便携式楼道折叠儿童车设计

茅烁 尚锐 黄勇淇 考长鸿

摘  要：本文参考国内的儿童车，设计了一种便携式楼道折叠儿童车。本文主要研究了儿童车的四杆机构死点位置问题，车身各杆长和车体平衡问题，介绍了折叠儿童车结构参数的计算方法，为设计者设计折叠儿童车提供了参考。

关键词：儿童车;死点位置;车身杆长;车体平衡

中图分类号：S23

Abstract： In this paper， a portable folding children's car is designed by referring to the children's car in China. This paper mainly studies the dead point position of four-bar mechanism of children's car， the length of each bar and the balance of the car body， introduces the calculation method of structural parameters of folded children's car， and provides a reference for designers to design folded children's car.

Keywords： Childrens car; Dead point position;The body length; balance

便携式楼道折叠儿童车为了满足方便大人带孩子出行而研发的一种机械。它是将折叠儿童车打开后将孩子放入车中，大人可以推着婴儿车带孩子外出，上下楼时，车可沿楼梯扶手滑动。它的运用不仅解放了人力、提高了儿童的舒适度，还可以折叠，方便人们携带。本文主要介绍了四杆机构死点位置、车身各杆长、车体平衡三个组成部分的计算。

1 儿童车工作原理

整车由后背板1、槽轮2、桌板3、槽轮4、锁紧爪5、后轮连杆6、后轮支杆7、后车轮8、底座9、座椅支架10前轮支架11、前轮12和连接杆13组成。儿童车的各个机构通过铰链进行连接，各个杆件通过四杆机构來形成特定的变化。折叠婴儿车时，通过搬动后背板1和桌板3使之相向运动，后背板1与桌板3、前轮支架11、底座9通过铰链连接，构成四杆机构。当搬动后背板1和桌板3时，其带动底座9和前轮支架11向上运动，于此同时，后背板1和桌板3同后轮连杆6、后轮支架7通过铰链连接形成的四杆机构也随之运动，后轮连杆6和后轮支架7向上运动，这时婴儿车折叠完成。后背板上的槽轮搭在楼梯扶手，随人沿扶手滑下。如图1所示。

2 四杆机构死点位置计算

儿童车座椅存在两个四杆机构，设计四杆机构时可能会出现死点位置，影响座椅的折叠，所以应对如图2所示四杆机构进行分析，以下为对四杆机构的分析。

3 车身各杆长计算

（1）根据人机工程学，选定座椅的舒适角度 = 、座椅到扶手的高度h=150mm、扶手到地面的高度H=390mm、轮子直径 =80mm、座椅长度为230mm，有效长度 =175mm。

（2）计算每个轮子的所受的摩擦力 ：

—轮子与地的摩擦系数， =0.5; ——车与所载物体总重量， =26kg; —重力系数， =9.8

（3）根据力的平衡原理

—轮直径， =80mm， —杆在地面的投影长度， —每个轮支架承受的力， =60N

得出 =87mm

力与杆的角度

从而求出轮子支杆的长度为

两轮支杆在扶手的距离为

根据双摇杆机构的杆长条件，即

（1）最长杆长度+最短杆长度≤其他两杆长度之和，连杆为最短杆。

（2）如果最长杆长度+最短杆长度>其他两杆长度之和，此时无论何杆为机架，均为双摇杆机构。

由以上求解可知，前轮支杆从扶手到座椅的距离为156mm，座椅的长度为230mm。座椅后背从扶手到座椅的距离为155mm。由双摇杆机构的杆长条件可知，最短杆长度为155mm，最长杆长度为（100+X）mm，若要形成双摇杆机构，则应满足双摇杆机构杆长条件的第二项。所以X的值应大于230mm，且使其折叠时的角度最小，X的值取231mm。同理可以求得其它杆的长度。求得的各个杆长如下图5所示。

4 车体平衡计算

以座椅后背与座椅的交点为中心点，上方万向轮的力臂为 ，下方万向轮的力臂为 。每个万向轮的重量 。得出到中心点的力矩之和为：

前轮支杆的力臂为 =230mm，后轮支杆的力臂为 =50mm，前、后轮支杆的重力均为8.31N。

得出到中心点的力矩之和为：

因为 ，所以车在完全展开后不会发生后翻的现象。

5 结语

本文设计的便携式楼道折叠儿童车可实现折叠功能，便于携带，且安装有槽轮，可在下楼时解放大人的双手，使婴儿车从楼上运输到楼下，本婴儿车具有结构简单、成本低、易于携带，易于操作，外型美观等特点，特别适用于有儿童的家庭，在人口众多的中国市场必定会有极高的市场占有率和竞争力。

参考文献：

[1]罗仕鉴，应放天，李佃军.儿童产品设计[M].机械工业出版社，2011.

[2]孔德明.二十一世纪儿童产品设计战略分析[J].设计艺术，2005：77-79.

[3]陈毅然.人机工程学[M].北京：航空工业出版社，1990.