滑輪展開的極限位置。此時，短片體上的限位突起靠在長片體的限位槽內(nèi)，同時長片體因后卡桿的離開而下落，并在彈簧的作用下，帶動滑輪迅速下落至貼地使用狀態(tài)，后卡桿卡入展開位置時的總限位槽，后連桿組件的展開動作完成。

對于前連桿組件，2個前從動桿朝向支撐殼體頭端移動，從而帶動各自對應的轉(zhuǎn)盤發(fā)生逆時針轉(zhuǎn)動，2個轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動帶動2個前從動桿朝向支撐殼體尾端移動，帶動前輪連桿組件的前卡桿脫離總限位槽，與后連桿組件的展開動作類似，在彈簧的作用下，前連桿組件也同時完成了展開動作，滑輪處于展開狀態(tài)。

控制機構4個滑輪從展開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭諗n狀態(tài)的變形過程為上述過程的逆過程，用手指按壓處于支撐殼體尾端的按壓桿端部，使卡桿脫離展開位置的總限位槽，再通過直接轉(zhuǎn)動前、后連桿組件實現(xiàn)滑輪到收攏極限位置，此時卡桿卡入總限位槽固定。

2 雙排滑輪收放機構

2.1 雙排滑輪收放機構的設計方案

雙排收放機構如圖4和圖5所示，具體包括部件：推桿、滑塊、滑塊用活動銷、連桿、前拉伸彈簧、后壓縮彈簧、前軸體、后軸體和底盒。圖6和圖7分別為滑塊和連桿的兩視圖。在底盒上，收攏狀態(tài)用限位槽、滑塊用活動銷、連桿、前拉伸彈簧和后壓縮彈簧均設置在底盒內(nèi)，滑塊的頂部與底盒頂部內(nèi)壁滑動配合，推桿穿過底盒的后端與滑塊的后端可拆卸連接，底盒頂部內(nèi)壁上加工有凸起，滑塊的前端與凸起之間設置有后壓縮彈簧，滑塊通過滑塊用活動銷與底盒的兩側(cè)壁相連接，連桿與凸起相鉸接，連桿的前端通過前軸體與底盒的兩側(cè)壁滑動配合，連桿的后端通過后軸體與底盒的兩側(cè)壁滑動配合，連桿和前軸體之間設置有前拉伸彈簧，連桿朝向滑塊用活動銷的一側(cè)依次加工有張開狀態(tài)用限位槽和收攏狀態(tài)用限位槽。

圖5 雙排收放機構總體剖視圖

圖6 滑塊視圖

圖7 連桿視圖

2.2 雙排收放機構的張開和收攏

雙排收放機構處于收攏狀態(tài)時，如圖8所示，滑塊用活動銷處于收攏狀態(tài)用限位槽內(nèi)，后軸體處于后長孔靠近推桿的一端處，前軸體處于前長孔中靠近推桿的一端處，滑輪處于收攏極限位置，此時支撐桿的長度方向與底盒的長度方向相同。

圖8 雙排收放機構處于收攏狀態(tài)

雙排收放機構處于展開狀態(tài)時，如圖4所示，滑塊用活動銷一端設置在第一豎向孔的低端，滑塊用活動銷另一端穿過傾斜長孔的低端后設置在第二豎向孔的低端處；當快速變形輪滑鞋處于收攏極限位置時，滑塊用活動銷一端設置在第一豎向孔的低端，滑塊用活動銷另一端穿過傾斜長孔的高端后設置在第二豎向孔的低端。

圖4 雙排收放機構總體視圖

2.3 雙排收放機構的執(zhí)行方案

當需要將雙排收放機構從收攏狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎归_狀態(tài)時，按壓推桿，使推桿朝向底盒的前端所在位置移動，從而帶動滑塊朝向凸起移動，滑塊移動的同時壓縮后壓縮彈簧，滑塊移動的同時帶動滑塊用活動銷上移并從收攏狀態(tài)用限位槽脫離出來，即在傾斜長孔、第一豎向孔和第二豎向孔同時限位作用下，滑塊用活動銷的中部從傾斜長孔低端往傾斜長孔高端處移動，同時滑塊用活動銷的一端從第一豎向孔低端往第一豎向孔的高端移動，同步滑塊用活動銷的另一端從第二豎向孔低端往第二豎向孔的高端移動，直至滑塊用活動銷上移到從收攏狀態(tài)用限位槽脫離出來，此時連桿在前拉伸彈簧的拉力作用下移動到張開狀態(tài)極限位置后停止，滑塊在后壓縮彈簧的回復力作用下，滑塊用活動銷又回到最低位，并通過滑塊用活動銷與張開狀態(tài)用限位槽卡接配合形成張開極限位置的穩(wěn)定定位。同時連桿的后端處的后軸體由后長孔的后端移動到后長孔的前端，帶動滑輪由收攏狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺堥_狀態(tài)，連桿的后端向前移動的同時，帶動連桿的前端同步向前移動，使前軸體由前長孔的后端移動至前長孔的前端，連桿的前端對應的滑輪也由收攏狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閺堥_狀態(tài)，類似于飛機起落架的收放過程[7-8]。

當需要從展開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭諗n狀態(tài)時，按壓推桿，滑塊由后向前滑動，帶動滑塊用活動銷依照路徑從張開狀態(tài)用限位槽脫出，此時通過外力將滑輪件中的任意一個向鞋體中間轉(zhuǎn)動，直至滑塊用活動銷移動到連桿的收攏狀態(tài)用限位槽中，該過程中被進一步拉伸，使得收放機構明由展開狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槭諗n狀態(tài)。

3 結論

2種收放機構實現(xiàn)了單、雙排變形鞋在普通鞋體和輪滑鞋體的靈活轉(zhuǎn)換。通過機構中按壓桿、推桿、橫桿、連桿組件、支撐殼體、扭簧、壓簧之間的相互配合實現(xiàn)了單列和多列多個滑輪的有序展開和收攏動作，簡化開啟難度，只需用手指操作即可，變形后使用穩(wěn)定，無需另施力在其他位置，有利于安全操作，且能夠有效提高單、雙排輪的變形前、變形過程中和變形后的使用性能。

2種收放機構結構緊湊、占用空間小，能夠?qū)崿F(xiàn)操作觸發(fā)件后多個滑輪同時釋放動作，提高滑輪展開和收攏的合理操作性，去掉冗余輔助的控制結構，減輕了整體質(zhì)量，使用更加輕盈方便，符合人性化運動裝備的要求。

2種收放機構中連桿組件與各個滑輪相配合能夠為各個滑輪處于收攏狀態(tài)下提供足夠的容納空間，有利于提高輪滑鞋普通行走的使用性能。