自行車結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1、車輛結(jié)構(gòu)與原理課程設(shè)計(jì)題目自行車結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)（女）專業(yè)年級(jí)姓名學(xué)號(hào)同組成員指導(dǎo)老師任務(wù)書(shū)錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。第一章緒論2.1.1 研究背景及意義2.1.2 自行車的發(fā)展現(xiàn)狀2.1.2.1 自行車的發(fā)明與演變21.2.2 自行車交通發(fā)展現(xiàn)狀錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。1.3 折疊自行車的優(yōu)點(diǎn)和前景31.3.1 折疊自行車的優(yōu)點(diǎn)4.1.3.2 折疊自行車的市場(chǎng)前景4第二章設(shè)計(jì)方案的確定52.1 自行車結(jié)構(gòu)創(chuàng)新來(lái)源5.2.2 主要技術(shù)要求錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.3 研究方法錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4 設(shè)計(jì)過(guò)程錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。2.4.1 確定設(shè)計(jì)綱要62.4.2 確定折疊方式.7.2.4.3 確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)8.第三

2、章折疊自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.1 結(jié)構(gòu)分析9.3.1.1 設(shè)計(jì)中的不同點(diǎn)9.3.1.2 車的折疊過(guò)程113.2 關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)133.2.1 車頭把手機(jī)構(gòu)1.23.2.2 前身下部結(jié)構(gòu)1.33.2.3 車身與鞍座結(jié)構(gòu)1.33.2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.43.3 基于人體工程學(xué)的自行車把手、車座的關(guān)系153.4 受力計(jì)算16第四章設(shè)計(jì)的改進(jìn)1.94.1 車頭把手不能折疊194.2 齒輪箱太大194.3 腳踏板的位置安排得還不夠合理19第五章總結(jié)與展望205.1 總結(jié)205.2 展望20參考文獻(xiàn)21任務(wù)書(shū)自行車結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)（女）要求設(shè)一個(gè)女式的自行車結(jié)構(gòu)。完成以下具體工作，車架的結(jié)構(gòu)、車輪的選擇、制動(dòng)系統(tǒng)的方式

3、等。畫(huà)出系統(tǒng)的總裝配圖，并畫(huà)出基于人體工程學(xué)的自行車把手、車座、腳踏板之間的關(guān)系。編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1份。分組情況本小組2人，設(shè)組長(zhǎng)1人，分工合作完成。參考資料車輛結(jié)構(gòu)與原理相關(guān)書(shū)籍。機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)書(shū)籍及手冊(cè)。設(shè)計(jì)時(shí)間小組成員第一章緒論1.1 研究背景及意義“當(dāng)今社會(huì)，由于污染、交通擁擠等問(wèn)題的出現(xiàn)，在城市交通車的設(shè)計(jì)上便捷與環(huán)保成為一大趨勢(shì)，城市出現(xiàn)大量折疊自行車的蹤影?！闭郫B自行車形態(tài)巧妙、綠色環(huán)保，既能夠很好節(jié)省空間又滿足人們快節(jié)奏生活的需要，為未來(lái)理想短途交通工具。根據(jù)女士自行車發(fā)展趨勢(shì)，分析折疊自行車折疊方式，從人性化和美觀中出發(fā)，設(shè)計(jì)更便捷、更加適合女性使用的折疊自行車。1.2 自行車的

4、發(fā)展現(xiàn)狀在種類繁多的現(xiàn)代交通工具中，自行車一直和人們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系最密切的產(chǎn)品之一。自行車自誕生至今已有200多年的歷史。從作為玩耍、娛樂(lè)的用具開(kāi)始，經(jīng)由交通工具、運(yùn)輸工具到今天的休閑、娛樂(lè)、健身的伙伴，甚至成為人們生活藝術(shù)的化身。1.2.1 自行車的發(fā)明與演變據(jù)史料記載，最早的實(shí)物自行車是1791年法國(guó)人西夫拉克發(fā)明的在玩具木馬上裝兩個(gè)輪子的“玩具馬”。因無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置，坐墊較低，騎車人兩腳著地，用腳蹬地前進(jìn)。1818年年輕的德國(guó)看林人德萊斯首創(chuàng)了前輪可以轉(zhuǎn)向的自行車。他用2個(gè)木輪、1個(gè)鞍座和1個(gè)控制前輪的車把制成1輛木輪車，人坐在車上，用兩腳蹬地，驅(qū)動(dòng)木輪運(yùn)動(dòng)。1839年蘇格蘭鐵匠麥克米蘭把自行

