可折疊自行車的設(shè)計含10張CAD圖帶開題

可折疊自行車的設(shè)計含10張CAD圖帶開題,可折疊,自行車,設(shè)計,10,cad,開題 XXX 設(shè)計(XXX) 折疊自行車的設(shè)計 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 年 月 日 摘 要 折疊自行車，通常來說，在車架部分設(shè)置有車架折疊關(guān)節(jié)，此裝置可以將自行車的前輪及后輪對折。然后立管折疊關(guān)節(jié)可以改變自行車的高度。折疊后，自行車在長度及面積上，較折疊之前都會減少45%以上。在折疊的過程中，不會用到外來工具，用手動的方式即可將自行車折疊。展開時，鎖緊固定橫梁上的折疊機構(gòu)便可以折疊騎行。 折疊自行車有很多優(yōu)點。1.有著超長的壽命，由于折疊后體積變小，可以放在家中或者汽車后備箱里，減少了日曬雨淋及被偷盜的風(fēng)險。2.騎乘方便，無需借助任何工具，手動即可調(diào)整把手，坐墊的位置。由于輪盤飛輪的尺寸比加大，頻率相同時，速度會超過大輪徑普通車輛。3.一車多用，交通，休閑皆適宜。在假日中，可以將其放在汽車后備箱，這樣不僅享受到了汽車的便利，還可以感受到大自然中騎行的樂趣。 關(guān)鍵詞：自行車，折疊式自行車，健身，機械設(shè)計 Abstract Folding bicycle, generally speaking, the frame section is provided with a folding frame joints, this means you can bike front and rear wheel fold. Then fold the riser joints can change the height of the bicycle. After folding bike on the length and area than before folding will decrease more than 45%. In the folding process, not used external tool to manually folding bike way. When expanded, the folding mechanism lock fixed on the beam can be folded riding. ??Folding bike has many advantages. 1. has a long life due to smaller size when folded, it can be placed in the home or in the car trunk, the sun and rain and reduce the risk of being stolen. 2. riding convenience, the handle can be adjusted without using any tools, hand, seat position. Since Roulette flywheel than increase the size, frequency is the same, the speed will be more than the ordinary large wheel diameter vehicle. 3. a multi-purpose vehicle, transportation, leisure are appropriate. In the holiday, you can put it in the car trunk, so that not only enjoy the convenience of a car, you can also feel the pleasure of riding in nature. Keywords: bicycles, foldable bicycles, fitness, mechanical design 29 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 緒論 1 1.1 選題的背景與意義 1 1.2 折疊自行車概述 1 1.2.1 折疊自行車簡述 1 1.2.2 折疊自行車的特點 2 1.2.3 折疊自行車的分類 2 1.2.4 折疊自行車連接件的應(yīng)用 3 1.3 折疊自行車在國內(nèi)和國外的情況 3 1.4 折疊自行車的設(shè)計趨勢 4 1.4.1 便攜化設(shè)計 4 1.4.2 人性化設(shè)計 4 第2章 自行車總體設(shè)計 5 2.1 設(shè)計原則 6 2.2 人機工程設(shè)計 7 2.3 影響自行車性能的人體因素 9 2.4 自行車設(shè)計結(jié)構(gòu)要素分析 11 2.5 人一車動態(tài)特性分析 13 2.6 折疊式自行車的構(gòu)成 14 2.7 折疊式自行車方案設(shè)計 15 第3章 折疊式自行車主要計算 16 3.1功率的計算 16 3.2 傳動比 16 3.3 前后鏈輪之間的鏈傳動設(shè)計 17 3.3.1 設(shè)計要求 17 3.3.2 設(shè)計過程 17 3.4 軸的設(shè)計 19 3.4.1鏈輪上力的計算 19 3.4.2材料 19 3.4.3計算軸的最小直徑 19 3.4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 3.5軸的校核 20 3.6鍵的校核 20 3.7 軸承的校核 21 第4章 三維圖的設(shè)計 23 4.1 車把組件 23 4.2 車架 23 4.3 前輪組件 24 4.4 后輪組件 24 4.5 座椅組件 25 4.6 鏈條組件 25 4.7 整車裝配 26 結(jié) 論 27 參考文獻 28 致 謝 29 第1章 緒論 1.1 選題的背景與意義 折疊自行車，英文名字是folding bicycle。通常來說，在車架部分設(shè)置有車架折疊關(guān)節(jié)，此裝置可以將自行車的前輪及后輪對折。然后立管折疊關(guān)節(jié)可以改變自行車的高度。