踏步滑板车说明书

摘 要：为了解除踏板车在速度和使用人群上所受到的限制，满足人们使用的需要，基于人机学的原理和方法，利用人体 自身重力作为动力来源，采用踩踏运动方式，设计出结构简单的健身踏步滑板车．该车传动装置主要由主轴系和联动轴系组成，通过链传动保证一定的工作行程和速比系数，具有足够的强度和稳定性；采用离合装置使主轴的运动灵活、可靠，避免倒车不畅的问题，实际应用表明，该车弥补了传统滑板车和踏步机的不足，集健身、休闲、娱乐于一体，且操作方便，安全可靠，寿命长．

关 键 词：人机工程学；踏步；滑板车；离合装置；传动装置

Design and application of fitness step sHding plate vehicle based on ergonomics

Abstract ：To avoid the limitation of sliding plate vehicle in the speed and user crowd，a fitness step sliding plate vehicle with simple structure was designed based on the principle and method of ergonomics ．In the designed vehicle，the gravity of human body was taken as the driving force and the treading mode was adopted ．The transmission device of the vehicle consists of the main spindle and motion axes units．The application of the chain transmi ssion can ensure the operating stroke an d speed as well as sufficient strength an d stability．The application of the clutch device can ensure the flexible and reliable operation of the main spindle an d can avoid the unsmooth reverse ．The designed vehicle overcomes the disadvantages of the traditional scooter an d stepper，and its operation is convenient，safe and reliable．

Key words：ergonomi cs；step ；sliding plate vehicle；clutch device；transmission device

健身踏步滑板车的使用者是在立姿状态下使用，为了使用者在使用时处于舒适的状态和适宜的环境中，在设计时必须充分考虑人体立姿尺寸。在车把及踏板结构设计时，主要考虑车把高、宽及踏板位置的设计尺寸。车把高是车把与踏板面之间的垂直距离，按人机工程学的要求应考虑立姿人体身高和肘高的尺寸。正常成人男女人体主要尺寸按 GB10000．88标准进行选择，如下表 1、2所示。

表 1 我国成人男子 l8—6O 岁人体主要尺寸

表 2 我国成人女子 18—55岁人体主要尺寸

考虑到不同的人都能在舒适的状态下使用，车把高设计成可调节的，其调节范围按成人女子肘高第 10百分数值到成人男子肘高第95百分数值进行设计，可调范围设计为：920～1 100 mm。

车把宽是车把左、右扶手之间的水平距离，按人机工程学的要求应考虑立姿人体最大肩宽尺寸。为满足大多数使用者需要，肩宽以成人女子第95百分数值为设计依据，同时考虑适当的活动空间，车把宽设计为440叫n 。踏板定位尺寸是踏板中心与车把的垂直距离，按人机工程学的要求应考虑人体前臂长的尺寸 ，以成人女子第 95百分数值为设计依据，同时考虑余量，踏板定位尺寸设计为240 inlr1。

健身踏步滑板车主要包括：车把、前轮、车体、左右踏板、传动装置和后轮，前轮与车把连接，铰接在车架前部，由车把控制踏步滑板车的转向，后轮安装在车架的后部，作为驱动轮。车架中部安装左右两个踏板，两踏板前端铰接在车架的踏板轴上，两踏板后端分别连接传动机构的左右两根链条上，由传动机构后轮链条带动后轴飞轮驱动踏步滑板车前行。传动机构安装在两踏板与后轮之间车架上，由中轴系和联动轴系构成。中轴系主要包括：左右链条、中轴、中轴套、左右飞轮、轮盘、离合器、弹簧和后轮链条；联动轴系主要包括：联动轴、联动套和左右链轮。中轴固定在车架上，其上有中轴套，中轴套与中轴之间有中轴、轴承，中轴套上由螺纹连接左右飞轮，中轴套上右端空套轮盘，而离合器与中轴套采用键连接，实现离合器在中轴套上的左右滑动。离合器上安装有销，与轮盘上的孔对应，常态时离合器在弹簧的压力下与轮盘销连接，轮盘、后轴飞轮和后轮链条构成链传动。联动轴固定在车架上，且与中轴平行，其上有联动套，联动轴与联动套之间有联动轴承，联动套上固定有左右链轮。左右两根链条分别连接在左右踏板上，经过各自飞轮、联动轴上的左右链轮，左右两链条的另一端分别固定在左右两链轮上，不同的是左右两根链条经过左右飞轮后与左右链轮的连接方向相反。离合器的作用是解决倒车的问题：拉动拨叉右移，带动离合器向右，使离合器上的销脱离轮盘，即可实现自由倒车。该健身踏步滑板车采用双链轮链条，结构简单合理，传动平稳可靠。

