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标题 多功能式行李箱的设计
范文 高天禹 景傲磊 胡沛锴 马克宁



摘要：为了实现既可以拉行又可以滑行的行李箱并且爬楼梯时拉杆可进行一定角度的旋转，在楼梯之间进行搬运时可依靠背部的履带进行爬坡的功能，本文将行李箱与滑板车相结合，又在行李箱背面添加了滑动履带，同时把行李箱的拉杆设计成可倾斜式以此来使人们登梯时减少人力的输出。
Abstract： In order to realize a suitcase that can both pull and slide， and when the stairs are climbed， the lever can be rotated at a certain angle， when moving between stairs， it can rely on crawlers on the back to climb， this article combines the trunk with the scooter and adds a sliding track on the back of the suitcase. At the same time， the tie rod of the suitcase is designed to be tilted so as to reduce people's output when climbing the ladder.
關键词：便携助力；滑动履带；滑板车
Key words： portable assist；sliding track；scooter
中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）27-0127-03
0 引言
随着现代出行人数的增多，行李箱使用日益频繁，然而现代市场上人们在机场、火车站、商场等地点使用的行李箱都是传统的行李箱。其外观单调、功能单一，既没有助力系统，还存在众多的功能缺陷，尤其是面对楼梯时，旅行或外出人员会遇到一个非常棘手的问题：即只能手提笨重的行李箱走上台阶。很大程度上增大了出行人员的劳动强度，从另一方面讲依旧是增大了行李箱的磨损程度，降低了出行效率。目前，全国行李箱生产的数量基本能满足市场的需求，但行李箱品种更新换代快，一些式样精美、功能齐全、符合时代潮流的行李箱生产供应仍然不足。一些技术含量高的行李箱在市场上还比较紧俏，随着人们生活水平的提高，对行李箱的要求也越来越高。现有行李箱存在自重过大、安全性差、形色过于相似、不够省力而且拉动过程中噪音过大等缺点。
鉴于上述问题，本文针对性地设计了一款使用方便灵活、可控性强、效率高的能够帮助出行人员节省劳动力的多功能式行李箱。在设计时考虑到现有产品的不足，例如行李箱不够省力、自重过大等，进行有针对性的进行设计一款外观新颖高品质但不另类的行李箱，注重其功能设计，可侧重于学生以及需要经常出差人士的使用要求。该产品首次将滑板车机构和行李箱巧妙地结合在一起，其中可倾斜拉杆的设计可以满足不同身高的出行人员在面对不同倾角的楼梯时可以实现助力爬梯。它能动态、灵活、方便地应用于各种交通运输站，很大程度上提高了人们出行的效率，既节约时间，又节省力气，具有较高的推广应用价值。该多功能式行李箱能适用于各大商场、火车站、机场、地铁站、高铁站，具有很强的推广性和应用价值，能够满足旅行人士的各项需求，相信多功能式行李箱的市场前景将会非常广阔。
1 设计原理
多功能式行李箱的主体结构由滑轮机构、倾斜拉杆、滑动履带、箱体、滑板机构等装置组成。其中滑轮采用的是单向轮，倾斜拉杆为可进行一定角度倾斜的自由活动拉杆，滑动履带由履带架、驱动链轮组成。为了实现多功能式行李箱多功能运输，我们将行李箱与滑板车相结合，又在行李箱背面添加了滑动履带。既减小了劳动强度以及磨损程度，又提高了工作效率。为了达到行李箱与滑板车一体化的理想目标，我们决定设计出一种可进行九十度旋转并可镶嵌在行李箱外部的轻板。至于滑动履带的设计，我们采用双凸起轨道方式，类似于坦克在较复杂的地形时能如履平地。如图1所示为行李箱的整体外观。
2 主要结构设计
