折疊式自行車的整體設計7張CAD圖

折疊式自行車的整體設計7張CAD圖,折疊式,自行車,整體,設計,CAD 折疊式自行車的整體設計 摘 要 隨著社會的發(fā)展，交通堵塞和環(huán)境污染已經日趨嚴重。面對當今這種擁堵和不利于環(huán)保與健康的交通情況，必須要有一種輕質量且便于攜帶的交通工具來服務人們的日常生活現狀，這就給折疊式自行車的發(fā)展帶來了很大空間。折疊式自行車最大的益處就是它能夠帶到公交車和地鐵等交通工具上，當距離目的地較遠而需要轉車時它能夠作為短途的交通工具來使用，既節(jié)約了等車時間又省下了轉車所需要的費用，還達到了自行車的保養(yǎng)和防盜的目的。 關鍵詞： 折疊； 交通； 便攜 II ABSTRACT With the social development, traffic congestion and environmental pollution has become increasingly serious. Faced with this now congestion and is not conducive to environmental protection and health of the traffic situation, there must be a light weight and easy to carry in a vehicle to serve the people's everyday life the status quo, which is to develop a folding bike is a big space . The maximum benefit folding bike is that it can bring the bus and subway and other vehicles, when the destination is far away from the car and need to switch it can be used as short-distance transport to use, which saves time and save the other car the required transfer fee, but also to achieve the purpose of the maintenance and theft of bicycles. Key words: portable； folding；traffic 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 第 1 章 折疊自行車概述 5 1.1 選題背景 5 1.2 提出方案 5 第 2 章 折疊自行車設計 9 2.1 基本參數 9 2.2 滾子鏈尺寸 9 2.3 鏈輪基本尺寸 10 2.4 鏈輪齒形 11 2.5 節(jié)距校核 11 第 3 章 關鍵機構優(yōu)化 12 3.1 機構動態(tài)靜力分析 12 3.2 折疊扣的設計 12 第 4 章 機構建模 14 4.1 機構運動簡圖 14 4.2 機構關鍵構建建模過程 14 4.3 機構總裝配過程 21 第 5 章 機構仿真 24 5.1 機構仿真過程描述 24 5.2 仿真數據測量及分析 25 第 6 章 結構分析 29 6.1 軸結構分析 29 6.2 折疊效果仿真 29 參考文獻 33 5 第 1 章 折疊自行車概述 1.1 選題背景 隨著如今交通的擁堵、環(huán)保政策的推行，作為短途代步工具的自行車逐漸的回到人們的視線之內。然而笨重的傳統(tǒng)自行車已經不符合社會的潮流，加之自行車存放場所缺乏，導致占自行車占用人行道以及被盜現象日益嚴重，因此，設計一款占地面積小、方便攜帶、防盜且時尚的折疊式自行車就顯得尤為重要。 1.2 提出方案 圖 1.2.1 前后對稱折疊 在現代都市生活中，折疊自行車已經得到了廣大都市青年的認同，是的折疊自行車的市場不斷的增加。