传动装置主要由主轴系和联动轴系组成，主轴系主要由主轴、主轴套、左飞轮、右飞轮、大链轮和离合器组成。主轴固定在车架上主轴套与左、右飞轮分别用螺纹连接，大链轮空套在主轴套上，离合器与主轴套用键连接，并可在主轴套上左右滑动。离合器上安装销，与大链轮上的孔对应，二者通过销进行连接。正常行使状态下离合器在弹簧的压力作用下与大链轮保持销连接，大链轮、后轴飞轮和右链条构成链传动。联动轴系主要由联动轴、联动轴套和左、右链轮组成。联动轴与主轴平行固定在车架上左 、右链轮 固定在联动轴套上。左、中两根链条一端分别连接在左、右踏板上，经过左、右飞轮，另一端反向分别 固定在左、右链轮上。传动装置与踏板、联动轴、后轴通过左、中、右3根链条进行连接。

滚子链链传动选择计算主要包括对一个链传动系统确定传动链条的规格与链节数，主、从动链轮的齿数与中心距，以及对传动系统的安装、调试与润滑等要求。由于链传动的载荷特性、应用环境以及实施的维护等各方面在具体的使用中有极大的差异，所以对选用的链条、链轮产品能否保证达到本标准和使用者规定的要求，还应向产品的供应厂商咨询相关情况。

输入功率——输入功率指主动链轮要传递的功率。

修正功率——计及主动系统特性和所传递载荷类型的影响。

传动设计参数

在选择链条和链轮以前，下列设计参数应予确定：

1) 所传递的功率；

2) 主动和从动机械的类型；

3) 主 从动轴的转速和直径；

4) 中心距和轴系的布置；

5) 环境条件。

链条选择可按修正功率和小链轮转速选择节距最小的单排链。当要求更为紧凑的传动布置，则可选用节距更小的多排链，这样链轮直径也会减小。为确保减少链传动的磨损，应采用合适的润滑方法，润滑方法取决于链条的速度和额定功率。 链传动设计要点

1. 链传动中心距

中心距的优选值为链条节距的30—50倍，但链条在小链轮上的包角应不小于120度。

2. 链条张紧的调节

链条张紧主要是靠对中心距的调节。另外还可以通过采用张紧轮、链轮惰轮以及其他方法达到张紧目的，特别是对与水平夹角超过60度的倾斜传动需考虑张紧，应注意避免链条受到附加载荷。