5、車由木質(zhì)結(jié)構(gòu)改為金屬結(jié)構(gòu)，輪子做成前輪小后輪大，在前輪處有腳蹬，通過(guò)曲柄使后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，騎車人用兩腳踩動(dòng)兩根長(zhǎng)桿車子就向前行進(jìn)，騎車人的腳真正離開(kāi)了地面。1863年法國(guó)馬車店老板米喬克斯在前輪安裝了腳蹬。1870年法國(guó)的古里門(mén)為自行車裝上了鋼絲輻條，采用加大前輪，以鏈條傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)。1874年英國(guó)人勞森造出1輛和今天形式大致相同的自行車，在車上開(kāi)始裝上鏈輪和鏈條，用后輪驅(qū)動(dòng)車子前進(jìn)，稱為安全自行車，但前輪仍比后輪大，鞍座較低。英國(guó)機(jī)械師塔雷，在自行車上裝上前叉和剎車，首次使用橡膠作車輪，并改進(jìn)了自行車的很多結(jié)構(gòu)，同時(shí)改造了許多生產(chǎn)自行車零件的機(jī)器，為自行車大量生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，被后人稱為自行車工業(yè)之父

6、。1885年蘇格蘭的鄧祿普研制將充氣輪胎用于自行車，使自行車減震性能大大增強(qiáng)，讓騎車人的騎行舒適度更為提高。再加上管材結(jié)構(gòu)，配上車鈴、支架、車燈等部件，前后輪改為一樣大，到19世紀(jì)末自行車結(jié)構(gòu)就基本完善了。經(jīng)過(guò)將機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的成果運(yùn)用于自行車的設(shè)計(jì)制造上的努力，自行車開(kāi)始通過(guò)批量生產(chǎn)走進(jìn)普通人的生活，成為人們生活中方便、快捷的交通工具。1.2.2 自行車交通發(fā)展現(xiàn)狀汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，在給交通帶來(lái)便利的同時(shí)，在能源消耗和環(huán)境污染上也也產(chǎn)生極大的問(wèn)題。隨著人們生活水平的提高，健康與環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，自行車不會(huì)因?yàn)槠渌煌üぞ叩陌l(fā)展而減少。即使在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，在家庭小轎車十分普及、公共交通工具有

7、增無(wú)減。主要原因是面對(duì)機(jī)動(dòng)車輛對(duì)環(huán)境造成的嚴(yán)重污染和在城市交通形成的堵塞，歐美各國(guó)相繼采取措施，鼓勵(lì)人們使用自行車。自行車作為短途代步工具具備其他交通工具不可代替的作用。人們騎自行車到達(dá)公交站或其他快速交通站點(diǎn)，然后改乘其它公共交通工具到達(dá)目的地附近的站點(diǎn)。這種模式主要適用于兩種情況，一種是自行車和軌道交通換乘，另一種是和公共汽車尤其是大站快車的換乘。但是現(xiàn)在的城市交通擁擠、存車處面積明顯不足，機(jī)動(dòng)車的停處已被公認(rèn)為全球性的難題。自行車停車場(chǎng)缺乏，占用人行道停車的情況嚴(yán)重，近些年來(lái)自行車被盜現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈巧快捷、便于攜帶的折疊自行車可以很好的解決這些問(wèn)題。1.3 折疊自行車的優(yōu)點(diǎn)

8、和前景折疊自行車是20世紀(jì)30年代在歐洲起源于軍事用途并伴隨著轎車的普及和人口的增多而發(fā)展起來(lái)的，近些年由于采用各種新材料、新技術(shù)及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新從而使之體積更小、質(zhì)量更輕、更結(jié)實(shí)耐用。1.3.1 折疊自行車的優(yōu)點(diǎn)折疊自行車折疊后車體的長(zhǎng)度和面積能縮小一半，不需要任何緊固工具，能在半分鐘內(nèi)完成折疊或展開(kāi)鎖定。根據(jù)存放場(chǎng)地的大小使用折疊，存放占地小，適合窄小地方的搬運(yùn)和存放，使用性能方面優(yōu)于廣泛使用的24-26英寸的自行車。折疊自行車有很多優(yōu)點(diǎn)，主要有：（1）壽命超長(zhǎng)。（2）時(shí)尚浪漫。（3）騎乘輕松。（4）實(shí)用便捷。1.3.2 折疊自行車的市場(chǎng)前景目前折疊自行車市場(chǎng)主要集中在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。在這些國(guó)家