在這樣的行情下，各大品牌都有了自己的設計，折疊方式也各有不同，近年來各種折疊方式更是層出不窮，如：前后對稱折疊、剪刀式折疊（又稱 X 折疊）、內折疊、N 型折疊等。其中又以前后對稱折疊的方式（見圖 1.2.1）最為常見，也最為經典，其主要是將車架的大梁折疊，前后車輪能夠疊在一起，車把手側方向放倒，腳踏部分折疊，將座墊架壓到底。雖然這種折疊方式的自行車折疊后外觀沒有其他方式折疊后的規(guī)則造型，但它相對于其他方式是 31 最簡單便捷的，折疊后體積也能相對減少二分之一，也正是應為這點，這種折疊方式出現的時間最早，生產技術也最為成熟，所以，針對這次設計，我的設計采用的就是此種折疊方式。 折疊式自行車的折疊方式對其各項功能都有影響。各種折疊方式若想脫穎而出成為行業(yè)標準就只能是被消費者接受并被廠家廣泛采用，自從折疊式自行車出現至今，設計者嘗試的多種折疊方式都有其局限性。下面我要介紹的這幾種都是目前較新的折疊方式： 圖 1.2.2 N 型折疊 圖 1.2.2 是 N 折疊方式，這種折疊方式并沒有去采用傳統(tǒng)的折疊主架大梁的方法，最大限度的縮小了車折疊后的體積，同時還留下了 2 個車輪部分的正常使用功能，對折疊后的攜帶帶來了極大的好處——可以拖行。 圖 1.2.3 前后交叉折疊 折疊式自行車（圖 1.2.3）于前一款的基礎上，有了進一步的改進，它最大的特點就是采用了特殊的前后交叉方式，且交叉結構不在一個平面上，使得自行車的前后車輪折疊后并排平行，此種的設計方案在進一步減少車體積的同時，也使得車在折疊后能夠直接拖著行走，攜帶更加方便。 圖 1.2.4 箱式折疊 箱式折疊式自行車（見圖 1.2.4），首先在結構上，該設計的折疊方案中使用了獨創(chuàng)的 7～11 齒分體小飛輪、輻板結構和單列向心球軸承，有效的突破了小輪式自行車受機械上傳動比限制的技術難題，使得小輪自行車不但在體積上得到了有效的縮小，同時在重量上也得到了減輕，并且極大的提高了車的行駛速度，使得騎行、攜帶和存放都顯得十分的方便。 總結上述對上自行車折疊方式的分析，我們不難發(fā)現消費群眾的喜好對折疊式自行車的折疊方式起到了決定性的作用，而折疊式自行車的各項性能以及外在美觀與否都深受各種折疊方式的影響。這就要求設計人員在設計時要仔細的分折疊自行車市場需求，應該要追求特點而不在于強求完美，爭取做到表現自身特點并且能夠兼顧其它，為廣大消費群眾提供更多的折疊方式和攜帶方式是折疊式自行車眼前的發(fā)展方向。 第 2 章 折疊自行車設計 2.1 基本參數 我們自定義大鏈輪轉速 傳動功率選擇鏈輪齒數：  n2 = 120r / min ; P = 3KW 根據折疊自行車的尺寸大小， ?。?小鏈輪齒數： Z1 = 18 ; 自定：傳動比： i=2.5; 則： 大鏈輪齒 Z2 = i * Z1 =45 根據市場調查，現市場上自行車鏈輪及鏈條鏈節(jié)距 p 基本上選為 12.7， 在本次設計中，為應對方便緊急情況以保證其互換性為原則，故遵循市場要求，定 ： p = 12.70mm 初定中心距： ?。? a = 40 p = 508mm Z 2 L 1 + Z 2 a ? Z 2 - Z 1 ? p p = 2 + 2 p + ? 2p ÷ ′ a 18 + 45 40 p è ? ? 45 -18 ?2 p 鏈節(jié)數： = + 2 ′ 2 p + ? 2p ÷ ′ 40 p (公式 2.1.1) è ? ? 111.96 取： Lp = 112 2.2 滾子鏈的尺寸 圖 2.2.1 GB1243-83 部分截圖 根據 p = 12.7 ，查 GB1243-83 選取 08A 滾子鏈其主要尺寸（見圖 2.2.1）如下： 滾子直徑： 滾子外徑： d1max = 7.92mm d1 = 7.95 （參照機械設計教材表 13-11，GB1243-1977） 極限載荷： 銷軸直徑： 套筒孔徑： 鏈條通道高度： 內鏈節(jié)內寬： 內鏈板高度： 排距： Q = 13800N（參照機械設計教材表 13-11，GB1243-1977） dz max = 3.98mm d3min = 4 h1min = 12.33 b1min = 7.85mm hmax = 12.07mm pt = 14.38mm 2.3 鏈輪基本尺寸 分度圓直徑：  d = sin  p 180o Z  (公式 2.3.2) 其中小鏈輪為 73.14mm，大鏈輪為 182.06mm； ? 