折疊后，自行車在長度及面積上，較折疊之前都會減少45%以上。在折疊的過程中，不會用到外來工具，用手動的方式即可將自行車折疊。展開時，鎖緊固定橫梁上的折疊機構(gòu)便可以折疊騎行。 折疊自行車有很多優(yōu)點。1.有著超長的壽命，由于折疊后體積變小，可以放在家中或者汽車后備箱里，減少了日曬雨淋及被偷盜的風(fēng)險。2.騎乘方便，無需借助任何工具，手動即可調(diào)整把手，坐墊的位置。由于輪盤飛輪的尺寸比加大，頻率相同時，速度會超過大輪徑普通車輛。3.一車多用，交通，休閑皆適宜。在假日中，可以將其放在汽車后備箱，這樣不僅享受到了汽車的便利，還可以感受到大自然中騎行的樂趣。 目前，在經(jīng)濟發(fā)達的歐美國家中，折疊自行車占有很大的市場。很多人們都在家中備放折疊自行車，以備后用。而在我國，隨著近年來我國城市建設(shè)速度很快，邊遠地區(qū)有很多經(jīng)濟開發(fā)區(qū)建筑，但是在短時間內(nèi)沒有公交車深入，人們又不喜歡長時間的步行，所以，折疊自行車便成為非常方便的工具。由于它折疊后體積小，高層住戶在上下班坐電梯時可拎帶，在住宅狹小的民居中，可將折疊自行車放置于床下，不占居住面積，節(jié)省空間。 另一方面，人們生活水平的提高，健康與環(huán)保的意識已經(jīng)超越了物質(zhì)需求，作為短途的代步工具，具備其他交通工具不可替代的功能。是學(xué)生黨，上班族，老年人的理想選擇。根據(jù)發(fā)達國家自行車的發(fā)展經(jīng)驗來看，我國處于經(jīng)濟高速發(fā)展和轎車大量進入民居家庭的時代，自行車產(chǎn)業(yè)也會出現(xiàn)更大的機遇，折疊自行車以其獨一無二的特點，明顯符合我國人民的需要，所以，前景非常廣闊。 我們進行折疊自行車這項研究，希望利用所學(xué)的專業(yè)知識來解決折疊自行車設(shè)計過程中的相關(guān)問題，豐富自身對于折疊自行車的理解，并從這項研究和學(xué)習(xí)中提升自身知識水平與見解。 1.2 折疊自行車概述 1.2.1 折疊自行車簡述 折疊自行車是一種可以改變自身大小體積的便攜式交通工具。通過車身上的折疊器，縮小車身大梁的體積，前輪和后輪疊在一起然后再調(diào)整車身上的支撐鋼管，降低車身的高度，腳踏板可可以折疊。折疊后，體積縮小至原體積的55%左右。折疊后，可放置于汽車后備箱，可手提至地鐵車廂中，輕巧靈便。 1.2.2 折疊自行車的特點 如果站在使用者的角度考慮，那么折疊自行車需要滿足以下特點。（1）較輕的質(zhì)量。（2）自行車折疊后，體積變小，形狀規(guī)則，便于安放和提取。（3）折疊后可用手拖行。（4）使用時，展開后輪距應(yīng)盡量地變大，擁有良好的縱向穩(wěn)定性，合理的車身尺寸，給予騎行者輕松舒適的騎行環(huán)境，擁有較大的調(diào)整范圍以便于滿足更多人群的需要。（5）車速應(yīng)盡量等同于普通自行車騎行時的車速。（6）折疊，展開應(yīng)方便，不需借用外部工具，不需費很大力。（7）材料質(zhì)量良好，擁有絕佳的安全性能，折疊鉸鏈要有較高的加工精度以保持長時間騎行的穩(wěn)定性。（8）豐富的色彩。 1.2.3 折疊自行車的分類 根據(jù)折疊方式的不同，折疊自行車大致分為以下幾類。 （1） 車架大梁折疊式自行車 目前來看，市場上最主要的折疊方式便是車架大梁折疊，通過折疊器，將大梁在腳踏板的中央對折，使前后輪并在一起，腳踏板可以豎立放置，座管及頭管上有伸縮裝置，可以改變折疊自行車的高度，從而達到減小自行車體積的目的。這種折疊方式多采用鉸鏈鏈接，鉸鏈鏈接是曲面之間互相接觸，屬于低副。倘若設(shè)定承受載荷相同，鉸鏈所承受的壓力相對較低，故可以傳遞較大的力。大梁在自行車中起著支撐作用，鉸鏈鏈接可以滿足強度需求。 車架大梁折疊自行車體積較大，折疊后體積略高于原體積的50%，重量相對于其他類折疊自行車較重，不便攜帶，通常置于汽車后備箱，火車等地。由于體積與普通自行車相似，車輪仍選擇大輪（或略小于普通車輪），可以保證舒適度。 （2） 前后叉折疊式自行車 前后叉折疊屬于一種新型的折疊方式。相對于車架大梁折疊，前后叉折疊式自行車在折疊后，體積更小，車輪依然可以在地面滾動，便于人們手拎攜帶。但是，前后叉折疊方式特殊，穩(wěn)定性一般，載重較低。由于為了折疊后體積變得更小，故采取安裝小輪。同時，由于輪徑偏小，速度相對于普通自行車較慢，騎行略費力，道路適應(yīng)能力低下（地面粗糙度要很小才適合），騎行舒適度一般。 （3） Strida折疊自行車 這種折疊方式與前后叉折疊相似。不同的是，此款折疊自行車采取的是特殊前后叉結(jié)構(gòu)，前后叉在兩個平面。這樣折疊后，自行車的前輪和后輪不用前后緊貼，而是并排放置，更減小了自行車折疊后的體積。與前后叉折疊式自行車相似，車輪可在地面滾動，便于拖行。同樣由于折疊方式，采取小輪安裝，車速較慢，道路適應(yīng)能力底下，騎行舒適度一般。 (4)旅行箱式折疊自行車 旅行箱式折疊自行車是目前為止，在全球范圍內(nèi)最徹底的折疊方式，開啟和折疊會在十幾秒內(nèi)完成。折疊后，形狀規(guī)則，自行車可以像行李箱一樣自由拖動，重量輕，約8-9kg，時速可達20km。 (5)A-bike折疊自行車 A-bike折疊自行車由英國設(shè)計師克萊夫·辛克萊爾伯爵設(shè)計，由于展開后，車身呈A字型，故稱為A-bike，它的車架由強化玻璃纖維制造，重量僅5.5公斤，折疊后體積可縮小為0.03立方米，被稱為世界上最輕的自行車。由于折疊方式，A-bike采用小輪安裝，路面適應(yīng)能力較差。若要保持較高的車速，需設(shè)計多級傳動。另外，車身不可安裝變速系統(tǒng)，騎行較費力。 1.2.4 折疊自行車連接件的應(yīng)用 （1）鉸鏈結(jié)構(gòu)：鉸鏈結(jié)構(gòu)是面與面的接觸，是低副鏈接，可以承受較大的載荷。但是在運動過程中，可能出現(xiàn)慣性力失衡的現(xiàn)象，從而使機構(gòu)的動載荷增加，穩(wěn)定性變差，只適用于低速場合。 (2)偏心凸輪：曲面接觸，結(jié)構(gòu)緊湊，潤滑性能及摩擦性能較為優(yōu)秀，適用性強。 （3）軸承：軸承可以使軸無法平動，只能轉(zhuǎn)動。軸承起支撐作用，主要承擔(dān)徑向載荷。所以軸承提高了軸的承載能力，提高材料的強度。