60岁老人做试管-十大暖宫食物
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《创新思维与实践》课程大作业
题目
婴儿车自锁系统改良设计
姓名:
班级:2011机械工程及自动化
学号:
任课教师:
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评语:
年月日
签名:
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摘要
目前市场上的婴儿车刹车装置一般都是手动的,家长在停车之后需要额外 的
操作去锁定车轮。当家长由于疏忽而忘记锁车时,车子有失控的危险,存在安全
隐患。本课程 设计针对婴儿车刹车问题,对现有的刹车装置进行改良,提出一种
婴儿车的自锁装置。
该设计采取现有婴儿车的基本骨架,在手把、后轮处改良结构。最终的效果
是:当推动车子时,手部对手 把产生推力,使后轮自由,此时车子可以随意前进
或后退;当停止推动,人手离开手把,后轮被自动刹紧 ,车子不能自由运动。
锁车机构主要由手把、凸轮、传动杆、弹簧、机械手爪组成。手把一端 固定
并可绕其运动,凸轮固连安装在手把定端。手爪用于“抓紧”后轮。弹簧提供给
手爪“抓紧 ”后轮的力。当手把处于一个角位置时,凸轮远休点传给到达某位置,
把传动杆顶下,传动杆把此向下的 位移传给机械手爪,克服弹簧抓紧后轮的力使
后轮得到自由。
本设计的创新点主要在于把额外的手动刹车动作省去,向婴儿车引入“自动”
刹车装置。
正文
一、引言
近几年,童车已经由婴童“奢始品”演变成为儿童成长过程中的必需品,儿
童的成长从婴儿手推车、学步车、脚踏车、电瓶车到自行车一个都不能少。根据
统计数据,按照目前新生 儿出生数量进行累积计算,全球6岁以下的儿童数量超
过8亿。每年全球童车的消费量将超过1000亿 元人民币,这是一个巨大的消费
市场。在婴儿车数量发展飞速的同时,婴儿车的质量的提升也应该得到重 视。孩
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子是父母手中的包,我们不容许因婴儿车的安全问题而使婴儿收到伤害。 而婴< br>儿车最大的一个安全问题是刹车问题。近几年不时有新闻报道因刹车问题而导致
婴儿受伤甚至夭折 的事件。那么,目前市场上的婴儿车刹车系统到底有什么缺陷
呢?
目前的婴儿车大多是在四个 轮子处安装一个脚踏制动机构,家长在停稳车子
之后需通过脚踏的方式逐个锁定车轮。而有些家长由于疏 忽,往往在停车之后没
有立即刹车,才使车中的婴儿由于婴儿车失控受到伤害。
本团队的目标 在于对目前婴儿车的刹车系统进行改进,使其能“自动”刹车,
减少因忘记锁车而带来的婴儿车失控事故 .
二、整机设计方案
目前婴儿手推车的刹车装置手动的。在后轮处安装 一个锁紧机构,通过脚踏
的方法即可锁紧车辆。本设计目的是将额外的刹车动作去掉,做到放手停止推动
车辆即可将其刹停。
本设计是基于一款现有的婴儿手推车进行结构上的改进。如下图
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图1 图2
外形和骨架基本不做变化,采用现有原型。只在适当部位做一些改进。
把图中手动锁换 成可以自动锁紧的机构,再配以1处加入的附加联动触发机
构,即可实现“自动”锁紧。
整车刹车的工作原理:
当施力于手把处时,手推力的分力使手把向下摆动,通过1处的联动机 构,
使手把处的角度位移转换为后轮刹车装置的垂直方向的位移,把刹车齿轮向下推,
使其与轮 轴齿轮啮合,达到制动效果。当施加在手把处的力消除,通过2处的弹
簧,使手把弹起,再通过1处的连 动装置使刹车齿轮提起,其与轮轴齿轮分离,
轮轴不受锁紧力,后轮得到自由。
下面详细介绍各个部分结构:
1、刹车齿轮与轮轴齿轮啮合
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图3
如图,刹车齿轮只做大概一个轮齿的四分之一,轮轴齿轮则为整轮 ,固连在
后轮轴上与后轮同步运动。
当不施力于手把,即手推车不运动时,刹车齿轮与轮轴齿 轮啮合,轮轴被锁
定,后轮不能转动。而当推动手推车时,两轮齿互相分离,后轮自由转动。
这种齿轮啮合锁定相比于摩擦锁定的优点在于可靠性高,只要齿高足够高,
就不会打滑。齿轮啮合为有级 的,但只要齿数足够多,轮齿足够密,就可近似看
作无级,这样可以基本保证在后轮没有太大角位移时即 可正确啮合。
2、传动轴
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图4
图中蓝色部分为传动轴,其通过红色的三个部件定位,传动轴可上下运动。
传动轴下端固连刹车齿轮,把上下运动传到刹车齿轮。
3、手把
图5
图中红色为手把,蓝色为弹簧机构。手把在不受手的作用力时,仅受弹簧机
构的弹力,弹 簧受压,使手把有向上运动的趋势。当人手施加作用力于其上时,
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受力如图。
图6
人手的作用力F分解为Fx,Fy两个方向的分力,其 中主要以Fy为主,其
是通过手把的安装角来保证的。Fy分力克服弹簧的弹力使手把向下摆动。
4、联动机构
图6
联动机构连接手把和传动轴。滑槽连接。是把角位移转换为线位移的环节。
整机动作联系如图:
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图7
三、自己负责部分的设计方案
分析了现有国内外婴儿车制造的现状,本团队通过讨论,确定了团队作品
的三个基本属性:
(1)去掉额外的脚踏锁车动作,把停车放手的动作作为触发锁车的动作。
(2)人的动作输入点放在手把处。
(3)锁车执行机构放在车轮处。
本人基于以 上确定的几点属性,经过思考和查阅相关书籍,制定了自己的
一套设计方案。下面是设计过程。
1、制动机构安装在前轮还是安装在后轮?