180o ? 齒頂圓直徑： da = p ? 0.54 + cot Z ÷ （公式 2.3.3） è ? 其中小鏈輪的齒頂圓直徑為 78.88mm，大鏈輪為 188.48mm； 齒根圓直徑： d f = d - d1 （公式 2.3.4） 其中小鏈輪的齒根圓直徑為 65.34mm，大鏈輪為 174.26mm； 90o 最大齒根距離： Lx = d cos Z - d1 （公式 2.3.5） 其中小鏈輪為 65.06mm，大鏈輪為 174.15mm。 2.4 鏈輪齒形 鏈輪的國家標準（GB1244-85）中尚未規(guī)定具體的鏈輪齒形，僅僅規(guī)定了最大和最小齒槽形狀及其極限參數。目前較常用的一種齒形是三圓弧一直線齒形（如右圖所示）。 下圖中，齒廓上的 a-a、a-b、c-d 線段為三段圓弧，半徑依次為 r1、r2 和 r3； b-c 線段為直線段。 圖 2.4.1 GB1244-85 齒形標準 2.5 節(jié)距校核 根據機械設計教材表 13-8 取工作情況系數 KA =1.2； 根據機械設計教材表 13-13 取修正系數 Kz =1； 根據機械設計教材表 16-9 取載荷系數 Kp =1，則有： 額定功率： P0 3 Pc = KAP Kz Kp = 1.2 ′ 3 = 3.6KW 1′1  （公式 2.5.1） 小鏈輪轉速： n1 = in2 = 300r / min 根據 P0 3 3.6KW 、n1 = 300r / min ， 由機械設計教材表 13-11 查得 08A 滾子鏈，節(jié)距為 12.7，符合初步設計， 無需修改。 第 3 章 關鍵機構優(yōu)化 3.1 機構動態(tài)靜力描述 鏈速： v = n1Z1 p = 300 ′18′12.7 ? 1.143m / s  (公式 3.1.1) 60 ′1000 60 ′1000 有效拉力： F = 1000P = 1000 ′ 3 ? 1048.95N  （公式 3.1.2） 1 v 2.86 軸上載荷： FQ ? 1.2KA F1 = 1.2 ′1.2 ′1048.95 ? 1510.49 (公式 3.1.3) 定潤滑方式 根據機械設計教材表 13-16 得：應采用滴油潤滑。 3.2 折疊扣的設計 1、折疊扣的位置設定 1） 、在車的龍頭部分，考慮到車把手在縱向上的占位空間相對較大，為了減少其對折疊后整體的體積影響，在此可設定折疊，暫定在車把手兩側以及龍頭的車架上分別有一次折疊。 2） 、在車身部分有一個主要折疊，為了不影響傳動系統(tǒng)，這個折疊的位置應在鏈輪的另一側，折疊后即能最大程度的減少車輛體積，又不能干涉大小鏈輪的傳動和車架的主受力機構（三角架），故此次折疊位置選在車架的三腳架前端，車身相對中間部分，車的傳動為垂直傳動，以車座為對稱軸，前后最大橫向距離相等，折疊后三腳架的長度與大鏈輪的半徑在同一垂直位置，前后輪錯開一個鏈輪半徑。 方案分析： 1 、在車把手的兩側使用折疊扣，這樣能顧減少車把手對車整體的影響， 但會影響車在在折疊和打開時的效率，而且在使用過程中影響美觀，最關鍵是存在安全隱患，綜合考慮，此處折疊弊大于利，故放棄，以車龍頭前支架折疊來代替，并在不影響使用舒適度的前提下盡可能的減短把 手長度。 、車身關鍵折疊部分，以此折疊為中心，既不影響車的受力機構，又不干涉?zhèn)鲃酉到y(tǒng)，還能最大程度的減少車的體積，但在此折疊，折疊扣受力相對較大，因此，此處的折疊扣應使用強度較大的材料。總體而言， 方案可取。 2、折疊扣設計 在我的設計中一切以方便簡潔，貼合實際生產為主，折疊扣也不例外。 在我的設計中，折疊扣的前后兩片都以平面為主，表面以磨砂處理，增加實際貼合度，不易打滑，以焊接方式固定在車架上，用配合式鉸鏈接，磨砂表面在鎖式扣緊湊固定的情況下完成鏈接，折疊時制需打開折疊扣，分開平面，操作簡單， 正常在五分鐘內就能完成一次折疊與打開，且折疊后，體積減少百分之四十左右， 十分方便。 