背包式自行車結(jié)構設計-折疊自行車含11張CAD圖

背包式自行車結(jié)構設計-折疊自行車含11張CAD圖,背包,自行車,結(jié)構設計,折疊,11,十一,cad 任 務 書 一、設計題目 背包式自行車的設計 二、主要任務及要求 1）主要任務： 背包式自行車 2）根據(jù)主要任務，通過比較、分析，確定最終方案，針對解決方案進行設計計算，完成機械結(jié)構（制造工藝）和控制系統(tǒng)的設計過程。 3）說明書中要求進行分析、評價方案對社會、健康、安全、法律和文化的影響，以及這些制約因素對項目實施的影響，并理解應承擔的責任。 4）能夠體現(xiàn)機械、電氣、信息等多學科背景，體現(xiàn)團隊的有效溝通、合作共事及個體的作用。 5）圖紙規(guī)范、準確。 四、上交材料 (1) 系統(tǒng)方案圖及相關圖紙； (2) 課程設計說明書(包含方案設計、主要部件的設計計算、根據(jù)任務要求進行的方案相關分析等內(nèi)容，8000字左右) 五、指導教師評語 優(yōu)秀 良好 中等 及格 不及格 滿分 得分 平時 表現(xiàn) 勤奮好學，善于思考 勤奮積極，態(tài)度認真 比較勤奮 不夠勤奮 不勤奮，態(tài)度不端正 10 圖紙 質(zhì)量 方案合理新穎，表達規(guī)范 方案合理，圖紙比較規(guī)范 方案一般，圖紙基本規(guī)范 方案基本合理，圖紙欠規(guī)范 方案不合理，圖紙不規(guī)范 20 說明書質(zhì)量 內(nèi)容全面，準確 內(nèi)容全面，基本準確 內(nèi)容一般，準確性一般 內(nèi)容基本全面，有小錯誤 內(nèi)容不全，錯誤較多 40 答辯 回答問題準確流利 回答問題比較準確 回答問題基本準確 回答問題欠準確 回答錯誤 30 總分 100 綜合評定成績： □優(yōu)秀 □良好 □中等 □及格 □不及格 指導教師： 日 期： 2 摘 要 本題目是背包式自行車，休閑娛樂類自行車,折疊后占用空間較小，可以放入專用背包，為主要設計對象，設計出可折疊式使用壽命長，容易維修，可在路面長時間行駛，安全性能高的自行車。在現(xiàn)今社會中，生活節(jié)奏越來越快，交通狀況越來越差，污染與能源消耗越來越嚴重，自行車作為一種包含了交通代步、鍛煉身體、旅游、比賽以及少量貨物運送的工具，越來越受到人們的青睞。 相對于原始的自行車，折疊式自行車在外形上的改良成為消費者的一大吸引力。除此之外，在更適合現(xiàn)今人們對生活的要求：方便攜帶，使用簡單，騎乘舒適靈活等方面，使折疊自行車越來越成為人們購買自行車時得一大選擇，市場競爭力也隨之增長。折疊式自行車在現(xiàn)今市場上依舊比較少見，其原因主要在于其市面已有結(jié)構設計部分不合理，使用的穩(wěn)定性不高，至此導致市面上多為折疊式自行車較為少見因此設計出一種順應時代的發(fā)展的折疊自行車將成為設計者的又一挑戰(zhàn)。要設計好一款好的折疊自行車就要很好的分析各種現(xiàn)存的結(jié)構，在結(jié)合其他所有現(xiàn)存的東西來尋求能夠使體積縮小的結(jié)構與折疊方式，從而能夠設計出一臺具有劃時代意義的背包式折疊自行車。 關鍵詞：自行車，背包式折疊自行車 45 Abstract This topic is backpack bicycle, leisure and entertainment bicycle. After folding, it takes up less space and can be put into a special backpack. It is the main design object to design a foldable bicycle with long service life, easy maintenance, long-time driving on the road and high safety performance. In today's society, the pace of life is faster and faster, the traffic condition is worse and worse, and the pollution and energy consumption are more and more serious. As a means of transportation, exercise, tourism, competition and a small amount of goods transportation, bicycle is more and more favored by people. Compared with the original bicycle, the improvement of folding bicycle in appearance has become a big attraction for consumers. In addition, folding bicycles are more and more suitable for people's daily life: convenient to carry, simple to use, comfortable and flexible to ride, which makes folding bicycles become a big choice when people buy bicycles, and the market