轮滑鞋变形轮收放机构的设计＊

邱茂昌，吴其汉，钟图壹，卢 伟，刘尊波

（1.桂林电子科技大学，广西 桂林541004；2.桂林新商路电子商务有限公司，广西 桂林541100）

作为滑冰滑雪的伴生项目[1]，轮滑运动有着场地受限小、促进肌肉协调性、有利儿童平衡感培养的优点[2]。目前国内轮滑鞋年产量约80万双[3]，是世界第一大轮滑鞋产地，不过目前普遍使用的轮滑鞋结构形式是固定的，即滑轮固定安装在鞋底座上，随着轮滑运动的广泛普及，轮滑运动能够施展的场所越来越多，且运动安全问题越来越受到关注[4]。但更换轮滑鞋依然很不便，使用者往往需要带另一套鞋子进行换穿。市场上虽然已经出现小部分可变形轮滑鞋产品，但与现有轮滑鞋的功能上有一定的差异并且存在自重过大、控制机构负杂等缺陷。总体而言，针对现在主流的双排和单排轮滑运动，还没有完美兼备普通行走和滑行2种使用特点的可变形轮滑鞋。

1 单排收放机构的设计

1.1 收放机构设计的总体思路

外壁上各对应设置有1个主动杆，横杆设置在支撑壳体内，横杆的两端分别穿过支撑壳体的侧壁与2个主动杆的上端相铰接，按压杆的一端与横杆相连接，按压杆的另一端为施力端，2个铰接件分别设置在支撑壳体的两侧外壁处，每个铰接件的两端分别与前连杆组件和后连杆组件可拆卸连接，每个主动杆的下端铰接在其靠近的铰接件上。

连杆组件如图2所示，每个连杆组件内包括铰接件、2个短片体和2个长片体，2个长片体竖直并列设置在支撑壳体内，2个短片体竖直并列设置在2个长片体之间。每个短片体的一端与其靠近的长片体的一端通过铰接件相铰接，2个短片体的另一端之间铰接有滑轮，2个长片体的另一端之间也铰接有滑轮，在每个长片体和短片体上都设计了展开限位槽和收拢限位槽，它们控制收放机构的展开定位和收拢定位。

图2 前/后连杆组件

变形轮滑鞋的变形轮收放机构要求放置在鞋身底部，通过收放结构进行展开与收拢轮子，实现轮滑鞋和普通鞋的功能切换。因此，收放机构应包括滑轮收起和展开2种状态。空间连杆机构具有结构紧凑、运动多样的优点[5]，拟采用空间连杆机构与扭簧、压缩弹簧等配合实现2种收放机构的功能。

1.2 单排收放机构的总体设计方案

滑轮单排收放机构设计，如图1所示，包括按压杆、横杆、前卡杆、2个相同结构的连杆组件、主动杆、2个铰接件、转盘、后从动杆、前从动杆和后卡杆等。其中支撑壳体为长方形框体，2个连杆组件沿支撑壳体的长度方向对称设置在支撑壳体内。支撑壳体的两侧

图1 单排收放机构总体视图（省略支撑壳体）

1.3 单排收放机构的展开和收拢

有超过30%的大学生有过运动损伤的经历，原因来自于运动器材本身[6]，这就要求收放机构在展开或收拢状态都应有相当的可靠性。当单排收放机构的滑轮处于展开极限位置时，后连杆组件的展开限位槽相连通形成的总限位槽内卡接有后卡杆。同理，在前连杆组件的形成的总限位槽内也接有前卡杆。此时，前、后连杆组件都被卡杆限制，4个滑轮处于展开状态的极限位置，如图3所示。

图3 单排收放机构处于滑轮展开位置的剖视图

当单排收放机构的滑轮处于收拢极限位置时，前、后连杆组件的收拢限位槽分别相连通形成2个总限位槽，总限位槽内有前、后卡杆卡接固定。

1.4 单排收放机构的工作执行方案

按压杆是控制整个收放机构工作的开关。用手指按压处于支撑壳体尾端的按压杆端部，按压杆被按压移动后带动横杆朝向支撑壳体头端移动，横杆移动带动主动杆的朝向支撑壳体头端移动，主动杆移动分别带动从动杆朝向支撑壳体头端移动，后从动杆的移动同时带动前、后2个连杆组件的展开动作。

对于后连杆组件，后从动杆移动的同时带动其对应的后卡杆脱离机构处于收拢位置时的总限位槽，短片体因后卡杆的离开以及扭簧的作用，开始快速下落，迅速到达到滑轮展开的极限位置。此时，短片体上的限位突起靠在长片体的限位槽内，同时长片体因后卡杆的离开而下落，并在弹簧的作用下，带动滑轮迅速下落至贴地使用状态，后卡杆卡入展开位置时的总限位槽，后连杆组件的展开动作完成。

对于前连杆组件，2个前从动杆朝向支撑壳体头端移动，从而带动各自对应的转盘发生逆时针转动，2个转盘转动带动2个前从动杆朝向支撑壳体尾端移动，带动前轮连杆组件的前卡杆脱离总限位槽，与后连杆组件的展开动作类似，在弹簧的作用下，前连杆组件也同时完成了展开动作，滑轮处于展开状态。

