折疊式自行車的結(jié)構(gòu)設(shè)計【說明書+CAD+PROE】

折疊式自行車的結(jié)構(gòu)設(shè)計【說明書+CAD+PROE】,說明書+CAD+PROE,折疊式自行車的結(jié)構(gòu)設(shè)計【說明書+CAD+PROE】,折疊式,自行車,結(jié)構(gòu)設(shè)計,說明書,仿單,cad,proe 20英寸自行車輪液壓濕式制動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 摘要 隨著氣候變化和減少使用化石燃料日益受到關(guān)注，美國環(huán)境保護署（EPA）已研發(fā)了液壓混合動力運輸系統(tǒng)。在7年時間中，EPA和美國密西根大學（UM）的學生組成的機械工程450團隊（ME450）為發(fā)展自行車液壓再生制動系統(tǒng)（HRBS）進行了項目合作。一般來說，這些系統(tǒng)節(jié)約了在摩擦制動過程中丟失的能源。它采用了將自行車的動能通過泵液壓油的流動進入蓄能器，從而制動車輛。而此次儲存的能量將釋放來加速自行車向前行駛。 這學期，我們通過優(yōu)化機械系統(tǒng)和改善其安全來改進以前HRBS設(shè)計。我們團隊的主要目標是建立一個正常運作的原型20"輪，它重量更輕，并具有運動部件少。比前幾代，作為它部分的設(shè)計已精心研究，我們的團隊取得了現(xiàn)存的液壓系統(tǒng)的微小變化。此次設(shè)計由我們的贊助商，大衛(wèi)環(huán)保局史懷恩先生指導，我們建立了一個滿足客戶的要求項目清單。下面的表1列出了許多我們的重點工程，并創(chuàng)造了滿足這些要求的規(guī)格，以及最后的樣機特征。我們的四大類工程規(guī)格為，安全性、成本、重量和功能性。由于這些規(guī)格與其性質(zhì)的沖突，它一直難以改善自行車的許多系統(tǒng)而對他人設(shè)計產(chǎn)生不利影響。妥協(xié)以創(chuàng)造一個可行的設(shè)計是必要的途徑。 表1：重點工程規(guī)格概要 特征 指標 樣機 前輪的裝配重量 ≤30磅 24.75磅 自行車額定負載（騎手體重） ≤160磅 ＞200磅 限量系統(tǒng)壓力安全閥 ≤4200psi ≤4200psi 自行車減速指標 3.4m/s2—2.6m/s2 無法取得 自行車加速指標 2.0m/s2—2.5m/s2 無法取得 移動/旋轉(zhuǎn)樞紐內(nèi)部零部件數(shù)量 ＜11 7 樣機成本 ≤1400美元 1338美元 許多主要的液壓元件需要長期收購多次。為了完成我們?nèi)纹诮Y(jié)束時作出一個擁有這些功能的樣機的目標，我們加快觀念的生成和選擇，從而以留出足夠的時間訂購和接收這些部件?；陬A期的任務要求以及交貨時間，這學期我們創(chuàng)造了一個詳細的計劃。 與以前的設(shè)計相比，我們已經(jīng)大大降低了齒輪的數(shù)量來減輕樣機的重量，用一個輕型鋁合金發(fā)言系統(tǒng)來取代笨重的玻璃纖維樞紐的支撐系統(tǒng)，并從內(nèi)部支撐板（“superbracket”）去除多余的材料。這些修改的選擇來自于一個基于深入分析每個組件所需的力量和扭矩廣泛的概念。實現(xiàn)這些涉及公制和非公制元件之間的非標準接口這項主要工程的障礙進行改進設(shè)計，并確定液壓回路的路線選擇。 1摘要 美國環(huán)境保護署（EPA）正在努力研究液壓混合動力運輸系統(tǒng)以解決有關(guān)全球氣候變化和貪得無厭的化石燃料的需求得到越來越多的關(guān)注。