competitiveness also increases. Folding bicycles are still rare in today's market. The main reason is that the existing structural design is unreasonable and the stability of use is not high. So far, most of the folding bicycles in the market are rare. Therefore, it will be another challenge for designers to design a folding bicycle that conforms to the development of the times. In order to design a good folding bike, it is necessary to analyze all kinds of existing structures, and find the structure and folding way that can reduce the volume by combining with all other existing things, so as to design a backpack folding bike with epoch-making significance. Key words: bicycle, backpack folding bicycle 目 錄 摘 要 2 Abstract 3 目 錄 4 第1章 緒論 6 1.1 課題研究背景 6 1.2 課題研究目的 6 1.3課題的意義 7 1.4 種類發(fā)展現(xiàn)狀 7 1.5 自行車的設計分析 9 第2章 人體工程學與自行車設計 11 2.1 設計原則 11 2.2 人機工程設計設計 14 2.3 影響自行車性能的人體因素 15 2.4 自行車設計結(jié)構要素分析 17 2.5人一車動態(tài)特性分析 20 第3章 背包式自行車總體方案 21 3.1背包式自行車的構成 21 3.2 背包式自行車方案設計 23 第4章 背包式自行車機械部分計算 24 4.1功率的計算 24 4.2傳動比 25 4.3前后鏈輪之間的鏈傳動設計 25 4.3.1 設計要求 25 4.3.2 設計過程 25 4.4 軸的設計 28 4.4.1鏈輪上力的計算 28 4.4.2材料 28 4.4.3計算軸的最小直徑 28 4.4.4軸的結(jié)構設計 28 4.5軸的校核 29 4.6鍵的校核 30 4.7 軸承的校核 31 第5章 三維圖的設計 33 結(jié) 論 37 參考文獻 37 第1章 緒論 1.1 課題研究背景 自行車價格較為廉價，已然普遍到各家各戶，隨著“時尚、運動、健康、綠色、環(huán)?！崩砟畹纳钊肴诵模孕熊囶惍a(chǎn)品的設計、材料、工藝、款式也跟隨市場需求，新材料、精加工、巧構思、高品質(zhì)和高附加值的自行車精品不斷涌現(xiàn)。自行車不但成為人們的代步交通工具，而且進入運動、休閑、娛樂、時尚領域，并融入更多的科技、文化元素，成為所有家庭的必備用具。自行車發(fā)展，在使用功能上說變化已很少了，現(xiàn)代自行車的主要發(fā)展在于車架的造型行變化，表面的處理如烤漆、商標的變化使其外觀更美；對自車上的每一個零件進行精雕細琢的改進，使其更合理、美觀；對自行車的材料上的選用與開發(fā)。 現(xiàn)今，我國經(jīng)濟基本處于長期較快穩(wěn)定的發(fā)展，有廣闊的資金投入城市化建設，其中有一大部分投入到公益社會文化建設，其中，城市公用自行車既是城市建設的一個重要的投資點。而課題設計的折疊式自行車可讓如今越來越淡薄的人與人之間相互拉近彼此距離，符合現(xiàn)今城市建設精神建設的主要需求。相信該課題的研究尤其良好的發(fā)展前景，也有其一定的社會意義與社會價值。 1.2 課題研究目的 課題主要以設計背包式自行車的結(jié)構為主，進行一系列課題研究，從運行原理到市場前景進行有力的分析，讓該畢業(yè)設計達到可直接進行生產(chǎn)的階段。填補市場上雙人并排坐自行車缺少的空缺，設計出低成本，耐用，結(jié)構人性化，易推廣，外形美觀的成品出來。 1.3課題的意義 現(xiàn)今人類已經(jīng)不再滿足于物質(zhì)上的需要，開始追求精神層面的享受。于是，自行車也在不僅僅止于交通運輸工具的功能，開始有了其他精神上的享受功能。本課題就休閑娛樂方向的自行車——背包式自行車，有其一定的社會先進性。先進市場上，出現(xiàn)的雙人自行車，多位前后座設計，從而避開自行車行駛中的平衡問題以及驅(qū)動問題等，降低設計難度，提高工作效率及節(jié)約設計成本。 折疊式自行車在現(xiàn)今市場上依舊比較少見，其原因主要在于其市面已有結(jié)構設計部分不合理，使用的穩(wěn)定性不高。并且其價格也比同等普通自行車要高，至此導致市面上折疊自行車較為少見。此次課題設計，力求設計出優(yōu)于市面原有的產(chǎn)品，完善折疊式自行車的缺點，真正意義上的讓折疊式自行車推廣出來。 此次的課題研究是個人能力一個綜合運用，豐富設計經(jīng)驗，也是對自我能力的一次全面展示。通過計算各個零部件的設計，全面的運用了專業(yè)所學的知識，遇到問題，努力思考，排除問題的過程中，讓正要步入社會的我得到一次很好的綜合訓練，鍛煉了自我的設計能力。