9、，很多私人轎車都配備折疊自行車，以備應(yīng)急和休閑只用，根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家自行車發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和轎車開(kāi)始大量進(jìn)入家庭階段的我國(guó)，自行車產(chǎn)業(yè)即將迎來(lái)更大的發(fā)展機(jī)遇，而折疊自行車以其獨(dú)特的符合國(guó)情的優(yōu)勢(shì)將會(huì)出現(xiàn)很大的發(fā)展空間。自行車的發(fā)展方向是設(shè)計(jì)個(gè)性化、功能綜合化、自重輕量化、操縱方便化、款式多樣化，自行車系列產(chǎn)品將得到更迅速的發(fā)展，并形成高、中、低多檔次格局，尤其折疊自行車是我國(guó)最具潛力取得世界領(lǐng)先水平的產(chǎn)品。目前已有折疊自行車使用單列向心球軸承、輻板結(jié)構(gòu)及獨(dú)創(chuàng)的7-11齒分體小飛輪，解決了小輪自行車不但體積小、重量輕而且速度快，十分便于騎行、攜帶和存放。通過(guò)12英寸樣車在各種路況試騎后

10、，速度與26英寸自行車相同，騎行操作性、舒適性、安全性均非常令人滿意，完全可滿足成人代步需要，整車質(zhì)量5-9公斤，大大低于普通26英寸自行車，開(kāi)發(fā)形成系列產(chǎn)品后，極具潛力。在城市部分取代26英寸自行車，成為上班族、學(xué)生、有車族、老年人的時(shí)尚選擇，有著誘人的市場(chǎng)前景。相對(duì)于其他種類的自行車更適合女性使用。第二章設(shè)計(jì)方案的確定2.1 自行車結(jié)構(gòu)創(chuàng)新來(lái)源本設(shè)計(jì)主要是在現(xiàn)有的折疊自行車的基礎(chǔ)上作出改良與創(chuàng)新?，F(xiàn)有的折疊自行車折疊后的體積都比較大，所以要首先在合理的構(gòu)造的前提下思考如何在減少折疊后的體積這一點(diǎn)上下手，不只是簡(jiǎn)單的的直線伸縮，還利用各種的機(jī)構(gòu)，在傳統(tǒng)的載人自行車的基礎(chǔ)上去掉了后座，這樣子就

11、能夠更加擴(kuò)大節(jié)省材料和體積的可能性，為我們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)創(chuàng)造更大的思維空間。本設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上做了很大程度上的改進(jìn)，外形也有了很大的突破。折疊后比以往的設(shè)計(jì)體積更小，折疊方式更方便，重量更輕。有些折疊自行車雖然體積是變小了，車的齒輪的傳動(dòng)比太少，只有一級(jí)傳動(dòng)，騎上去后腳即使把腳踏板踩得飛快，相比于普通自行車的車速依然顯得非常遜色，因此就要思考一下可以用什么方法來(lái)解決這一問(wèn)題。參考了牙箱的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，就想到在傳動(dòng)上不是僅僅只能局限在一級(jí)傳動(dòng)上，所以齒輪就在普遍的鏈條與齒輪的一級(jí)傳動(dòng)改成了鏈條與齒輪的二級(jí)傳動(dòng)，以此來(lái)增加腳踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與車輪的傳動(dòng)比，是人能夠在不用拼命的踩就能得到一定的車速，達(dá)到悠閑地行駛的

12、效果。最普遍的折疊方式是車頭與車座位置的伸縮和單純的把折疊自行車從中間折疊一半，也并不能縮小多少的體積，自行車還是大大的一臺(tái)在那里?，F(xiàn)今已存在的折疊扇就是折疊機(jī)構(gòu)中很成功的例子，因此可以把折疊扇的折疊方式借鑒或靈活運(yùn)用到折疊自行車上面去。把伸縮與旋轉(zhuǎn)折疊的方式相結(jié)合，就可以做到更大限度的節(jié)省空間。2.2 主要技術(shù)要求1 .采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法完成各部分的設(shè)計(jì)。2 .使用該設(shè)備能實(shí)現(xiàn)展開(kāi)后安全正常行使，折疊后便于攜帶等功。3 .要求總體結(jié)構(gòu)尺寸最小化，關(guān)鍵零部件強(qiáng)度、剛度足夠。4 .動(dòng)作安全可靠，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。5 .整體結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化。6 .主要技術(shù)參數(shù)最大展開(kāi)尺寸：1240*500*980傳動(dòng)比：