婴儿手推车前轮是可以转向的,如图
图8
若把制动机构安装在前轮,必然使机构复杂化。若安装在结构简单得多的
后 轮,则可以避免结构复杂化。
所以,应当把刹车装置安装在后轮。
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2、怎么制动车轮以达到整车制动的效果?
(1)首先观察现有的车轮制动机构。
在我们日常生活中的车轮制动机构通常都是对摩擦原理的应用。通过刹车
鼓和刹车片对车辆进行制动。据 此,取其摩擦原理,通过查找相关资料,我列出
以下几种方案。并按其动作关系,把其归为两类。
1)第一类
图a 图b
在相关书籍中找到了如上图所示的两种类似的机械手机构。
如图a所示,方形块为机架 ,其中轴处开孔可容一根圆棒在其中上下运动。
方形块下部两边各通过铰链连接安装一根杠杆,杠杆在上 端通过拉伸弹簧的作用
力使其上半部有相互靠近的趋势。圆棒端部为圆柱向圆锥过度的块头。当圆棒处< br>于如图位置时,两边的杠杆上部受圆柱的压力而分开,使其另一端相互靠近,压
紧圆球。当圆棒被 提起,使圆锥侧面接触杠杆上端部时,在拉伸弹簧的作用下,
杠杆上部靠近,下部张开,释放圆球。
该机构的优点是零部件结构简单,制造方便,但其存在一个缺点:圆棒提
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起时, 有可能提起位移过大,使杠杆上端与圆棒圆锥面脱离接触,当圆棒再次压
下时将被杠杆上端阻碍,使整个 机构失去工作能力。若要解决这个问题,需要额
外加入限定圆棒位置的装置。
如图b所示的机械手夹紧机构则无上述担忧。但结构还可以进一步简化成
图c样式。
另外,图c机构相比于图b的改进还在于,圆棒底端部与传动杆的连接由
一个铰链增加成两个铰链,使该 处铰链传动更加可靠平稳。
为了进一步增加平稳性和增大夹紧力,还可改进成图d样式。
图c 图d
经过反思,发现如图b、c、d的结构的主动力臂相比从动力臂太短,以图
d为例。如下图:
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F1、F2分别为主动力、从动力,而L1、L2分别为主动力臂、从动力 臂。
图中清晰可见主动力臂L1比从动力臂L2小很多,这会导致当平衡时主动力F1
将比从动 力F2大很多。反过来思考,当提供的F1大小有限时,通过杠杆传达
到橡胶块处的锁紧力F2将会很小 ,这对锁紧车轮是不利的。提供的F1力的大
小直接与人手提供给车把的推压力大小相关,我们的设计的 目标是希望手提供的
推压力能不衰减甚至增加地传递到车轮锁紧装置,保证车轮锁死。
为了增长主动力臂,避免动力的衰减,本人通过思考,对以上结构进行改
进,草绘出下图e。
图e
该改进结构主动力臂L1与从动力臂L2基本相等,主动力F1基本不受衰
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减地传到锁紧橡胶块。
另外,还有一增力结构。如图f:
图f
增力的方法为:使从动力臂L2减小,或使主动力臂L1增大。由于轮子半
径是固定的, 所以从动力臂不能再减小,只能采取增加主动力臂L1的方法。则
有如图f结构。由杠杆原理——F1x L1=F2xL2,可知,因L1>L2,所以F1
但是,此增力机构有个明显缺点:使机构整体尺寸过大。
总结:以上为根据动作关系分成的第 一类通过摩擦锁定的机械手机构。其
结构和动作特征为:主要为一根主动圆棒,一双对称的从动杠杆手爪 组成,将圆
棒的上下运动通过传动机构转换为杠杆手爪的角位移以锁紧车轮,力臂L1、L2
的 大小决定了力F1、F2的相对大小,如下式。
由F1xL1=F2xL2,推出F2F1=L1L2 =K。不妨定义K为杠杆力的传力比。
在本设计中,K越大越好。
2)下面为根据动作关系区分的第二类摩擦锁定机构。
该类机构的共同性或者说其特点在于,把旋转运动转换成机械手的角位移
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以达到锁紧的效果。
图g 图h