但是在轉(zhuǎn)動過程中，極易因摩擦而產(chǎn)生磨損，從而導(dǎo)致穩(wěn)定性變差。 1.3 折疊自行車在國內(nèi)和國外的情況 折疊自行車起源于歐洲，在1892年，法國富豪Charles Morel發(fā)明第一臺折疊自行車，一時名聲大噪，隨后1895年，法國出現(xiàn)第一家折疊自行車專賣店，不過當時折疊自行車多用于軍事用途，隨后很多公司均紛紛效仿生產(chǎn)折疊自行車，已知的企業(yè)有Styria（奧地利）Dursley-Pederson(英國)，Seidel&Naumann（德國）等。19世紀50年代，折疊自行車發(fā)展?jié)u緩，主要是因為機車盛行。不過在19世紀60年代，折疊自行車的熱情死灰復(fù)燃，引爆的原因是因為1962年面市的英國AM車（Moulton Bicycle）。隨后，折疊自行車變得流行，世界各國數(shù)十家企業(yè)競相生產(chǎn)，折疊自行車進入了一個新的時代。目前，世界上生產(chǎn)折疊自行車的廠家超過100家，且不斷增加，折疊自行車的市場也越來越大。 而在我國，折疊自行車仍處于起步階段。不過隨著社會的發(fā)展，環(huán)境與健康問題日益嚴重，擁堵的交通給人們也帶來了極大的困擾，人們迫切地需要一種靈巧輕便的交通工具。而折疊自行車恰好滿足這些要求。越來越多的人在短途代步時選擇折疊自行車，不僅減少環(huán)境污染，不懼交通擁堵問題，而且攜帶，停放都很方便。在假日旅游中，很多人都將折疊自行車放入汽車后備箱，騎行時再取出。這種健康的生活方式吸引了很多人。所以，折疊自行車在我國有著良好的發(fā)展前景。 1.4 折疊自行車的設(shè)計趨勢 1.4.1 便攜化設(shè)計 由于折疊自行車在生活中經(jīng)常攜帶，所以它應(yīng)該滿足輕巧，靈便的特點。并且要考慮穩(wěn)定性，貼合性及重力傳遞合理性。為了更好地實現(xiàn)設(shè)計需求，應(yīng)該合理設(shè)計產(chǎn)品形態(tài)。在折疊自行車規(guī)劃設(shè)計的過程中，應(yīng)該盡量保持折疊后具有規(guī)則的形態(tài)，傳動裝置折疊后可以隱藏于車體內(nèi)部。不僅為了美觀，也是為了便于攜帶。 1.4.2 人性化設(shè)計 隨著人們對產(chǎn)品要求的提高，設(shè)計折疊自行車時，應(yīng)考慮產(chǎn)品適應(yīng)人與環(huán)境的要求。無論是輔助部分，還是功能主體部分，都應(yīng)該達到人性化的設(shè)計要求。同時，要有個性化的造型及符合人體結(jié)構(gòu)的造型，提升使用者的舒適度。例如，旅行箱式折疊自行車，相對于車架大梁折疊式自行車，就顯得輕松許多，不過更理想的情況是可以考慮將折疊自行車設(shè)計成手推車等，使之融入到日常生活里 第2章 自行車總體設(shè)計 設(shè)計可折疊自行車，完成總體設(shè)計，使之滿足以下要求 1.折疊自行車教普通自行車重量輕。2.折疊后體積變小。3，折疊后便于可用手拎，便于攜帶，不費力。4.展開后，輪距盡可能多地變大，穩(wěn)定性良好，車身尺寸合理，可調(diào)整，適用人群范圍大。5.折疊與展開方式簡單明了，操作程序應(yīng)盡可能地不復(fù)雜。6.保證可以達到或稍低于正常自行車的騎速。7.材料質(zhì)量良好，安全穩(wěn)定8.擁有較為豐富的色彩。 解決的主要問題： 1. 設(shè)計傳動機構(gòu)。目前主要的傳動機構(gòu)包括連桿傳動機構(gòu)，渦輪蝸桿動機構(gòu)，凸輪傳動機構(gòu)，齒輪傳動機構(gòu)，鏈傳動機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)等等。 目前，在自行車領(lǐng)域中，鏈傳動及齒輪傳動應(yīng)用較為廣泛。 2. 選擇合適的折疊器。 我們在大梁及車把折疊時，需用到折疊器。目前現(xiàn)有市場的折疊器多為鋼扣，插銷等形式的折疊器。使用時，先扣緊，然后再用小凸輪機構(gòu)鎖死。這些折疊器普遍存在一個問題，就是折疊操作時間長，費時費力。個別折疊器重量較大，不規(guī)則，零件松動容易脫落。設(shè)計一個操作簡單，輕巧靈便的折疊器是必要的。 3. 車體的幾何尺寸計算 車體幾何尺寸計算在設(shè)計中占有很大的比重。通過查找資料及計算，確定自行車的各項參數(shù)及整體尺寸。首先選擇合理的原始數(shù)據(jù)，然后計算并確定設(shè)計參數(shù)。原始數(shù)據(jù)可能包括立管長度，下管與立管的交點，前叉傾角與前叉翹度，前管長度，傳動中心距及傳動速比等。 4. 車體的強度計算 當車體的幾何尺寸確定后，接下來便是校核車身強度，利用靜應(yīng)力相似分析法計算彎矩，剪力，軸力等，由內(nèi)力算出危險截面的應(yīng)力。保證安全強度。 2.1 設(shè)計原則 自行車的設(shè)計尺寸是根據(jù)人體尺寸來設(shè)計的,各個部分的定位均參照人體尺寸。人體的主要尺寸:國標GB10000-1988給出身高、體重、上臂長、前臂長、大腿長、小腿長共六項主要尺寸數(shù)據(jù)。 下表是我國成年人人體主要尺寸和坐姿人人體尺寸(摘自GB10000-1988《中國成年人人體尺寸》): 主要尺寸 男(18～60歲) 女(15～55歲) 百分位數(shù) 5 50 95 5 50 95 身高 1583 1678 1775 1484 1570 1659 體重∕kg 48 59 75 42 52 66 上臂長 289 313 338 262 284 308 前臂長 216 237 258 193 213 234 大腿長 428 465 505 402 438 476 小腿長 338 369 403 313 344 376 坐姿尺寸 男(18～60歲) 女(15～55歲) 坐高 858 908 958 809 855 901 坐姿頸椎 615 657 701 579 617 657 坐姿眼高 749 798 847 695 739 783 坐姿肩高 557 598 641 518 556 594 坐姿肘高 228 263 298 215 251 284 坐姿大腿 112 130 151 113 130 151 坐姿膝高 456 493 532 424 458 493 小腿加足 383 413 448 342 382 405 坐深 421 457 494 401 433 469 臀膝距 515 554 595 496 529 570 坐姿下肢 921 992 1063 851 912 975 表 我國成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸 設(shè)計要點： 1. 