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双翘滑板运动器材结构设计方案

项目分类:通用机械零部件 发布时间:2022-01-13 ID:503748
  • 双翘滑板运动器材结构设计方案
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  日常做休闲运动器材结构设计时,双翘滑板的三维建模需要兼顾滑行性能、结构强度与使用安全性,不能只做外观曲面的堆砌。从实际使用场景来看,这类滑板主要适配街式滑行、日常通勤代步、基础技巧练习三类场景,不同场景对结构的刚性、重量、轮组间隙的要求存在明显差异,建模过程中需要把这些实际使用的边界条件融入到每一个零件的参数设定里。

  先从板面部分的设计思路说起,板面作为承载使用者重量的核心部件,采用层压复合结构的设计逻辑,整体轮廓做前后对称的双翘造型,板头与板尾的翘起角度控制在15到20度区间,这个角度区间既能够满足 Ollie 等带板起跳动作的触地发力需求,又不会因为翘起角度过大导致日常滑行时脚位放置的局促感。板面的主体平面做轻微的脚窝凹陷设计,凹陷深度控制在3到5毫米,能够在滑行过程中给脚部提供足够的侧向限位,避免做转向动作时脚从板面侧滑脱出。板面的边缘做圆弧过渡处理,所有棱边的圆角半径不小于2毫米,避免使用过程中尖锐边缘磕碰造成的损伤,同时也能减少层压结构边缘的分层风险。板面的安装基准面上预留了两组支架安装孔位,孔位的中心距严格匹配主流支架的安装尺寸,孔位周边做局部加厚处理,抵消支架安装时螺栓压紧力造成的层压板局部压溃风险,板面的整体长度控制在80厘米左右,宽度控制在20厘米区间,这个尺寸范围能够适配绝大多数成年使用者的脚型,同时兼顾技巧动作的灵活性与长距离滑行的稳定性。

  再看支架部分的结构设计,也就是行业内常说的桥,作为连接板面与轮组的核心传力部件,支架采用主桥钉加PU减震垫的结构形式,支架主体分为底座与转向挂耳两个部分,底座通过四颗螺栓与板面固定,转向挂耳通过主桥钉与底座连接,中间夹装高弹性PU减震垫,通过调整主桥钉的锁紧螺母预紧力,就可以调整转向的阻尼大小,适配不同使用者的滑行习惯。转向挂耳的轴端用于安装轮组,轴的直径与轮组轴承的内孔尺寸做过盈配合设计,配合公差控制在合理区间,既保证轮组转动时不会出现径向窜动,又不会因为过盈量过大导致轴承转动卡滞。支架的整体高度控制在5到6厘米区间,这个高度能够保证轮组在转向倾斜时不会与板面发生摩擦碰撞,也就是常说的咬板问题,同时不会因为支架过高导致滑行时整体重心过高,影响站立的稳定性。支架的所有受力转角位置都做圆角过渡处理,避免应力集中造成的支架断裂风险,材料选用高强度压铸铝合金的性能参数做结构校核,保证在落地冲击载荷下不会出现塑性变形。

  轮组部分的设计需要兼顾滑行的顺畅度与减震性能,轮子采用高弹性聚氨酯材料的参数设定,轮子直径控制在50到54毫米区间,硬度选择适配街式滑行的邵氏硬度范围,既能够保证在光滑水泥路面滑行时的足够回弹力,又不会因为硬度过高在粗糙路面产生过大的震动。每个轮子内部装配两个深沟球轴承,轴承之间加装轴套,保证两个轴承的内圈间距固定,避免锁紧螺母时造成轴承内圈受压导致的转动阻力增大。轮子的侧面做圆弧接触面设计,接触地面的宽度控制在3厘米左右,圆弧轮廓能够保证转向时轮子与地面的接触面积始终保持在合理范围,不会因为转向倾斜导致滑行阻力突然增大。轮组安装到支架轴端后,通过端盖螺母锁紧,螺母与轴承内圈之间加装垫片,避免螺母转动时磨损轴承内圈端面,同时预留合理的轴向间隙,保证轮子可以自由转动没有卡滞。

  从安装边界的角度来说,整个滑板装配完成后,整体离地高度控制在6到7厘米区间,板头板尾的翘起高度距离地面10到12厘米,所有运动部件之间都预留了足够的运动间隙,转向时轮组的最大倾斜角度不会与板面、支架发生干涉。建模过程中所有的配合关系都按照实际装配的公差要求设定,比如螺栓与安装孔的间隙配合、轴承与轮轴的过渡配合、PU垫与支架安装槽的间隙配合,都完全还原实际生产的装配要求,不存在干涉或者间隙不合理的问题。从结构强度校核的角度,整个滑板按照最大承载100公斤的使用工况做静力学校核,板面的最大弯曲变形量控制在2毫米以内,支架的最大应力低于铝合金材料的屈服强度,轮组的径向变形量在弹性变形范围内,完全满足日常使用的强度要求。

  实际建模装配过程中,按照从底层零件到顶层装配的逻辑,先完成单个轮子、轴承、轴套的子装配,再完成支架底座、转向挂耳、PU垫、主桥钉的支架子装配,最后将两个支架子装配固定到板面对应的安装孔位,再将四个轮子分别安装到支架的轮轴端,完成整体装配。装配过程中验证了所有运动部件的活动范围,转向时左右最大倾斜角度下都没有零件干涉,轮组转动顺畅无卡滞,所有紧固件的安装位置都预留了工具操作空间,实际生产装配时不需要特殊工具就可以完成整机组装。这类结构设计的三维模型,既可以作为休闲运动器材生产的结构参考,也可以作为机械结构教学中装配约束、运动干涉检查的典型案例,所有结构细节都还原了量产滑板的实际设计参数,没有脱离实际使用的理想化设计。

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