可变速脚踏式新型MINI四轮自行车设计*

史瑞东，马福强，秦红星

(唐山学院，河北唐山 063000)

0 引言

自行车是人们出行的常用交通工具之一，一般都是两轮结构，平衡性和操控性较差，对于老人、儿童使用起来比较困难，而车速不可调节。传统链式自行车骑行过程中经常会出现掉链或断链等情况，存在一定的安全隐患。基于上述问题，进行了思考和讨论，提出了一种新型MINI四轮自行车的设计方案。

1 设计思路

通过对普通自行车的一些缺点的分析，对传统自行车做出了一些改进，通过改变结构，主要是变速和传动装置的结构变化来降低重心，由以往的二轮变为四轮来增加车子的稳定性以降低操作难度，机体庞大通过选择材料优化结构克服。

采用脚踏式驱动，当双脚踏下踏板(两踏板相对独立)与踏板相连的连杆转动并带动PE线拉伸，通过导向轮连接传动装置，并将动力传输到后轴上实现动力传输并带动小车运动，当在遇到障碍物时转动车把通过转向装置成功避开障碍物，如果在骑行的过程中发现速度较慢，通过变速装置，只需轻轻转动变速旋钮，从而改变踏下一次踏板前行的距离，最后想停车也很简单只需捏住刹车手柄即可刹车，此为小车从启动到停止的全部运行过程［1］。

2 MINI四轮车的结构设计及组成

此MINI四轮自行车主要由机体、转向装置、传动装置、变速装置、减震装置、刹车装置等组成。如图1、2所示。

(1)机体:由不锈钢焊接而成，通过各个梁的焊接来保证强度和刚度。

(2)转向装置:由车把、横向拉杆、前轴、转向羊角组成，车把转动带动横向拉杆移动，并带动与之连接的转向羊角转动实现转向。

(3)传动装置:由踏板、PE线、导向轮、变速杆、棘轮组成。传递动力时踏板拉动PE线，通过导向轮导入变速杆，变速后再导入棘轮实现动力传输［2］。

(4)变速装置:由变速旋钮和变速杆组成，变速旋钮固定在车把上，变速杆通过固定轴固定在底盘上，二者通过PE线连接。

(5)减震装置:由减震簧和减震支架组成，安放在座子支撑架下。

(6)刹车装置:由刹车片、刹车手柄、刹车线组成。刹车片固定在后轴上，刹车手柄固定在车把上［3］。

图1 MINI四轮车外观示意图1.刹车手柄 2.车把转向轴 3.PE线 4.导向轮 5.车轮6.转向四杆机构 7.连杆 8.踏板 9.减震装置 10.车座支架 11.车座 12.变速旋钮

图2 MINI四轮车的底部示意图

3 结构特点

(1)变速装置，如图3所示，改变了以往的齿轮变速，而使用变速杆大大降低了重心，其原理如下:变速杆rh绕其旋转轴o转动，并假设转动r'h'的位置，而装有PE线的滑轮可以在rh这段滑动杆上滑动，r和h分别表示两极限位置当滑轮在最大极限位置h处转到h'处PE线总的伸长量为L，当在最小极限r处转动r'处伸长量L'，显然L＞L'，伸长量不同从而使后面相连的棘轮在变速杆相同摆动下转的圈数不同，进而达到变速的目的，从而改变其带动的后轴的转速并实现变速。

图3 变速原理图

(2)传动装置的设计巧妙之处在于后轴的棘轮，棘轮的设计灵感来源于易启动器，可自动回弹，保证在有限长度的PE线的前提下提供持久的动力［4－5］。

4 结语

所设计提出的MINI四轮自行车小巧轻便、操作方便可靠、灵活舒适、稳定性好，适用于各个年龄段的人骑行，尤其是老人、儿童都能实现自由骑行，既可作为交通工具使用，又可作为人们锻炼的保健器具使用，它是自行车、三轮车更新换代的新产品，具有很高的推广应用价值。

［1］ 孙 恒，陈作模，葛文杰.机械原理［M］.北京:高等教育出版社，2006.

［2］ 王章忠.机械工程材料［M］.北京:机械工程出版社，2007.

［3］ 朱定见，葛为民.互换性与测量技术［M］.大连:大连理工出版社，2010.

［4］ 谭建荣.工程图学［M］.北京:高等教育出版，2006.

［5］ 刘鸿文.材料力学Ι［M］.北京:高等教育出版社，1961.

［6］ 旷红梅，杨随先.基于人机工程学的自行车骑姿改进设计［J］.机械，2009(12):8－11.