座的形式與尺度及其功用有關(guān) 2. 座材的尺度必須參照人體測量學(xué)數(shù)據(jù)確定 3. 身體的主要重量應(yīng)由臀部坐骨結(jié)節(jié)承擔(dān) 4. 座材前緣處，大腿與自行車之間壓力應(yīng)盡量減小 5. 腰椎下部應(yīng)提供支承，設(shè)置適當?shù)目勘骋越档捅巢烤o張度 6. 器材墊必須有足夠的墊料和適當?shù)挠捕?，使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨結(jié)節(jié)區(qū)域 組成自行車的功能是供人騎行，就發(fā)揮自行車的功能作用而言，把人看作自行車的組成部分是完全合理的。因此，人在騎車時組成了人一車系統(tǒng)，該人一車系統(tǒng)中的人一車界面關(guān)系可由圖1-1來進行分析。 2.2 人機工程設(shè)計 1、人與支撐部件的關(guān)系 圖1-1 人-車界面關(guān)系 支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構(gòu)架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證自行車的整體性，實現(xiàn)自行車的功能。從人機關(guān)系來看，鞍座、車把和車架等的位置和大小，以及它們間的相互關(guān)系，與騎車人的位置和肌肉的動作有著性的設(shè)計參數(shù)。 2、人與動力接受部件關(guān)系 　　動力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動力是靠騎車人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運動的力使曲柄轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的。為了使人省力和有舒適感，必須在騎自行車人的體格和體力與自行車元件的尺寸關(guān)系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運動與曲柄轉(zhuǎn)動之間的能量轉(zhuǎn)換問題。 3、人與傳動部件關(guān)系 傳動部件主要是滾珠、鏈條和鏈輪。人的作用力是通過鏈條和鏈輪傳動而帶動后輪轉(zhuǎn)動，從而使自行車前移。傳動部分的設(shè)計關(guān)鍵是要有較高的傳動效率和可靠性，且有易操縱的變速機構(gòu)。保證較高的傳動效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。 4、人與工作部件關(guān)系 工作部件就是車輪，即車圈、輪胎等。絕大部分輪胎是充氣的，少數(shù)是實心的。車輪一方面把騎車人的肌肉力量，有效地轉(zhuǎn)換為同地面接觸而向前運動的力；另一方面將騎車人的握力轉(zhuǎn)換為與接地部分所產(chǎn)生的剎車阻力。在設(shè)計自行車的各部分尺寸、車閘及變速器等時，應(yīng)該著眼于騎車人一動力一傳動一工作的連貫性，才可能設(shè)計出同騎車人手的大小或握力相適應(yīng)的閘把、剎車力適當?shù)能囬l，才不會發(fā)生剎車阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象。 2.3 影響自行車性能的人體因素 影響自行車性能的人體因素很多，如圖1-2 所示?，F(xiàn)主要分析下述幾點： 1．人的體格因素 以身高 H 為基本因素，其他身體的能力與 H 成比例，并有與H2、 H3成比例的特性。如手臂、腿、氣管等的長度與身高成比例，從而以骨關(guān)節(jié)為中心所產(chǎn)生的力矩、步幅等，都取決于H的大小。肌肉、大動脈、骨骼的截面積以及肺泡的表面積等都可看成與 H2成比例。肺活量、血液量、心臟容量等都可看成與 H3成比例。體格對出力性能的影響，從理論上講，彈跳能力與H成比例，速度能力與 H2成比例，作功能力和 H3成比例。但實際上因每個人身體素質(zhì)不同，常有20％以上的偏差。 2．人的下肢肌力 自行車騎行的原動力，主要是騎車人的下肢肌力。人騎車時，骨骼肌肉內(nèi)部的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為肌肉收縮的機械能。自行車腳蹬的轉(zhuǎn)動就是通過腿肌收縮出力而完成的，一般說腿肌長的人比腿肌短的人有利。肌肉收縮時產(chǎn)生的力，一般與肌肉的截面積成比例，約為每平方厘米40--50N ，通過一定訓(xùn)練的人可提高到65N 。 圖1-2 影響自行車性能的人體因素 3．人的輸出功率 人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢、持續(xù)時間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，能持續(xù) 10s左右。如果持續(xù)時間長，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。 4．人的腳踏速度 自行車運動是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關(guān)系。健康人的心臟跳動為70 次／min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉(zhuǎn)動較為合適。設(shè)計時以這一常用速度來確定相關(guān)設(shè)計參數(shù)。 5．人的平衡機能 騎車人本身的平衡機能是影響自行車性能的重要因素，如果缺少平衡機能，哪怕是運動性能很好的自行車也不能平穩(wěn)行駛；若人有很好的平衡機能，卻可掩蓋自行車設(shè)計上的某些缺陷。 