【正文】 對(duì)它的研究也最多，除非有什 么突破，鉻鉬鋼的前途可想而知的了。但是為了單純地謀求薄壁，使用強(qiáng)勒的新合金來制作車架。 （ 3） 碳纖維制休閑車是有前途的，通過應(yīng)力計(jì)算會(huì)找到最適合的加工條件。 綜合種種因素，考慮到設(shè)計(jì)初衷的理念：娛樂、休閑、時(shí)尚、旅游，結(jié)合材料的特性，選擇鈦合金材料作為其主要構(gòu)件材料。 （ 1） 對(duì) d2 ≥ζ ］ψ［ PR4[8]＝０ .６５ 10341539?? ≈４ .８ mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表１４ １３?。?P］ =10，∴取 d2 =5mm φ=H/ d2 [8]=3, M=φd2 [8]=5 3=15 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –25– 軸向力 F 取 1539N，根據(jù) BM 的結(jié)構(gòu)取 H=15， ζ取 （ 2） 內(nèi)螺紋的強(qiáng)度校核 τ = DbzFπ [8]= 1539 ???? ≤［τ］ =［ σ］ = 360=216MPa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 GB19681 取 P=，則 b=[8]= = 查《常用金屬材料手冊(cè)》 σs =600MPa, ［ σ］ =360MPa 故滿足強(qiáng)度校核 （ 3） 螺桿螺紋強(qiáng)度校核 σca =231221)(3)4 dTdF ?π（ ≤［ σ］ [8] 即 2222 153 153 94 ）（）（ ???? =185360MPa T=T2 =[8]= 1539 5=1539 ∴滿足強(qiáng)度校核，選 用 M5 材料為 45 鋼的滾花高頭緊定螺釘。 （ 2） 空氣阻力 休閑車在空氣中運(yùn)動(dòng)，空氣本身也在流動(dòng)，兩者綜合形成的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成對(duì)休閑車騎行阻力。目前出現(xiàn)的高速休閑車、避風(fēng)式休閑車、流線型休閑車以及采用 “滴水管”和異徑輻條等，其目的均為了減輕空氣的阻力。如果環(huán)繞后軸，則其值進(jìn)一步減小到它的三分之一左右，與滾動(dòng)阻力、空氣阻力相比，僅為百分之一左右。設(shè)計(jì)賽車等休閑車時(shí)應(yīng)特別重視這一點(diǎn)。 ⑤ 騎車人身體的上下振動(dòng)的能量損失 :從帶有減震的車架和鞍座到騎車人身體的上下振動(dòng)，其能量的損失有時(shí)很大。一是可慮到加工難度不高，二是比例相對(duì)于更為優(yōu)雅而古典，且具有城市代步車的味道。而且管件最終的尺寸可能有變。 此次設(shè)計(jì)主要為應(yīng)用型設(shè)計(jì)，在材料的選擇上既可以選擇低成本的鐵質(zhì)材料，也可以使用鈦合金材料作為車架的主體材料。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計(jì)讓我積累了無數(shù)實(shí)際經(jīng) 驗(yàn)，使我的頭腦更好的被知識(shí)武裝了起來，也必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –29– 參 考 文 獻(xiàn) [1]孫桓 ,陳作模 ,機(jī)械原理 [M].北京：高等教育出版社 ,2021. [2]方建軍 ,劉仕良 .機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021. [3]高秀華等 .機(jī)械三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仿真技術(shù) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021. [4]胡蓉 ,胡如夫 .機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)協(xié)同開發(fā)技術(shù) [J]機(jī)床與液壓 . 3. [5]方建軍 ,劉仕良 .