而設計出的產(chǎn)品因為有其先進性及實際應用性，若資金許可，可接投入生產(chǎn)，達到從設計到實際生產(chǎn)的歷程。 1.4 種類發(fā)展現(xiàn)狀 自行車是人類發(fā)明的最成功的一種人力機械之一，是由許多簡單機械組成的復雜機械。清朝康熙年間，黃履莊潛心研制了自行車。他制造的自行車，前后各有一個輪子，騎車人手搖軸旁曲拐，車就能前進，這是史料最早記載的自行車。黃履莊以后大約100年，法國人西夫拉克1790年才制成了木制自行車。 公路單車 用來在平滑公路路面上使用的車種，由于平滑路面阻力較小，公路自行車的設計更大考量高速，往往使用可減低風阻的下彎把手，較窄的高氣壓低阻力外胎，擋位較高，且輪徑比一般的登山越野車都大，由于車架和配件不需像山地車一樣需要加強，所以往往重量較輕，在公路上騎行時效率很高。由于車架無需加強又往往采用簡單高效的菱形設計，公路車是最為優(yōu)美的自行車。 健身單車 健康、時尚、新概念 全新理念設計的健身自行車，最主要的特點就是手腳雙動力，時速可達40km/h；做功方式多、健身效果好。騎行本自行車時，手腳可同時對自行車驅(qū)動做功，也可單獨用手或腳驅(qū)動做功。采用腳拉腳蹬直線式、手拉擺桿擺動式做功方式，既提高了自行車的行駛速度，又鍛煉了腿部肌肉、臂部肌肉。獲得多項國家專利，適應于中老年人作代步健身的交通工具之用，也可適應于年輕人作旅游娛樂之用。 死飛單車 死飛車起源于場地自行車，飛輪是固定的，向前踩車子向前，向后踩則車子向后，后有一些另類的自行車愛好者利用廢棄的場地車作為工作交通工具，其在城市可以快速穿行，且價格低廉，同時需要一定的騎行技術，一般小偷無法偷走。這些特點使得它在英美等國家的自行車愛好者中很快流行開來，并成為一種街頭文化。各大自行車品牌也進行跟進，開發(fā)及推廣死飛車車種，使之在大眾中普及開來，成為都市最流行的自行車款式。純粹的死飛車需要一定的技術，并有危險性，所以這些廠商開發(fā)的產(chǎn)品，是死飛和活飛兩用的，并裝有剎車，以保證安全。 速降單車 速降自行車，也稱落山自行車。英文簡稱DH。是一種極具挑戰(zhàn)性的活動。騎手利用特制的DH自行車在山坡上滑翔，甚至墜山來尋求刺激?；顒佣嘣谏郊埂⒌V洞、雪地等地帶開展。奧地利人利用DH創(chuàng)造出210.4KM/H的世界紀錄。速降自行車的車架角度與山地自行車有所區(qū)別，零件與山地自行車一樣都為英制單位。進行此項活動時必須佩戴頭盔、護甲等裝備。前叉減震的行程比山地自行車及XC自行車要長。輪胎寬度一般超過2英寸。 驅(qū)動單車 簡化掉傳統(tǒng)的腳蹬子和車座的自行車，車的體積更小，更加便于攜帶，如洛克車等，他們的共同特點是乘用者為站立姿態(tài)，用雙腳驅(qū)動踏板往復運動，并通過傳動機構將驅(qū)動力傳遞給驅(qū)動輪，洛克車不同之處在于前者踏板的轉(zhuǎn)動軸在腳掌中間，雙腳的腳掌和腳跟分別用力、同步（不是交替）驅(qū)動踏板運動，由于乘用時人對車體的兩側(cè)用力均衡，車體運行更加平穩(wěn)。 課題主要以設計折疊式自行車的結(jié)構為主，進行一系列課題研究，從運行原理到市場前景進行有力的分析，讓該畢業(yè)設計達到可直接進行生產(chǎn)的階段。填補市場上雙人并排坐自行車缺少的空缺，設計出低成本，耐用，結(jié)構人性化，易推廣，外形美觀的成品出來。 已有的折疊式自行車在平衡問題上仍有欠缺，此次設計力求改變現(xiàn)狀，采取合理的方案，如若重量過于懸殊的平衡問題，以及驅(qū)動時的省力與人性化問題。 1.5 自行車的設計分析 1.5.1設計流程 自行車是對人們活動起輔助作用的工具，首先必須能夠承受人們活動帶來的各種力量和沖擊。設計師在設計初期就應該考慮到自行車對外部沖擊的承受力，否則就不能充分體現(xiàn)自行車的實用功能。 1概念化階段 概念化階段是整體設計的理念和宗旨，是保證今后具體設計得以順利進行的前提條件。對自行車設計概念化進行設定的過程，涉及自行車相關的功能性、構造和材料以及形狀等問題。對于“某種設計為什么應該采取那樣的形狀或構造？”“為什么應該用那樣的材料生產(chǎn)？”等問題，概念化階段都要做出總體的說明。設計的概念化要充分反映設計師的理念和價值，發(fā)揮他們的創(chuàng)造性，所以它不應是其他人的意見，而應該是設計師自己的想法。 2具體化階段 具體化階段是按照在概念化階段設定的設計方案，解決家具的構造、功能和美觀問題并創(chuàng)造出其基本形狀。在這個階段要畫很多草圖、圖樣，做出模型，還要選擇材料，討論自行車的構造以及其他一些細節(jié)問題等。自行車設計的具體化階段就是創(chuàng)造出產(chǎn)品形狀的過程，簡單地講就是做出自行車造型的外觀圖樣，并對其進行論證。 3整體外觀階段 自行車設計的關鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構的設計上。產(chǎn)品的外觀、自行車的造型以及穩(wěn)定的構造應該既反映設計師的精湛設計，又能實現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是設計家具的重點。為實現(xiàn)這一目標，我們以在具體化階段提出的產(chǎn)品外觀為基準做出了如下的骨架模型?？梢哉f這是為實現(xiàn)自頂向下的設計方式而做出的基本模型。自行車設計的關鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構的設計上。