無障礙拉桿行李箱

【摘 要】本文所介紹的設計產品是通過對日常經常使用的行李箱進行改造，進而滿足大眾在旅行中的特殊需求。該設計名為“無障礙拉桿行李箱”，主要通過三葉輪來實現障礙跨越，但又有美觀、舒適方面的大膽設計，兼顧多方面的優點。

【關鍵詞】行李箱；三葉輪；無障礙

現在時代，出行成了社會現象中的一大特點，火車站、汽車站、碼頭、飛機場應該是最富有代表性的了，人山人海恐怕都難以形容。在這來來往往的人群中，人們所攜帶的物品有一樣在有意識或無意識之中都已經深深印入了人們的腦海中，那就是行李箱。當然行李箱的種類更是讓人們耳目一新，從早期的木質行李箱，到現在的合成材料行李箱；從早期的只具備手提功能的行李箱，到現在的各種各樣的輪式行走行李箱。變化萬千，是人們的需求在引導著進步。本設計著眼于行李箱在高低不平地面或上下樓梯時行走不便的方面進行設計，但考慮大眾對美觀、舒適等方面的需求，本設計加入了更多的元素。

一、工作原理

（1）三葉輪的原理。下圖所示為三葉輪的機構設計示意圖。該輪式結構要實現在不平坦地面行走和方便上下臺階。故設計時以臺階為參照標準以滿足這兩方面的要求。另外，在不需要特殊使用時，不需要用到該輪式結構。同時從美觀、舒適的角度講，三葉輪應該能收放。一般情況下，即是在平坦的道路上行走時，只需要簡單的兩輪結構。這時，三葉輪的結構不需要工作，即處于收起的狀態，外部大輪工作。在崎嶇或上下樓梯時，三葉輪處于工作狀態，即伸張狀態。此時，三個小輪工作，大輪協助支撐。本設計原理圖如下。

（2）拉桿結構的原理。拉桿的結構圖1所示，通過齒輪齒條、帶傳動實現對三葉輪收放的控制。該結構拉桿臂在沒有與齒輪齒條及帶傳動結構連接時和普通拉桿的功能一樣，當拉桿臂和齒輪齒條及帶傳動結構連接后，該拉桿就可以通過其對三葉輪進行控制。

二、尺寸設計

本設計中因涉及較多尺寸，故整體尺寸協調設計，局部尺寸精確設計都需要不斷更改調試調試以達到某個限范圍。對于整體尺寸的把握，需要從行李箱的使用范圍，即體積和承重兩個方面考慮。按照通用標準，先確定行李箱的使用的范圍，這樣就對整體尺寸確定了一個重要的參考，也是界限。首先是初步尺寸。初步設計拉桿尺寸，按照常規伸縮桿的結構分為兩段，一段起主要支撐作用，另一段起延伸拉手作用。根據箱體尺寸，可以確定桿長范圍。初步設計齒輪齒條及帶輪結構尺寸，他們的尺寸跟桿長密切相關。拉伸桿的支撐段為該結構的支持尺寸設計標準，拉桿的延伸段為該結構功能尺寸的設計標準。緊接著是三葉輪連桿尺寸的設計，先以大輪功能尺寸定下小輪伸縮范圍，然后據此設計小輪伸縮連桿的尺寸及其驅動連桿的尺寸。初步尺寸確定后，就可以進行詳細尺寸的確定。這里要從一些標準化尺寸開始，如齒輪尺寸、帶輪尺寸、齒輪齒條的配合尺寸等。通過查閱相關國標及詳細計算確定該部分尺寸。

三、機構應力分析

機構的基本功能是實現行李的承載及運輸，故需要對各構架及整體機構進行應力分析，用以判斷所設計的產品符不符合使用要求。本產品設計過程中對大輪機構、三葉輪機構和有支持作用的軸承套筒構件進行了詳細的應力分析，并同時進行了有限元分析。通過分析所得參數化確定設計的準確性。

四、機構運動分析

機構運動原理：拉桿通過開關按鈕作用于中間齒條1，齒條通過嚙合帶動齒輪2運動，齒輪2的旋轉運動通過與其固結的同步帶帶輪1將運動傳給同步帶6，帶動同步帶輪5轉動，帶輪5通過齒輪齒條機構（齒輪4、齒條7）使齒條7產生直線運動，這是固定與箱體的傳動機構。作用的力由傳動機構傳遞到三葉輪機構后就能實現三葉輪的伸縮運動。應用Solidworks中的motion運動分析對構件的速度、加速度、位移等進行分析，以確定其符合設計要求。

在設計的最初階段，有些數據僅僅能確定一個范圍，詳細數據計算確實有較大難度，但是先進的建模工具對整個設計有著巨大幫助。設計的產品在未投入生產前就已經能通過建模、分析工具得到其實用行的指標，有效避免成本浪費。本設計借助這些先進的工具能在完成后進行仿真模擬，效果良好。

參考文獻

[1]謝進，萬朝燕，杜立杰.機械原理（2版）[M].北京：高等教育出版社，2010

[2]邱宣懷.機械設計（4版）[M].北京：高等教育出版社，1997