折疊扣（見圖 3.2.1）的材料均以鋁合金制作，在擁有足夠的強度的同時，還避免了其他高密度金屬的高質量，簡單輕便。 圖 3.2.1 折疊扣局部截圖 第 4 章 機構建模 4.1 機構運動簡圖及尺寸標注 圖 4.1 運動簡圖 4.2 機構關鍵構件建模過程 1、鏈輪的模型建立： (1) 、新建一個零件文件，命名為“dalianlun”，進入 Pro/E 的零件模塊。 (2)、創(chuàng)建旋轉特征，構造鏈輪的大體結構： ①、在菜單中逐步選擇“菜單”→“插入”→“旋轉”，進入草圖繪制編輯器完成以下草圖繪制： 圖 4.2 旋轉一圈完成下圖： 圖 4.3 （3)、利用拉伸和陣列特征，創(chuàng)建鏈輪的齒廓： ①、在草圖繪制編輯器中完成以下草繪： 圖 4.4 ②、退出草圖繪制編輯器，進行拉伸和陣列： 圖 4.5 即可得到如下圖所示： 圖 4.6 (4)、拉伸、陣列特征的創(chuàng)建： ①、在草圖繪制編輯器中完成以下草繪； ②、退出草圖繪制編輯器，進行拉伸和陣列； ③、最后得到大、小鏈輪的模型： 圖 4.7 大鏈輪模型 圖 4.8 小鏈輪模型 2、依次新建車各機構模型 1） 、車身機構模型： 圖 4.9 車身 2） 、車架機構模型： 圖 4.10 車架 3） 、傳動機構模型 圖 4.11 鏈條 圖 4.12 腳踏軸 4） 、坐墊建模： 圖 4.13 坐墊 5） 、固定鎖扣建模: 圖 4.14 固定扣 4.3 機構總體裝配過程 （1） 車頭部分 1） 單擊新建按鈕，有新建對話框彈出。 2） 在對話框的“類型”組中選擇“組件”單選項，在“子類型”選項組中選擇“設計”。 單選項，輸入組件名稱為 bike，單擊“使用缺省模板”復選項以不使用默認模板，單擊“確定”按鈕。 3） 在出現的“ 新文件選項” 對話框中， 從“ 模板” 選項組中選擇 mmns_asm_design 單擊“確定”按鈕。 4） 單擊“插入-元件-裝配”按鈕，插入 chetou3.prt，定義為“固定”。 5） 插入 chetou2.prt，銷釘連接，A-11 軸與 A-13 軸同軸；chentou3 F42 平面與 chetou2 F29 重合。 6） 插入 chetou1.prt，銷釘連接，A-5 軸與 A-3 軸同軸；chetou1 F-14 平面與chetou2F-6 偏距 80mm。 7） 插入ding.prt，剛性連接，A-4 軸與A-11 軸同軸；ding F-9 平面與chetou2F-15 重合。 8） 插入 ku.prt，A-5 軸與 A-3 軸同軸，ku F-15 平面與 chetou2 F-16 平面重合 9） 插入 pie2.prt，銷釘連接，A-6 軸與 A-9 軸同軸，pie2 F-13 平面與 ku F-19 平面重合。 10） 插入 pie.prt，銷釘連接，A-14 軸與 A-3 軸同軸，pie F-11 平面與 pie2 F-6 平面偏移 1mm。 11） 插入 lun1.prt，銷釘連接，A-1 軸與 AA-1 軸同軸，lun1 F-42 平面與 chetou3 F-16 平面偏移 15mm。12）車頭部分裝配完畢。 圖 5.15 車頭 （2） 車身部分 1) 插入 cheshen1.prt，A-11 軸與 A-2 軸同軸，cheshen1 F-13 平面與 chetou3 F-50 平面重合。 2) 插入 cheshen2.prt，銷釘連接，A-40 軸與 A-20 軸同軸，cheshen2 F-60 平面與 cheshen1 F-20 平面重合。 3） 插入 ding3.prt，銷釘連接，A-2 軸與A-20 軸同軸，ding3 F-12 平面與cheshen1 F-8 平面重合。 4） 插入 ding4.prt，銷釘連接，A-4 軸與 A-43 軸同軸，ding4 F-8 平面與 cheshen2 F-69 平面重合。 5） 插入 pie.prt，銷釘連接，A-14 軸與 A-7 軸同軸，pie F-11 平面與 ding4 F-12 平面重合。 6） 插入 ban.prt，銷釘連接，A-3 軸與 A-5 軸同軸，ban F-6 平面與 cheshen2 F-24 平面重合。 