產(chǎn)品的外觀、自行車的造型以及穩(wěn)定的構造應該既反映設計師的精湛設計，又能實現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是設計家具的重點。為實現(xiàn)這一目標，我們以在具體化階段提出的產(chǎn)品外觀為基準做出了如下的骨架模型?？梢哉f這是為實現(xiàn)自頂向下的設計方式而做出的基本模型。 從這個骨架模型中，我們不僅可以看到體現(xiàn)著產(chǎn)品概念的外觀，還可以獲得產(chǎn)品各種配件位置和連接的信息，如核心架構，傾斜度，底座，扶手等。這可以由設計師在設計產(chǎn)品并做出草圖的同時，從3個角度，即曲面，曲線，基準面來表現(xiàn)。這種骨架模型是與上面提到的三個階段中對家具設計的內(nèi)容相聯(lián)系的，用于設計師很少接觸的筋，凸臺，體格構造等的設計中。當然這對于沒有相關基本知識的設計師來說幾乎是不可能的事情，但只要是在內(nèi)部開發(fā)過2個以上模型產(chǎn)品的設計師，都可以親自完成模型各部分器具設計。 4設計檢驗階段 通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設計并不是完美的。尤其是自行車與人體結(jié)構有著密切的關系，可以說人們對產(chǎn)品設 自行車設計合理性和適用性的評判是很重要的。因此應該對設計進行檢驗。對于自行車的設計來說，自行車的大腿——底座部分能否穩(wěn)定地支撐人體體重是很重要的。當然除此之外對底座，即支撐人體背部的器材背部分和扶手部分的檢驗也是很必要的。 對自行車底座的說明通過以上一系列說明，我們可以了解設計師對產(chǎn)品零部件進行親自設計的整個過程。當然比起專門的零部件設計者來說，他們的設計可能還存在著不足，但是這拓展了設計師的工作領域，重要的是創(chuàng)造產(chǎn)品的設計師通過參與產(chǎn)品的整個開發(fā)過程，可以開發(fā)出更具親和力，符合人體工程學的產(chǎn)品。 第2章 人體工程學與自行車設計 2.1 設計原則 自行車的設計尺寸是根據(jù)人體尺寸來設計的,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)。 表1-1 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mm 1580 1670 1770 1480 1570 1660 體重∕kg 48 59 75 42 52 66 上臂長mm 289 313 338 262 284 308 前臂長mm 216 237 258 193 213 234 大腿長mm 428 465 505 402 438 476 小腿長mm 338 369 403 313 344 376 坐姿尺寸 男(18～60歲) 女(15～55歲) 坐高mm 858 908 958 809 855 901 坐姿頸椎mm 615 657 701 579 617 657 坐姿眼高mm 749 798 847 695 739 783 坐姿肩高mm 557 598 641 518 556 594 坐姿肘高mm 228 263 298 215 251 284 坐姿大腿mm 112 130 151 113 130 151 坐姿膝高mm 456 493 532 424 458 493 小腿加足mm 383 413 448 342 382 405 坐深mm 421 457 494 401 433 469 臀膝距mm 515 554 595 496 529 570 坐姿下肢mm 921 992 1063 851 912 975 表1-1 我國成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸 設計要點： 1. 座的形式與尺度及其功用有關 2. 座材的尺度必須參照人體測量學數(shù)據(jù)確定 3. 身體的主要重量應由臀部坐骨結(jié)節(jié)承擔 4. 座材前緣處，大腿與自行車之間壓力應盡量減小 5. 腰椎下部應提供支承，設置適當?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)中的人一車界面關系可由圖1-1來進行分析。 圖1-1 人-車界面關系 2.2 人機工程設計設計 1、人與支撐部件的關系 支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構架。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系，與騎車人的位置和肌肉的動作有著性的設計參數(shù)。 2、人與動力接受部件關系 　　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。傳動部分的設計關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。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。在設計自行車的各部分尺寸、車閘及變速器等時，應該著眼于騎車人一動力一傳動一工作的連貫性，才可能設計出同騎車人手的大小或握力相適應的閘把、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 以身高為基本因素，其他身體的能力與身高成比例。如手臂、腿、氣管等的長度與身高成比例，從而以骨關節(jié)為中心所產(chǎn)生的力矩、步幅等，都取決于身高的大小。