13、1:4（腳踏一圈與車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)之比）最小折疊尺寸：720*210*820最大承重：100kg最高時(shí)速：40km/h設(shè)計(jì)重量：7.5kg剎車線：1.5MM不銹鋼車輪直徑：200mm行程：628mm2.3 研究方法1 .設(shè)計(jì)這一折疊自行車可以從查閱現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料中對(duì)現(xiàn)有自行車的機(jī)構(gòu)進(jìn)行了解分析，理解現(xiàn)有折疊自行車工作原理及運(yùn)轉(zhuǎn)方式。2 .對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的自行車實(shí)物盡心觀察，分析各零部件的功能以及尺寸。3 .借鑒優(yōu)良的設(shè)計(jì)，把已掌握的基本機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)運(yùn)用到折疊自行車的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新中去，做到學(xué)以致用。4 .理論與實(shí)際相結(jié)合，不一味的尋求另類和創(chuàng)新。2.4 設(shè)計(jì)過(guò)程2.4.1 確定設(shè)計(jì)綱要整理已找到的問(wèn)題及

14、可改善的機(jī)會(huì)，建立我們對(duì)折疊自行車設(shè)計(jì)的綱要。車身材料采用較常見(jiàn)的自行車材料，可以采用普通的Q235鋼，整臺(tái)自行車的價(jià)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(biāo)準(zhǔn)件，可以避免使用過(guò)程中自行車出問(wèn)題時(shí)需更換專用零件遇到的麻煩，維修簡(jiǎn)單。結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，使用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，一方面可以簡(jiǎn)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。車身占用空間小，無(wú)論在運(yùn)輸還是外出旅行，車身占用的空間越小，給人帶來(lái)的便利就越大，也能相應(yīng)減少自行車的成本。傳動(dòng)部件傳動(dòng)比要大，使自行車車身占用空間小的話，車輪直徑的小尺寸是最起作用的，但是由于車輪小又要滿足使用者不至于費(fèi)很大力氣卻不能使車的

15、速度達(dá)到普通自行車的速度，所以考慮到用大傳動(dòng)比，小結(jié)構(gòu)的折疊自行車用兩個(gè)齒輪傳動(dòng)是不能達(dá)到大的傳動(dòng)比，我們綜合考慮之后，采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)來(lái)加大小空間使用的傳動(dòng)比。搜集資料階段，能接觸的資源有：現(xiàn)有的自行車；網(wǎng)絡(luò)資源；圖書(shū)資料；及對(duì)自行車有點(diǎn)研究的朋友。而做最多是采用網(wǎng)絡(luò)資源，帶著自己對(duì)折疊自行車的設(shè)計(jì)想法通過(guò)上網(wǎng)找關(guān)于折疊自行車，下載折疊自行車的圖片及參數(shù)，主要是上淘寶網(wǎng)上搜集參數(shù)，也可以參考自己要搜索的自行車的市場(chǎng)價(jià)格。經(jīng)過(guò)搜索，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)上折疊自行車的結(jié)構(gòu)基本采用平行四邊形，即折疊的形式是兩個(gè)三角形合并，但這種折疊方式需要空間比較大。有一種結(jié)構(gòu)是采用雨傘式折疊結(jié)構(gòu)，折疊之后就像收傘的效果，占

16、用空間小。還有一種折疊方式像多功能小刀的折疊方式，但是這樣結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面比較差。整理多個(gè)方案之后，我們選用雨傘式折疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即A-Bike公司的設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)比較接近我們的設(shè)計(jì)目的。綜上，最終選用的設(shè)計(jì)方案是：總體結(jié)構(gòu)是雨傘式折疊結(jié)構(gòu)，車身材料主要用Q235鋼，零部件采用通用標(biāo)準(zhǔn)件，直徑220mm左右的小車輪，傳動(dòng)齒輪采用二級(jí)傳動(dòng)。組員分工合作整理設(shè)計(jì)方案，計(jì)算修改各部件尺寸及強(qiáng)度，設(shè)計(jì)齒輪及飛輪的直徑和齒數(shù)，定車輪的直徑，和進(jìn)一步設(shè)計(jì)折疊機(jī)構(gòu)。手繪各個(gè)部件及自行車總體的草圖，對(duì)部分機(jī)構(gòu)進(jìn)行修改，組員一起用SOILDWORKS軟件繪制出自行車的零件圖及裝配圖。

