【正文】 ........................................... 25 4 最終設(shè)計(jì)尺寸及 3D 模型的完成 ..................................................................................... 27 軸、鏈、輪及標(biāo)準(zhǔn)件的校核裝配 ......................................................................... 27 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 29 致 謝 .................................................................................................................................. 30 腳踏式休閑車(chē)設(shè)計(jì) –1– 1 引言 選題背景 休閑車(chē)是一個(gè)很泛的概念，包含山地車(chē)、折疊車(chē)、三輪車(chē)以及四輪、多輪休閑車(chē)等等。在中國(guó)大陸、臺(tái)灣、新加坡，通 常稱(chēng)為“休閑車(chē)”或“腳踏車(chē)”，在香港、澳門(mén)則通常稱(chēng)為“單車(chē)”。人們對(duì)于休閑車(chē)的需求也越來(lái)越高。從最初的木制到鐵制，蹬地前進(jìn)到蹬踏前進(jìn)，單一車(chē)種到多車(chē)種??從 1791 年到 1888 年，休閑車(chē)的發(fā)明和改進(jìn)，經(jīng)歷了近 100 年中這些發(fā)明者的不懈奮斗，基本奠定了現(xiàn)代休閑車(chē)的雛形。于是在休閑之余，如何釋放心情，緩解緊湊的生活步伐，已悄然成為現(xiàn)代人的需求。 20 年前，北京市休閑車(chē)出行比例曾為 60%以上。引擎聲、喇叭聲讓人得不到片刻安寧。 腳踏式休閑車(chē)是一種基本的出行交通工具。 休閑車(chē)的總類(lèi)和組成 休閑車(chē)的種類(lèi)很多，按照輪胎直徑大小分，休閑車(chē)可以分為五類(lèi) —— 輪徑 71 厘米（ 28 英寸）的休閑車(chē)，輪徑 69 厘米（ 27 英寸）的休閑車(chē)，輪徑 66 厘米（ 26 英寸 ——的休閑車(chē)），輪徑 61 厘米（ 24 英寸）的休閑車(chē)和小輪徑（ 61 厘米以下的），如輪徑 51厘米的， 41 厘米的， 30 厘米的， 25 厘米的等）休閑車(chē)。 （ 4）落山休閑車(chē)（ Downhill bike） 英文簡(jiǎn)稱(chēng)為 DH。 （ 7）公路休閑車(chē)（ Crosscycling） 起源于公路車(chē)，其主要特點(diǎn)是坐墊位置高，輪胎橫截面薄，騎行受到的阻力最小，在高速公路上騎行熟讀相當(dāng)?shù)目臁? 休閑車(chē)的傳動(dòng)部分：包括了鏈條，曲柄，飛輪，大齒盤(pán)，轉(zhuǎn)動(dòng)中軸，由人驅(qū)動(dòng)腳踏，通過(guò)以上零件，驅(qū)動(dòng)休閑車(chē)的前行。 目前休閑車(chē)的研究現(xiàn)狀 休閑車(chē)是歐洲工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)物，從 1790 年法國(guó)人西布拉克 制造的第一臺(tái)休閑車(chē)起。同時(shí)，休閑車(chē)也成為歐美市民喜愛(ài)的運(yùn)動(dòng)方式。在瑞士，騎休閑車(chē)旅行蔚然成風(fēng)，既可鍛煉身體，又可以擁抱美麗的大自然，盡情欣賞秀麗的風(fēng)光，以及參觀沿途的名勝古跡，這與在高速公路上驅(qū)車(chē)呼嘯而過(guò)相比，完全是另外一番情趣。 