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畢 業(yè) 設 計 說 明 書
設計題目：自行車騎行臺
院 系：
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班級學號：
設計者： 趙振宇
指導教師：
2016 年 05月25日
目錄
摘要 3
1 前言 3
2 設計的背景及現(xiàn)狀及意義 4
2.1自行車騎行臺的設計背景 4
2.2自行車騎行臺的現(xiàn)狀及意義 4
3 自行車騎行臺的特點及結(jié)構(gòu) 4
3.1自行車騎行臺的特點 4
3.2自行車騎行臺的結(jié)構(gòu) 6
4 自行車騎行臺的設計宗旨。 6
5 自行車騎行臺各部分的設計說明及計算 6
5.1支架的設計 6
5.1.1形狀設計 6
5.1.2外形尺寸設計 7
5.1.3承重設計 7
5.1.4承重校驗 7
5.2滾輪裝置的設計 7
5.2.1材質(zhì)選擇 7
5.2.2滾輪軸與軸承的選用 8
5.3阻尼器的選擇 8
5.3.1阻尼器的分類。 8
5.3.2各種阻尼器的優(yōu)缺點。 8
5.4飛輪的設計 9
5.4.1飛輪的作用。 9
5.4.2飛輪材質(zhì)、大小的選用。 9
5.5壓力調(diào)節(jié)器的設計 9
6 自行車騎行臺的優(yōu)點和好處 9
7 設計心得 10
8參考文獻 11
摘要
隨著我們國家經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平不斷提高，在物質(zhì)生活得到滿足的前提下，我們開始追求高的生活質(zhì)量，通過不能的方式使生活變的更加豐富多彩。由于這樣或那樣的原因健身器材越來越受人們所青睞。我們隨處可以感受到人們對健身的重視，不管是老年人中年人還是兒童都會選擇一定的方式來健身。選擇什么樣的分健身方式和選擇什么健身器材也是值得人們所考慮的問題。
騎行鍵身是當下最流行的健身方式，眾多騎行愛好者總是想盡一切辦法去進行騎行活動，然而外出騎行往往會受到這樣或者那樣的影響，比如中天氣、溫度、路面狀況等等?，F(xiàn)在，騎行者可以足不出戶，就能夠得到一流的騎行體驗。我們的設計為室內(nèi)用自行車騎行臺，它的好處就是無論你在看電視、看書還是聽音樂的同時就可以踩掉多余的體重，安全、省時又有樂趣。
關(guān)鍵詞：健身 自行車 騎行 樂趣
Abstract
With the development of our national economy constantly improve people’s living standard,satisfide the people start to pursue higher quality of life in the material life,make life through different ways more rich and colorful.Because of this reason or another fitness equipment is more and more favored by the people.We can feel the people attention to fitness,whether the dlderly middle-aged people or children will choose a certain way to fitness.The choice of what kind off it ness and the choice of what kind of fitness equipment are also worthy of the considered problem.