17、2.4.2 確定折疊方式為了使折疊自行車能夠?qū)崿F(xiàn)展開(kāi)后安全正常行駛，折疊后便于攜帶等功能；總體結(jié)構(gòu)尺寸最小化，關(guān)鍵零部件強(qiáng)度、剛度足夠；動(dòng)作安全可靠，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；整個(gè)結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，結(jié)合各種折疊自行車方案實(shí)力，結(jié)合實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，最終確定了如圖2-1所示的總體結(jié)構(gòu)框架。圖2-1總體結(jié)構(gòu)框架2.4.3 確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用一級(jí)傳動(dòng)，速度稍慢于普通自行車，所以為了增大傳動(dòng)比，可以采用二級(jí)傳動(dòng)或者是三級(jí)傳動(dòng)來(lái)增大傳動(dòng)比，但因?yàn)槿?jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，所占空間過(guò)大，對(duì)折疊后的尺寸有所影響，同時(shí)也加大了自行車自身的重量，最關(guān)鍵的是發(fā)現(xiàn)由于傳動(dòng)比過(guò)大騎行是所需的力比較大，在騎行時(shí)就可能把休閑代步

18、變成一種超大負(fù)荷的運(yùn)動(dòng)。為了改變這種缺陷，最后還是采用二級(jí)傳動(dòng)，這樣不僅減小自行車折疊后的尺寸、總重量和騎行是所需的力，同時(shí)也使結(jié)構(gòu)變得更加簡(jiǎn)單、合理。第三章折疊自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 結(jié)構(gòu)分析3.1.1 設(shè)計(jì)中的不同點(diǎn)設(shè)計(jì)一款可折疊、尺寸小、質(zhì)量輕、攜帶方便的自行車，其車體部分的設(shè)計(jì)尤為重要，也是能否設(shè)計(jì)出一款小巧的折疊自行車的關(guān)鍵，這也是我們本小組設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)得最多人折疊自行車是將兩個(gè)輪相互疊并在個(gè)起得折疊方式，盡管對(duì)折了差不多一半，但還是占挺大空間的，而且在結(jié)構(gòu)上也比較簡(jiǎn)單，一般只需一個(gè)或兩個(gè)關(guān)節(jié)折就行，當(dāng)然在成本上也會(huì)比較便宜?？烧郫B自行車不僅要考慮每條連接桿的桿身的受力還

19、要考慮到每個(gè)關(guān)節(jié)處的受力是否滿足強(qiáng)度或者其他要求，也即是對(duì)結(jié)構(gòu)的要求會(huì)更高，各大部件主要有支撐部件、動(dòng)力接受部件、傳動(dòng)部件，還有工作部件。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(shí)現(xiàn)自行車的功能。從人機(jī)關(guān)系來(lái)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(dòng)作有著緊密的聯(lián)系。動(dòng)力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動(dòng)力靠的是騎車人的雙腳踩在腳蹬上用力，下肢運(yùn)動(dòng)的力使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生動(dòng)力。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)系上下多做些功夫，即研究人體下肢肌肉

20、的收縮運(yùn)動(dòng)與曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)之間的能量轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。傳動(dòng)部件主要是軸承、鏈條和鏈輪。人的作用力是通過(guò)鏈條和鏈輪傳動(dòng)而帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使自行車前移。傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要有較高的傳動(dòng)效率和可靠性，且有易操縱的機(jī)構(gòu)。保證較高的傳動(dòng)效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。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(shí)心的，在本設(shè)計(jì)中由于車輪比較小，因此我們采用無(wú)需充氣的實(shí)心輪胎。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(yùn)動(dòng)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(jì)自行車的各部分尺寸、車閘等時(shí)，應(yīng)該著眼于騎車人一動(dòng)力一傳動(dòng)一工作的連貫性，才

