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人类普通奶爸手搓 Lefty/Righty 滑步车
笔者在2013年左右开始玩山地车,转眼十年过去,骑车的水平没啥进步,修车技术到是长进不少,眼瞅着修车没啥新鲜劲了,于是这几年渐渐把兴趣点转移到了设计制作小玩意儿上,陆陆续续做了不少自己车子上的专用零件。
去年中的时候家里喜添新丁,到年底崽子长大一些,又有些时间,忽然萌生了带小家伙入坑的想法。这几年作为小朋友的第一辆自行车,滑步车着实有些火热,但是笔者在网上转了一圈,也没啥能看得上眼的小车子,加上玩滑步车小孩的家长毕竟不是专业玩车的,对车子配件的性能价格都不是很了解,滑步车市场鱼龙混杂,配件价格也居高不下。在自行车玩家眼里,这就是个韭菜市场,割完一波又一波。玩了这么多年自行车,自认为滑步车的结构原理还是挺简单的,于是就有了自己设计制造滑步车的想法。
玩车笔者算得上半个专业,但是造车是一窍不通,只能凭借朴素的想象力了。
从接触山地车的第一年开始,笔者一直中意的都是左撇子前叉,所以首先确定小滑步车的前叉至少是个左撇子,最好后轮也是单边的!材料主体肯定要是碳纤维的,不然够不上轻量化!这几年山地车兴起了不少头管止撞系统,正好适合滑步车摔车时候的安全防护,止撞必须要加上!
定完大方向以后开始着手实施了,首先进入设计环节:
前叉:
就把最有特点的左撇子前叉作为切入点吧。一开始笔者按lefty双肩叉的形式设计的,结构也比较简单,实现起来也并不复杂。
▲双肩版本的前叉
转念一想,既然现在lefty都已经进化到第八代单肩了,怎么地也要和原版看齐!
▲Lefty ocho
于是重新设计了一个单肩版本的!
▲单肩版本的前叉
通过拓扑优化,适当的减轻了一些重量,和双肩版本的重量接近(是的双肩更容易轻量化)。并且通过有限元分析,在承载80kg成年人的情况下,前叉的挠度和应力都在合理的范围内,整体设计没什么大问题。
▲前叉承重应力分布
▲前叉受力变形情况
轮组:
既然前叉是独特的,那么和前叉的配套的轮组肯定也没有现成的,必然需要自己设计制造。轮组花鼓的整体结构由两边的3D打印铝合金法兰盘和中间的碳纤维管构成,直拉辐条。紧固方式参考了佳能戴尔的设计,为了方便制造又适当地进行了简化,采用单边钛合金螺丝固定,同时设计了一个退轮工具,直接放松固定螺丝就可以把轮组退出来(当然大多数情况下轮组是不需要拆下的,毕竟前后单边固定,换内外胎都十分方便)。双边订制密封垫圈,防水性能足够。轮圈则使用滑步车常见规格的10孔碳圈,毕竟是自己画的设计图,不用计算,直接根据3D模型测量定制辐条长度。
▲前叉与轮组
▲退轮工具
车架:
车架的主体采用了碳纤维管材套管铝合金3D打印件(一体碳架模具成本过高不适合单件打样)。几何结构参考了当下流行的现代山地车几何,低趴加小角度头管,增加了稳定性和越障能力。后三角通过有限元分析,和前叉一样,承重80kg没有大问题。
▲车架设计图
▲前叉承重变形情况
碗组及车把:
前叉的头管采用的是1-1/8英寸规格,所以碗组采用了上下直管碗组轴承。前期设计的时候采用的传统车把把立分离设计。后面淘到了合适的一体把。又方便了止撞设计。简单来说,车把的卡槽限制头管垫圈的转动,垫圈再通过卡槽和上腕组盖联动,最后腕组盖同样通过头管上边缘的限位卡槽实现转动限位。
▲碗组止撞系统组成
在经过了不知道多少个令人头秃的夜晚,经历了几十个版本迭代之后最终确定了设计方案。这个old文件夹就是笔者凋亡脑细胞和脱落头发的见证。
▲各种设计文件
随后正式进入了制造阶段。
铝合金的打印可以交给打印工厂(期间也经历了不少拖延工期,公差过大,质量返工等抓马的插曲),碳管则可以直接购买,通过自行切割获得合适尺寸。碳纤维lug工艺制造成本相对低廉,但是制作时候的定位比较重要。通过高强度结构胶粘合碳纤维和铝合金的过程中,需要有合适的治具保证每个零件的定位精准。异形治具主要靠自己的3D打印机打印塑料部件,安装到铝型材等标准件上实现定位。在这些主要部件中,花鼓的结构是相对比较简单的,所以从花鼓开始练手。
3D打印得到简易的轴承压入工具,可以将轴承安装到两边的法兰中。通过治具和前叉脚共同实现花鼓零件的定位,等待胶水硬化就可以得到前后花鼓。
▲自己打印的轴承压入工具
▲花鼓法兰轴承压入
▲花鼓粘合治具
▲实际打印的治具
▲花鼓制作完成后和叉脚组装
花鼓完成之后,用调圈台以及自制的正心弓和花鼓编圈工具完成轮组编制。
▲自制的轮组编制工具
▲小崽子看编轮,惊呆了
▲轮组编制完成后安装内外胎
轮组编完之后制作更加复杂的前叉治具。前叉的制作可以简单的归纳为:
1.组装治具。
2.给零部件结合位打上结构胶。
3.把粘合的工件放置到治具上固定。
4.等待胶水固化拆卸治具。
▲前叉治具设计图
▲3D打印结合铝型材的前叉治具实际使用方法
完成进行组装功能性验证,滚动顺滑结构稳固。
▲轮组和前叉安装配合良好
有了前叉的经验,复杂的车架制造变得相对容易一些,只是治具复杂了亿点点而已,并且需要有合适的涂胶和固定顺序,否则容易卡治具。
▲车架治具设计和安装图
▲3D打印结合铝型材的车架治具实际使用方法
▲获得车架成品
至此。全车的主要零部件基本就算制作完成了。当然其中省略了不少细节,过去快一年了有些自己也不太记得,大体就是些修正误差的慢活儿,却是最消耗时间的。
接下来是外观涂装的定制,这个操作比较常规,首先是截色喷漆,用的是珍珠白。然后画好logo图,定制贴纸贴上。可以看到最后成品的效果还是挺还原设计图的。
▲前叉喷漆
▲车架喷漆
▲贴纸的cad图纸
▲车架logo粘贴
▲前叉logo粘贴
迫不及待地进行了组装,小心翼翼地成年人(笔者70kg)试骑,运气不错一切工作正常。
▲全车完成
把小车带回家给崽子耍耍,那个时候还小不会走路只能转轮子玩,不过看得出来还是很感兴趣的!
最后再放几张证件照吧!
经过了几个月的加班,基本实现了设计目标!
目前崽子一岁半,腿短还没法正常玩车,只能先收到柜子顶上。但是每次他路过的时候都要指点一下,“哦~”的一声,应该是表示喜欢吧!
▲爸爸的车、妈妈的车、崽子的车
责任编辑:PUTUO