機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析 [M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021. [6]胡仁喜 ,郭軍 ,王仁廣 .SolidWorks 2021 中文版機(jī)械設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用實(shí)例 [M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [7]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫組 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M] 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,1982,285442. [8]詹維迪 .SolidWorks 快速入門教程 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [9]詹維迪 .SolidWorks 產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例教程 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [10]賈松 ,胡青春 .新型休閑車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].中國(guó)制造業(yè)信息化 ,2021 (7). [11]張簡(jiǎn)一 ,張 莉 .以休閑車為例看產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì) [J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,2021 (6). [12]楊耀山 ,梁桂明 .休閑車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和應(yīng)用 [J].機(jī)械工程師 ,2021 (1). [13]曠紅梅 ,楊隨先 .基于人機(jī)工程學(xué)的休閑車騎姿改進(jìn)設(shè)計(jì) [J].機(jī)械 2021 (3). [14]尹玲 .休閑車的人機(jī)分析與改進(jìn) [J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,2021 (6). 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –30– 致 謝 這次設(shè)計(jì)的完成是在于振文院長(zhǎng)的耐心幫助和細(xì)心指導(dǎo)下完成的 ， 于院長(zhǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度、深厚的學(xué)術(shù)造詣給我留下了深刻的印象，我想這些將會(huì)成為我今后的學(xué)習(xí) 工作中的一種動(dòng)力。另外，還要感謝舍友們的支持及幫助，正是由于他們，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。 在此，我還要感謝張秀芳張老師對(duì)我的幫助，不僅是讓我掌握了 SolidWorks2021設(shè)計(jì)軟件，更是在繁忙的工作中無私抽出時(shí)間來提供給我軟件安裝程序。事實(shí)上，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)，我都采用了一些新的技術(shù)和理念 ，它們 有著很多的優(yōu)越性但也存在一定的不足，這些 不足在一定程度上限制 休閑車 的 功能性 。 圖 41 3D模型圖腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –28– 結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相 結(jié)合的機(jī)會(huì)，通過這次比較完整的腳踏式休閑車設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際工程問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì)規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。擁有更輕松休閑的騎行。所以以此次三維模型裝配圖作為藍(lán)本進(jìn)行三維方案的深化。由于休閑車內(nèi)部阻力的產(chǎn)生原因和性質(zhì)，與其它騎行阻力不同，設(shè)計(jì)時(shí)，可以傳動(dòng)效率的形式來處理。 ④ 軸皮變速內(nèi)部阻力 :軸皮變速內(nèi)部的行星齒輪機(jī)構(gòu)是由很多零件組成的 :中心齒輪、行星齒輪、內(nèi)齒輪、撐牙等 ，但其摩擦阻力不大。 ③ 由于車架的彎曲或 扭曲等瞬時(shí)彎曲變形時(shí)變形產(chǎn)生的能量消耗 :由于大鏈輪和飛輪的旋轉(zhuǎn)與車架中心平面不重合，如果踏力較大，在強(qiáng)大的鏈條抗力作用下，使中接頭和后平立叉部分受彎曲而靠攏，曲柄每轉(zhuǎn)一周，這種現(xiàn)象在左右腳蹬各發(fā)生一次，使車架彎曲變形，并出現(xiàn)“抖動(dòng)”現(xiàn)象。