6．人的手和握力 影響剎車性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和兒童，手的大小和握力都不相同。據(jù)試驗，為了長時間施閘而不致使手有疼痛的感覺，希望只用最大握力的10％左右便能得到必要的減速度。 7 ．人的疲勞 人體疲勞和疼痛是對騎車出力性能的不利因素，其產(chǎn)生原因有人體因素，也有自行車結(jié)構(gòu)因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負擔(dān)過大，騎車姿勢不合適，以及體重對鞍座的體壓分體不合適等引起的。此外，影響出力因素還有人的最大攝氧量。 2.4 自行車設(shè)計結(jié)構(gòu)要素分析 影響自行車性能的因素除了上述人的因素外，還有許多機械因素，如圖1-3所示。為了獲得自行車較佳的性能，必須把人的因素與機械因素有機地結(jié)合起來，以使人一車協(xié)調(diào)。為此，著重分析與人體相關(guān)的結(jié)構(gòu)要素。 1．速比 大小鏈輪的齒數(shù)比，與鏈輪直徑比相一致，一般控制在2.3-4.0的范圍內(nèi)。利用速比關(guān)系可取得騎行時所必要的功率和必要的速度。速比要合適，如果太小，無論人的肌力有多大，由于不能充分提高轉(zhuǎn)速，所以就得不到大的輸出功率。也由于速比小，在限定的曲柄轉(zhuǎn)速下，得不到必要的騎行速度（后輪轉(zhuǎn)速）。速比過大時，要求的踏力也大，容易使人疲勞。為了保持不疲倦的持續(xù)騎行，希望肌肉的負擔(dān)約為最大肌力的10% ，按此選擇速比和曲柄轉(zhuǎn)速，可得到比較好的效果。 2．曲柄長度 傳統(tǒng)的自行車設(shè)計，一般從杠桿原理考慮比較多，對人研究少，認為曲柄越長越有力。曲柄過長后，為了不使腳蹬碰到前泥板，不得不加大中軸至前軸的距離（前心距）。這樣勢必加長車架，影響了正確的坐車姿勢，使人感到臀部痛。若能按人的身長或下肢長來考慮曲柄長度，則可使人省力和舒適。通常曲柄長度的基準，取人體身長的 1／10 ，也相當于大腿骨長的 1／2 。 3 ．三接點位置 正確的騎車姿勢，是由騎車人和自行車三個接點位置決定的，如圖1-4(a）中所示的鞍座位置 A 、車把位置B 、腳蹬位置C 。按三點調(diào)整法，AB 和AC 約等，一般 AB = ( AC 一 3 ) cm , A點略低于B點，約為5cm 。 圖1-3 影響自行車的機械因素 4 ．鞍座位置 鞍座裝得過低，騎行時雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時間長了就會感到疲軟無力；鞍座裝得過高，騎行時腿部的肌肉拉得過緊，腳趾部分用力過多，雙腳也容易疲勞。騎車時適當?shù)挠昧Σ课皇悄_掌。設(shè)計或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窩部位中心緊靠鞍座中部，使手的中指能觸到裝配鏈輪的中軸心為宜。人體各部尺寸都有一定的聯(lián)系，只要腋窩中心至中指的長度確定下來，鞍座高度便可大致確定。行駛較快的車，鞍座位置要向前移動，行駛較慢的車，鞍座位置要向后移動，否則都不利于騎行，如圖1-4 ( b ）、（ c ）所示。 5 ．車閘 設(shè)計時，閘把開擋、力率和閘把力要與人手的大小和握力相適應(yīng)。靈敏度高的車閘，隨著閘把上力的增大，剎車力也按比例地增加。如果閘把力到達某一程度不發(fā)生剎車作用，繼而又驟然生效，說明這種車閘設(shè)計不良。在緊急情況下操縱時，理想的施閘力和減速度見表1-1 。 圖1-4自行設(shè)計的結(jié)構(gòu)要素 表1-1　理想的施閘力和減速度 閘把施閘力/N 相對握力% 減速度 說明 60 350 500 10 70 100 0.1g 0.6g 0.8g 控制下坡速度 全剎車 緊急全剎車 注：g=9.8m/s2 2.5 人一車動態(tài)特性分析 1 ．動態(tài)穩(wěn)定性 自行車的穩(wěn)定是行駛過程中的穩(wěn)定，是一種動態(tài)平衡的穩(wěn)定性。動態(tài)穩(wěn)定性影響到自行車騎行中的動作，包括直進穩(wěn)定性和前后左右方向的穩(wěn)定性，見圖 1-5(a）。顯然，穩(wěn)定性對安全行駛是必不可少的特性。 2．力學(xué)特性 自行車行駛在平地上轉(zhuǎn)彎的條件是側(cè)向力（與離心力平衡）與自行車總重量（人和車的重量）的合力作用線要通過輪胎與地面的接觸點。這當然與騎車人有關(guān)，但更重要的是自行車的造型要有適合這種力學(xué)特征的結(jié)構(gòu)形式。 3 ．轉(zhuǎn)向特性 自行車轉(zhuǎn)彎時可能有三種情況： 圖1-5 人-車系統(tǒng)動態(tài)特性 人體和車身向內(nèi)傾的角度相等。即騎車人身體的中心線和車子的中心線一致時，自行車就可以轉(zhuǎn)彎，即所謂中傾旋轉(zhuǎn)，見圖1-5(b) ；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角大時，此時的轉(zhuǎn)彎即所謂內(nèi)傾旋轉(zhuǎn)，見圖（c）；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角小時，此時的轉(zhuǎn)彎即所謂外傾旋轉(zhuǎn)，見圖(d))。 2.6 折疊式自行車的構(gòu)成 折疊式自行車的整體構(gòu)成由以下幾大模塊： (1).車身 在行駛中，車身的造型對整個行駛的效率有著很大的影響，因為車身的造型直接影響到的是行進的阻力。此處設(shè)計的水陸自行車的車體造型也已達到最小阻力位佳，通過流體力學(xué)，我們可以針對各種造型在水中行進時所受的阻力進行分析，核定最佳造型設(shè)計以達到最佳運動效率。 (2).傳動系統(tǒng) 通過機械設(shè)計我們可以比較確切的分析各種傳動系統(tǒng)的傳動關(guān)系進而計算出總傳動系統(tǒng)的傳動效率進行核算。 (4).導(dǎo)向機構(gòu) 正常直線行駛時，導(dǎo)向機構(gòu)應(yīng)不構(gòu)成阻力，設(shè)計的導(dǎo)向機構(gòu)應(yīng)簡單便捷為好。 