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其成比例。 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。設計時以這一常用速度來確定相關設計參數(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)構因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負擔過大，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 自行車設計結(jié)構要素分析 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的結(jié)構要素。 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 、車把位置 、腳蹬位置 。按三點調(diào)整法，鞍座到車把和車把到腳蹬約等，一般高于車把到腳蹬3cm。 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。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1-2 。 圖1-4自行設計的結(jié)構要素 閘把施閘力/N 相對握力% 減速度 說明 60 10 0.1g 控制下坡速度 350 70 0.6g 全剎車 500 100 0.8g 緊急全剎車 表1-1　理想的施閘力和減速度 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，但更重要的是自行車的造型要有適合這種力學特征的結(jié)構形式。 　　 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1-5（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1-5(d)。 第3章 背包式自行車總體方案 3.1背包式自行車的構成 背包式自行車的整體構成由以下幾大模塊： (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，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，核定最佳造型設計以達到最佳運動效率。 (2).傳動系統(tǒng) 通過機械設計我們可以比較確切的分析各種傳動系統(tǒng)的傳動關系進而計算出總傳動系統(tǒng)的傳動效率進行核算。 (4).導向機構 正常直線行駛時，導向機構應不構成阻力，設計的導向機構應簡單便捷為好。 3.2 背包式自行車方案設計 目前自行車設計各式各樣，這里的設計主要從傳動系統(tǒng)方面來結(jié)合設計。分析以上性能需求，并根據(jù)本設計需要，針對推傳動系統(tǒng)的的設計提出以下方案： 1、方案的特點及創(chuàng)新 1. 該方案采取大量三角形結(jié)構，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)向機構驅(qū)動轉(zhuǎn)向。 2、 設計方案簡圖 第4章 背包式自行車機械部分計算 4.1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)1h ，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。設計時以這一常用速度來確定相關設計參數(shù)。但本次設計內(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， 故本次設計的人的輸出功率為 （4-1） （150mm為自行車的踩踏杠的長度）。 2、 傳動效率 查《機械設計手冊》得： 踩踏關節(jié)的損失：=0.97 鏈傳動的損失：=0.96 滾動軸承：=0.97 軸系效率：=0.98 由以上算出的總的傳動效率： ==0.83 （4-2） 所以明輪的輸出功率為 （4-3） 4.2傳動比 根據(jù)傳動比的一般分配原則，我們應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，為了適應和習慣在陸地上的運動習慣及降低生產(chǎn)成本，我們這里就優(yōu)先選用鏈傳動比為2.5的傳動比。 4.3前后鏈輪之間的鏈傳動設計 4.3.1 設計要求 確定鏈條型號、鏈節(jié)數(shù)、排數(shù)、鏈輪齒數(shù)、、鏈輪結(jié)構、材料、幾何尺寸、中心距、壓軸力、潤滑方式、張緊裝置 已知設計條件：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。 4.3.2 設計過程 （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 （4-4） ，查《機械設計》表9-6得 ，查《機械設計》圖9-13得 ，由于是單排鏈，所以 故由（4-4） （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《機械設計》圖9-11得到。