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• 本文标题：多用途旅行婴儿车设计-复合功能及结构设计-1.doc
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• 内容摘要：多用途旅行婴儿车设计 复合功能及结构设计 学院， 专业， 姓名， 指导老师， 工业自动化学院 机械工程 邱景恒 学号， 职称， 160406102770 尹沾松 副教授 中国珠海 二二0年五月  诚信承诺书 本人郑重承诺，本人承诺呈交的毕业设计多用途旅行婴儿车设计复合功能及结构设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 本人签名， 日期，年月日 多用途旅行婴儿车设计复合功能及结构设计 摘要 多用途旅行婴儿车是一种兼具便携性与多用途的新型婴儿车。对比传统婴儿车，它可折叠成行李箱大小，满足人们乘坐汽车高铁和飞机携带婴儿车的诉求，并且在行李箱模式下还具有一定的储物空间，满足人们出行携带一些日用品的需求。除此之外它还能根据婴儿坐卧不同状态进行转换，在满足国家安全标准的前提下，使婴儿在睡觉出行等多场景下都可使用，真正打破传统婴儿用品用途单一使用时间短的痛点。 多用途旅行婴儿车复合功能及结构设计由四部分组成，分别是婴儿车整体外观设计婴儿车坐卧结构设计婴儿车开合结构设计和婴儿车人体工程学设计。 关键词，多用途旅行婴儿车，结构设计，工程力学，人体工程学  Multipurposetravelstrollerdesigncompositefunctionalandstructuraldesign Abstract Multipurposetravelstrollerisanewtypeofstrollerwhichisbothportableandmultipurpose。Comparedwiththetraditionalbabycarriageitcanbefoldedintothesizeofasuitcasewhichcanbecarriedbypeopleincahighspeedtraiandplanes。Besidesitalsohassomestoragespaceinthesuitcasemodewhichcanmeettheneedsofpeopletocarrysomedailynecessitieswhentheytravel。Inadditionitcanalsobeconvertedaccordingtodifferentsittingandlyingstatesofinfants。Onthepremiseofmeetingnationalsafetystandardsitcanbeusedinmultiplescenariossuchasinfantsleepingandtraveltrulybreakingthepainpointofsingleuseandshortusetimeoftraditionalbabyproducts。 Multipurposetravelstrollerthecompositefunctionandstructuredesigncoistsoffourpartsnamelytheoverallappearancedesignofthestrollerthesittingandsleepingstructuredesignofthestrollertheopenandclosedstructuredesignofthestrollerandtheergonomicdesignofthestroller。Relatedtomechanical Keywords:multipurposetravelstrollerStructuraldesignEngineeringmechanicsergonomics 目录 1绪论 1 1。1研究背景 1 1。2产品分析 1 1。2。1婴儿车分类 1 1。2。2各种品牌婴儿车总结 3 1。3研究目的和意义 3 1。4设计方法和技术路线 6 1。4。1设计方法 6 1。4。