2.7 折疊式自行車方案設(shè)計 目前自行車設(shè)計各式各樣，這里的設(shè)計主要從傳動系統(tǒng)方面來結(jié)合設(shè)計。分析以上性能需求，并根據(jù)本設(shè)計需要，針對推傳動系統(tǒng)的的設(shè)計提出以下方案的特點及創(chuàng)新: 1. 該方案采取大量三角形結(jié)構(gòu)，從而確保該產(chǎn)品的穩(wěn)定性及耐用性 2.鏈條傳動使動力能更好的傳遞，達到省力的效果。 3. 該產(chǎn)品擁有儲物箱等人性化設(shè)計，提高了該產(chǎn)品的實用性。 4. 轉(zhuǎn)向由前輪控制轉(zhuǎn)向，并有通過鏈輪帶等轉(zhuǎn)向機構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)向。 第3章 折疊式自行車主要計算 3.1功率的計算 1、輸入功率的計算 人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢、持續(xù)時間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，但只能能持續(xù) 10s左右。如果持續(xù)時間長，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。自行車運動是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關(guān)系。健康人的心臟跳動為70 次／min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉(zhuǎn)動較為合適。設(shè)計時以這一常用速度來確定相關(guān)設(shè)計參數(shù)。但本次設(shè)計內(nèi)容為一休閑式娛樂工具，故對體力要求不能有過多要求。我們根據(jù)腳踩蹬的力量來計算在娛樂為主的休閑前提下的輸出功率 。 以此為參考，正常人踩蹬自行車的力量約為30~40N,娛樂情況下我們估算為30N，踩蹬速度適當?shù)娜?轉(zhuǎn)/秒， 故本次設(shè)計的人的輸出功率為 （180mm為一般自行車的踩踏杠的長度）。 2、 傳動效率 查《機械設(shè)計手冊》得： 踩踏關(guān)節(jié)的損失：=0.97 鏈傳動的損失：=0.96 滾動軸承：= 軸系效率：=0.98 由以上算出的總的傳動效率： ==0.83 所以明輪的輸出功率為 3.2 傳動比 根據(jù)傳動比的一般分配原則，我們應(yīng)該使各級傳動的承載能力接近相等，考慮到在騎乘自行車時一般分配的傳動比為2.5左右，為了適應(yīng)和習(xí)慣在陸地上的運動習(xí)慣及降低生產(chǎn)成本，我們這里就優(yōu)先選用鏈傳動比為2.5的傳動比。 3.3 前后鏈輪之間的鏈傳動設(shè)計 3.3.1 設(shè)計要求 確定鏈條型號、鏈節(jié)數(shù)、排數(shù)、鏈輪齒數(shù)、、鏈輪結(jié)構(gòu)、材料、幾何尺寸、中心距、壓軸力、潤滑方式、張緊裝置 已知設(shè)計條件：低速平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，傳遞功率,主動鏈輪轉(zhuǎn)速，從動鏈輪轉(zhuǎn)速，傳動2.5。 3.3.2 設(shè)計過程 （1）選擇鏈輪齒數(shù)、 在17-114之間選取齒數(shù)。 （2）計算當量的單排鏈的計算功率 根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動的功率修正為當量的單排計算功率 ，查《機械設(shè)計》表9-6得 ，查《機械設(shè)計》圖9-13得 ，由于是單排鏈，所以 故 （3）確定鏈條型號和節(jié)距 鏈條型號根據(jù)當量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉(zhuǎn)速由《機械設(shè)計》圖9-11得到。然后由《機械設(shè)計》表9-1確定鏈條節(jié)距p 。 確定鏈條型號為：08A 確定鏈條節(jié)距為：12.7 （4）計算鏈節(jié)距和中心距 初選中心距，按下式計算鏈節(jié)數(shù) 將圓整為偶數(shù) 鏈傳動的最大中心距為： 式中，為中心距計算系數(shù)，查《機械設(shè)計》表9-7得=0.24907 （5）計算鏈速，確定潤滑方式 根據(jù)鏈速V，查《機械設(shè)計》圖9-14得，潤滑方式為定期人工潤滑 （6）計算鏈傳動在軸上的壓軸力 有效圓周力N 壓軸力==1.10x59.49=65.439 N （7）設(shè)計總結(jié) 鏈輪 大鏈輪 小鏈輪 齒數(shù) 45 18 分度圓直徑() 181.43 73.41 齒頂圓直徑() 186 80.00 齒根圓直徑() 173.51 65.49 分度圓弦齒高() 3.00 4.00 齒側(cè)凸緣直徑() <164.25 <58.71 節(jié)距() 12.7 軸間距() 623.148 鏈長() 1270 鏈節(jié)數(shù)() 130 鏈速() 0.57 鏈號 08A 3.4 軸的設(shè)計 3.4.1鏈輪上力的計算 軸上傳遞的功率=X0.96X0.97X0.97=30.63 w 轉(zhuǎn)矩=9550000=9550000x30.63/150=1950110N.mm 3.4.2材料 可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 3.4.3計算軸的最小直徑 查《機械設(shè)計》表15-3可取=120， 由于軸的直徑小于100mm，且由3個鍵槽，故將軸徑增加15%，即 d=x(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm 將軸徑圓整為標準直徑，取d=10 mm 3.4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1、軸的外形結(jié)構(gòu) 2、根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度。 （1）、根據(jù)飛輪內(nèi)徑可得d67=30 mm，根據(jù)飛輪的寬度可得出L67=20 mm，右側(cè)采用軸肩定為，取d78=38 mm，L78=11 mm。 （2）、初選深溝球軸承D6204，其尺寸為dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根據(jù)裝配關(guān)系取L45=L910=15 mm 。 （3）、5處為一定位軸肩，故取d56=d89=25 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計算得L56=L89=383 mm 。 （4）、3處為一定位軸肩，故取d23=d910=16 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計算得L23=L910=33 mm。 （5）、1處為軸的最小直徑d=10 mm，攻螺紋，與螺母配合，選擇螺母為 GB/T 6172.1。通過查《機械設(shè)計手冊》的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預(yù)緊，故取L12=L1213=19 mm。 （6）、4處為一定位軸肩，所以取d34=d1011=18 mm，根據(jù)裝配關(guān)系計算得出，L34=L1011=40 mm。 至此已經(jīng)確定了軸的各段長度和直徑。 3.5軸的校核 需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通常可驗算傳動軸中點處撓度（誤差<%3）. 當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進行鍵側(cè)擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑或當量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進行代數(shù)疊加，不在同一平面上進行向量疊加。 ：通過受力分析， 最大撓度： 查【1】表3-12許用撓度； 。 3.6鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得 可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為： 3.7 軸承的校核 ⑴、軸軸承的校核 Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負荷為19.5KN, 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計要求，應(yīng)該對Ⅰ軸未端的滾子軸承進行校核。 ②軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 ∴ 受力 根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為: 在水平面： 在水平面： ∴ ④因軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，【4】表13-6查得載荷系數(shù)，取，則有： ⑤軸承的壽命計算:所以按軸承的受力大小計算壽命 故該軸承6206能滿足要求。 ⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。 第4章 三維圖的設(shè)計 4.1 車把組件 圖4.1　車把組件 4.2 車架 圖4.2　車架 4.3 前輪組件 圖4.3　前輪組件 4.4 后輪組件 圖4.4　后輪組件 4.5 座椅組件 圖4.5　座椅組件 4.6 鏈條組件 圖4.6　鏈條組件 4.7 整車裝配 圖4.7　整機裝配 結(jié) 論 經(jīng)過幾個月的努力，通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我對機電一體化系統(tǒng)設(shè)計方案的擬定有了一定的認識，機械傳動部件的選用原則，機械傳動部件設(shè)計計算方案的原理等方面都有了一定的認識。并且在指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助下完成了此次折疊式自行車的畢業(yè)設(shè)計，從最開始查找各種關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計的資料到確定總體方案，機械傳動部件的選型，最后到撰寫說明書，這是一個學(xué)習(xí)的過程，更是一個實踐的過程。此次設(shè)計，我認為最重要的事情就是讓我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學(xué)習(xí)，時刻學(xué)習(xí)；做事要嚴謹、認真，細致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。 在大學(xué)四年當中，我接觸和吸收了大量機械知識，通過此次的畢業(yè)設(shè)計設(shè)計，讓我能有機會把學(xué)到的理論知識用到實踐中。在今后的學(xué)習(xí)生活中，這次畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)歷將起到重要幫助作用，通過設(shè)計使我更加接近生產(chǎn)實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機械設(shè)計方面的知識。 