在過去的7年里，ME450在美國密西根大學（UM）的學生為液壓混合動力自行車系統(tǒng)設(shè)計作出發(fā)展，液壓混合動力汽車使用再生制動儲存能量加壓液體這種能量的釋放可以協(xié)助車輛加速。這學期，我們提出20英寸自行車輪內(nèi)的液壓混合動力系統(tǒng)的設(shè)計，重點是降低重量，提高安全性，并減少移動部件的數(shù)量。 2引言 本節(jié)概述了液壓混合動力系統(tǒng)的概念、自行車環(huán)保局的起源以及其發(fā)展的原動力。此項目在2009年冬季學期ME450范圍內(nèi)進行，概要介紹如下。 2.1背景和動機 美國環(huán)境保護局成立于1970年，是一個負責糾正損害環(huán)境和建立指引的聯(lián)邦機構(gòu)，以幫助保護美國的自然環(huán)境[1]。主要研究清潔能源，特別是運輸是EPA的努力的幾個重點[2]。與伊頓公司、聯(lián)合包裹運送服務公司、福特、國際和美國軍隊保持合作，環(huán)保局已開發(fā)出幾種改善燃油經(jīng)濟性和減少對環(huán)境的影響為目的的液壓混合動力汽車[3]。 液壓混合動力車技術(shù)的主要概念是捕捉和利用，否則將失去制動過程中用它來加快車輛的能源。作為汽車制動器，液壓泵連接到傳動泵的液壓油進入高壓蓄能器。在車輛加速過程中，在蓄能器儲存的能量被釋放到動力傳動系統(tǒng)，液體流動通過液壓馬達。這大大降低了所需的燃料，回到正常的運行速度以加速[3]。這種再生制動的結(jié)果是在燃油經(jīng)濟性上明顯的改善—不僅是對環(huán)境有益，也為業(yè)主降低燃料成本的特點。這種液壓再生制動系統(tǒng)（HRBS）（如圖1所示）的圖表在第6頁上顯示。 圖1：液壓油在HRBS上的路徑[4] 使用自行車作為交通工具上下班，減少了化石燃料的使用、減輕了溫室氣體排放、減緩了道路擁堵，同時騎行自行車數(shù)英里還提高了用戶的身體健康[5]。環(huán)保局已經(jīng)證明在內(nèi)燃發(fā)動機的車輛上安裝HRBS可改善20-40％的燃油經(jīng)濟值[3]。自2002年以來，環(huán)保局已與澳學生對液壓自行車實施狀況進行合作，對其具有清潔、液壓助力式承擔的高效的運輸可能性進行探索。但該項目產(chǎn)生只有一個功能性的產(chǎn)品。 2.2工程項目說明 這個項目是以開發(fā)20英寸兒童式自行車液壓再生制動系統(tǒng)為目標。由于液壓系統(tǒng)在同比例大小進行縮放向下的艱巨性和縮放向上較為容易性，因此選擇20英寸這個尺寸研究HRBS自行車，它在分析重量、力的大小、和固有的扭矩問題上較為合適。 在過去的7年,環(huán)保局和機械工程學450的學生一直致力于研究HRBS自行車。以前的ME450隊一直在26英寸和20英寸自行車輪子上擬合這些系統(tǒng)。我們在研究HRBS方面的主要焦點是改善現(xiàn)有的設(shè)計，以提高它的安全性、降低重量、確保功能性和降低成本。值得注意的是，我們正在設(shè)計的20英寸輪HRBS系統(tǒng)，其主要目標之一是在不犧牲機械強度或壓力容器的安全的前提下將設(shè)備的重量減少到30磅。我們的計劃是保留大部分過去設(shè)計的液壓元件，因為這項技術(shù)已由大衛(wèi)_斯溫和以前的團隊得到了很好的研究和記錄。我們正在進一步制定一個HRBS技術(shù)的、以減少運動部件、降低重量、提高安全性為重點的功能樣機。 3信息收集 為了更好的理解液壓混合動力系統(tǒng)，我們團隊調(diào)查了廣泛收集的信息，其中包括研究論文、以前ME450的報告和環(huán)保局的資源。在這部分報告所顯示的信息中我們找出了液驅(qū)混合動力車輛技術(shù)。 