21、可能設(shè)計(jì)出同騎車人手的大小或握力相適應(yīng)的閘把、剎車力適當(dāng)?shù)能囬l，才不會(huì)發(fā)生剎車阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象。如圖3-1所示，一輛整車由兩百多種、一千多個(gè)零件組成。這里把它們歸納為20個(gè)基本部件或部件組合和18個(gè)配件。自行車的基本部件包括：車架部件、車把部件、前叉部件、輪軸部件、中軸部件、飛輪部件、鏈條部件、車輪部件、泥板部件、車閘部件、腳蹬部件、鞍座部件。在這些部件中，由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成導(dǎo)向系統(tǒng)；由腳蹬、中軸、鏈條、飛輪、后軸、后輪等部件組成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；車把和車閘組成制動(dòng)系統(tǒng)。圖3-1傳統(tǒng)自行車折疊方式以上這部車即是由中間折疊的典型結(jié)構(gòu)，而且還是變速式可折疊自行車，大體看來(lái)除了可折疊外

22、跟其他普通自行車沒(méi)多大區(qū)別，其缺點(diǎn)就是折疊之后并沒(méi)有出現(xiàn)全新的功能，并且折疊之后的形體由于還是相當(dāng)大，所以很難隨身攜帶。所以此次我們小組所設(shè)計(jì)的可折疊自行車就是為了解決包括這個(gè)問(wèn)題，與傳統(tǒng)的自行車有很大的不同，如圖3-2所示，它是既有折疊又有伸縮結(jié)構(gòu)，共有三步，首先是車身前后對(duì)折，然后是車頭向下收縮，再就是車頭向后旋轉(zhuǎn)。該設(shè)計(jì)源自于A-bike的設(shè)計(jì)風(fēng)格，真正的A-bike分四步折疊，它還有最后一步是將把手跟踏板再向下折疊一下。從圖看，結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)潔，只有幾個(gè)部分而已，一是車頭，二是車身構(gòu)架，三是鞍座，四是腳踏部分，五是齒輪傳動(dòng)部分，六是剎車結(jié)構(gòu)，七是車輪結(jié)構(gòu)。圖3-2新型折疊自行車車頭結(jié)構(gòu)靠

23、兩個(gè)軸承將車頭與車身的轉(zhuǎn)動(dòng)連接于一起，以往的自行車都是靠珠子轉(zhuǎn)動(dòng)，并不是軸承式的，用軸承的會(huì)比較簡(jiǎn)便。車頭上方也是靠軸承支撐其與上身之間的旋轉(zhuǎn)，由于位置關(guān)系不能用一般的軸承，而是用滾筒式的，也就是那種不是用滾珠而是靠滑動(dòng)摩擦的；車身由幾根擺動(dòng)軸組成，因此在強(qiáng)度要求的考慮上需要比較嚴(yán)格，車身由于有伸縮功能，所以需要用到彈簧銷去固定，當(dāng)需要折疊時(shí)可以向內(nèi)側(cè)壓，再將內(nèi)管向下伸縮；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用二級(jí)傳動(dòng)，靠鏈傳動(dòng)來(lái)帶動(dòng)車輪；剎車機(jī)構(gòu)用目前市場(chǎng)上比較流行的利用橡膠摩擦輪轂的方式，在手把處改進(jìn)成用手扭轉(zhuǎn)的方式去拉動(dòng)鋼絲純，從而帶動(dòng)橡膠使其向下壓縮，最終達(dá)到剎車的功能，此處是根據(jù)變速車把手扭轉(zhuǎn)變速的結(jié)構(gòu)而引中

24、出來(lái)的，這樣在外觀上少了以往的那個(gè)剎車把手，看起來(lái)簡(jiǎn)潔了許多。3.1.2 車的折疊過(guò)程如圖3-3所示自行車各折疊部位圖3-3折疊前車架結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)圖中向上的箭頭折疊后成了圖3-4所示:r圖3-4折疊后車架結(jié)構(gòu)3.2 關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)3.2.1 車頭把手機(jī)構(gòu)剎車裝置與伸縮裝置組成，如圖3-5所示，該結(jié)構(gòu)是根據(jù)以往變速自行車的變速裝置改進(jìn)過(guò)來(lái)的，它的原理是利用手把外套與手把之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)拉動(dòng)鋼絲純，從而使輪轂邊的剎車橡膠緊縮達(dá)到制動(dòng)的效果：圖3-5車頭把手機(jī)構(gòu)3.2.2 前身下部結(jié)構(gòu)如圖3-6所示，本設(shè)計(jì)利用兩個(gè)軸承固定與車軸上，作為車頭與車身間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的中介，剎車裝置是用圓盤(pán)式的，里面有一橡膠圈，由鋼絲繩