2.1 履带的结构及其工作原理 如图2所示为多功能行李箱的履带。它主要由主动轮驱动、围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和托带轮的柔性链环构成。履带由履带板和履带销等组成。履带销将各履带板连接起来构成履带链环。履带板的两端有孔，与主动轮啮合，中部有诱导齿，用来规正履带，在与地面接触的一面有加强防滑筋（简称花纹），以提高履带板的坚固性和履带与地面的附着力。
由此传动原理即可实现多功能式行李箱在上下楼梯时，依靠抗阻履带的滑动来实现助力过程。通过与楼梯之间的摩擦带动轮的转动，从而使履带进行滑动。履带机构拥有较好的抓地性能、良好的附着力、较低的接地压力以及较小的滚动阻力等优点，符合设计要求。传统履带机构的结构有履带、驱动轮、支撑轮、引导轮和张紧装置组成，设计中该履带机构为辅助机构，主要靠摩擦力进行运动，机构中每个轮的作用受力基本一致。
2.2 滑板车机构设计 图3所示为多功能行李箱的滑板车机构。此滑板车机构是由脚踏板、后轮胎部分、箱体提手、小轮胎部分以及把手和把手架等构件组成。普通行李箱的拉杆扩大诠释成滑板车，滑板车的轮子也理所当然成为行李箱滑轮，使得行李箱既可以滑行，又可以拉行。
2.3 拉杆机构设计 图4所示为多功能行李箱的拉杆机构。该拉杆结构构造很有特点，并不像传统行李箱拉杆只能竖直方向拉动，而是延续了传统拉伸机构，末尾处加入旋转机构，从而可以倾斜一定角度，来适合用户最舒适的角度。特别是转弯时，可以节省大部分力。
3 设计
3.1 技术参数 行李箱以PC为主要材料， 24英寸，箱体尺寸610mm*420mm*250mm，产品总尺寸675mm*450mm*
280mm（包含轮子、提手及侧站脚的尺寸），产品净重量约5.2kg，容量60.0L。其他机构主要参数如表1所示。
3.2 履带驱动轮的强度计算校核
对于履带行走机构的抓地性能要求良好的附着力，较低的接地压力，较小的滚动阻力，其结构有履带、驱动轮、支撑轮、引导轮和张紧装置。传统履带机构的结构有履带、驱动轮、支撑轮、引导轮和张紧装置组成，设计中该履带机构为辅助机构，主要靠摩擦力进行运动，机构中每个轮的作用受力基本一致，此时驱动轮与履带啮合，通过履带接地，所以可认为受到的弯矩来源于履带张紧力作用，受力很小可忽略，只需计算校核接触应力。
齿面的挤压应力：
由以上公式进行校核，强度满足要求。
3.3 行李箱爬梯过程省去的力
3.4 拉杆材料的选取
查机械设计手册（GB1T699-1999），选用优质碳素钢40钢作为杆件。
为满足轻巧原则，杆件材料为空心，壁厚2mm。
由杆件轴力图（图5）可知，受力拉杆上各截面上的轴力相同。则其横截面积为：
则危险截面上的最大正压力为：
由以上公式进行校核，经校核后满足使用要求。
3.5 行李箱爬梯过程的工作效率
4 创新点
①设计新颖：滑轮机构——首次将滑板车和行李箱融合在一起，滑板车车轮成为行李箱轮，使得行李箱既可以滑行，又可以拉行，可以让旅途人员方便拉动行李箱出行，达到省时和省力的目的。②适应性强：可倾斜拉杆——行李拉杆扩大成滑板车车把，可以倾斜拉动以适应多角度台阶，使得不同身高的人員方便控制行李箱运动方向。③机构创新：滑动履带——行李箱背面设有可以滑动的履带，上下楼梯时，通过与楼梯之间的摩擦带动轮的转动，从而使履带进行滑动。抗阻履带滑动，依靠抗阻履带的滑动来实现助力过程，分担拉行李重量，方便行李运送。
5 结束语
多功能式行李箱是一种能方便行李运送的载运工具，它拥有爬梯功能可以应用于公共交通的地点。它同时拥有助力系统，提高了运货效率，减少了劳动强度，还设有拉杆，因此可控性更高。目前市场上现有的行李箱还没有爬梯助力功能。在未来的设计中，行李箱的设计将会朝着使用更轻便、内部结构区分更合理、自重更轻、安全系数更高的方向发展，针对不同的使用人群、不同的使用环境设计更方便的行李箱。
参考文献：
[1]秦大同，谢里阳.现代机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2011.
[2]王佩，唐昌松.多功能行李箱设计[M].机械工程师，2006.
[3]龙振宇.机械设计[M].北京：机械工业出版社，2002.
[4]孙靖民，梁迎春.机械优化设计[M].北京：机械工业出版社，2009.
[5]王文斌.机械设计手册[M].新版第一卷.北京：机械工程出版社.
[6]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006.
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更新时间：2025/2/11 4:31:19