控制机构4个滑轮从展开状态转变为收拢状态的变形过程为上述过程的逆过程，用手指按压处于支撑壳体尾端的按压杆端部，使卡杆脱离展开位置的总限位槽，再通过直接转动前、后连杆组件实现滑轮到收拢极限位置，此时卡杆卡入总限位槽固定。

2 双排滑轮收放机构

2.1 双排滑轮收放机构的设计方案

双排收放机构如图4和图5所示，具体包括部件：推杆、滑块、滑块用活动销、连杆、前拉伸弹簧、后压缩弹簧、前轴体、后轴体和底盒。图6和图7分别为滑块和连杆的两视图。在底盒上，收拢状态用限位槽、滑块用活动销、连杆、前拉伸弹簧和后压缩弹簧均设置在底盒内，滑块的顶部与底盒顶部内壁滑动配合，推杆穿过底盒的后端与滑块的后端可拆卸连接，底盒顶部内壁上加工有凸起，滑块的前端与凸起之间设置有后压缩弹簧，滑块通过滑块用活动销与底盒的两侧壁相连接，连杆与凸起相铰接，连杆的前端通过前轴体与底盒的两侧壁滑动配合，连杆的后端通过后轴体与底盒的两侧壁滑动配合，连杆和前轴体之间设置有前拉伸弹簧，连杆朝向滑块用活动销的一侧依次加工有张开状态用限位槽和收拢状态用限位槽。

图5 双排收放机构总体剖视图

图6 滑块视图

图7 连杆视图

2.2 双排收放机构的张开和收拢

双排收放机构处于收拢状态时，如图8所示，滑块用活动销处于收拢状态用限位槽内，后轴体处于后长孔靠近推杆的一端处，前轴体处于前长孔中靠近推杆的一端处，滑轮处于收拢极限位置，此时支撑杆的长度方向与底盒的长度方向相同。

图8 双排收放机构处于收拢状态

双排收放机构处于展开状态时，如图4所示，滑块用活动销一端设置在第一竖向孔的低端，滑块用活动销另一端穿过倾斜长孔的低端后设置在第二竖向孔的低端处；当快速变形轮滑鞋处于收拢极限位置时，滑块用活动销一端设置在第一竖向孔的低端，滑块用活动销另一端穿过倾斜长孔的高端后设置在第二竖向孔的低端。

图4 双排收放机构总体视图

2.3 双排收放机构的执行方案

当需要将双排收放机构从收拢状态转变为展开状态时，按压推杆，使推杆朝向底盒的前端所在位置移动，从而带动滑块朝向凸起移动，滑块移动的同时压缩后压缩弹簧，滑块移动的同时带动滑块用活动销上移并从收拢状态用限位槽脱离出来，即在倾斜长孔、第一竖向孔和第二竖向孔同时限位作用下，滑块用活动销的中部从倾斜长孔低端往倾斜长孔高端处移动，同时滑块用活动销的一端从第一竖向孔低端往第一竖向孔的高端移动，同步滑块用活动销的另一端从第二竖向孔低端往第二竖向孔的高端移动，直至滑块用活动销上移到从收拢状态用限位槽脱离出来，此时连杆在前拉伸弹簧的拉力作用下移动到张开状态极限位置后停止，滑块在后压缩弹簧的回复力作用下，滑块用活动销又回到最低位，并通过滑块用活动销与张开状态用限位槽卡接配合形成张开极限位置的稳定定位。同时连杆的后端处的后轴体由后长孔的后端移动到后长孔的前端，带动滑轮由收拢状态转变为张开状态，连杆的后端向前移动的同时，带动连杆的前端同步向前移动，使前轴体由前长孔的后端移动至前长孔的前端，连杆的前端对应的滑轮也由收拢状态转变为张开状态，类似于飞机起落架的收放过程[7-8]。

当需要从展开状态转变为收拢状态时，按压推杆，滑块由后向前滑动，带动滑块用活动销依照路径从张开状态用限位槽脱出，此时通过外力将滑轮件中的任意一个向鞋体中间转动，直至滑块用活动销移动到连杆的收拢状态用限位槽中，该过程中被进一步拉伸，使得收放机构明由展开状态转变为收拢状态。

3 结论

2种收放机构实现了单、双排变形鞋在普通鞋体和轮滑鞋体的灵活转换。通过机构中按压杆、推杆、横杆、连杆组件、支撑壳体、扭簧、压簧之间的相互配合实现了单列和多列多个滑轮的有序展开和收拢动作，简化开启难度，只需用手指操作即可，变形后使用稳定，无需另施力在其他位置，有利于安全操作，且能够有效提高单、双排轮的变形前、变形过程中和变形后的使用性能。

2种收放机构结构紧凑、占用空间小，能够实现操作触发件后多个滑轮同时释放动作，提高滑轮展开和收拢的合理操作性，去掉冗余辅助的控制结构，减轻了整体质量，使用更加轻盈方便，符合人性化运动装备的要求。

2种收放机构中连杆组件与各个滑轮相配合能够为各个滑轮处于收拢状态下提供足够的容纳空间，有利于提高轮滑鞋普通行走的使用性能。