液壓系統(tǒng)在如機械、制動系統(tǒng)、儲能等各種應用場合下受到使用。由于液壓系統(tǒng)傳輸較大的力的性質(zhì)和高效地將勢能轉(zhuǎn)換成動力的能力而受到了大家廣泛地使用。為了安全地利用這項技術(shù)，我們必須采取預防措施，以防止因高壓而爆裂液壓系統(tǒng)。 4項目要求及工程規(guī)范 該部分概述了這個項目的規(guī)格，我們首先了解我們的客戶的需求。然后我們改變工程規(guī)格要求來滿足客戶的需求。這部分的報告詳細介紹了一些要求和并由此產(chǎn)生的規(guī)范。 4.1客戶要求 作為我們的提案者大衛(wèi)-斯溫在這學期為我們概述了客戶的要求，客戶的要求是，延續(xù)過去兩個學期的內(nèi)容，并補充強調(diào)了三大主題，及安全、性能、成本。通過上述要求來知道我們的工程技術(shù)規(guī)范的形成。我們對三大主題和他們的重要性進行分組.第11頁表1顯示我們客戶要求的一個列表。 表1 按客戶要求的重要性進行分類 相對重要性 安全性 性能 成本 高 用戶安全 輕量級 廉價的制造工藝 自然制動率 可靠 以A股 自行車為準 使用方便 高效 材料成本 低 易于維修 足夠的啟動速度 4.2工程規(guī)范 客戶要求的成本和安全可直接轉(zhuǎn)換成工程規(guī)格，然而，性能可分為重量和功能，我們了解兩者都具有重要性且相對獨立，而由此產(chǎn)生的規(guī)格說明在以下列表中。這些規(guī)范以及客戶的要求可以使我們對質(zhì)量和功能設(shè)計的展開和相互作用。 5概念生成 為了有效地創(chuàng)造廣泛收集的概念，首先，我們通過分解HRBS的主要系統(tǒng)，分解成各個子系統(tǒng)后，我們列出了其各個主要的組成部分。然后，我們每個團隊隊員創(chuàng)建每個組件的一個概念列表，通過彼此創(chuàng)建的想法組成一個整體的概念咧表。 5.1功能分解 基于獨特的歷史和相對復雜的項目，以及與之前大部分團隊相比，我們采取了稍微不同的概念生成過程。首先，我們將自行車HRBS分解成五個功能子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)分別為液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、輪轂、超級支架、和用戶界面。每個子系統(tǒng)包含至少2個主要成分。圖3是一個功能分解樹，它顯示了那些組件屬于哪個子系統(tǒng)。 圖3：介紹各子系統(tǒng)的組要組成部分的功能分解數(shù) 完成功能分解后，各個系統(tǒng)產(chǎn)生了各系統(tǒng)組件的概念，作為一個團隊，我們分別去建立概念和進行分析，從而我們可以從多個角度入手每一個問題。 5.2液壓系統(tǒng) 該系統(tǒng)由以前的團隊設(shè)計，此子系統(tǒng)已經(jīng)非常完善。這項目也是籌備時間最長的一個子系統(tǒng)。因此，我們的許多液壓元件，包括泵、電機、高壓蓄能器、管材及配件、低壓油箱，仍將以前團隊所指定的相同。 除了前幾代所使用的系統(tǒng)，在增壓系統(tǒng)上安裝包括泄壓裝置等設(shè)備以防止過度增壓是非常重要的。如一個可變的泄壓閥或者爆裂光盤都可實現(xiàn)以上功能。 該閥的分類是由一個防止高壓力流體進入泵的止回閥和啟動和停止程序啟動的換向閥。應用各種類型的止回閥來更好地應對壓力的不同。而該換向閥可以是雙向或三通電磁閥。不同類型的閥門有不同的密封方法，其中錐閥密封性能很好，只有幾滴每分鐘，線軸閥泄漏為幾十毫升每分鐘。 