摇篮婴儿车说明书
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第五届全国大学生机械创新大赛作品说明书
１
作品立项背景
随着国内经济的快速发
展以及人们生活水平的不断提高，
婴儿车已演变成为
婴儿成长过
程中的必需品。
每个孩子都是父母的心头肉，
父母们都希望孩子
能拥
有一个健康舒适的成长环境。
即从孩子出生那一刻起，
便希望他能享受到舒适的
环境，
而这种环境
的起始点便是婴儿车。
现在的婴儿车虽然多种多样，
但具有一<
/p>
定的局限性，
因为这种婴儿车仅在行驶中起一定的作用，
而在家时，
人们一般使
用摇篮或婴儿床，
那么婴儿车放在家里既占据空间，
而且适用价值又不大，
这就
造成了资源的浪费。
因此，
我们设计了这种集方便性、
操作简便性、
舒适性等多功能于一体的摇
篮婴儿车。
它的问世不仅可
以增强婴儿在车内的舒适度，
而且还可以营造有利于
婴儿健康成
长的环境。
所以，
我们所设计的婴儿
车是符合时代背景的，
是具有较高价值的实用设计。
２
现状分析与改进
2.1
目前婴儿车的现状
目前市面上的婴儿车主要有
A
型和
B
型两种婴儿车，如图
2-1
、<
/p>
2-2
所示，
A
型车适合于外出散步，
B
型车适合外出购物。
< br>而这些婴儿车都有一定的局限性，
功能单一，给人们带来一定的不便。
图
2-1
A
型婴儿车
图
2-2
B
型婴儿车
目前的婴儿车只能在行驶状态中起到作用，
不能在静止中对即将
入睡的婴儿
-
3 -
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< br>体现其价值。
并且目前的婴儿车睡篮大多数都较低，
当行
驶在马路时，
婴儿很容
易吸入汽车尾气，这有害于婴儿的健康。
目前的婴儿车无上、下楼省力功能，在上、下楼时，人们负担
较重。
目前的婴儿车只有锁止功能无刹车功能。这对于正处下
坡路的婴儿车而言，
具有一定的危险性。
2.2
作品改进及创新
本摇篮婴儿车通过曲
柄滑块机构与平行四边形机构的结合，
实现轻微、
平稳、
可控摆动；
当婴儿车运动时，
通过牙嵌式离合
器使主动轴与从动轴结合，
再采用
齿轮作为传动装置，那么车轮
的滚动将使主动轴随之运动，从而带动曲轴转动，
再带动曲柄滑块机构运动，
最终实现摇篮的摆动；
当婴儿车静止时，
通过牙嵌
式
离合器使主动轴和从动轴分离，
然后采用单独的脚踏装置，<
/p>
以脚踩踏的方式来控
制曲轴的转动，
曲轴
的转动将带动曲柄滑块机构运动起来，
最终也可实现摇篮的
摆动
。
并且在踩踏板的时候，
各零部件连接处的摩擦等阻力的存在又
可以反馈到
动力源去，
从而使人们达到健身的效果。
本摇篮婴儿车利用平行四边形的不稳定
性还可实现座椅与摇篮间的相互转变
，从而达到婴儿车多用化的目的。
本摇篮婴儿车通过在车轮上
附加行星轮机构，使其具有上下楼梯更加省力、
平稳的功能，
并
且可以利用摇篮下的平行四边机构的不稳定性在上下楼梯时，
因
重力作用始终使摇篮在同一水平面，即增加了它的平稳性。
本
摇篮婴儿车通过手动减速装置和脚刹装置的分别应用，
使其能适用于不同
情况下的减缓速度或停止，使本作品操作更加灵活。
3
作品原理介绍
3.1
材料的选择
本作品的车体与摇篮是由的不锈钢管加工而成，
其重量轻，
除
拥有良好的塑
性及加工性能外，
还拥有良好的力学性能、
可回收性、
以及较高的耐磨性，
能承
受机构变形时所产生的压力。
3.2
曲柄滑块机构
3.2.1
曲柄滑块机构的概述
-
4 -
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< br>平面连杆机构是由若干个杆件通过低副连接而成的机构，又称为平面低副机
构。<
/p>
由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构，
称为平面四杆机构
。如果低副
均为转动副，
那么这种四杆机构就称为铰链四杆机构
。
它是平面四杆机构的基本形
式，曲柄滑块机构可以看作是在它
的基础上演化而成的。
曲柄滑块机构广泛应用于各种机械中，其主要优点有：
（
1
）
曲柄滑块机构实现直线运动比较简单，
滑块可以左右或者上下往复运
动。
（
2
）
运动副均为低副，底副的两运动副元素为面接触，压强较小，可承受
较大的载荷，并且有利于润滑，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。
其主要缺点是要求耐磨性能、平面度等较高。
3.2.2
曲柄滑块机构的设计
根据上述曲柄滑
块机构的概述及优缺点总结，
我们可以将其利用于我们的摇
篮婴
儿车上。
特此，
我们为摇篮婴儿车量身设计了一种曲柄滑块机构
，
此机构是
用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆
机构，如机构示意图
3-1
、
三维图立
体
3-2
所示，
就是将曲柄的回转运动
变换为滑块的往复直线运动。
曲柄
滑块机构中的与机架构成移动
副的构件为滑块，
通过转动副
A
、
B
连接曲柄和滑
块的构件为连杆。
曲柄滑块机构作为核心机构运用于本作品中。
Ox
点与曲轴相连，曲轴带动
曲柄
a<
/p>
做回转运动，
从而带动滑块做往复直线运动。
转动副在连杆
b
的带动下同
时做转
动和移动，
最终使得连杆
c
缓慢做曲线
摆动，
从而达到让婴儿车的摇篮平
稳摆动的目的。
-