1 前言
隨著我們國家經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平不斷提高，在物質(zhì)生活得到滿足的前提下，我們開始追求高的生活質(zhì)量，通過不能的方式使生活變的更加豐富多彩。由于這樣或那樣的原因健身器材越來越受人們所青睞。我們隨處可以感受到人們對健身的重視，不管是老年人中年人還是兒童都會選擇一定的方式來健身。選擇什么樣的分健身方式和選擇什么健身器材也是值得人們所考慮的問題。
健身器材工業(yè)起源于 20 世紀 70 年代初的美國及加拿大，它的發(fā)明是一個很讓人認可的事，將人們的運動由室外轉(zhuǎn)向室內(nèi)，這是一個創(chuàng)舉。我們不用為每天刮風下雨影響鍛煉效果而在意，這樣就使得鍵身自行車成為鍵身器材中最受歡迎的設備。經(jīng)過30年的工業(yè)創(chuàng)新使的美國及加拿大的產(chǎn)品成為全球健身器材產(chǎn)品的領跑者，人們意識到了健身器材工業(yè)是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，而且越來越為廣大使用者接受。我國到了90年代末才出現(xiàn)了一些廠家生產(chǎn)健身器材，這是我們健身器材工業(yè)的開始。
2 設計的背景及現(xiàn)狀及意義
2.1自行車騎行臺的設計背景
現(xiàn)在大多數(shù)的健身器材都是固定在某個場，例如：健身俱樂部，體育場館和家庭等。這樣的健身器材雖然能夠達到一定的健身目的，但是很難提升人們健身的樂趣。怎樣才能讓人們既然達到了一定的健身目的又對健身產(chǎn)生樂越呢？那就只有自行車騎行這種健身運動了。
自行車發(fā)明至今已有200多年的歷史。今天，自行車作為交通代步、鍛煉身體、越野旅游、運動比賽以及少量貨物運送工具，已遍及到世界的每個角落。由于自行車是依靠人體自身的驅(qū)動力和騎車技能而行駛的，因此控制靈活方便，能快速地對駕駛者的操作做出反應，速度直接由人腳部運動直接控制，雖然原始，但卻更可以貼近人們的生活。
2.2自行車騎行臺的現(xiàn)狀及意義
據(jù)近幾年來得研究表明，騎自行車和跑步、游泳一樣，是一種非常有效的健身方法和最能改善人們心肺功能的耐力性鍛煉。騎自行車還能夠減少空氣污染與噪聲污染，保護了人們賴以生存的環(huán)境。
自行車鍛煉的好處是不限時間，不限速度。騎自行車不但可以減肥，而且還可以使身材均勻。由于自行車運動是需要大量氧氣的運動，所以還可以強化心臟功能。同還能防止高血壓，有時比藥物更有效。踩自行車壓縮血管，使得血液循環(huán)加速，大腦攝入更多的氧氣，再加入吸入大量新鮮空氣，會覺得腦筋更清楚。騎在車上你會感覺十分自由且暢快無比。它不再只是一種代步工具，更是愉悅心靈的方式。
眾多騎行愛好者總是想盡一切辦法去進行騎行活動，然而外出騎行往往會受到這樣或者那樣的影響，比如中天氣、溫度、路面狀況等等?，F(xiàn)在，騎行者可以足不出戶，就能夠得到一流的騎行體驗。我們的設計為室內(nèi)用自行車騎行臺，它的好處就是無論你在看電視、看書還是聽音樂的同時就可以踩掉多余的體重，安全、省時又有樂趣，而且設計可折疊便于攜帶，此自行車騎行臺的重量約為9kg左右，設計最大承重為110kg，可以滿足99%以上的人使用。
3 自行車騎行臺的特點及結(jié)構(gòu)
3.1自行車騎行臺的特點
我設計了一款可折疊、攜帶方便且戶外室內(nèi)都可用的自行車騎行臺，只要你擁有一輛單車，把單車后輪架到騎行臺上，就可以隨時原地體驗騎行的樂趣。
自行車騎行臺附帶磁性阻尼系統(tǒng)，通過阻尼系統(tǒng)給予自行車持久穩(wěn)定的騎行阻力，模擬實際騎行狀態(tài)。如下圖1所示。