2技术路线 6 2多用途旅行婴儿车设计复合功能及结构设计 7 2。1婴儿车整体外观设计 7 2。1。1婴儿车的力学结构分析 7 2。1。2婴儿车整体材质选用 9 2。1。3婴儿车整体尺寸和公差 9 2。2婴儿车坐卧式结构设计 11 2。2。1婴儿车坐卧转换结构方案 11 2。2。2婴儿车坐卧式结构部件设计 12 2。3婴儿车开合结构设计 14 2。3。1婴儿车开合结构方案选择 14 2。3。2婴儿车开合结构部件设计 15 3基于人机工程学的婴儿车部件设计 17 3。1婴儿车扶手高度设计 17 3。2婴儿车内部安全带设计 17 3。3婴儿车内部坐垫设计 20 4总结 25 参考文献 26 致谢 27 1绪论 1。1研究背景 在第六次全国人口普查中我国人口已经突破13亿大关，北上广深一线城市的人口对比第五次全国人口普查的数据有了明显增长，且根据中国地产协会的数据，这些城市每平方住房价格近年来不断上涨，人们住房空间的使用成本越来越高。并且随着我国全面开放二胎政策，在2016年之后生育基数在增长，由此可见会有更多新生儿诞生。 在此大环境下，本人在网购时发现在婴儿车产品领域中，普遍存在体积大价格高功能单一的问题。在国六排放标准下，现在家庭用车普遍小型化经济化一般家用轿车后备空间都越来越小，难以满足具有婴儿家庭长途外出的载物需求，并且观察现在的婴儿车普遍难以在高铁飞机等大众出行工具中携带。由此为本人论文的出发点，结合机械工程专业课程，对现阶段大众使用的婴儿车进行改良设计，解决其出行困难占地空间大用途单一的问题，使其成为用途更广泛有效使用寿命更长的家用产品。 1。2产品分析 1。2。1婴儿车分类 婴儿车是一种为刚出生至1周岁婴儿户外活动提供便利而设计的工具车，根据宝宝的成长使用用途，婴儿车又可以分成很多种类。主要是依照载重量为标准，一般测试标准为九到十五公斤。一般的婴儿车大约可使用四到五年。 一般而言婴儿车分成三类，亚洲市场，日本生产或者台湾生产，的全功能婴儿车和轻便折叠婴儿车欧美型。 1全功能婴儿车，图1。1， 宝宝可平躺在车中，175度平躺较适宜，既可防止吐奶，又利于骨骼生长发育，即使宝宝睡着了也不必担心。由于车轮较大，且有避震功能，地面凹凸不平带来的颠簸较少，宝宝坐着会感到很安全，且有利于宝宝大脑发育，但这种车比较重，很占地方。 图1。1全功能婴儿车 2轻便折叠婴儿车，图1。2， 这种车小巧轻便，手柄操控简单，转弯方便。可在通道狭窄的商店采购或者拥挤的场所来回穿梭。这种折叠推车可坐可躺，收起来之后即便在电车里也不占地方，可放在汽车后备箱或放进旅行箱中，出远门的时候大派用场。与全功能婴儿车比起来，座椅稍窄，可调节的角度较小。 图1。2轻便折叠婴儿车 3欧美型婴儿车，图1。3， 上述全功能婴儿车和轻便折叠婴儿车婴儿车是亚洲的规格，欧美产的是与亚洲基准不同的婴儿车。这种车可躺倒，像全功能婴儿车，但又像轻便折叠婴儿车那样容易收纳。欧洲有很多石板道路，因此婴儿车的轮子都做得大而结实。美国还有可供两名宝宝共同乘用的双人婴儿车和三轮的童车，超轻的伞柄车，还有些家庭拥有多台婴儿车。 图1。3欧美型婴儿车 1。2。2各种品牌婴儿车总结 通过对上述类型的婴儿车的各个品牌，如，好孩子，babycare，anglebay等，调查发现，这些品牌的婴儿车都有四年以上的使用寿命，特点明确，如，高景观推车，便携推车，双座推车等，其特点是根据使用者的需求有了充足的细分，但产品都有其环境限制，例如高景观推车仅适合近距离外出可在石子路上使用，便携式推车常用于出远门在平坦路面上使用，这类产品都难做到多场景的兼顾。 1。3研究目的和意义 结合婴儿车产品现状，多用途旅行婴儿车设计可解决普通婴儿车具有四年以上的使用期限，但实际使用时间只有婴儿时期，即一年，。通过本设计实现多用途旅行婴儿车在折叠下提供一定的储物空间，并能使用坐卧转换机构切换状态满足婴儿在室内室外平坦路面石子路面睡觉等场景下使用需求。 图1。4多用途婴儿车 由上述需求出发设计的初期婴儿车外观如图1。4所示，多用途婴儿车整体具有折叠收纳功能支架整体高度和角度调节功能独立刹车功能箱体靠背调节功能婴儿安全保护功能开合功能和人体工程学设计。 根据我和队友对多用途婴儿车功能设计划分，将婴儿车拆分成两个部分，即图1。