7） 插入 cheshen3.prt，銷釘連接，A-7 軸與 A-4 軸同軸，cheshen3 F-8 平面與 ban F-6 平面重合。 8） 插入 tanhuang.prt，銷釘連接，A-2 軸與 A-11 軸同軸，tanhuang F-6 平面與 cheshen3 F-34 平面重合；A-9 軸與 A-23 軸同軸，tanhuang F-22 平面與cheshen2 F-45 平面重合。 9) 插入lun2.prt，銷釘連接，A-1 軸與AA-3 軸同軸，lun2 F-16 平面與cheshen3 F-34 平面重合。 10) 插入 chezuo1.prt，銷釘連接，曲線 F8 與 A-3 軸同軸，chezuo1 F-9 平面與 cheshen2 F-13 平面重合。 11） 分別插入 ku.prt、pie.prt、pie2.prt，完成銷釘連接。12）車身部分裝配完畢。 圖 5.48 整車組裝圖 第 5 章 機構仿真 5.1 機構仿真過程描述 5.2 仿真參數測量及分析 1） 單擊按鈕，打開“bike.asm”文件，單擊“應用程序-機構”，進入機構模塊。 2） 新建一個類型為“動力學”的分析，終止時間為 27，幀數 10。 3） 設置電動機啟動時間。 圖 6.6 分析定義 4） 先點擊“運行”，在運行完成后單擊“確認”。 5） 單擊選擇“回放”，播放當前的結果集，分析完成后保存到指定的文件夾。 6） 單擊選擇，開始自定義測量。 圖 6.7 測量結果 自行車腳踏運動 圖 6.8 運動分析 車身后部轉速 圖 6.9 后部轉速 車輪轉速 圖 6.10 車輪轉速 分析： 在鏈條連接中每個鏈節(jié)都是需要使用一個槽連接的，因此造成約束太多， 電腦不能繼續(xù)完成裝配，我們只能減少了鏈節(jié)槽連接，從而造成鏈條不能完全仿真。 鏈條并不是每個鏈節(jié)都是用了槽連接，因此與骨架線不能很好配合，導致與鏈輪也不是完全配合，造成鏈輪的仿真存在干涉。 無法真實測量軸的力矩和點的受力情況，導致受力分析不準確。 第 6 章 結構分析 6.1 軸結構分析 首先打開 Solidworks 軟件，單擊選擇按鈕，文件類型選定“所有文件”，文件名選擇后綴“*.prt”。 然后打開 Pro/E 零件文件，接下來點擊徹底分析模型，全補選勾，輸入實體選項，這樣就可以在 Solidworks 軟件中得到轉換文件。 ①打開“cheshen1.prt”文件， 單擊選擇，插件選擇 Solidworks Simulation。 ②新建算例，選擇合金鋼。 圖 6.11 實體模型分析 夾具選定-固定幾何體-選擇軸外表面。 外部載荷選定-力-選取一個圓環(huán)面，大小為 100N。擊運行按鈕，最后獲得所需要的受力結構圖。 圖 6.12 受力結構 分析： 由圖示可看出軸端部連接處最危險，壓力最大達到 2.450Mpa 左右，而且在任意位置，因此，可以得出以下結論： 軸端部連接處的設計方案不合理。改進方式： 可以增大軸的直徑。 也可以增加連接處厚度。 6.2 折疊效果仿真 在折疊中，對自行車折疊后體積具有決定性作用的是前后輪組，考慮到折疊后體積，輪組體積不宜過大，而且在其他條件不變的情況下，后輪輪組直徑越大， 傳動效率越高，現取在充滿氣的情況下，輪組直徑按 500mm 設計，則參照橡膠外胎的參數，定輪圈的直徑為 447mm，參照鏈輪中心距和輪組體積，折疊后總體面積在 0.3mm2左右，完全可以放置在常見轎車的后背箱之內，車身材料以 20CrMnTi 輕質材料為主，折疊后以車身固定，故也可提其三角車架部位或借助其他便攜手 帶隨身攜帶外出。 由于本身折疊位置方便，且折疊次數較少，故常人操作大致在五分鐘內就能完成一次折疊，簡單方便。 如下圖所示，此次課題在上述仿真之下，做成三維實體圖。 （圖 6.2.1 折疊前效果圖） 折疊中間位置： （圖 6.2.2 折疊過程效果圖） 折疊終止位置： （圖 6.2.3 折疊后效果圖） 參考文獻示例：  參考文獻 [1] 仝基斌，晏群. 機械制圖. 機械工業(yè)出版社，2008. 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