圖1中的1為磁性阻尼器的風扇罩，固定在1風扇罩上的為2磁鐵固定環(huán)，在2磁鐵固定環(huán)上均布6塊3永磁鐵，與3永磁鐵相隔固定間距的是6磁感應環(huán)，人騎車時通過驅(qū)動輪帶動阻尼裝置的4心軸轉(zhuǎn)動，從而會使固定在4心軸上的6磁感應環(huán)旋轉(zhuǎn)，6磁感應環(huán)相對于3永磁鐵的旋轉(zhuǎn)，會產(chǎn)生阻尼力，從而產(chǎn)生磁阻尼現(xiàn)象。
此騎行臺配有7飛輪裝置，即慣性輪，可使騎行感覺更加真實。
騎車時，自行車驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，使4心軸飛速同時旋轉(zhuǎn)，然后4心軸帶動6磁感應環(huán)旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生磁阻尼力，從而會產(chǎn)生大量的熱，所以專門設計了5風扇，4心軸轉(zhuǎn)動時同時帶動5風扇葉轉(zhuǎn)動，而整個1風扇罩內(nèi)腔前后均與外界相通，風扇轉(zhuǎn)動時會使風從圖1所示的進風口處進入腔氣，經(jīng)風扇葉旋轉(zhuǎn)后再從出風口處排出，從而帶走熱量，保證了騎行臺可以長時間使用。
圖1
另外，此騎行臺還配有調(diào)節(jié)滾輪高度的8梅花手輪，如下圖2中所示。通過旋轉(zhuǎn)8梅花手輪，可調(diào)節(jié)磁阻尼裝置與自行車驅(qū)動輪間的距離，距離不同產(chǎn)生的壓力大小就會不同，從而可產(chǎn)生不同的騎行阻尼力，使用者可根據(jù)個人需求，自行調(diào)節(jié)壓力而設定適用自己的騎行阻力。
圖2
3.2自行車騎行臺的結(jié)構(gòu)
——支架，用以將自行車驅(qū)動輪懸空定位。
——滾輪，通過一軸件與支架連接，并抵住自行車驅(qū)動輪。
——磁性阻尼裝置，安裝在軸端，阻尼軸及滾輪的轉(zhuǎn)動
——鋁合金飛輪，安裝軸件另一端，使得騎行感更佳，更像真實騎行。
——壓力調(diào)節(jié)器，在軸件底部，用來調(diào)節(jié)軸件及其上配件的整體高度，以調(diào)整滾輪對自行車驅(qū)動輪的壓力。
4 自行車騎行臺的設計宗旨。
整臺自行車騎行臺的價格盡量控制在平民能接受的范圍。
車的零部件采用普通的標準件，可以避免使用過程中自行車出問題時需更換專用零件遇到的麻煩，維修簡單。
設計結(jié)構(gòu)盡量簡單，一方面可以簡化制造加工及裝配流程，減少生產(chǎn)的成本，另一方面可以方便使用者裝拆自行車。
設計時參照折疊凳原理，將騎行臺設計為可折疊形，方便外出攜帶，設計完的成品重約9kg，而且最大承重量約為110kg。
5 自行車騎行臺各部分的設計說明及計算
5.1支架的設計
5.1.1形狀設計
當一個三角形的三邊確定時,它的形狀就固定下來不會再改變了.這叫做三角形的穩(wěn)定性。所以我們自行車騎行臺的支撐架就設計成為一個平放的三角形柱形形狀，如圖3。
圖3
5.1.2外形尺寸設計
設計支架的高度可供24-28寸的自行車使用，
24寸自行車輪理論直徑為：24*25.4=609.6mm
28寸自行車輪理論直徑為：28*25.4=711.2mm
而支架支起的是自行車輪的輪軸部分，即最大半徑約為355.6cm，再加上自行車驅(qū)動輪離地高度，所以設計支架高度約為430mm左右，為配合整體美觀和各方面尺寸合理化需求，最終確定長度約為550mm，寬度約為470mm。
5.1.3承重設計
支架材質(zhì)選用常見的Q235鋼，材料選用國標號GB3091-82的6分鋼管，外徑Φ26.8、壁厚2.75、內(nèi)孔理論Φ19.05
已知無縫管無縫鋼管外徑規(guī)格壁厚求能承受壓力計算公式為：
壓力=（壁厚*2*鋼管材質(zhì)抗拉強度）/（外徑*系數(shù)）
壓力P<7Mpa 系數(shù)S=8
7<鋼管壓力P<17.5 系數(shù)S=6
壓力P>17.5 系數(shù)S=4
所以可得（2.75*2*215*10）/（26.8*4）=110.3kg，即最大可承重220斤重量。
