基于曲柄摇杆机构原理的手足联动玩具车创新设计

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基于曲柄摇杆机构原理的手足联动玩具车创新设计

作者：王中武张炳财

来源：《中国机械》2013年第16期

摘要：基于曲柄摇杆机构原理设计了一款手足联动的玩具车，本儿童玩具车装有手动、脚动两套动力系统，能单系统提供动力，也能混合联动，其转向由脚来控制。本手足联动玩具车除了具有一般儿童脚踏三轮车轻便、环保节能、安全的优点外，同时也具备健身的作用，能提高儿童的四肢力量及其协作能力。

关键词：曲柄摇杆；手足联动；玩具车

儿童体育的重要意义被越来越多的人所认识。现在市场上儿童健身玩具虽然很多，但四肢同时参与进行一定强度锻炼的却很少，而且传统脚踏三轮车存在上坡难，下坡不安全的问题。故本文从这一背景出发，设计了一款手足联动的玩具车，让孩子在娱乐之余，同时还能锻炼四肢及其全身的协作能力，又进一步保证其安全，使其健康成长！

1.设计目标

本车要实现手足联动，即本玩具车必须装有手动、脚动两套动力系统。手动动力系统，此系统需要把手的动力传到车轮，实现车轮的滚动。脚动动力系统，此系统需要把脚的运动转化为轮子的滚动以实现车子的运动。

2.手动系统的实现：

手动系统的设计基于曲柄摇杆机构能把往复摆动变为整周回转运动的原理，如图1所示，故手动系统可以设计为当人的手臂以不同步的速度摆动时即可带动轮的转动，此结构简单，易于制造。

3.理论设计计算

根据本作品的实际情况，已知的条件有：曲柄长： =10mm，摇杆摆角： =80°，机架长l =45mm；初定行程速比系数：K=1.25.

用解析法求连杆及摇杆长度：

如图2所示，ABCD是一有急回特性的曲柄摇杆机构。摇杆的两极位置是C D、C D，C D=C D=l3，∠C DC = 、曲柄AB =AB =l ，连杆 =B C =l ，∠C AC = θ为极位夹角，AD=l4.取A为坐标原点。