其次，國(guó)外對(duì)休閑車(chē)的材料研 究處于領(lǐng)先地位。隨后，國(guó)外對(duì)休閑車(chē)材料有了回歸性的研究， 2021 年，歐洲有竹子制作成的休閑車(chē)，還有寶馬公司設(shè)計(jì)的眾多概念休閑車(chē)。電報(bào)，煤氣燈、電燈、火輪車(chē)、縫紉機(jī)等新鮮的科技文化帶給了國(guó)人便捷與新奇。獨(dú)一人見(jiàn)之，相見(jiàn)者多矣 。后來(lái)隨著上海人口的逐漸增多，休閑車(chē)也慢慢的進(jìn)入平常人家，到 1900年左右，休閑車(chē)在上海已有幾百輛之多。若將休閑車(chē)排成一行，每輛車(chē)以 2 米距離計(jì)算，我國(guó)一年生產(chǎn)的休閑車(chē)可以繞地球兩圈，大大滿足了國(guó)內(nèi)、國(guó)際市場(chǎng)人們用于旅游，娛樂(lè)，健身，運(yùn)輸方面的需要。 當(dāng)然，國(guó)內(nèi)的休閑車(chē)研究生產(chǎn)也取得了驕人成果。隨后，新車(chē)型 —— 踏板式休閑車(chē)也在我國(guó)研制成功。 研究的基本思路和目的 （ 1）到圖書(shū)館里查閱相關(guān)知識(shí)的書(shū)籍，上網(wǎng)搜集國(guó)內(nèi)外腳踏式休閑車(chē)最前沿的知識(shí)，對(duì)論題進(jìn)行深入、全面的了解，穩(wěn)步為論文的進(jìn)行打下良 好基礎(chǔ)。 （ 4）從人性化設(shè)計(jì)角度出發(fā)，對(duì)休閑車(chē)色彩，形態(tài)，使用方式，材料以及休閑車(chē)外型變化所受到的設(shè)計(jì)風(fēng)格進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)休閑車(chē)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。設(shè)計(jì)前就要進(jìn)行休閑車(chē)材料的選材，按照選材標(biāo)準(zhǔn)與選材原則進(jìn)行選材。例如，在休閑車(chē)上裝上變速裝置，使人們?cè)隍T行使可以根據(jù)路面條件的不同而選擇不同的速度。此外，對(duì)男女士休閑車(chē)的設(shè)計(jì)風(fēng)格分別也逐漸明顯，男性風(fēng)格主要以硬朗的橫條三角車(chē)架為主，深色 系列為色彩；而女士休閑車(chē)沿用了典型“荷蘭”風(fēng)格設(shè)計(jì)—— 彎梁車(chē)架設(shè)計(jì)，便于女士上車(chē)，色彩除了黑色外，還另外采用了其他彩色系列。結(jié)構(gòu)造型上發(fā)生顯著變化：出現(xiàn)了菱形車(chē)架， U形車(chē)架，整體塑料車(chē)架，雙管環(huán)形車(chē)架。中軸部件鏈輪，鏈條也用塑料制品等。品種更加豐富：有了不同總類(lèi)的變速車(chē)，又出現(xiàn)了各種不同樣式的山地車(chē)。10 秒鐘內(nèi)可以疊或打開(kāi)，可帶乘坐公共汽車(chē)。”于是便開(kāi)始越野休閑車(chē)的設(shè)計(jì)制，正式命名為山地車(chē)則是在兩年后的事。 休閑車(chē) 向多樣化 、 人性化 、 高科技化路線發(fā)展 設(shè)計(jì)者從第一輛休閑車(chē)設(shè)計(jì)出來(lái)起，考慮到第一個(gè)除騎行外的功能是裝載隨身物品，隨后出現(xiàn)了載貨架；為了騎行更快速安全，出現(xiàn)了變速齒輪，變速器 ，避震器；為了騎行更舒適，設(shè)計(jì)者改變了騎行方式。根據(jù)不同的適用人群，騎行的姿勢(shì)也各有不同，比賽用車(chē)以流線型為主，而民用型休閑車(chē)以舒適為主。 