新型腳輪上部連接的結構設計及優化

張文 徐同華

摘? 要：傳統辦公室的轉椅底部的轉輪連接主要依靠圓柱上的螺紋，使用久了容易磨損而使螺紋不能起到固定作用從而轉輪容易脫離連接，而另一種卡口式則在損壞更換的拆卸中需要更換者使用很強的外力來進行拆卸，容易對更換的人員造成傷害，穩定性一般，局限性較大，因此有必要對現有技術進行改進，本次設計在分析了傳統腳輪連接存在的缺點和不足后，提出一種新的連接方式，闡述了新型腳輪連接設計的基本結構并對設計加以改善。

關鍵詞：腳輪連接;結構設計;結構優化

中圖分類號：TH133? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）17-0034-02

Abstract： The runner connection at the bottom of the traditional office swivel chair mainly relies on the thread on the cylinder. After longtime usage， the thread will not be fixed and the runner can be easily disconnected. Meanwhile， for the other bayonet type， during the replacement disassembly after the damage， a strong external force is needed， which is easy to hurt the replacement personnel. This type also has the disadvantage of poor stability and limitations. Therefore， it is necessary to improve the existing technology; after the analysis of the traditional caster connection shortcomings， a new connection method is proposed， and the basic structure of the new caster connection design is expounded and optimized.

Keywords： caster connection; structural design; structural optimization

1 概述

萬向輪就是所謂的活動腳輪，它的結構允許水平360度旋轉。腳輪是個統稱，包括活動腳輪和固定腳輪。固定腳輪沒有旋轉結構，不能水平轉動只能垂直轉動。這兩種腳輪一般都是搭配用的，比如手推車的結構是前邊兩個固定輪，后邊靠近推動扶手的是兩個活動萬向輪。

萬向輪是指安裝在腳輪輪子的支架能在動載或者靜載中水平360度旋轉。制造萬向輪的材料有多種，最普遍的材料是：尼龍，聚氨酯，橡膠，鑄鐵等材料。廣泛應用于礦山、機械設備、電子設備、醫療設備、工程裝修、紡織、印染、家具、物流設備、倉儲、周轉車、機箱、機柜、設備、機電、無塵車間、生產流水線、大型超市等眾多行業和各種領域。根據其不同的用處，軸承分鐵芯、鋁芯、塑芯，尺寸1寸至8寸不等。其中鐵芯、鋁芯一般為重型承重輪，使用時常配備剎車器具。

2 設計中存在的問題

傳統的辦公椅上的腳輪是靠螺紋或卡扣進行連接的，螺紋連接使用久了容易磨損，從而導致螺紋不能起到固定作用，萬向輪與椅腳脫離連接。另一種卡口式則在損壞更換的拆卸中需要更換者使用很強的外力來進行拆卸，容易對更換的人員造成傷害。

為了解決上述設計中存在的不足，筆者對萬向輪的連接作了一定的改進，改進后的萬向輪連接包括轉椅椅腳主體，彈簧，開口銷及腳輪。具體是在傳統的腳輪插桿柱上開一個孔，在腳輪插桿柱與椅腳連接后加裝一根彈簧，通過開孔安裝開口銷，在彈簧的彈性作用下頂住開口銷，拆卸時則將開口銷拆下實現結構分離。

改進萬向輪連接結構實現了傳統腳輪連接中的易磨損導致脫離連接，拆卸費事費力的問題。使用光滑的腳輪插桿柱，杜絕了由于螺紋磨損而產生的連接失效問題。使用開口銷進行固定，則在拆卸和安裝的過程中減少了操作人員的受傷概率。同時在開口銷下方安裝有加固彈簧，提高了安裝的穩固性，同時避免了腳輪連接的晃動和萬向輪的損壞。

但實際上，通過受力分析可以發現，此設計很難達到預期目的，因為設計存在著兩個問題：

（1）椅腳延伸處拐角較為薄弱，存在應力集中。影響使用壽命和使用安全。

（2）不管腳輪處于何位置，其插桿柱與椅腳總會因安裝間隙而產生徑向力的作用，使插桿柱受力不均，在某處過度磨耗，造成斷裂。

3 結構設計與優化

針對初次設計中存在的不足，從插桿柱與腳輪的連接穩定性、開口銷防松脫等四個方面入手，分別對它的設計結構進行了改進和優化，改進后的設計如圖2所示。

（1）插桿柱與腳椅的連接穩定性設計。包括椅腳1、移動輪7和殼體12，通過在殼體12的頂部轉動安裝有端蓋11，將端蓋11的頂部固定安裝有插桿柱10，插入插桿柱10的外圍滑動安裝有椅腳1的內部，插入后利用椅腳1上端的插桿柱10內部滑動安裝有開口銷2，可以避免裝置插桿柱10插入椅腳1后出現滑落的現象，提高裝置的穩定性。

（2）開口銷的防松脫設計。通過在開口銷2下端的插桿柱10外圍固定安裝有彈簧3，可以利用彈簧3所具備的彈性與復位性使本裝置在使用過程中能夠有效的對開口銷2進行支撐，避免裝置在移動時開口銷2出現掉落的現象，提高裝置整體的穩定性。

（3）支架的穩定性設計。通過在殼體12的內部通過車軸8轉動安裝有移動輪7，可以更方便使用人員對裝置進行移動，利用殼體12的一側轉動安裝有腳踏閥4，可以通過腳踏的方式對裝置的位置進行限制，通過在殼體12的表面固定安裝有固定臺5，利用固定臺5的表面通過限位栓13固定安裝有連接臺6，可以根據實際情況對連接臺6兩側固定安裝有支架9的位置進行調節，從而更好的對裝置進行使用，且支架9之間固定安裝有加固桿901，利用三角形的穩定性原理來增加支架9之間的穩定性、堅定性和耐壓性，優化了其使用過程。

（4）使用強度優化設計。針對椅腳延伸拐角處存在的應力集中問題，將椅腳材質更換為硬度和延展性更好的金屬材料，且對拐角處進行圓弧過渡，延伸處上方為光滑曲面，減小應力集中。針對插桿柱因安裝間隙產生受力不均從而導致過渡磨損的問題，將轉椅椅腳與插桿柱連接處改為平面結構，且增加一定厚度，增大插桿柱與轉椅椅腳接觸面，防止插桿柱過渡磨耗，造成斷裂。

4 結論

新型轉椅腳輪連接的設計，優化了傳統腳輪的連接方式，保證了連接的穩固性，解決了初代設計存在的設計缺陷和返修率高、更換困難等問題，為腳輪連接提供了一種可靠性高、經濟實用的方法。它增加了設計的立體感和美觀度，并且達到了設計的預期效果。

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