其中包括 : ① 各轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩 :如果環(huán)繞中軸力矩，則其摩擦力矩 (公斤力壓力阻力有二種 :一種是車和人的前部氣流被緊擠，產(chǎn)生對(duì)抗車和人前進(jìn)的正壓；另一種在后部和拐角處空氣變得稀薄而引起渦流，產(chǎn)生將車和人吸住的負(fù)壓。 休閑車行駛阻力分析 （ 1） 滾動(dòng)阻力 相當(dāng)于車輪在路面上滾動(dòng)時(shí)所引起的能量損失。從而達(dá)到改變行程的目的。 （ 4） 鈦管還有發(fā)展的余地，強(qiáng)度可能會(huì)超過鉻鉬鋼，現(xiàn)在己能制造 的車架，鈦必定會(huì)奪去鋁的“輕量王”的寶座。結(jié)果它的命運(yùn)將和鉻鉬鋼一樣。單純地追求薄壁的管道的現(xiàn)在，鉻鉬鋼應(yīng)該走自己的道路，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，否則很可能被其他材料淘汰。 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –24– 材料的選擇 已經(jīng)介紹了幾種休閑車材料，總地來說，騎感好的是鉻鉬鋼制的、要輕的是鋁制的，沖擊吸收性最好的是碳纖維。 鎂合金車架的缺點(diǎn) ： 生產(chǎn)鎂車架的廠商都說耐腐蝕性好。楊氏彈性模量稍微低些，但是可以用加粗管直徑及橢圓化等方法來解決。它是不容易腐蝕的活性金屬。 ② 老化 使用樹脂因此會(huì)不會(huì)老化 ? 這是一個(gè)存在的課題，它放置在陽光下時(shí)會(huì)逐漸變白。利用它的吸收沖擊力優(yōu)異的性能，制作不用避震器的休閑車。但成本太高。鈦的焊接必需隔絕空氣下進(jìn)行。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，提練及加工過程復(fù)雜，技術(shù)要求高，并花時(shí)間因此成本高。 鈦合金車架的優(yōu)點(diǎn) ： ① 可以制作輕量而強(qiáng)度大的車架純鈦金屬的強(qiáng)度更高。鈦合金給人的印象是輕而硬。 鋁合金車架的缺點(diǎn) ： ① 鋁是彈性率及剛性低的材料。就是說把車架放置在房間內(nèi)也會(huì)逐漸變強(qiáng)。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，加入其他金屬后顯著提高了機(jī)械性能。老車手對(duì)它的反應(yīng)是『雖輕但易彎曲』。但是最近的鐵素材車架經(jīng)過熱處理，把薄的管道做成粗的管來使用，其重量不會(huì)輸給輕的合金。 （ 1） 鉻鉬鋼 (Fe— Cr— Mo) 在休閑車的 100 年歷史當(dāng)中，鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。再高級(jí)點(diǎn)就是鋁合金，重量較輕，但是需要較粗的管徑才能達(dá)到與鋼管相同的強(qiáng)度，為大部分登山車所采用。 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 b1=，滾子直徑 d1=，銷軸直徑 d2=，內(nèi)鏈節(jié)高度 h2=，中心距 a0=468mm。 鏈條鉸鏈膠合：潤(rùn)滑不當(dāng)或轉(zhuǎn)速過高時(shí)，組成鉸鏈副的銷軸和襯套的磨損表面易發(fā)生膠合破壞。 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –19– 圖 26 導(dǎo)向系統(tǒng)圖 自行車鏈條的設(shè)計(jì) 自行車鏈條的特點(diǎn)及主要的失效形式 自行車鏈條的特點(diǎn)： 自行車鏈條的傳動(dòng)屬于鏈傳動(dòng)中的單排鏈 ,具有中間撓性件的傳動(dòng)類型 .自行車鏈條的制造和安裝的要求較低 ,對(duì)應(yīng)的鏈輪和飛輪齒的受力較好 ,承載能力較大 ,有一定的緩沖和減振功能 ,中心距較大而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 .同時(shí)鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確 ,傳動(dòng)效率高 ,鏈條對(duì)前后軸的拉力較小 ,尺寸更為緊湊 ,能在惡劣的環(huán)境下工作 .它的缺點(diǎn)是不能保持瞬間傳動(dòng)比的恒定 ,工作時(shí)有噪音，摩損后會(huì)發(fā)生跳齒等。 導(dǎo)向系統(tǒng)采用雙人同時(shí)控制，可以最大限度的增加轉(zhuǎn)向力，避免事故的發(fā)生。 