參考文獻 [1] 蔣旻昱 折疊自行車設(shè)計探討 上海海事大學(xué) 包裝工程 201306 [2] 程憲春 朱志偉 孫淑紅 折疊自行車設(shè)計研究 長春大學(xué) 中圖分類號：TB47 文章編號：1001-3563（2007）07-0161-03 20070601 [3] 陳懇 對折疊自行車的設(shè)計開發(fā)與思考 業(yè)界經(jīng)緯 [4] 杜周勃 折疊車的調(diào)查與分析 長安大學(xué)工程機械學(xué)院 商品與質(zhì)量 201108 [5] 梁莉 黃曉茹 折疊式自行車折疊器的設(shè)計 深圳大學(xué) 機電與控制工程學(xué)院 機械設(shè)計與研究2007專刊 [6] 楊滸 車架折疊機構(gòu)位置設(shè)計 國家輕工業(yè)自行車質(zhì)量監(jiān)督檢測常州站 [7] 李九成 折疊自行車車體的幾何計算 安陽自行車二廠 [8] 匡焱 折疊自行車的創(chuàng)新設(shè)計與研究 黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 行家論壇 [9] 張鎮(zhèn)生 楊仲民 自行車車體的強度研究 西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報 [10]岳從風(fēng) 自行車的強度研究 沈陽機電學(xué)院學(xué)報 [11] Michael.T.Sutherland，Calgary Folding bicycle constructed from plate frame elements Nov.24.2008 [12] Mihelic,Miko， Folding bicycle apparatus and method Jun.14.2004 [15] 鄒慧君主編《機械原理課程設(shè)計手冊》 高等教育出版社1998 [16] 趙松年主編《現(xiàn)代機械創(chuàng)新產(chǎn)品分析與設(shè)計》 2000 [17] 楊家軍主編《機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計》 華中理工大學(xué)出版社2000 [18] 張春林主編《機械創(chuàng)新設(shè)計》 機械工業(yè)出版社1999 [19] 機械設(shè)計手冊編委會《機械設(shè)計手冊新版2，3卷》 機械工業(yè)出版社，2004 [20]卜炎主編《機械傳動裝置設(shè)計手冊（上冊）》 機械工業(yè)出版社1999 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計涉及的全部內(nèi)容是在指導(dǎo)老師XX老師的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝XX老師給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設(shè)計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認真負責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識和相關(guān)的設(shè)計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。當然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。 讓我從這次設(shè)計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認真負責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識和相關(guān)的設(shè)計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。當然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。 在指導(dǎo)老師XX老師的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝XX老師給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設(shè)計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認真負責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識和相關(guān)的設(shè)計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。當然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。 XX老師淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認真負責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識和相關(guān)的設(shè)計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。當然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。 本次畢業(yè)設(shè)計涉及的全部內(nèi)容是在指導(dǎo)老師XX老師的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝XX老師給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設(shè)計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學(xué)識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認真負責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識和相關(guān)的設(shè)計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。當然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。 理論知識轉(zhuǎn)化為實際應(yīng)用；能夠培養(yǎng)自己自學(xué)和與人合作的能力。