圖1 滑板

圖2 輪滑鞋

圖3 三角彈性彎板

圖4 代步滑行器

人們總在試圖走路能走得更快些，但是靠雙腿走路，快了就會體力不支。于是有了輪滑鞋、滑板（如圖1），眾多年輕人踩著輪滑鞋（如圖2）、滑板在馬路上向前滑移，一般都為單人滑行。而摩托車、汽車等交通工具，作為越來越多的成年人的代步工具，一次可以帶著多個人在馬路上奔馳。這些都是利用代步工具和地面之間的摩擦，二者的區(qū)別在于，前者動力來自于人的體能，后者動力依靠汽油、柴油、電能、太陽能等?；疖?、動車、高鐵是利用車體和導(dǎo)軌之間的摩擦，而飛機則是利用空氣流，它們均可帶著成百上千人高速奔馳、飛行。

作者開發(fā)了一種代步滑行器，只要踩在該滑行器上，下蹲或單腿或雙腿上下踏步，便可向前滑行，而且能起到鍛煉身體的目的。

1.運動原理和總體設(shè)計

本代步滑行器是利用彈簧能和單向制動輪實現(xiàn)的。

1.1 能量的儲存

能量儲存采用彈簧鋼板。將彈簧鋼板彎曲成圖3所示的三角彎板，由地板、上斜板和后斜板組成。當(dāng)人踩踏在兩斜板連接的彎板自由端時，彎板便在人體重的作用下下移，同時在三角彎板內(nèi)產(chǎn)生并儲存一定的能量即彈簧能。

圖5 三角墊板

圖6 滑行代步器

圖7 棘輪機構(gòu)

圖8 代步滑行器

1.2 向前滑移運動的實現(xiàn)

在如圖3所示情況下，當(dāng)受到人體重量作用，三角彎板向下移動時，由于地板緊貼地面沒有前后、左右運動，在三角彎板內(nèi)便產(chǎn)生并儲存彈簧能，之后隨即向上向前彈起。但在如圖4所示情況下，由于彎板下面裝有輪子，所以三角彎板產(chǎn)生的彈簧能將轉(zhuǎn)變?yōu)榍昂蠡蛳蚝笠苿拥倪\動能。這時，為了確保三角彎板只能向前移動，在三角彎板后斜板下面安裝只能單向轉(zhuǎn)動的反轉(zhuǎn)制動輪子，如圖4所示。這樣，三角彎板內(nèi)產(chǎn)生的彈簧能便轉(zhuǎn)化為向前移動的運動能，實現(xiàn)向前移動。踩下的距離越大，儲存的彈簧能就越多，向前移動的距離就越大；下踩的頻率越高，向前移動的速度就越快。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）本體設(shè)計

考慮到人踏踩時重心不能太高，設(shè)計上斜板與水平底板成25°左右。同時，為使人腳踩下時相對舒服些，或使得在人腳踩下自由端時，腳底基本能處于水平，或不至于向后太傾斜，設(shè)計如圖5所示三角墊板，并置于上斜板上面，如圖6所示。

后斜板與上斜板之間夾角的大小直接影響能否產(chǎn)生彈簧能和產(chǎn)生彈簧能的大小，很顯然90°左右產(chǎn)生彈簧能最大，因此設(shè)計該夾角略大于90°。

另外，考慮到一般人腳的大小，設(shè)計腳踏三角墊板的長度為330mm，寬度為130mm。

根據(jù)人不同的體重50kg、60kg、70kg以上，選擇不同的彈簧鋼板厚度，分別選擇2mm、2.5mm、3mm三種。

（2）單向制動裝置的設(shè)計

棘輪機構(gòu)是一種用的單向轉(zhuǎn)動裝置。本案采用如圖7所的內(nèi)裝棘輪機構(gòu)的輪子為本代步

滑行器的單向制動裝置。圖8為代步滑行器整體圖。

3.總結(jié)

本案設(shè)計的代步滑行器區(qū)別于以往的滑板、滑輪鞋。雖然也利用到了滑行器與地面間的摩擦力，但并不需要直接踩蹬地面，而只要單腿或雙腿上下交替運動即可。向下運動依靠人體重量，向上抬起運動利用三角彎板內(nèi)部儲存的能量即彈簧所具有的復(fù)位功能，非常省力。而且，同時具有鍛煉體能的功效，具有一定的應(yīng)用推廣價值。

[1]王慧,呂宏.機械設(shè)計課程設(shè)計[M].北京大學(xué)出版社,2011.

[2]振華.實用軸承手冊(第二版)[M].上?？茖W(xué)技術(shù)文獻出版社,1996:20-59.

[3]劉鴻文.材料力學(xué)[M].高等教育出版社.

[4]江瀾.互換性與技術(shù)測量[M].機械工業(yè)出版社,2001.

[5]趙武云,劉艷燕.ADAMS基礎(chǔ)與應(yīng)用實例教程[M].清華大學(xué)出版社,2012.

[6]鐘日銘.UG NX7.5完全自學(xué)手冊[M].機械工業(yè)出版社,2011.

[7]何銘新,錢可強.機械制圖[M].高等教育出版社,2004.

[8]袁艷紅.大學(xué)物理[M].清華大學(xué)出版社,2010.

[9]趙程,楊建民.機械工程材料[M].機械工業(yè)出版社,2011.

[10]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)[M].高等教育出版社,2009,3.

[11]于駿一,鄒青.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].機械工業(yè)出版社,2012,1.

[12]舒紅宇,彭來,謝鑫,尹亮.基于遺傳算法的電動代步車用輪轂電機優(yōu)化設(shè)計[J].云南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2011.