5.1.4承重校驗
一個成年人體重按180斤計算，一輛自行車重量按30斤計算，則合計重量為210斤，又為支架只支撐一個驅(qū)動軸，則支架支撐的重量約為總重的一半，即105斤。105〈220，所以合格，可以使用。
5.2滾輪裝置的設計
5.2.1材質(zhì)選擇
滾輪與驅(qū)動輪直接接觸摩擦，所以材質(zhì)必須耐磨性高。
可選用進口尼龍6材質(zhì)，強高度，抗沖擊及耐熱特性好，由機加工成套，再加裝在軸上，鉆孔套扣打入固定螺絲。也可直接選用直徑為32的鋼管，與軸配合機加工成滾筒。此次我們選擇鋼管制作的滾筒軸。
5.2.2滾輪軸與軸承的選用
軸常在交變應力的作用下工作，其材料要求是：強度高、剛度好、應力集中的敏感度小，抗疲勞，加工性能好，有的軸表面要求也較高。軸的材料主要采用中碳鋼35或45鋼和合金鋼20Cr或40Cr等。最常用的是45#鋼（含碳量0.45%），它具有較高的綜合機械性能。所以我們選用的材質(zhì)為45#鋼，調(diào)質(zhì)HBS160-200。查手冊可得45#鋼扭剪應力τT=146Mpa
人騎自行車的騎行速度按15km/h計算，自行車按28寸的計算，可以得出自行車輪周長約為2.233m，即每小時轉(zhuǎn)6717.42轉(zhuǎn)，每分鐘約112轉(zhuǎn)。一人成人騎自行車的平均功率可取230W。
軸承選用6201型號深溝球軸承，其尺寸為外徑32，內(nèi)徑12，厚度10。Cr額定動載荷（N）：6800。Cor額定靜載荷（N）：3050。Cr額定動載荷（Kg）：695。Cor額定靜載荷（Kg）：310。使用壽命：3萬小時。脂潤滑轉(zhuǎn)速19000r/min。符合使用要求。
所以我們設計軸的直徑也為12。
再由下面的軸的強度計算公式，
計算可得：
τT=（9.55*1000000*0.23/112）/（0.2*12*12*12）=56〈146，強度校驗合格。
5.3阻尼器的選擇
5.3.1阻尼器的分類。
阻尼系統(tǒng)根據(jù)原理不同可分為電磁式（magnet trainer）、風阻式（wind trainer）、液阻式（fluid trainer）等。
5.3.2各種阻尼器的優(yōu)缺點。
液阻：優(yōu)點：阻尼變化平滑，在不同速度下阻尼變化更接近于實際的公路騎行。噪音小。缺點：騎行時初始幾分鐘需要預熱，等油溫上升后才獲得平穩(wěn)的阻尼。結(jié)構(gòu)較精密。
磁阻：優(yōu)點：可以很平滑的調(diào)整阻尼值，可以模擬不同情況下的騎行。結(jié)構(gòu)簡單，維護方便。缺點：對于速度的變化，阻尼變化并不完全匹配。
風阻：優(yōu)點：價格低廉。適合普及。缺點：和速度關(guān)系匹配差。不能進行阻尼值調(diào)整，僅能調(diào)節(jié)摩擦阻力。
根據(jù)各種阻尼器的優(yōu)缺點及材料制做方面考慮，最終選用磁阻尼裝置。
5.4飛輪的設計
5.4.1飛輪的作用。
飛輪又稱慣性輪，是健身車中重要組成部分。飛輪整體鑄造而成，是騎車過程中阻力的來源。飛輪的質(zhì)量直接關(guān)系到自行車整體騎行的質(zhì)量。通過阻尼器對飛輪的作用增加或減輕阻力，達到健身的作用。所以說飛輪的設計關(guān)利整個騎行臺的設計好壞。
5.4.2飛輪材質(zhì)、大小的選用。
飛輪設計為20mm厚，直徑60的旋轉(zhuǎn)體。
為了減輕騎行臺整體自身的重量，飛輪材料選用鋁合金。鋁合金的優(yōu)點是密度小，塑性好，抗腐蝕性好。用鋁合金鑄造出來的飛輪要比同體積灰鑄鐵鑄造出來的飛輪輕三分之一左右。鋁合金搞腐蝕性強，不用擔心飛輪上因為潮濕而生銹。鋁合金的運用能提高騎行臺使用壽命。
5.5壓力調(diào)節(jié)器的設計