節(jié)距 P= 齒高 ah =4mm 小齒輪齒數(shù) Z=16 滾子直徑 1d = 齒側(cè)圓弧半徑 er = （ 16+2） = 滾子定位圓弧半徑 ir = 1d = 滾子定位角α =120 分度圓直徑 d= p 180()sin Z = 180()sin 16 = 齒頂圓直徑 da =75mm 齒根圓直徑 df=dd1== 確定的最大軸凸緣直徑 gd =P 180cot ( )Z = 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –17– 齒寬 1bf == = 齒側(cè)倒角 ba公 稱 = = 齒側(cè)半徑 rx公 稱 =P= 材料： 1 20 號(hào)鋼 中心距 0a =468mm 鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù) 0pL = 0 1 2 2 1 2 0a2 ( )2 2 aZ Z Z Z PP ?? ??? =112 抗拉載荷 8000N 銷軸 ： 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（ GB/T1191986）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 按銷的抗剪切強(qiáng)度校核 ? ?24= dR??? ? ，對(duì) 45 號(hào)鋼，取 ??? =80 paM Z 為銷數(shù)， R 為載荷，直徑 d=10mm， l=18~95mm(為 5 的倍數(shù) )。但是，現(xiàn)行自行車，尤其是休閑、代步用普通自行車在這方面發(fā)展得不盡如“人意”，存在的問題主要是自行車的一些零部件尺寸不適于人。到這里，尺寸方案已經(jīng)初步確定。 底盤尺寸的初步確定 休閑車底盤應(yīng)有合理的設(shè)計(jì)方案，合適的尺寸、公差和技術(shù)要求，并進(jìn)行必要的人機(jī)工程學(xué)分析，確保能滿足使用者的舒適、美觀以及安全性要求 ?；谝陨系姆治觯x擇了 50 %的人群騎車時(shí)舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的尺寸，其數(shù)據(jù)見 表 21。 一方面騎車者的上身重量有相當(dāng)一部分要由胳膊支撐 ， 另一方面軀干前傾的姿勢(shì)使本來前凸的腰椎拉直甚至向后凹，破壞了正常的腰椎曲線 。 傳統(tǒng)的自行車把手為水平，這不符合人機(jī)工程學(xué)原理，因?yàn)檫@樣將會(huì)使手腕處于背屈狀態(tài)，腕部酸痛，握力減小，長(zhǎng)時(shí)間操作還會(huì)引起腕道綜合癥、腱鞘炎等癥狀。 車閘的設(shè)計(jì)精度較高，而人手的抓握直徑在 13 cm 左右，所以，車閘直徑可定為 13 cm 左右，長(zhǎng)度約等于把手長(zhǎng)度。把 手的直徑太小，則扭矩隨之減小 。指球肌和大、小魚際是肌肉豐富的部位，是手部的天然減振器。 中等身材 (50 %的人群 )的人最大肩寬，男為 cm ，女為 cm，因此，車把的寬度可定為 ～ cm。 自行車的車把如果偏低，騎車者必須彎下腰，時(shí)間久了，就會(huì)感到腰酸背疼，胳膊疲勞。 ④ 靠背的重量及材料。 寬度由腰圍決定，腰圍以 50 %的女性的腰圍為依據(jù)，靠背寬度為腰圍的 1/ 3 ， 50 %的女性腰圍為 77. 2 cm，所以靠背寬度可定為 26 cm。 靠背由肩靠和腰靠?jī)刹糠謽?gòu)成，腰靠的凸出部分壓入腰凹內(nèi)，以保證腰部得到充分支持，其水平截面為曲率不大的圓弧形，以適合于腰圓。要減輕腰部的不適感，在保證人體操作靈活性的同時(shí)，應(yīng)使人騎車時(shí)的坐姿接近自然坐姿。另外坐墊材料必須透氣，且不易打滑，座墊應(yīng)縫制或釘在鞍座上，使其對(duì)起坐時(shí)的動(dòng)載有良好的彈性響應(yīng)。但是座墊不可過軟，過軟不僅增加了身體的不穩(wěn)定性，而且容易使人產(chǎn)生疲勞 。基于此，座面傾角設(shè)置成可調(diào)式，能在后傾與前傾坐姿的舒適調(diào)節(jié)范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整，并可在任意角度鎖緊，騎車者可根據(jù)需要調(diào)整鞍座傾角。前傾角在 15176。另一方面則可防止坐者從座緣滑出座面。人體的會(huì)陰中心離坐骨結(jié)節(jié)約半個(gè)大腿厚，鞍座總長(zhǎng)由坐姿時(shí)臀部后緣到坐骨結(jié)節(jié)間距加上坐骨結(jié)節(jié)中心到會(huì)陰點(diǎn)間距加適當(dāng)余量而定。 根據(jù)人體解剖學(xué)中的數(shù)據(jù)，可確定該寬度以 6～ 8 cm 為宜，具體尺寸如圖 21 所示。 車