1 共享单车概况

1.1 共享单车的现状

2016年底以来，国内共享单车火爆起来。仿佛一夜之间，共享单车就已经到了“泛滥”的地步，如图1所示。共享单车实质是一种新型的交通工具租赁业务——自行车租赁业务，其主要依靠的载体为自行车。这种新型产业可以充分利用城市因为快速的经济发展而带来的自行车出行萎靡状况；最大化地利用了公共道路通过率，同时也起到锻炼人们身体的作用。

随着共享单车行业的发展，共享单车的投放量与日俱增。目前，北京市共享单车总数已达到20万辆，大大超过了市场饱和量，但由于相关规范文件的缺失，大量共享单车随意停放，造成资源的闲置。此外，还有大量共享单车被人为破坏，造成社会资源的极大浪费，这些损坏的单车是否可以重新利用值得研究。

图1 废弃共享单车

1.2 废弃共享单车改造的重要性

随着经济的发展和人们生活水平的不断提高，草坪业也欣欣向荣起来，草坪机械更是得到了较快的发展。目前，市场上的草坪修剪机械类型众多，常用的草坪修剪机械主要由电动、气动、发动机等驱动，均需消耗大量能源，噪声污染也比较大。随着世界各国对环保的要求越来越高和低碳概念的提出，多数民众都对耗能机械望而却步。

很多修剪草坪的工人师傅却依旧背负沉重的修剪工具作业，既费力噪声又大。如果能将废旧的共享单车创新改造成环保型割草机，且循环利用资源，不仅方便了工人作业，还可以起到保护生态环境的作用。

1.3 共享单车改造方案简述

目前的解决方案是将废弃的共享单车改造成为结合机械创新设计，采用两个交错的锥齿轮将前轮的转动转变为刀片的水平方向快速旋转模式的环保型割草车。材料的主要来源是城市中废弃的共享单车。

2 环保型除草车介绍

2.1 工作流程

环保型除草车实现了直接将化学能转化为机械能，通过齿轮的半径、车轮大小，可以实现省力。

其工作流程如下：脚踩脚踏板、齿轮带动链条移动、链条带动后轮转动、自行车开始运动。自行车的运动带动除草车辅助轮转动，轮子的转动带动连接两轮的轴上的水平锥齿轮转动，一个水平锥齿轮的转动带动另一个垂直锥齿轮的转动，从而将水平传动通过转化变为垂直传动。于是，安装在轴底部的两把镰刀开始转动，实现割草。

2.2 结构原理

环保型除草车是一款基于废弃共享单车改装的人力除草车，如图2所示。①将支架报废但车轮完好的共享单车的车轮拆下，一共准备3个车轮；再将支架完好、车轮报废的共享单车的支架拆下，并在自行车支架安装前轮的位置上加工出一个连接体；在连接体横向加一根轴，纵向加一根轴，轴与连接孔接触的地方各安装一个轴承以减小摩擦力。②在横向轴上安装一个半径为0.2m的锥齿轮，该锥齿轮垂直于水平面；在纵向轴上安装一个半径为0.05m的锥齿轮，该锥齿轮平行于水平面；让两个锥齿轮垂直接触，并在纵向轴底部安装两把镰刀。③把3个车轮分别安装在相应的位置上。当自行车移动时，前轮的锥齿轮传动的方式可以将水平传动转换为垂直传动，底部镰刀就可以飞快旋转，实现割草作业。为适应更多的地形和草场，环保型除草车的刀片被设计成可拆卸方式，以便于人们可以安装不同型号和强度的刀片来适应不同种类的草。另外，在纵向轴底部可加工出一些卡槽，用于自主调节镰刀离草地的距离以适应地形，从而使除草机在作业时可以剪出不同长度的草。

图2 环保型除草车模型图

2.3 锥齿轮传动结构

图3 锥齿轮传动结构

环保型除草车采用的不是常规的直齿锥齿轮传动，而是曲线齿锥齿轮传动（又称螺旋锥齿轮传动）。这种传动机构具有斜齿渐进接触的啮合特点，而且重合度较大，所以传动平稳、噪声小、承载能力强，如图3所示。最少齿数可到5，可获得较大的传动比（可达10）和较小的机构尺寸。曲线齿锥齿轮传动通常用于V＞5m/s的场合，用经过磨齿的齿轮，Vmax可大于40m/s。这种传动应用广泛，尤其是在高速运动物体方面。除草车需要刀片长时间高速转动，所以此处采用强度更大的曲线齿锥。

2.4 环保型除草车的相关计算

根据生活和市场的调查，假设该除草车一个后轮和两个辅助轮的半径为0.33m，垂直齿轮半径为0.2m，水平齿轮半径为0.05m，除草车行进速度为2.5m/s。