基于曲柄摇杆机构原理的手足联斟玩具车创新设计

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Academ ic· - j-/ l基于曲柄摇杆机构原理的玩具车创新设计厦门理工学院机械与汽车工程学院-王中武辅农林大学机电工程学院 -张炳财摘要 ：基于曲柄摇杆机构原理设计了-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-般儿童脚踏三轮车轻便、环壁能、安全的优点外 ，同 寸也具备健身的作用 ，能提高儿童的四肢力量及其协作能力。

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-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-背景出发，设计了-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-步保证其安全，使其降成长11.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∨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。

C图 1曲柄摇杆机构原理图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：1 10mm， 摇杆摆角： 够 80。，机架长 1445mm；初定行程速比系数 ：KI.25。

用解析法求连杆及摇杆长度：如 图 2所 示，ABCD是 - 有 急 回 特 性 的曲柄摇 杆机构。摇杆 的两极位 置是 c D、c2D，C1DC 2D13， C1DC2 妒、 曲 柄84 Machine China中国机械ABlAB21 3，连杆B1C3B2C2：12， clAc2 0为极位夹角，AD14.取A为坐标原点。

图2 曲柄摇杆机构极限位置根据两种极限位置得方程组 (I)：广蜉sin2 ：砰 n 旦 c0s 旦.- 2 2 2争茸cos (；-争 cos：( -方程组 (II)：血 E sin 詈譬c砸 詈由方程组(I)可得：1，410mm 1 230mm由方程组(II)可得：1 2390mm 1 317lmm4.工作原理及创新分析4.1.手动系统的工作原理：手的动力通过曲柄摇杆机构传递。孩子摆动两摇杆，可使后轮前进或者后退，从而使车子前进、后退。因该机构存在死点问题，为了避开死点，两摇杆摆动是不同步的。

4.2.脚动系统：脚的动力通过踩踏板的方式传递。这与传统脚踩三轮车的功能类似，只需踩动，就能实现车的前进。

4.3.方向的控制：方向由脚控制。方向控制不仅简单，而