目前世界環(huán)境倡導(dǎo)無(wú)污染交通工具，因此休閑車(chē)成為綠色交通工具最佳產(chǎn)品，世界各國(guó)開(kāi)始更重視休閑車(chē)的使用，因此對(duì)休閑車(chē)的設(shè)計(jì)要求則更高，它和其他產(chǎn)品一樣，伴隨著科技的進(jìn)步而發(fā)展的，其設(shè)計(jì)方向更傾向于人性化設(shè)計(jì)，多元化，形式多樣化，高科技化，功能化，輕量化，復(fù)古化設(shè)計(jì)發(fā)展。 圖 11 “肯陶洛斯” 四輪車(chē) 如圖 11 所示，美國(guó) Segway 公司推出一種奇特交通工具，取名為“肯陶洛斯”（半人半馬），現(xiàn)在只有它的原型，暫時(shí)還沒(méi)有開(kāi)始批量生產(chǎn)，但是“肯陶洛斯”仍然引起人們極大興趣。 Segway 公司證實(shí)，“肯陶洛斯”騎行者可以輕松地沿高低不平的路面行駛，逾越凹坑和洼地，能方便地改變車(chē)速，可加速到約 35 千米 /小時(shí)，而原來(lái)的 Segway 二輪車(chē)行駛速度不越過(guò) 20 千米 /小時(shí)。同時(shí)，該概念休閑車(chē)設(shè)計(jì)的座椅位置符合人體工程學(xué)，乘坐的姿勢(shì)可以讓使用者感覺(jué)輕便舒服。人機(jī)工程學(xué)專(zhuān)家旨在設(shè)計(jì)和優(yōu)化任務(wù)，工作，產(chǎn)品，環(huán)境和系統(tǒng)，使之滿足人們的需要，能力和限度。但是，現(xiàn) 行自行車(chē)，尤其是休閑、代步用普通自行車(chē)在這方面發(fā)展得不盡如“人意”，存在的問(wèn)題主要是自行車(chē)的一些零部件尺寸不適于人。一部分原因則是車(chē)座的尺寸與人體尺寸不符所致。 ① 車(chē)座寬度。 鞍座前端細(xì)部寬度由會(huì)陰加較小余量確定，這個(gè)寬度不可過(guò)寬，否則會(huì)對(duì)會(huì)陰產(chǎn)生較大磨 擦。鞍座總長(zhǎng)不同于一般工作椅的座深，鞍座的總長(zhǎng)只需給騎車(chē)者以有限的支承穩(wěn)定性即可，因?yàn)榘白^(guò)長(zhǎng)勢(shì)必影響大腿前后擺動(dòng)的靈活性。鞍座后傾一定的角度，一方面可使背部抵靠靠背，獲得支持，從而降低背肌靜壓 。另外，研究還表明，人在騎車(chē)時(shí)身體適當(dāng)前傾，人體的迎風(fēng)面積減小，更有利于發(fā)力和加速，如果靠背角為 90176。 靠背對(duì)于 脊椎部還能起適度的支持作用，肌肉緊張較小，背部壓力在椎骨上分布也較均勻。鞍座加上座墊，人坐于其上，臀部壓力值大為降低，接觸支承面增大，使壓力分散。測(cè)試數(shù)據(jù)表明 :此時(shí)臀部下陷約 18 mm。而人處于非自然姿勢(shì)時(shí)，椎間盤(pán)內(nèi)壓力分布不均衡，故腰部產(chǎn)生酸痛、疲勞等不適感。 ① 靠背的高度。 ② 靠背的寬度。該傾角的作用與座面傾角的作用相同。 （ 3） 車(chē)把的分析與改進(jìn) ① 車(chē)把的高度。 經(jīng)實(shí)踐測(cè)量，當(dāng)車(chē)把的寬度接近于騎車(chē)者的最大肩寬時(shí)，人能夠自然舒適地握住車(chē)把，并能保持長(zhǎng)時(shí)間不易疲勞。 從手掌的解剖特征看，掌心部分的肌肉最少，指骨間肌和手指部分是神經(jīng)末稍滿布的部位 。 圖 22 把手示意圖（單位： cm） 腳踏式休閑車(chē)設(shè)計(jì) –14– 圖 22a 的把手形狀不合適，應(yīng)取圖 22b。 ④ 車(chē)閘。 ⑤ 把手的彎度。 （ 4） 普通自行車(chē)的整體分析與改進(jìn) 人的上體后傾一定角度的坐姿是最接近于腰椎曲度的正常姿勢(shì) ，而目前幾乎所有的自行車(chē)都使人的上身前傾，這就是為什么長(zhǎng)時(shí)間騎車(chē)者的胳膊和腰感到很疲勞的原因所在。 所以對(duì)于休閑、代步用普通自行車(chē)而言，座面傾角可調(diào)整成后傾，這樣前傾式的騎車(chē)姿勢(shì)可適當(dāng)后傾一定角度。坐姿時(shí)自然視線低于水平線 15176。根據(jù)上述要求，參考一些優(yōu)秀設(shè)計(jì)者的尺寸數(shù)據(jù)。 隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 ，日趨完善化的設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)人的效能、安全、舒適和身心健康，在設(shè)計(jì)高效機(jī)的同時(shí)，充分考慮人的因素，反映人的需要，把人與機(jī)密切結(jié)合起來(lái)。同時(shí)，在國(guó)際GB/T12431997 中規(guī)定了最大和最小齒槽形狀及其極限參數(shù)。 導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 這里制動(dòng)系統(tǒng)所用的零件均可以通過(guò)市場(chǎng)外購(gòu)，因此不再贅述。具體 的原理見(jiàn) 圖 26 導(dǎo)向系統(tǒng)圖 。 鏈條鉸鏈磨損：導(dǎo)致這種磨損的主要原因是因?yàn)殒湕l的總長(zhǎng)伸長(zhǎng)，從兒使鏈條的垂度增加，增大動(dòng)載荷，發(fā)生振動(dòng)，引起跳齒，加大噪音以及其它破壞。 參數(shù)為 節(jié)距 P=，內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 b1≤ ，內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 b1≥ ，排距pt=，抗拉載荷為 。其中鋼制的車(chē)架最便宜，不過(guò)重量也最重，表面的油漆脫落后便有生銹的危險(xiǎn)，所以平時(shí)在保養(yǎng)上要下功夫。鈦合金不但重量輕，不生銹，強(qiáng)度高，材料特性最佳，不過(guò)原料昂貴， 加工困難。它的最大的缺點(diǎn)是比起其它的素材重 (過(guò)去 )。但是從『輕』來(lái)說(shuō)，當(dāng)前與鐵素材比較相差并不大。鋁合金是純鋁中加入 Mg， zn，si， cu 等金屬的合金。在某種高溫下進(jìn)行熱處理時(shí)，會(huì)引起時(shí)效析出，若沒(méi)有經(jīng)過(guò)這個(gè)程序的車(chē)架，也會(huì)引起常溫時(shí)效。該氧化膜幾乎是無(wú)色因此外觀上不容易發(fā)現(xiàn)變化 (有時(shí)會(huì)發(fā)白 )。 （ 3） 鈦、鈦合金 (Ti， Ti— A— V) 美國(guó)在 60 年代首次使用鈦合金來(lái)制作白行車(chē)車(chē)架。只是由于合金的制作成本高，價(jià)格才較貴。但是它有另一種腐蝕現(xiàn)象即異種金屬腐蝕 鈦合金車(chē)架的缺點(diǎn) ： 價(jià)格高。通常所說(shuō)的 Tig 焊接是： (Tig：鎢、惰性氣體的略語(yǔ) )用鎢電極及氬氣體進(jìn)行弧焊接。非常輕，但它是具有方向性的材料 (拉伸強(qiáng)但容易斷 )，因此采用把薄料層層重疊的方法來(lái)解決缺點(diǎn)。 腳踏式休閑車(chē)設(shè)計(jì) –23– ② 沖擊吸收性好 碳纖維用來(lái)制作殘疾者運(yùn)動(dòng)時(shí)用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領(lǐng)域。