图g所示机构,上部横向安装一丝杆,其两端各螺纹配合一个螺母。丝杆
两边 的螺纹旋向相反,当丝杆转动时,螺母相向或相离运动。下部两边各安装一
跟弯杆作为锁紧执行件。弯杆 下端固连于机架,上端与上述螺母铰接,跟随螺母
运动。当螺母相向运动时,锁紧车轮,当螺母相离时, 放松车轮。
该机构的优点是,因螺纹的自锁性,当锁紧车轮时,车轮的对弯杆的反作
用力(压力)不能使螺母产生相离运动而放松车轮。锁紧可靠。但其缺点也是明
显的:丝杆制造工艺复 杂,使制造成本升高,且锁紧需要旋转丝杆,操作不方便。
图h原理基本与图g相似。区别 在于把施力点与受力点分别放在支点两边,
且把螺纹副改成齿轮副。其缺点也在于制造不易,成本过高。
经过分析,选定图e的机械手机构作为锁紧后轮的执行机构。
3、人手部给手把输入什么运动才引起相关锁车、解锁运动?
人在推车时与停车离开对婴儿车动作的区别如下:
推车时:手轻握手把,双手搭在手把上对手把施加向前和向下的推力。
停车后:上述两种力量都被释放。
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对比推车时和停车离开后的变化,我列举出如下几种方案。
(1)利用手轻握手把的握力。
在手把手握部位安装握力弹块,推车时握力使弹块压下,通过传动机构转化
为上述机械手 的圆棒的向下运动,释放后轮;停车离开握力消失,导致圆棒向上
运动,自动锁紧后轮。
但这 种机构有个本质缺点:弹簧压块力臂小,必然导致使其压下的力量很大,
而这种力量直接来自于手部,若 手部施加太大力且时间过长会对手部不好。
(2)利用推车人手部对手把的推力
如下图,人推动婴儿车时,对车把有向前和向下得推力,能对两者中哪个加
以利用呢?
分析:向前的分力是比较小的,特别是当婴儿车在起动后平稳前进的过程中
更加小, 而且是断续的。而由于人手部自身的重量,使向下的分力则相比较大且
较为平稳。所以对向下的分力的利 用是较为合理的。
经过思考,我草绘出如下图形:
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手把不要做成 固定式的,要使其能在图示范围内活动。图示支点位置做成铰
链连接,且安装扭簧,使手把在不受手推力 的作用下处于如图实线位置。当受到
手部推力时,其运动到虚线位置。
4、那么,怎么把手把部位的角位移转换成刹车部分圆棒构件上下方向的线
位移呢?
我提出如下方案:
如图的弹簧一端固连机架,另一端固连双铰链块。在未施加手部 推力时,
弹簧受拉,是圆棒向上运动,机械手夹紧车轮。在手把铰接的一端连一凸轮,当
手部推 力把手把推到如图位置时,凸轮的远休点刚好转到如图角度,压下传动杆,
传动杆的另一端制一斜面,当 杆被压下时,推动下一部分的圆棒向下运动,机械
手松开车轮,此时婴儿车可以移动。
四、结论
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评价:
在设计之前,查阅了充足的相关资料,在思考设 计过程中,把搜索到的机构
应用到作品中,所以,该设计整体来说,结构比较规范,理论上基本能实现预 期
的功能。但设计中不足之处还是明显的。比如设计之前并没测量过手部推力大小,
不能清楚实 际是否能起作用;手把的安装角度没有经过具体的计算,因而不能知
道手部推力在垂直地面的分力为多少 ;作品只设计了“自动”刹车的骨架,并未
和婴儿车的实际骨架相配合等等。
参考文献:
[1] .《常见机构设计及应用图例 第二版》 化学工业出版社 孙开元 张丽杰 主编
[2] .婴儿手推车的市场调查报告 杨天赐
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本文更新与2020-11-20 08:32,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:http://www.xapfxb.com/yuer/362795.html
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