3. 链条垂度

链边中点允许的垂度为中心距值的1%—3%。

链传动

链传动的优点：

1. 没有滑动。

2. 工况相同时，传动尺寸比较紧凑。

3. 不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小。

4. 传动效率较高。

5. 能在温度较高、湿度较大的环境中使用等。

链传动的缺点：

1. 只能用于平行轴间的传动。

2. 瞬时速度不均匀，高速运转时不如带传动平稳。

3. 不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用。

4. 工作时有噪声。

5. 制造费用比带传动高。

设计时注意要点：

1. 要注意链条的节距与链轮齿距的关系要一致。

2. 两链轮的中心距与链条的长度关系要适当，链条不能太松或太紧。

3. 链轮与链条要尽量采用常用标准件。

带传动

带传动根据带的截面形状不同，可分为平带传动、V 带传动、同步带传动、多楔带传动等。

传动形式分为开口传动、交叉传动、半交叉传动、张紧轮传动。

带传动的优点：

1. 能缓和载荷冲击。

2. 运行平稳，噪声小。

3. 制造和安装精度要求不高。

4. 过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏。

5. 可增加带长以适应中心距较大的工作条件。

带传动的缺点：

1. 有弹性滑动和打滑，使效率降低和不能保持准确的传动比，(同步带传动除外) 。

2. 传递同样大的圆周力时，啮合传轮廓尺寸和轴上的压力比动大。3；带寿命较短。

设计时注意要点：

1. 多楔带和V 型带传动时，两轮的对应槽要在一直线上。

2. 多楔带和V 型带传动时，两轮旋转轴要平行。

3. 皮轮轮直径不能过小，以免减短皮带使用寿命。

4. 皮带包角不能过小，以免皮带打滑。5；皮带要方便更换，因皮带是易损品

在人体自身重力作用下拉动左(或中) 链条向下运动，然后经过两条路线传递运动：一条是通过左(或右) 飞轮将运动传递给主轴，再通过大链轮将运动传递给后轴，从而驱动后轮前行；另一条是通过左(或右) 链轮将运动传递给联动轴，再通过右(或左) 链轮将运动传递给右(或左) 飞轮．由于左、中两根链条经过左、右飞轮后，与左、右链轮的连接方向相反，因而产生向上的拉力，从而带动右(或左) 踏板向上运动，实现两个踏板的联动，如图2所示．

离合装置主要解决因传动装置结构而造成的倒车不畅问题。通过拉动离合开关，使压缩弹簧伸张，推动拨叉运动，从而带动离合器运动，使离合器上的销与大链轮脱离。由于大链轮空套在主轴上，因而传动装置失效，可实现自由倒车，如图3-2所示。

当离合开关复位时，伸张的弹簧也复位，从而带动拔叉复位，使离合器与大链轮重新连接，传动装置正常工作．

传动过程如图3-2所示，当左脚踩踏左踏板时(右脚踩踏右踏板同理) ，靠人体自身重量使左踏板向下运动；左踏板带动左链条向下运动，从而带动左飞轮逆时针旋转；左飞轮再带动主轴套逆时针旋转，然后通过连接在主轴套上的离合器带动大链轮逆时针旋转；大链轮通过链条将运动传递到后轴飞轮，带动后轴逆时针旋转；后轴带动后轮逆时针转动，从而给整个车体以向前的驱动力。同时，左链条还有一条传递路线，即带动左链轮逆时针旋转，与其连接的右链轮也逆时针旋转；右链轮上的中链条向下运动，带动右飞轮顺时针旋转，从而带动右踏板向上运动，实现了一个踏板向下运动时另一个踏板向上运动，即实现了两个踏板的联动。这样使用者双脚交替踩踏滑板车左、右两踏板，自如地上下运动，人和车体便可获得连续稳定的动力，就可以轻松地向前滑行了。通过以上两条传递路线便实现了滑板车的两大工作行程，即驱动后轮和踏板联动。该车前后轮都装有车闸，使人们使用时更加安全可靠。

该健身踏步滑板车具有如下特点：

(1)使用范围广：作为一种健身娱乐工具，对使用者要求较低。由于该滑板车采用人体自身重力作为车体运动的动力来源，使用者双脚交替踩踏滑板车左右两踏板，人和车体便可向前连续稳定地滑行。