加工技術(shù)各廠家各異，應(yīng)選擇有經(jīng)驗(yàn)可靠廠家的是很重要的。 （ 5） 鎂合金 鎂的比重很輕 ()，約鐵的 1/5，鈦的 2/5， 鋁的 2/3。 鎂合金車(chē)架的優(yōu)點(diǎn) ： ① 可以制造重量輕的車(chē)架 它比鋁密度低，可以制造輕的車(chē)架。和鈦比較起來(lái)加工性好。有些人曾經(jīng)使用過(guò)鎂合金制用具，如摩托車(chē)的曲柄套等、他們說(shuō)：雖然用了很久，但是很好，不會(huì)象鋁般發(fā)白。使用適正厚度的管道時(shí)重量是會(huì)增加，但是不容易引起金屬疲勞，這種車(chē)能帶給車(chē)手極佳的騎感。從外觀來(lái)看這些制品使人引起很不錯(cuò)的錯(cuò)覺(jué)，但是疲勞壽命將是如何呢 ? 鋁管的薄壁程度已經(jīng)到了極限，不可能再薄下去。當(dāng)前尚存在各種問(wèn)題。 連接件分析校核 調(diào)節(jié)螺栓設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核： 設(shè)計(jì)條件：調(diào)節(jié)螺栓的作用：通過(guò)旋進(jìn)或旋出改變緊繩螺 栓之間的松緊程度。 螺母的選用： 根據(jù) d=M5,選用Ⅰ型六角螺母 C 級(jí)（ GB4186） 參數(shù)為： dw =7 e= m=5 s=8 標(biāo)記：螺紋規(guī)格 D=M5 性能等級(jí)為 45 級(jí)，表面鍍鋅鈍化 C 級(jí)的Ⅰ型六角螺母，GB4186 M5，螺紋公差 7H。空氣阻力由磨擦阻力和壓力阻力構(gòu)成，磨擦阻力是空氣對(duì)車(chē)和人體表面的磨擦作用造成的阻力。 （ 3） 內(nèi)部阻力 騎車(chē)人驅(qū)動(dòng)中軸轉(zhuǎn)動(dòng)所做的功，在轉(zhuǎn)換成為有效的后輪推力過(guò)程，把動(dòng)力傳遞中所浪費(fèi)的部分稱(chēng)內(nèi)部阻力。 ② 鏈傳動(dòng)的效率 :軸皮轉(zhuǎn)動(dòng)、鏈輪、飛輪和鏈條的嚙合，產(chǎn)生的摩擦阻力并不大。抖動(dòng)的能量損失很大，一般占內(nèi)部阻力的 10%左右。為了騎行舒適，車(chē)架、前叉、鞍座的彈性要好，但設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮保持其合理的剛性，以充分發(fā)揮騎車(chē)人輸出功率的實(shí)際效能。而且設(shè)計(jì)借鑒了其他此類(lèi)四輪休閑車(chē)的尺寸設(shè)計(jì)，所以省卻了很多強(qiáng)度、應(yīng)力以及疲勞強(qiáng)度的校核。 首先，因?yàn)槲沂褂玫氖?SolidWorks2021 建模的，而工程為了進(jìn)行打樣，往往需要做出工程圖或者 Auto CAD 2021 進(jìn)行改制，重新繪制工程圖面，并且在圖面上給出具體的標(biāo)注。本次設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要目的是對(duì)上述提出人性化理論在現(xiàn)有的科技范圍內(nèi)進(jìn)行一定的詮釋。 從不知道畢業(yè)設(shè)計(jì)怎么寫(xiě)，到順利如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，這給了我很大的信心，讓我了解專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專(zhuān)業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，于院長(zhǎng)始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意 !