本款自行車騎行臺的設計使用自行車的規(guī)格為24至28寸均可，即需要有高度調(diào)節(jié)裝置，經(jīng)研究測算，高度調(diào)節(jié)裝置可與壓力調(diào)節(jié)裝置合二為一，既節(jié)省的資源也使設計結(jié)構(gòu)變得簡便。如下圖4所示。
圖4中的8為壓力調(diào)節(jié)裝置也同時為高度調(diào)節(jié)裝置，8壓力調(diào)節(jié)裝置也即梅花手柄螺絲，其絲扣長度設計長度為100mm。圖示所示位置分別為最大28寸驅(qū)動輪及最小24寸驅(qū)動輪所示位置，磁阻尼裝置變動幅度約為35度。此設計完全滿足使用要求。
圖4
6 自行車騎行臺的優(yōu)點和好處
(1) 全天候。
在室內(nèi)和陽臺進行騎行，不分白天黑夜，不分刮風下雨，隨時可以進行。
(2) 全季節(jié)。
一年四季皆可進行，尤其是寒冷的冬季，優(yōu)勢最明顯。
(3) 不用擔心風吹雨淋日曬。
這個對女士太實用了，夏季的強紫外線、秋冬的寒風，都是女士養(yǎng)顏大敵。
(4) 工作繁忙經(jīng)常加班無休息車友的福音。
周末加班是常態(tài)，只能看別人拉練的車友，利用零星實踐也能進行滾筒拉練。
(5) 減肥。
肥胖車友感嘆平地騎行真的很難減肥，也沒有大塊時間去燃燒脂肪。那么配合這個滾筒臺子在家里進行，隨時隨地體驗爬坡大汗淋漓、燃燒脂肪的感覺。
(6) 提高騎行技術(shù)。
A，控車技術(shù)更好，實際騎行會更加安全；
B，矯正姿勢，在臺子上，可以專心體會動作和姿勢，找出不足加以改進；
C，練習蹬踏技術(shù)，不停止的蹬踏可以迅速改進蹬踏技術(shù)，這是實際騎行時難以做到的。
(7) 提高訓練效率。
A，可以安全的模擬爬坡，而不必實際騎行幾十公里花費大半天時間才到山腳下去爬一下山，然后還得騎幾十公里抹黑回家；
B，可以準確地找到自己的無氧閥值，包括心率、乳酸、呼吸等閥值。可以長時間進行閥值訓練，非常安全和效率。
(8) 增進家庭和諧。
不用在周末哄騙老婆、甩下孩子、自己出門騎車。甚至可以把老婆和孩子也哄到臺子上騎車，其樂融融。
(9) 提升個人形象和滿足面子。
家里來客人了，看稀奇似地，這時你在臺子上瀟灑的動作不僅滿足了客人的好奇心，還提升了形象和面子。
7 設計心得
隨著畢業(yè)日子的到來，畢業(yè)設計也接近了尾聲。經(jīng)過兩個多月的奮戰(zhàn)，我的畢業(yè)設計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面了。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會了，什么東西都懂了，有點眼高手低。通過這次畢業(yè)設計，我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。
在這次畢業(yè)設計中也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。還有研究生師哥的輔導，研究生師哥對我的輔導幫了我很大的忙，謝謝師哥?？傊还軐W會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。在此要感謝我的指導老師對我的悉心指導，感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收藏同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響，而且大大提高了動手能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。
8參考文獻
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[4] 王三明 機械原理與設計課程設計 北京機械工業(yè)出版社 2005
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