多功能嬰兒護(hù)理車(chē)的設(shè)計(jì)【全新多功能嬰兒車(chē)】【說(shuō)明書(shū)+CAD+SOLIDWORKS+STP】
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200 年 月 第 期
多功能嬰兒護(hù)理車(chē)的設(shè)計(jì)
賈喜順,范修文
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘 要：針對(duì)我國(guó)嬰兒車(chē)，功能單一，且使用壽命一般在一年左右便成為閑置品等問(wèn)題，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了多功能嬰兒護(hù)理。該嬰兒車(chē)動(dòng)力源于車(chē)輪，通過(guò)離合器使主動(dòng)軸與從動(dòng)軸結(jié)合，那么車(chē)輪的滾動(dòng)將使主動(dòng)軸隨之運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)使床體產(chǎn)生擺動(dòng)；該嬰兒車(chē)主要由動(dòng)力輸入裝置、傳動(dòng)裝置、離合裝置和曲柄搖桿裝置組成。機(jī)具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，為中國(guó)嬰兒車(chē)的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：兒童用品；嬰兒車(chē)；設(shè)計(jì)；搖擺；傳動(dòng)帶；手搖；多功能
中圖分類(lèi)號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
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0 引言
嬰兒車(chē)兒車(chē)產(chǎn)業(yè)所面對(duì)的消費(fèi)市場(chǎng)已經(jīng)產(chǎn)生了很大的變化，這將推動(dòng)企業(yè)和產(chǎn)品不斷地更新?lián)Q代以適應(yīng)這一變化帶來(lái)的沖擊。兒童消費(fèi)每年對(duì)家庭消費(fèi)額的直接影響和間接影響加起來(lái)的數(shù)字已經(jīng)吸引了許多生產(chǎn)企業(yè)的注意，導(dǎo)致其生產(chǎn)出了各種各樣的嬰兒車(chē)，比如豪華型、簡(jiǎn)約型、輕便型等，無(wú)論哪一種，存在的弊端都是“一物只能一用”（現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)在為人類(lèi)創(chuàng)造現(xiàn)代生活方式和生活環(huán)境的同時(shí)，也加速了資源、能源的消耗，特別是工業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)度商業(yè)化，使設(shè)計(jì)成了鼓舞人們無(wú)節(jié)制消費(fèi)的重要介質(zhì)。隨著全球污染越來(lái)越嚴(yán)重，全世界消費(fèi)者都在提倡綠色無(wú)污染可循環(huán)利用的消費(fèi)觀(guān)念）。對(duì)于中國(guó)這個(gè)人口密度如此大的國(guó)家（經(jīng)濟(jì)基本上還處于發(fā)展中國(guó)家，大多數(shù)家庭還未實(shí)現(xiàn)小康生活），人均住房面積逐漸減少，物價(jià)迅速提升，“一物一用”的設(shè)計(jì)理念不僅浪費(fèi)資源而且占空間。所以嬰兒車(chē)產(chǎn)品的整個(gè)發(fā)展趨勢(shì)往節(jié)約材料、多功能整合的全新設(shè)計(jì)靠攏。
嬰兒車(chē)是現(xiàn)代家庭必不可缺的育兒工具，在現(xiàn)代家庭中扮演著越來(lái)越重要的角色。同時(shí)新的育兒文化也在不斷沖擊著我們的傳統(tǒng)觀(guān)念，人們對(duì)現(xiàn)有的嬰兒車(chē)也提出了越來(lái)越高的要求，期待著更高品質(zhì)的嬰兒車(chē)問(wèn)世。設(shè)計(jì)的終極是為了人們搞品質(zhì)的生活，市場(chǎng)上的嬰兒車(chē)大多功能單一，且使用壽命一般在一年左右便成為閑置品。新型多功能嬰兒車(chē)將從“可持續(xù)發(fā)展”的角度，開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究，從而延長(zhǎng)其使用壽命和使用率。因此，開(kāi)展嬰兒車(chē)的設(shè)計(jì)研究，為我們的寶寶和年輕的父母提供更加高品質(zhì)的服務(wù)，是時(shí)代發(fā)展的需要。
1 嬰兒車(chē)的總體結(jié)構(gòu)
嬰兒車(chē)機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示
1.后輪 2.固定桿 3.傳動(dòng)帶 4.離合器 5.前框架桿 6.連桿 7.曲柄輪 8.床體 9.把手桿10.床體固定架 11.雨棚固定架 12.雨棚固定桿 13.搖桿 14.把手固定架 15.橫梁 16.后框架桿 17.行星輪
圖1-1嬰兒車(chē)整體裝配圖
本嬰兒車(chē)通過(guò)主動(dòng)軸、離合器與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)輕微、平穩(wěn)擺動(dòng)；當(dāng)嬰兒車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)離合器使主動(dòng)軸與從動(dòng)軸結(jié)合，再采用皮帶輪作為傳動(dòng)裝置，那么車(chē)輪的滾動(dòng)將使主動(dòng)軸隨之運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)離合器轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再帶動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)床體的擺動(dòng)；當(dāng)嬰兒車(chē)靜止時(shí)，通過(guò)離合器使其分離，然后采用單獨(dú)的手搖裝置，以手搖的方式來(lái)控制曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)將帶動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起來(lái)，最終也可實(shí)現(xiàn)床體的擺動(dòng)。并且在手搖的時(shí)候，各零部件連接處的摩擦等阻力的存在又可以反饋到動(dòng)力源去，從而使人們達(dá)到健身的效果。嬰兒車(chē)通過(guò)在車(chē)輪上附加行星輪機(jī)構(gòu)，使其具有上下樓梯更加省力、平穩(wěn)的功能。嬰兒車(chē)通過(guò)改進(jìn)牙嵌式離合器，使其能適用于不同情況下的結(jié)合與分離，使本作品操作更加靈活。