(2)传动平稳可靠：传动机构采用双链轮链条结构，简单合理，传动平稳可靠，使用方便，寿命长。

(3)操作灵活：离合装置的安装，使得主轴的运动较为灵活，实现了自由倒车。

(4)功能多：健身踏步滑板车集健身、娱乐、代步功能于一体，既保留了滑板车的轻便灵活、休闲娱乐的特点，又具有踏步机健身的功能，且运动幅度适中。

健身踏步滑板车为户外健身爱好者提供了一种有效的运动器械，集健身、休闲、娱乐为一体。健身踏步滑板车在运动和动力的传动机构上采用双链条传动，使结构简单合理，传动平稳可靠。该车操作简便、外观新颖 ，既保留了滑板车轻便灵活、休闲娱乐的特点，又拥有踏步机健身的功能，而且可作为出行的交通工具。

离合装置主要由离合器、拨叉、复位弹簧、离合开关和钢丝绳组成，如图6所示。用车把上的闸线拉动拨叉，使离合器上的销与大链轮分离，实现大链轮在主轴套上的空转，即可实现自由倒车。

铬钼钢车架的焊接使用银焊料的焊片焊接较多。铬钼钢管是在再结晶温度下焊接，因此管的强度不会降低，也不会变质。但是所使用焊片加重了管的重量。

钛管是使用前述的Tig 溶接，焊接时所使用的不活性气体的水蒸气、或者不纯物体在溶接时混入的可能性是存在的，这些事可能将成为引起疲劳破坏的原因。溶接不良使得应力集中在溶接部位，也会引起疲劳破坏。

已经介绍了几种自行车材料，总地来说，骑感好的是铬钼钢制的、要轻的是铝制的，冲击吸收性最好的是碳纤。钛合金制的上述各种性能都不是最好的，但是为什么对它感兴趣呢？因为它是有前途的金属。

●铬钼钢已经使用了很久，对它的研究也最多，除非有什么突破，铬钼钢的前途可想而知的了。使用适正厚度的管道时重量是会增加，但是不容易引起金属疲劳，这种车能带给车手极佳的骑感。有些自行车竞技必需用铬钼钢制的车子，因为它很结实，容易操作。这种车子才是铬钼钢本来的面貌。有些薄壁的铬钼钢车子，金属表面很容易凹进去，那种车子是不行的。单纯地追求薄壁的管道的现在，铬钼钢应该走自己的道路，充分发挥其优势，否则很可能被其他材料淘汰。 ●自行车用铝管，当前的设计方针很危险，铝是没有疲劳极限，为了降低应力应该增加厚度。但是为了单纯地谋求薄壁，使用强勒的新合金来制作车架。从外观来看这些制品使人引起很不错的错觉，但是疲劳寿命将是如何呢？铝管的薄壁程度已经到了极限，不可能再薄下去。结果它的命运将和铬钼钢一样。进一步来说，骑车摔倒时，因它塑性变形量少，破断时很可能发生一口气的脆性破坏。今后铝制自行车向那一个方向发展呢？我认为可能会成为比赛专用自行车的素材。若用铝制自行车来练习，一定会感觉到性能的降低显著。

●碳纤维制自行车是有前途的，通过应力计算会找到最适合的加工条件。另外是信心问题，假若厂家应该提供可信赖的割裂、耐用等数据时，需要量会增加。当前尚存在各种问题。

●钛管还有发展的余地，强度可能会超过铬钼钢，现在已能制造1.5kg 的车架，将来一定会出现1kg 的车架，钛必定会夺去铝的" 轻量王" 的宝座。另外，钛不需要涂漆，可减少这部分的重量(20～40g) 。将来最理想的是钛制自行车？这只是纸上谈兵，和车友们一起探讨。笔者所选择的钛合金

是下述的β合金Ti-15Mo-5Zr-3Al (在TI 中添加15%的Mo ，5%的Zr ，3%Al)。 其他材料如镁、不锈钢等不在此记述。这些材料也许将来会有新的突破也说不定。 在此例出各素材的拉伸强度，从下表可知笔者所选的钛合金是多么优秀。