5.3動力系統(tǒng)及密封 動力傳動系統(tǒng)可分解成只有兩種組件的類別，但是由于20英寸自行車車輪的約束，使得它變得非常復雜。在過去，機械式的減速裝置使用了直齒圓柱齒輪，由此我們產(chǎn)生了許多新的概念，其中包括塑料齒輪、酚醛齒輪、鏈輪及鏈條、齒形傳動帶、電纜和滑輪、像那些用來啟動云霄飛車的摩擦輪。 第二個動力系統(tǒng)的組成是離合器機理。一個系統(tǒng)應具備一個能隨時從運行的泵和電機中脫離運行和制動的旋轉(zhuǎn)樞紐，而來完成這項任務的概念為包括機電離合器（基準）、機械離合器、滾珠離合器和利用一個線性驅(qū)動器定制的離合器。 5.4樞紐 該自行車輪轂的主要作用是支撐自行車車圈，與自行車的減速裝置連接，并在其附上該系統(tǒng)的運動部件。輪轂固定繞在自行車的輪軸上。以前的團隊已經(jīng)創(chuàng)建了以碳纖維和玻璃纖維制成的輪轂，我們擴入了以前的概念和我們自己的概念如鋁金屬板，真空成型塑料，和輪輻與薄蓋等，由此我們制定了由輪輻和真空形式設(shè)計相結(jié)合的新的概念。在本設(shè)計中，鋼性的骨骼結(jié)構(gòu)將用于支撐自行車并用塑料薄膜蓋蓋住系統(tǒng)。 5.5超級支架 該支架子系統(tǒng)由超級支架和自行車的輪轂組成，這些組件都是剛性連接在一起。該輪轂的旋轉(zhuǎn)軸和電氣線路的出入端通過軸心輪轂。Superbracket設(shè)計是材料選用以及厚度的最優(yōu)化的設(shè)計問題。該支架需要支撐液壓和機械部件和為阻礙正在加載的徑向泵和電機的輸入\輸出軸。為了滿足這些指標，我們創(chuàng)建了一個虛擬的材料清單，其中包括鋼鐵、鋁、玻璃纖維、工裝板、木材、碳纖維、塑料等。隨著材料的選擇完成，我們已經(jīng)討論了采用凹坑模具、加入三角撐板和增加角鋼輔助的方法來提高支架的剛度。 5.6使用者界面和控制項 在以往的設(shè)計中，該界面納入了一個控制啟動和制動功能的開關(guān)盒，這個盒子直接安裝在座位前的自行車車架上，然而在功能上，這就迫使自行車手必須放開至少一個把手去啟動這些系統(tǒng)，如果系統(tǒng)發(fā)生制動失效，騎手必須迅速調(diào)整自己手的位置去使用手剎車車把進行制動。這里產(chǎn)生了一個可能的概念來解決這個問題，就是將開關(guān)和存在的手剎車進行集成。如可以在鋼絲繩上鉸接一個撥動開關(guān)，通過輕微的擠壓手剎來啟動HRBS，而用力擠壓則足以使它摩擦制動。另一種選擇的前提是這輛車必須配備前后手剎車，則可以脫離未修改的后手剎車，并且將前車手剎的鋼絲繩與扳鈕開關(guān)相連，通過安裝在手把上的切換扳鈕開關(guān)來啟動激活系統(tǒng)，或者在每個把手上都安裝一個按鈕，而兩個開關(guān)處于平行線狀態(tài)，就可以兩個按鈕必須啟動而觸發(fā)。站在安全的角度上看，這是相對有益的。 6結(jié)論 這學期，我們圍繞20英寸自行車輪設(shè)計和構(gòu)建了液壓制動再生系統(tǒng)。通過使用環(huán)保局和以前ME450團隊的技術(shù)，以及采用我們團隊所具有的豐富的資源，我們在自行車上重新設(shè)計了機械和電氣系統(tǒng)。我們所設(shè)計的自行車，其液壓元件的規(guī)格與歷代的自行車上的規(guī)格沒有變化，而是減輕重量、提高安全性和增加其功能，并在制造和裝配過程中得到驅(qū)動和激勵。積極采購零部件，主動安排任務，我們能夠在整個學期的最后期限完成這個項目。在這較短的設(shè)計周期中，堅持一個以有條不紊和深思熟慮的做法是必要的，從而避免出現(xiàn)混亂和誤導工作，并且使得每個團隊成員建立一個縝密的知識系統(tǒng)和它的組成，以致可以在這個項目上提出一些飛躍性的演化。