一种单双人伞的机构创新设计

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机 电技术
２０１６年 ６月
一 种单双 人伞 的机构 创新设计
顾 李淼 秦柏 阳 杨铭德 陈志繁 陈淑梅
（福州大学 机械工程及 自动化 学院 ，福建 福州 ３５０１０８） 摘 要 ：介绍 一种 可以实现单 、双人变换 的雨伞 ，包括伞柄 、骨架 以及覆盖于骨架上 的透明伞面 ，伞柄包括 上巢和上下 活动巢 ，骨架包括若 干伞骨单体 。通过零件彼此 的枢接 ，达到单 、双人使用模 式切换和抗 风等效果 。借助 ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ运动 仿真分析表明 ，该 装置设计合理 、结构简单 ，满 足设 计要 求 。 关键词 ：单 双人变换 ；防风 ；ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ；死点 中图分类号 ：ＴＨ１３２ 文献标识码 ：Ａ 文章编 号 ：１６７２—４８０１（２０１６）０３—０５６—０３
式 中 ：Ｆ为 自由度 ；Ⅳ为不包 括 机架 的 活动 构件 数 ； Ｐ 为低 副 数 ；Ｐ 为 高 副 数 。由简 图可 得 ，机 构 活 动 构 件 数 为 ｌ０、低 副 数 为 １４（其 中包 括 一 个 复合 铰链）、高副数为 ０，得出机构 自由度 Ｆ＝２。因为上 下两个活动巢都具有 向上运动 ，自由度等于原动 件数 ，因此整个伞骨具有确定 的运动 ，伞面能够完 全打 开 ，直径 约 为 １２００ ｍｉｔｔ，可 以容 纳 多人 使用 。
男 士 的肩 宽 约 为 ４３０～４５０ ｍｍ，市 面 上 大多 数所 售
，＝３Ｎ 一２Ｐ —Ｐ＾
单 人 伞伞 面 底 部直 径 为 ８６５ ｍｍ，而 双 人伞 伞 面底 部 直径 应 不 低 于 １０５０ ｍｍ。 由 于雨 伞 的形 状 ，在 需要两人甚至多人使用 时 ，单人伞 的伞面就显得 不足。若要满足多人使用 ，目前 的解决方法就是 将伞 的骨架等 比例放大而保持结构不变 ，或者直 接在 原 本 的伞 骨末 端上 增加 若 干折 新骨 架 并相 应 增 加若 干伞 面 。这 些 改 变 大大 增 加 伞 的 重量 、体 积 ，不便于携带 ；而且 ，在单人使用时 ，双人伞又会
伞 作 为 日常生 活 的必需 品 ，已有 长久 的历
的伞不管是雨伞还是遮 阳 推动 下 活 动巢 １ １和 上 活动 巢 １０，此 时机 构 的原 理
伞多为单人使用 。以我 国为例 ，１７５～１８０ ｃｍ身高 简 图如 图 １所示 。机 构 的 自由度计 算 公式 ：
图 １ 折 叠至双 ＾模 式机构简图
决上 述 问题 ，本 文提 出一 种新 的设 计 方法 ：利用 简
转换 至单人使用时 ，仅需关闭下活动巢 。由
单的机械原理 ，使雨伞可以在单 、双人不 同使用情 于上 部 分 伞 骨处 于 固定 状 态 ，因此 仅 分 析 可 活 动
况 下切换 ，这样 充分 利 用 了伞 面 ，也 一定 程 度上 提 伞 骨 ３、４、５、７和 下 活 动巢 １１，此 时 机 构 的原 理 简
留有多余 的空间 ，伞 面得不到充分利用 。此外 ，现
有 的伞 无法 在 单人 状 态与 两人 甚 至多 人使 用 间相 互转换 ，适应性差 ；在拥挤的人群 中使用 ，极易造
Ｉ 兰。２
成彼此 的伞 面交叉伸人 ，溅湿对方使用者 、雨伞 间
的互相 碰 撞 等情 况时 有发 生 ；在 刮风 天气 ，末 端伞 骨也 易 受 力 产 生 弯 曲 ，久 之 造成 雨 伞 损 坏 。为解
下辅助伞骨 ７与上活动巢 ｌ０枢接 ，整个 圆周分布 有 ８副伞骨单体 ，使得雨伞可 以在单 、双人使用时 进 行 切 换 ，更 充 分 的利 用伞 面 ，整个 机 构 重 量 轻 、
雨帘 ，减免雨水侵人 ；在拥挤的人群 中行走时 ，可 防止 因他 人 雨伞 伸 人 而 被 雨 水溅 湿 ；也 避 免 现有 雨 伞在 使 用 时产 生相 互碰 撞 的 问题 。此 时伞 面 直
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２ 。
用时 ，也无法使伞骨运动弯 曲，使整个伞骨抗风能 力 大 大 增 强 。在 该 状 态 时 ，伞 骨 ３与水 平 面 夹 角
，
约 为 ３ｌ。，辅助伞 骨 ７与水 平面 成 ３３。夹 角 。
图 ２ 双 人至 单人模式机构简 图
因为原有伞下部增加了新 的伞骨 ，所 以在关 闭 上 活动 巢 时存 在一 定 的不 便 。 因此改 进 了上 活 动 巢 １Ｏ的设计 ，以安 装 闭伞拉 环 １２。如 图 ３所示 ， 在 上 活 动 巢 的 结 构基 础 上 ，于 背部 建 立 一 个 具 有 通 孔 的小 凸 台 ，通 过 细 绳 连 接 上 活 动巢 前 面 的拨 动 开 关 ，细绳 穿 过 凸 台上 的 通孔 ，自然垂 下 ，在 绳 末 尾 系上 小 拉 环 。该 拉 环 利 用 杠 杆 原 理 ，只需 拉 动 该 拉 环 ，上 活 动巢 将 自动 打 开 。当上 下 活动 巢 都 打开 时 ，伞 面将 自动 收 拢 。拉 环 可 固定 于伞 柄 扣上 ，防止与伞骨缠绕 。
强 度 大 ，安 全 系数 高 。
径 约 为 ７４０ ｍｍ。
作者简介 ：顾李淼 （１９９４一），男 ，本科生 ，研究方 向：机械机构设计 及机 电一体化设计 。 通讯作者 ：陈淑梅 （１９６０一），女 ，教授 ，博士生导师 ，主要从事流体传 动与控制研究。
第 ３期
顾李淼 等 ：一种单双人伞 的机 构创新设 计
高 了抗风 效果 。
图如 图 ２所 示 。 同理 可 得此 时机 构 自由度 Ｆ＝Ｉ，当
ｌ 单 双 人 伞 变 换 设 计 思 路
下 活 动巢 １１向下运 动 ，由于下 辅 助伞 骨 ７的作用 ，
本设计单双人伞是在传统的折叠伞基础上 ， 活动构件４、５分别做逆时针和顺时针转动 ，构件 ３ 增 加第 四 、五 折伞 骨 ４，５和一 个下 活 动巢 ｌ１，通 过 下垂 ，外圈伞面将 自动 收拢 。垂下的伞 面可做 防