履带式旅行箱结构设计

韩成勇 郝绘坤 张彦波

摘 要：目前市场上的旅行箱比较笨重，在上下楼时无助力功能，不适合长途旅行携带，无法满足人们快节奏的工作和生活。现设计一款履带式行李箱，采用履带式传动装置，安装履带装置、起升机构、电机和控制装置。它可以实现水平平面和倾斜平面的运动。履带式行李箱适应性强，灵活性強，它减轻了人们旅行的疲惫，提高了工作效率和生活质量，弥补市场的高端需求。在我国国民生产和生活中需求较大，具有较高的投资价值和广阔的发展前景。

关键词：履带旅行箱;动力装置;驱动传动装置;履带执行装置

引言

目前市场上的旅行箱大多比较笨重，在上下楼时中心变化较大，也比较费力。本文采用履带式传动装置，设计一款履带式旅行箱。履带式传动装置，目前使广泛应用在上下楼的爬升装置中，比传统的旅行箱运行更加连贯，能量转化率和传动比例也有很大提高。在工作的时候，设备的重心可以顺着和台阶线贴合的斜上方运动，重心变化幅度不大，运行比较平稳。

一、履带式旅行箱的整体方案设计

履带式旅行箱的主体包括箱体、动力装置、驱动传动装置、履带执行装置和助力拉杆装置，整体结构如图1所示。箱体内部设计了不同的功能区域，把履带执行装置与使用者的私人物品分离。箱体的下部安装电池，箱体的背部安装履带执行装置，箱体的底部安装无刷电机、橡胶履带、固定件、主动轮、固定轮和从动轮。固定件左右两边安装驱动轮和从动轮，驱动轮和从动轮设计在橡胶履带的两头，在驱动轮和从动轮中间安装有固定轮。箱体的上部安装助力拉杆，上下楼梯时，用户用手拉动动力杆，让行李箱通过履带链节在楼梯上爬行。在爬行过程中，驱动电机为履带链节的转动提供动力，节省人力，便于搬运。

二、履带式旅行箱的工作原理

提升装置使固定件实现上升与下落，固定件两边安装驱动轮和从动轮，驱动轮和从动轮设计在橡胶履带的两头。驱动轮设计在整体的下部分，它与无刷电机连接，驱动轮和从动轮上设有固定轮。在地面摩擦力的作用下，橡胶履带上的两个牵引轮可以固定橡胶履带，通过履带与驱动轮和从动轮啮合，带动履带转动。

箱子背面安装履带执行结构，箱体的背面有两个上下通道，橡胶履带设在通道的凹槽内。不使用橡胶履带行走时，通过提升电机将履带上升，外观保持美观大方。使用橡胶履带行走时，橡胶履带通过提升电机放下，凸出于箱体，在爬楼过程中增加摩擦动力。

助力拉杆设计成可弯折结构，使行李箱上下楼梯时能被拖拽，解决了上下楼梯的搬运问题。助力连杆像普通旅行箱的拉杆一样，只是拉出时候可以弯折。使用橡胶履带上楼时，橡胶履带由起升电机凸出箱体，整体放下，使橡胶履带与台阶触碰。用户可以拉动助力拉杆改变上楼方向而省力的实现上下楼梯。同时，无刷电机可为橡胶履带提供转向力，节省使用者的力量。此外，还实现了自动称重、人脸识别等智能功能，使行李箱的使用更加方便、智能。

三、电动机的选择

根据国家航空局对于蓄电池容量规定，电池容量为120Wh（一次行程25—30km），最大运行速度为6km/小时。因此选用JETBeam品牌24v多块锂电池组。

履带旅行箱本身及满载质量总20kg，履带旅行箱在上下楼梯过程中，重心与驱动轴之间的垂直距离L为60mm，需要克服阻力矩为11.76Nm。上楼的最大速度n=30rpm，主动轮的最大角速度为3.14rad/s，爬楼时驱动电机的功率满足36.9W。

选用电机型号为Z4D25，电机功率40w，输出转速为560r/min，允许力矩转矩最大2.25N·m，质量为1.7kg。通过分析和计算，各项参数的选择符合零件的强度需求，选用无级调速电机除了能满足功率要求。

四、结语

履带式旅行箱的结构设计是在积极探索、认真查阅大量相关资料和实践制作的基础上完成的。在深入了解履带式爬楼结构的依据和部件结构构成的基础上，科学地设计和构思履带式旅行箱的主要部件，对履带式旅行箱进行三维构图和受力分析，以确保所选部件的合理性和科学性。但是本设计仍然存在许多不足之处，之后我会继续研究和探索，不断更新和完善设计，更好地发挥履带式旅行箱快捷方便的功能。更完美的实现轻松上下楼梯和人机交互功能，提高便捷性，减轻旅途疲惫，解放双手，还旅客一个轻松舒适的旅途。

参考文献：

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