2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)
2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
具有一個(gè)曲柄和一個(gè)搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。通常，曲柄為主動(dòng)件且等速轉(zhuǎn)動(dòng)，而搖桿為從動(dòng)件作變速往返擺動(dòng)，連桿作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中也有用搖桿作為主動(dòng)構(gòu)件，搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)。
中文名稱(chēng)：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；英文名稱(chēng)：crankrockermechanism；
定義：具有一個(gè)曲柄和一個(gè)搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。通常，曲柄為主動(dòng)件且等速轉(zhuǎn)動(dòng)，而搖桿為從動(dòng)件作變速往返擺動(dòng)，連桿作平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中也有用搖桿作為主動(dòng)構(gòu)件，搖桿的往復(fù)擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)最基本的形式。
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械中，其主要優(yōu)缺點(diǎn)有：
（1）優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。
（2）缺點(diǎn)：占用空間大，而且有死點(diǎn)。
圖2-1結(jié)構(gòu)原理圖
根據(jù)上述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的概述及優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)，我們可以將其利用于我們的嬰兒車(chē)上。特此，我們?yōu)閶雰很?chē)量身設(shè)計(jì)了一種曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如機(jī)構(gòu)示意圖2-1所示。
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為核心機(jī)構(gòu)運(yùn)用于本作品中。AB點(diǎn)與機(jī)架相連，曲軸帶動(dòng)曲柄AB轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)搖桿CD作變速往返擺動(dòng)，使連桿BC緩慢擺動(dòng)，從而達(dá)到讓嬰兒車(chē)的搖籃平穩(wěn)擺動(dòng)的目的。
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是根據(jù)已知條件來(lái)確定機(jī)構(gòu)各構(gòu)建的尺寸，其可以歸納為兩種基本類(lèi)型。
（1）實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；
（2）實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡。
根據(jù)自由度的計(jì)算公式：
其自由度計(jì)算為：
2.2離合器的設(shè)計(jì)
牙嵌離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外輪廓尺寸小，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，故應(yīng)用較多，但牙嵌離合器只宜在兩軸不回轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速差很小時(shí)進(jìn)行結(jié)合，否則牙齒可能會(huì)因受撞擊而折斷。牙嵌式離合器由兩個(gè)端面上有牙的半離合器組成，一個(gè)半離合器固定在主動(dòng)軸上，另一個(gè)半離合器用導(dǎo)鍵或花鍵與從動(dòng)軸聯(lián)接，并通過(guò)操縱機(jī)構(gòu)使其做軸向移動(dòng)，從而起到離合作用。利用兩半離合器端面上的牙互相嵌合或脫開(kāi)以達(dá)到主、從動(dòng)軸的離合的目的。牙有矩形、梯形、三角形、鋸齒形和螺旋形等幾種形式。由于同時(shí)參與嵌合的牙數(shù)多，故承載較高，適用范圍廣泛。
根據(jù)上述牙嵌式離合器的概述及優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)，嬰兒車(chē)的決定優(yōu)化牙嵌離合器作為分離機(jī)構(gòu)，由于牙嵌式離合器結(jié)合是容易受到撞擊而折斷，所以?xún)?yōu)化了牙嵌式離合器，設(shè)計(jì)了由腳踏板來(lái)使離合器結(jié)合與分離，離合器里面有兩個(gè)小凸臺(tái)，離合器轉(zhuǎn)軸前段是一個(gè)圓柱，圓柱頭部有卡槽，不管任何角度都能插進(jìn)去，插進(jìn)去之后由于上下在彈簧力的作用下使凸臺(tái)牢牢的嵌入卡槽，從而使離合器結(jié)合。
2.3行星輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
嬰兒車(chē)一般采用傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)，一般僅適合在平地上使用，很少具備爬樓和翻越障礙的能力。樓梯和路障使嬰兒車(chē)的出行受到了很大的限制，很多場(chǎng)合尤其是室外，比如銀行、購(gòu)物中心門(mén)前等或多或少有幾級(jí)臺(tái)階，室內(nèi)也有很多地方?jīng)]有電梯，這也給嬰兒車(chē)造成很多不便。當(dāng)然，國(guó)家也花費(fèi)了大量的財(cái)力和人力在某些場(chǎng)所修建了相應(yīng)的輪椅坡道和其他公用設(shè)施以方便嬰兒車(chē)、輪椅等活動(dòng)。但由于各種因素的影響，這些措施的作用也非常有限。