25、綁著，鋼絲繩一旦受力向里收縮，使橡膠壓著輪轂的突出部位靠他們之間的摩擦讓車輪制動(dòng)，這就是剎車機(jī)構(gòu)的基本原理，現(xiàn)在市面上很多自行車都使用這種剎車裝置：圖3-6前身下部結(jié)構(gòu)3.2.3 車身與鞍座結(jié)構(gòu)如圖3-7所示，此機(jī)構(gòu)涉及的關(guān)節(jié)比較多，是強(qiáng)度與剛度必需重點(diǎn)考慮的對(duì)象，同時(shí)也是受力最大的部位，鞍座的支撐主要靠中間的橫梁與旁邊的支撐柱，橫梁起到防止鞍座受力后往后運(yùn)動(dòng)的作用，而支撐柱既起到橫梁的作用外，還起到向上支撐的作用。圖3-7車身與鞍座結(jié)構(gòu)3.2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖3-8所示，該折疊自行車的傳動(dòng)裝置也用普通的鏈傳動(dòng)，只是并非一級(jí)傳動(dòng)，而是采用二級(jí)傳動(dòng)，這樣一來(lái)不但可以加大齒輪的傳動(dòng)比，還可以改變第

26、二級(jí)傳動(dòng)齒輪的位置，可以調(diào)整齒輪位置，到達(dá)一預(yù)留度的作用：圖3-8傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾鏈傳動(dòng)的一個(gè)最大原因是滾子鏈可以遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，正適合自行車的結(jié)構(gòu)配合，滾子鏈傳動(dòng)是具有中間撓性件的非共腕嚙合傳動(dòng)，其鏈輪齒廓的幾何形狀具有一定的靈活性，但又影響傳動(dòng)質(zhì)量、使用壽命以及加工的難易度。本次的自行車設(shè)計(jì)采用的是二級(jí)傳動(dòng)，我們共用到了三個(gè)鏈輪，兩個(gè)為單齒輪，另中一個(gè)是中間連接齒輪，為雙層齒鏈輪。利用速比之間的關(guān)系可以得到自行車騎行時(shí)所需要的功率與必要的速度?？紤]到人性化問(wèn)題，所以所選擇的速比要相當(dāng)合適，如果太小，無(wú)論人的力氣有多大，都不能充分提高轉(zhuǎn)速，也就得不到比較大的輸出功率。相反而言，如果速比太小的話，在

27、限定的曲柄轉(zhuǎn)速下，也得不到必要的騎行速度，即后輪的轉(zhuǎn)速。速比過(guò)大，要求人的腳踏力也要大，在這種情況下容易使人疲勞。為了保持不疲倦的持續(xù)騎行，一般要求人的肌肉負(fù)擔(dān)為最大肌力的10%,按此條件去選擇速比和曲柄轉(zhuǎn)速，可得到較好的效果。但另一方面考慮到本次設(shè)計(jì)的自行車的車輪比較小，其轉(zhuǎn)一圈才走了半米多一點(diǎn)，行程比較小，所以我們?cè)趥鲃?dòng)比上選取得比較大，初步確定傳動(dòng)比大概是1比4,根據(jù)這個(gè)比數(shù)再根據(jù)齒輪的放置位空間的大小初步確定鏈輪齒數(shù)分別為，踏板連接齒輪的齒數(shù)為Zi=18,中間起搭接作用齒輪齒數(shù)為Z2=9/22,與后輪配合的飛輪齒齒數(shù)為Z3=11o3.3 基于人體工程學(xué)的自行車把手、車座的關(guān)系人體工程學(xué)

28、起源于歐美，二次世界大戰(zhàn)中開(kāi)始運(yùn)用人體工程學(xué)的原理和方法設(shè)計(jì)坦克、飛機(jī)的內(nèi)艙，盡可能使人長(zhǎng)時(shí)間地在小空間內(nèi)減少疲勞，即處理好人、機(jī)、環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系。及至二次世界大戰(zhàn)后，各國(guó)把人體工程學(xué)的實(shí)踐和研究成果迅速有效地運(yùn)用到空間技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、建筑及室內(nèi)設(shè)計(jì)中去。日本千葉大學(xué)小原教授認(rèn)為：人體工程學(xué)是探知人體的工作能力及其極限，從而使人們所從事的工作趨向適應(yīng)人體解剖學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)的各種特征。人體工程學(xué)聯(lián)系到自行車設(shè)計(jì)，其含義為：以人為主體，運(yùn)間的合理協(xié)調(diào)關(guān)系，以適合人的身心活動(dòng)要求，取得最佳的使用效能，其目標(biāo)是安全、健康、高效和舒適。根據(jù)人體工程學(xué)相關(guān)理論確定上身姿態(tài)，進(jìn)而確定車座和車把之間的相對(duì)

