張?zhí)煊?，靳 財 ，馬 帥 ，秦 濤 ，雷實修

（1.湖北文理學院機械與汽車工程學院，湖北 襄陽441053；2.河南機電職業(yè)學院機電工程學院，河南 鄭州473000）

活力板是一種新型的兩輪滑板，它以人體運動理論和巧妙的力學原理，利用身體（腰部及臀部）、雙腳扭動及手的擺動引起輪架的傾斜，使作用于輪緣的摩擦力產生向前的推動力來驅動活力板前進，同時根據兩板的傾斜來控制方向，豐富了滑板的運動技巧性與趣味性，經常使用活力板可以起到提高身體柔軟度，平衡感和健身的作用[1-2]。機械式活力板使用趣味性較強，適合青少年兒童日常娛樂用，但是操作難度相對較大，并不適合上班族日常通勤使用。

本文在活力板原有的基礎上進行優(yōu)化，采用組合創(chuàng)新的方法，結合活力板的娛樂性和滑板車的便捷性，設計一款結構簡單、可拆卸且方便攜帶的多功能組合式電動滑板，并對其關鍵零部件的承載性能進行分析驗證。

1 組合式電動滑板結構設計

1.1 總體方案

組合式滑板結構如圖1所示，主要包括：前板、后板、聯(lián)軸器、供電傳感系統(tǒng)及外接快插接口。后板可以設計成機械式和電動式兩種形式，根據不同的需要組合成兩種結構模式：前板和機械后板通過聯(lián)軸器連接，組裝成傳統(tǒng)的機械式活力板；將機械后板換為電動后板，則組裝成使用電力驅動的電動滑板。

圖1 組合式滑板結構示意圖

電動滑板采用電機驅動，通過檢測后板上的壓力傳感器信號來調整運行速度，以前板的傾斜來控制前進的方向。使用電力驅動，速度更加穩(wěn)定，比機械式活力板更加省力、方便。前板和后板均設有安裝手把和座椅的快插接口，可以拓展滑板的功能模式，使用者可以根據需要來加裝手把和座椅，當作電動滑板車使用。

1.2 后板結構設計

電動后板為組合式電動滑板的核心部件之一，主要包括后板本體、后輪、電機等，后板本體內置有電路、壓力傳感器、控制芯片、彈簧按鈕等硬件。使用者可以根據道路情況踩壓壓力傳感器來進行加速或者彈簧按鈕使電機停轉。后板下方電機通過聯(lián)軸器帶動渦輪轉動，渦輪與大齒輪嚙合，與大齒輪同軸的鏈齒通過鏈傳動帶動固定輪上的小鏈齒轉動，從而達到動力傳動的效果。見圖2.

圖2 電動后板結構示意圖

1.3 前板結構設計

前板上的滑輪為萬向輪，可以自由活動，主要控制滑板的運行方向。前板下方為可拆卸電池盒，以裝備電池。機械活力板模式下可以根據需要將其拆卸下來，減輕負重。見圖3、圖4.

圖3 前板結構示意圖

圖4 快拆式聯(lián)軸器結構示意圖

1.4 快拆式聯(lián)軸器結構設計

聯(lián)軸器主要起連接前板和后板的作用，同時緩沖前后板的扭轉力矩，在組合式電動滑板上有著至關重要的作用。內置有中心連桿以及壓力彈簧和扭矩彈簧，利用鎖扣套筒以卡扣的形式鎖緊。壓力彈簧和扭矩彈簧均安裝在中心連桿上，壓力彈簧用以抵消在使用過程中兩板帶來的沖擊力，扭矩彈簧則在兩板發(fā)生相對扭轉之后產生使之回轉的力，兩端均為快拆結構，可以方便的將機械后板快速更換為電動后板。

2 承載性能分析

將SolidWorks建立的組合式電動滑板結構模型導入Ansys Workbench分析軟件中，對組合式電動滑板的前板和聯(lián)軸器等關鍵核心零件進行強度分析，研究其承載性能是否滿足設計要求。

2.1 前板承載性能分析

組合式電動滑板的前板采用鋁合金的材料，質量密度為2.77 g/mm3，泊松比為0.33，彈性模量為200 GPa，屈服強度為280 MPa.分析時將軸承面和聯(lián)軸器連接管內壁設置為固定面，將前板上的摩擦帶簡化，在前板的中間位置選取與人單腳相當的面積垂直加載人體單腳平均壓力300 N，忽略摩擦作用，分析得到的應力和位移云圖如圖5所示，最大應力為1.251 3 Pa，最大形變量為2.8e-4 mm，遠遠小于材料的屈服強度，說明前板結構強度滿足要求，可對局部結構進行減重輕量化設計，達到更加便攜的目的。

圖5 前板靜強度分析結果

2.2 聯(lián)軸器承載性能分析

聯(lián)軸器的中心連桿采用鋁合金材料，材料屬性與前板相同，主要起到固定扭矩彈簧、壓力彈簧以及承受扭矩的作用。聯(lián)軸器的扭力彈簧材料采用不銹鋼絲，線徑為3.5 mm，中徑為25 mm，滑板可旋轉的最大角度為20°，有效圈數為14，根據扭力彈簧的扭矩計算公式，得最大扭矩為17.57 N·m.分析時將左端的螺孔內壁固定，在中心連桿的右端軸用卡簧的位置施加17.57 N·m的順時針扭矩，分析得到的應力和位移云圖如圖6所示，最大應力為0.037 Pa，最大應變量為3.71e-5 mm，遠遠小于材料的屈服強度，說明聯(lián)軸器中心連桿的結構強度滿足要求。

圖6 聯(lián)軸器靜強度分析結果

3 結束語

本文運用組合創(chuàng)新的方法設計了一款新型組合式電動滑板，快拆式聯(lián)軸器和外接快插接口設計使其組合功能和可拓展性更強，同時也增強了其實用性和娛樂性。利用Ansys Workbench對前板和聯(lián)軸器核心零件中心連桿進行了靜強度分析，分析結果表明設計的組合式電動滑板結構滿足承載性能要求，具有實用效果。

參考文獻：

[1]苗英愷.活力板推動力來源分析[J].科教文匯，2008（25）：276-276.

[2]劉延柱，苗英愷.活力板運動的動力學分析[J].力學與實踐，2008，30（3）：60-62.