4中箱体部分与支架部分，本人负责箱体的复合功能及结构设计，即复合多种结构于一体实现多种功能，其中包括了四个部分的设计。 第一部分婴儿车整体外观设计，具体而言就是婴儿车箱体，如图1。5，的设计，其主要目标是要设计出符合大众出行的便携的婴儿车箱体，确定整个设计所占用的立体空间。 第二部分婴儿车坐卧式结构设计，是基于婴儿车箱体，为实现婴儿在卧睡，如图1。6，和坐姿，如图1。7，两种不同需求而做的结构设计，此设计能扩宽婴儿车的使用场景。 图1。5坐卧转换机构大致位置  图1。6婴儿车卧睡状态 图1。7婴儿车坐姿状态 第三部分婴儿车开合设计，是为了使婴儿车箱体能与普通行李箱一样开合形成封闭空间，如图1。8，，按下开关后能打开盖子，在出行时提供储物空间，如图1。9，。 图1。8婴儿车合盖状态 图1。9婴儿车开盖状态 第四部分婴儿车人体工程学设计，可以为婴儿提供一个安全舒适的乘坐体验，并且方便成年人照顾婴儿，提升成年人使用体验。其中包括了婴儿车高度设计，安全带设计和婴儿坐垫设计。 1。4设计方法和技术路线 1。4。1设计方法 本次毕业设计将多用途旅行婴儿车设计分为两部分，本人负责其中的复合功能及结构设计。本人将通过查阅中外论文期刊，国家标准结合机械工程专业相关课程，解决材料选用整体外观设计婴儿车坐卧结构转换设计多用途婴儿车开合设计婴儿车人体工程学和安全设计，并用三维软件进行实物制作和动画模拟仿真，二维软件对整体结构和关键部件进行输出，最后整理出说明书。 设计方法和思路， 1网上调查产品，查阅各国内外产品资料，明确本产品的创新设计点并进行整合归纳，特别关注国内外产品的价格材质通用标准以及国内的市场需求， 2三维模型制作，根据各市面上的产品做出初步产品模型，用UG软件进行外观整体尺寸和内部机械结构的建模，反复修改，并用动画软件进行运动仿真，如遇问题再次进行修改， 3进行可行性分析，根据最终模型各部分，查看是否能满足生产安装要求，进行实物化可行性分析，通过之后再进行实物模型制作， 4进行市场分析，将实物结合市场大数据，以及用户痛点问题，分析产品是否达标。 1。4。2技术路线 市场调查用户痛点分析国内外资料收集材料选择产品结构设计创建三维模型动画制作绘制二维模型 2多用途旅行婴儿车设计复合功能及结构设计 2。1婴儿车整体外观设计 为了使婴儿车适用于飞机高铁等交通工具的出行要求。此章将以普通行李箱为设计对照，确定婴儿车箱体的具体尺寸，以此进行满载时的受力分析。之后再根据分析结果选用材料，并为后面文章的关键受力部件设计提供数据支撑。 2。1。1婴儿车的力学结构分析 根据2020年3月查询到的中国国际航空公司的托运行李规定，普通托运行李尺寸每件普通托运行李的长宽高三边之和，大于或等于60厘米，24英寸，，小于或等于158厘米，62英寸包括滑轮和把手，，经济舱每件行李重量须大于等于2千克(4磅)，且小于等于23千克，50磅，，超过以上都需要付额外的行李费。所以参考市面上普遍流通的行李箱大小，暂定本设计整体大小为80cm45cm30cm，三边之和为155cm，外形如图2。1所示。 图2。1箱体外形 接下来在常用状态下，需要对箱体进行受力分析，得出箱体最大所受最大压力剪力和弯矩，为下文材料选用提供材料力学要求。 根据日常使用行李箱的经验，行李箱放置时常用的状态有两种，分别如下图2。2和图2。3所示。 图2。2竖直放置图2。3平躺放置 根据简明材料力学[1]，对竖直放置的行李箱进行力学分析，在竖直放置下最主要的受力是来自箱体自身的重量加上装载物品的重量，标定极限重量50kg，根据牛顿和重力的换算公式，G=mg，G，重力，m，质量，g，重力常数取9。8Nkg，，可得总重量为， 竖直放置时底面积为， 由压强表达式，其中，可得箱体所受最大压力为， 对竖直放置的行李箱进行力学分析:画出箱体所受的剪力图和弯矩图如图2。4所示。 图2。4受力分析图 其中行李箱总重量为49N均已分布在行李箱上，长度l=80cm=0。8m，由公式，可得， 由图2。4可得AB两点的支反力为， 所受的最大弯矩为， 2。1。2婴儿车整体材质选用 为了实现本设计结构的复杂程度和轻便价格合理的要求，选择塑料作为整体结构的材料。在各种塑料的分类中，我们选择了工程塑料，其中包括聚酰胺聚甲醛聚苯醚ABSPET等，，其主要优点是具有突出的力学性能耐热性绝缘性，一般工程塑料都作为承载结构件，升温环境下的耐热件和承载件，以及潮湿条件下介电制品和绝缘用品。 