29、位置。調(diào)整人體模型的姿態(tài)，使脊柱弧形盡量接近自然狀態(tài)，另有人機(jī)學(xué)統(tǒng)計(jì)表明，人的上臂與上胸夾角為50度左右時(shí)騎姿最為舒適，人體上身騎行姿勢(shì)如圖3-9所示。圖3-9人體上身騎行姿勢(shì)根據(jù)人體上身騎行姿勢(shì)可以確定車把與車座之間相對(duì)位置，車把與車座之間距離為624mm3.4 受力分析計(jì)算1 .應(yīng)力計(jì)算每種機(jī)構(gòu)或結(jié)構(gòu)都是由若干構(gòu)件組成的，而這些構(gòu)件的使用都是有其極限性的，而這些問(wèn)題將會(huì)威脅到安全，實(shí)際工程中，常常會(huì)遇到構(gòu)件受力過(guò)大導(dǎo)致出現(xiàn)破壞或更嚴(yán)重點(diǎn)的造成事故，另一情況就是在受力過(guò)大后產(chǎn)生過(guò)大的變形而影響機(jī)器或結(jié)構(gòu)的正常工作，無(wú)論哪種情況，在實(shí)際運(yùn)用中都是不允許的，所以每個(gè)產(chǎn)品都要求有足夠的抵抗破壞的能

30、力跟足夠的抵抗變形的能力，也就是要有足夠的強(qiáng)度跟剛度。除了解決強(qiáng)度跟剛度的問(wèn)題外還要考慮到穩(wěn)定性，這也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上所必須注意的。GG圖3-10可折疊自行車車身結(jié)構(gòu)使用性別為女性，身高155cm-165cm,亞洲人。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體重計(jì)算公式體重（Kg）=【身高（厘米）-105】乘以0.9。估算出女性體重為45-54Kg0本次設(shè)計(jì)中所選用的材料是Q235鋼，這是一種比較常見(jiàn)的材料，性能上也相當(dāng)可靠，自行車所承受的是變動(dòng)載荷，所以安全系數(shù)需要更高一點(diǎn)，取的是n=1.5,Q235鋼的許用應(yīng)力為(r=145MPa根據(jù)亞洲女性的體重，自行車所要承受的質(zhì)量為54kg,主要校核的部位是車身那幾個(gè)關(guān)節(jié)，基本上受

31、力都集中在這些支撐柱與橫梁，所以其中的各桿都必需滿足強(qiáng)度與剛度甚至是穩(wěn)定性的最低要求，本次設(shè)計(jì)的可折疊自行車車身結(jié)構(gòu)如圖3-10所示，主受力G,兩個(gè)支撐力F1與F2,角度a1為85度，角度a2為85度，角度B1為45度，B2為50度。根據(jù)正弦定理得：-G-FLsin1sin1GF2sin2sin2將數(shù)據(jù)代入以上公式可得：F1=383NF2=415NF1再根據(jù)：1一A1其中桿2的作用面積A1為31mm2可算得橫梁，即圖中的桿2,所受應(yīng)力112.35MPa桿3的作用面積A2為40mm2,所受應(yīng)力為210.4MPa由上面兩個(gè)應(yīng)力與Q235的許用應(yīng)力145MPa相對(duì)比，可明顯看出滿足要求。2 .車輪摩擦力圖3-11自行車前后輪摩擦自行車勻速行駛時(shí)前后輪的摩擦力如圖3-11,滾動(dòng)阻力系數(shù)0.02。根據(jù)摩擦力公式:f123N第四章設(shè)計(jì)的改進(jìn)4.1 車頭把手不能折疊為了保證車頭把手的強(qiáng)度，保證騎車者的安全，把手兩端我們?cè)O(shè)計(jì)中采用伸縮式結(jié)構(gòu)，加大把手的徑向負(fù)載能力。改進(jìn)的方法：在保證把手強(qiáng)度的前提下，利用折疊式結(jié)構(gòu)使把手兩端可以折疊減小空間，從而能夠保證強(qiáng)度又能減少折疊后占用的空間。4.2 齒輪箱太大因?yàn)檐嚿硇。枰休^小的車輪，節(jié)省折疊后的占用空間。正因?yàn)檐囕啽?/p>