行星輪機(jī)構(gòu)是除了能像定向輪那樣圍繞自己的轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)之外，他們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸還隨行星架繞其他齒輪的軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。繞自己軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)稱(chēng)為“自轉(zhuǎn)”，繞其他軸線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)稱(chēng)為“公轉(zhuǎn)”，就像太陽(yáng)系中的行星那樣，因而得名。行星輪的主要特點(diǎn)是體積小，承載能力大，工作平穩(wěn)。但大功率告訴行星齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，要求制造精度高。
根據(jù)上述行星輪的概述，我們按照嬰兒車(chē)的使用要求，設(shè)計(jì)了一款適用于多功能嬰兒車(chē)上樓的行星輪。該行星輪的結(jié)構(gòu)是由三個(gè)大小相同的行星齒輪構(gòu)成的行星輪系，在中心點(diǎn)外依次均布三行星輪，三行星輪用一個(gè)三角形的中心架連接而成的。
其優(yōu)點(diǎn)在于，分別適用平地行駛和爬樓梯，各自適應(yīng)性良好，并且結(jié)構(gòu)緊湊，容易操縱。
2.4傳動(dòng)裝置的選擇
2.4.1傳動(dòng)的幾種典型方法
（1）帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)傳動(dòng)原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動(dòng)的摩擦型帶傳動(dòng)，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動(dòng)的同步帶傳動(dòng)。
優(yōu)點(diǎn)：a可用于兩軸中心距離較大的傳動(dòng)；b帶具有彈性，可緩和沖擊和振動(dòng)載荷，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)噪聲；c當(dāng)過(guò)載時(shí)，帶即在輪上打滑，可防止其他零件損壞；d結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)低，維護(hù)方便。
缺點(diǎn)：a傳動(dòng)的外廓尺寸較大；b由于帶的彈性滑動(dòng)，不能保證固定不變的傳動(dòng)比；c軸及軸承上受力較大；d效率較低；e帶的壽命較短，約為3000到5000h；f不宜用于易燃易爆的場(chǎng)合。
（2）齒輪傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)是利用兩齒輪相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)，即是用主、從齒輪輪齒直接傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的裝置。并且，它是在多有機(jī)械傳動(dòng)中，應(yīng)用最廣，可用來(lái)傳遞相對(duì)為止不遠(yuǎn)的兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。
優(yōu)點(diǎn)：a傳動(dòng)效率高；b傳動(dòng)比大；c傳遞扭矩大；d壽命長(zhǎng)。
缺點(diǎn)：a重量大；b噪音大；c傳動(dòng)距離較小；d需要經(jīng)常潤(rùn)滑。
（3）鏈傳動(dòng)
鏈傳動(dòng)是通過(guò)鏈條將具有特殊齒形的主動(dòng)鏈輪的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到具有特殊齒形的從動(dòng)鏈輪的一種傳動(dòng)方式。
優(yōu)點(diǎn)：a承載能力高；b適用于惡劣的工作環(huán)境；c效率高；d作用于軸上的力小。
缺點(diǎn)：a工作時(shí)有噪聲；b存在沖擊、振動(dòng)；c對(duì)安裝精度要求高。
2.4.2傳動(dòng)方案的選擇
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能提出兩個(gè)方案可供選用：
方案一：用帶轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)噪音，容易設(shè)計(jì)便于制造，性?xún)r(jià)比也較高，對(duì)機(jī)器的轉(zhuǎn)速要求不高，對(duì)嬰兒睡眠無(wú)影響。
方案二：采用齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，重量大，噪音大，加工工藝要求較高，并且需要經(jīng)常潤(rùn)滑。
經(jīng)過(guò)方案的比較及選擇，在設(shè)計(jì)要求內(nèi)方案一能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求條件，方案一比方案二性?xún)r(jià)比高，且容易實(shí)現(xiàn)。所以選擇方案一的帶轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
2.4.3傳動(dòng)比的計(jì)算
根據(jù)傳動(dòng)比的計(jì)算公式：
設(shè)計(jì)的帶傳動(dòng)比為：
齒輪傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比主要缺點(diǎn)有：
（1）制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高；
（2）不宜作遠(yuǎn)距離傳動(dòng)；
（3）無(wú)過(guò)載保護(hù)；
（4）需專(zhuān)門(mén)加工設(shè)備。
3 結(jié)論
1) 嬰兒車(chē)能夠在地表相對(duì)平整情況下，進(jìn)行持續(xù)均勻的搖擺運(yùn)動(dòng)以及搖擺幅度；質(zhì)量完全滿(mǎn)足葡萄扦插種植的工藝要求。
2) 本嬰兒車(chē)再傳動(dòng)過(guò)程中，利用皮帶輪傳動(dòng)，噪音小，不影響嬰兒休息。
3）如果要趕時(shí)間，快速推行要使離合器分離，以便操作。
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