查询塑料件成型工艺拟定与模具设计[3]，选择聚碳酸酯，PC，作为本设计的原材料，它是是一种优良的热塑性工程塑料，具有刚而韧的特点。无色或微黄色透明颗粒，无味无臭无毒，密度为1。2g。其冲击性能是热塑性塑料中最好的一种，拉伸强度和弯曲强度都好，且受温度影响小，尺寸稳定性好。吸水率低，能在较宽的温度范围内保持较好的电性能。其最大缺点是易产生内应力，引起应力开裂，缺口敏感性高，可用玻璃纤维增强。应用的地方有汽车的照明系统仪表板聚碳酸酯合金制的保险杠医疗高压注射器外科手术面罩一次性牙科用具血液分离器等。 由以上特性，聚碳酸酯，PC，满足婴儿用品原材料要求，即安全无毒耐高温力学性能好以及不导电。 2。1。3婴儿车整体尺寸和公差 在选择本塑料产品精度时，参考工程塑料模塑塑件尺寸公差表准，GBT144862008，其中的PC材料一列，选用MT3一般尺寸精度，无注明尺寸一般选用MT5精度。查表可知基本尺寸为800mm以上的零件MT3公差为3。00mm，MT5公差为6。90mm。 根据塑料件成型工艺拟定与模具设计[3]中热塑性塑件壁厚推荐表，选取大型聚碳酸酯塑件推荐壁厚34。5mm。塑料件一般采用圆弧过渡，内圈半径至少是壁厚的一半，而外圈半径至少是壁厚的1。5倍。 表2。1聚碳酸酯，PC，的性能数据 对材料的抗弯强度进行校核。 板材归定为矩形，他的截面系数为， 其中a是长度为0。8m，b是厚度为0。003m。 实际计算应力， 根据表2。1提供的3mm厚度聚碳酸酯板材性能数据，其中常温下抗压强度为85MPa，抗弯强度为105MPa，远超满载婴儿车力学性能要求。 对材料的动应力冲击强度进行校核。 假定在时速V=60Kmh即约为16。7ms在此速度下产生的动能为， 冲击应力为， 其中S为底面积，在受力冲击力时由于安全带传导，会将受力传导至底面。 根据表2。1提供的3mm厚度聚碳酸酯板材性能数据，其中常温下抗冲强度为25，远超满载婴儿车力学性能要求。 根据上述说明，选定行李箱外尺寸为80cm40cm20cm，材料厚度为3mm，转角处采用2cm的圆弧过渡。整体允许公差范围±1。50mm。整体大概重量=，外体积内体积，聚碳酸酯比重=大约4。0kg。 2。2婴儿车坐卧式结构设计 座倾角是指座面与靠背之间的夹角是影响婴儿休息的关键参数，座面向后倾斜一定的角度，可促使身体向后倾，有利于人体重量分移至靠背的下半部与臀部坐骨节点，从而把体重全部抵住。一般认为座倾角在110度至135度为休息位置，此时脊椎处于最自然状态，也是休息最有效的状态。 本章将设计婴儿车的坐卧结构，计划为婴儿车提供多级座倾角调节，实现想法是在婴儿车两边设计调节机构，按下调节机构的按钮可以实现多角度调节，靠背不宜90度直立，选用108度至180度为座倾角调节范围，此范围可使婴儿感到舒适。 2。2。1婴儿车坐卧转换结构方案 为满足婴儿车能进行108度至180度靠背角度调节，如图2。5，，将整体行李箱箱体体分为内外壳两部分，外壳不做运动，内壳可实现108度至180度调节，内外壳连接位置设计靠背调节机构，其主要结构分为，齿轮齿轮条弹簧和按钮。在108度至180度设计5挡角度可供调节。 图2。5靠背调节角度 工作原理为，齿轮与内壳以键槽的形式相连，齿条弹簧圆柱体和按钮都安装在外壳里，齿轮与齿轮条啮合形成定位，弹簧为齿条提供啮合力，使得齿轮和齿条能紧密啮合，而按下按钮能提供对弹簧的反作用力，使齿轮和齿条分离，实现靠背的角度调节。组装完成后如图2。6所示，整体尺寸为80mm20mm80mm。 图2。6坐卧转换机构 2。2。2婴儿车坐卧式结构部件设计 首先进行关键部位齿轮的设计。聚碳酸酯小型塑件推荐壁厚为1。8mm取2mm即齿厚b=2mm，根据功能要求设计齿数Z=20。因为靠背调节主要是静止时齿轮受力，最有可能出现齿根折断现象，根据齿根弯曲疲劳强度对齿轮进行设计。 根据机械设计基础[4]提供的塑料齿轮传动许用转矩公式 ，式2。1， 式中，应力循环次数影响齿根弯曲疲劳寿命系数， 实验齿轮应力修正系数，国标， 安全系数， br...
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