[一种新型摇杆式独轮车的创新设计] 电动独轮车哪个牌子好

　　摘　要：采用机械创新设计完成了独轮车驱动方式的改变。产品采用双棘轮机构，配合齿轮啮合，巧妙地实现了双向摆动摇杆驱动独轮车前进。摇杆采用套筒连接便于拆卸，提高了方便性。为了增加新手练习的可行性，增加设置可拆卸可控转向的辅助轮机构。该玩具独轮车结构简单，趣味性高，经济实惠，能够广泛使用在公园社区等广阔场地，是一件绕有兴趣的新型玩具。
　　关键词：独轮车　双动式　棘轮　创新设计　摇杆式
　　中图分类号：TH122　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1007-3973（2012）007-121-02
　　1 设计背景
　　市场上广泛存在的脚踏式独轮车主要用于杂技及极限运动等场合，其训练难度大，趣味性偏低，因此很难在日常生活玩耍中得到普及。
　　为了更好地适应人们对科技化和自动化的需求，国际市场上出现了站立式电动独轮车，这种独轮车极大地方便了人们的生活，具有较强的方便性，但是由于造价昂贵，使用范围狭小，同样很难在生活中得到普及。
　　为了改善独轮车运动，根据人们对于玩具运动型、挑战性、趣味性、环保性的需求，设想制造出一台能够改变传统动力驱动方式——采用摇杆驱动，并具有更高的趣味性和挑战性的新型玩具独轮车。
　　2 玩具独轮车的设计理念
　　市场上存在的某品牌电动独轮车采用人站立姿势，脚踏于轮两侧，通过身体重心控制独轮车平衡，电动机驱动独轮车前进。作为纯机械式玩具独轮车，设计基本风格沿用电动独轮车基本外形并考虑设计的安全可靠性。为减轻独轮车的设计重量，采用板架结构。
　　3 玩具独轮车整体方案设计
　　3.1 变速机构
　　为了实现摇杆摆动速度与车轮转动速度的转换，必须设计相应的减（增）速机构，以实现预定速度。
　　齿轮传动作为现代机械传动中相当普遍的一种传动方式，具有很多优良的特点。比如工作可靠，传动比稳定，传动效率高，寿命长，结构紧凑。很适合用在结构紧密，空间较小的场合中。因此，对于该变速装置宜采用齿轮变速。
　　3.2 双向驱动转换机构
　　为了实现双向摆动动力源转换成为单向旋转的车轮运动，设计如图1机构实现此功能。
　　功能实现过程如下：当摇杆前后摆动时，带动主动齿轮右旋，通过齿轮啮合调速分别带动齿轮2与齿轮3实现不同方向的转动。设置1、4两个离合器。离合器是用于原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的重要部件。在任意工作时刻，1、4两个安装同向的离合器必定有一个处于“合”，一个处于“离”的状态。通过从动轮啮合齿轮7使得在不同的离合状态输出转向只有一个方向。
　　3.3 辅助支撑转向机构
　　独轮车联系复杂，为了方便初学者进行练习，设计一可拆卸辅助轮机构及其转向机构实现独轮车行进过程中的支撑及转向。而在练习成熟后，拆除该机构通过身体重心的调整完成转向。
　　该机构采用移植的创新设计方法，巧妙将自行车变速机构移植到独轮车转向。其机构原理图如图2。
　　0杆作为机架固定在车体上，两轮安装在A、B两点，通过自行车变速机构拉动1杆转动，从而控制两轮的朝向，进而调节车体的前进方向。
　　其设计传动原理图如图3。
　　4 计算分析过程
　　4.1 主要参数计算
　　设计合理的独轮车行进速度，依照人体工程学合理摆动频率，进而对独轮车变速齿轮组机构进行传动比分配，设计出合理的减（增）速机构。
　　车轮直径400mm，设计摆动速度为2s每周期。考虑到棘轮存在一定的空程，造成一定的运动损耗，因此考虑设计传动比较大。经测试，空程约为10�?
　　查阅人体工程学相关资料人单臂长约为550mm，经过测试人在独轮车上的手臂摆幅为700mm，设计杆长（到摆动中心）1300mm，则由公式
　　1=R�讇%a
　　�%a≈30�?
　　其中包含棘轮的空程10�埃９ぷ餍谐涛?0�?
　　�%r主动轮=0.349rad/s
　　�%r轮于=�%r主动轮�讂
　　V行进=R�讇%r轮于
　　设计速度为1.5m/s，计算得到z=21.48，就近取传动比为20，该速度足以达到娱乐的正常速度。
　　即取齿轮传动比z=20，设计高速级传动比为4，低速级传动比为5，为保证较小中心距尺寸，取模数m=1，高速级小齿轮z=20，高速级大齿轮z=80，此时两轴中心距a=50mm。
　　低速级传动比为5，取模数m=1，低速级小齿轮z=24，低速级大齿轮z=120，此时两轴中心距a=72mm。
　　4.2 其余结构设计
　　根据行进阻力大小，计算驱动力，要求满足人体动力输出范围。结合输入输出转矩，计算校核所选板架、主从动轴、齿轮、轴承等。根据该设计思路完成的产品的三维效果图如图4所示。
　　5 小结
　　本摇杆式独轮车具有如下创新点：
　　(1)功能上改变传统的脚动力驱动方式，采用摇杆式手臂摆动驱动，创造了新型独轮车使用方法；
　　(2)机构上采用双棘轮机构，实现了双动式驱动即将双向动力源转变成为单向运动；
　　(3)拓展了使用的范围，巧妙移植自行车变速机构实现了辅助轮装置的安装及转向，对于初学者练习有很大的帮助。
　　参考文献：
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