然后由《機械設計》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) （4-5） 將圓整為偶數(shù) 鏈傳動的最大中心距為： （4-6） 式中，為中心距計算系數(shù)，查《機械設計》表9-7得=0.24907 （5）計算鏈速，確定潤滑方式 （4-7） 根據(jù)鏈速V，查《機械設計》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 （4-8） 壓軸力==1.10x59.49=65.439 N （7）設計總結(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 表4-1 4.4 軸的設計 4.4.1鏈輪上力的計算 軸上傳遞的功率W=XXX=30.63 w (4-9) 轉(zhuǎn)矩T=9550000xW/150=1950110N.mm (4-10) 4.4.2材料 可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。 4.4.3計算軸的最小直徑 查《機械設計》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 (4-11) 將軸徑圓整為標準直徑，取d=10 mm 4.4.4軸的結(jié)構設計 1、軸的外形結(jié)構 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《機械設計手冊》的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預緊，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。 4.5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?？沈炈銈鲃虞S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，由撓度和傾角計算公式.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： (4-14) 許用撓度； 。 4.6鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼，許用擠壓應力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。則 (4-17) 可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為： 4.7 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)設計要求，應該對Ⅰ軸未端的滾子軸承進行校核。 ②軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 (4-18) ∴ 受力 (4-19) 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： (4-20) 在水平面： (4-21) ∴ (4-22) ④因軸承在運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，取，則有： (4-23) ⑤軸承的壽命計算:所以按軸承的受力大小計算壽命 (4-24) 故該軸承6206能滿足要求。 第5章 三維圖的設計 車架 圖5-1 圖5-1 前輪組件 圖5-2 圖5-2 后輪組件 圖5-3 圖5-3 座椅組件 圖5-4 圖5-4 整車截圖 圖5-5 圖5-5 結(jié) 論 經(jīng)過努力，通過這次的設計，我對機械傳動設計方案的擬定有了一定的認識，機械傳動部件的選用原則，機械傳動部件設計計算方案的原理等方面都有了一定的認識。從最開始查找各種關于本次設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，這是一個學習的過程，更是一個實踐的過程。此次設計，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；要善于學習，時刻學習；做事要嚴謹、認真，細致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。 通過此次的設計，讓我能有機會把學到的理論知識用到實踐中。在今后的學習生活中，這次設計的經(jīng)歷將起到重要幫助作用，通過設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、加深了有關機械設計方面的知識。 參考文獻 [1]何燦群《人體工學與藝術設計》 長沙湖南大學出版社，2004 [2]阮寶湘/郡祥華《工業(yè)設計人體工程》 北京機械工業(yè)出版社 2005.05 [3] 王三明主編《機械原理與設計課程設計》 北京機械工業(yè)出版社，2005 [4].閆衛(wèi)．工業(yè)產(chǎn)品造型設計程序與實例.機械工業(yè)出版社，2003.2，第一版 [5]. 沈法，王慶斌，楊足，丁熊．計算機輔助產(chǎn)品造型設計表現(xiàn)技法.人民郵電出版社，2002.9，第一版 [6].張展，王虹．產(chǎn)品設計.上海人民美術出版社，2002.1，第一版 [7].王玉林，蘇全忠，曲遠方．產(chǎn)品造型設計材料與工藝.天津大學出版社，1994.12，第一版 [8].程能林，產(chǎn)品造型設計手冊.機械工業(yè)出版社，1994.8，第一版 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