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图
3-1
曲柄滑块机构的机构示意图
图
3-2
曲柄滑块机构的三维立体图
3.2.3
曲柄滑块机构自由度的计算
曲柄滑块
机构的设计是根据已知条件来确定机构各构建的尺寸，其可以归纳
为两种基本类型。
（
1
）
实现给定的运动规律
；
（
2
）
实现给定的运动轨迹
。
我们根据曲柄滑块机构的这两种基本特性，
再联系我们所需要的运动机构的运
动轨迹，
故此我们采用此机构作为该款摇篮婴儿车的基本机构。
我们利用曲柄滑块
机构的特性来达到摇篮做圆弧摆运动的目的。
根据自由度的计算公式：
F=3n-2PL-PH
公式（
3-1
）
其自由度计算为：
F=3×
4-2×
5=2
3.3
平行四边形机构
3.3.1
平行四边形机构的概述
平面连杆机构
是由若干个杆件通过低副连接而成的机构，又称为平面低副机
构。
由四个构件通过低副连接而成的平面连杆机构，
称为平面四杆机构。如果四杆
的大小、
长度相同，那么这种四杆机构就称为平行四边形机构。它是平面
四杆机构
的基本形式，其他形式的四杆机构都可以看作是在他的基础上演化而成的。
平行四边形机构，其主要优点有：
（
1
）
平行四边形机构以面接触承受的压强小，便于润滑，磨损较低，可以承
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受大的载荷；
（
2
）
构件形状简单，构件工作可靠；
（
3
）
可以使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求；
（
4
）
利用平行四边形机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求。
其主要缺点有：
（
1
）
连杆设计较复杂且精度不高；
（
2
）
不能用于高速场合。
3.3.2
平行四边形机构的设计
根据上述平行四边形机构的概述及优缺点的总结，
我们可以将其变形，
运用
于我们的摇篮婴儿车的摇篮上。
我们所
设计的平行四边形机构是以平行四边形为
基础的机构，
也是利用
其特性将其扩展的多干机构。
该机构具有普通平行四边形
机构的
特性，
相对杆始终保持平行，
且两连杆的角位移、
角速度和角加速度也始
终相等的优点。但该机构的调速范围较小，不适用于要
求调速范围很大的场合。
而我们的摇篮婴儿车所需速度本就不大，
也不需很大范围的调速，
所以很适合用
这种机构。
并且利用平行四边形的不稳定性，
我们还可给根据需要，
< br>改变摇篮的
状态，来达到人们想要的结果，如躺式摇篮或座椅式摇篮。如图
3-3
是平行四边
形机构的结构示意图，图<
/p>
3-4
是平行四边形机构的三维图立体。
图
3-3
平行四边形机构的结构示意图
-
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图
3-4
平行四边形机构的三维立体图
3.4
传动装置
3.4.1
传动装置的概述
齿轮传动是利用两齿
轮相互啮合传递动力和运动的机械传动，
即是用主、
从
齿轮轮齿直接传递运动和动力的装置。
并且，
它
是在多有机械传动中，
应用最广，
可用来传递相对为止不远的两
轴之间的运动和动力。
齿轮传动的主要优点是：
（
1
）传动平稳，传动比精确，工作可靠；
（
2
）结构紧凑、效率高、寿命长；
（
3
）使用的功率
、速度和尺寸范围大等。
其主要缺点是：
（
< br>1
）制造及安装精度要求高，成本高；
（
2
）不适用于两轴中心距过大的转动；
（
3
）不适用于振动冲击
较大的场合。
3.4.2
传动装置的设计
因此，
根据上述对与齿轮传动的功能介绍及优缺点概述，
我们特选用齿轮传
动作为我们摇篮婴儿车的传动部分。如齿轮传动装置结构示意图
3-5<
/p>
，三维立体
图
3-6
所示，
a
杆的两点分别与后轮的中心轴相连，且
a
轴为主动轴，主动轴上
套有一齿轮
A
，曲轴上套有一齿轮
C
，
而齿轮
A
与齿轮
C
通过中间齿轮
B
连接
构成一个整体
，以此方式做运动和动力的传递装置。
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图
3-5
齿轮传动装置机构示意图
图
3-6
齿轮传动装置三维立体图
3.4.3
传动比的计算
根据传动比的计算公式：
i=z2/z1=n1/n2
公式<
/p>
（
3-2
）
我们设计的齿轮传动比为：
i=z2/z1=n1/n2=2
（
1
）
能保证恒定的传动比，能传递任意夹角间的运动；
（
2
）
可以获得准确的平均传动比；
（
3
）
与带传动相比，传递动力大、效率高；寿命长，工作平稳，可靠性。
3.5
行星轮机构
3.5.1
行星轮机构的概述
行星轮机构是除了能像定向轮那样围绕自己的转动轴转动之外，
他们的转动
轴还随行星架绕其他齿轮的轴线转动的机构。
绕自己轴线的转动称为
“
自转
”
，<
/p>
绕
其他轴线的转动称为
“
公转
”
，就像太阳系中的行星那样，因而得名。
行星轮的主要特点是体积小，
承载能力大，
工作平稳。
但大功率告诉行星齿
轮传动
结构较复杂，要求制造精度高。
3.5.2
行星轮的设计
根据上述行星轮的概述，
我们按照摇篮婴儿车的使用要求，
设计了一款适用
于本作品上楼的行星轮。
该行星轮的基本结构是
由三个大小相同的行星齿轮构成
的行星轮系。如三维立体图
3-
7
所示，在中心点外依次均布三行星轮，三行星轮
-
9 -