【正文】 .......................... 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 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –1– 1 引言 選題背景 休閑車是一個(gè)很泛的概念，包含山地車、折疊車、三輪車以及四輪、多輪休閑車等等。選擇“綠色出行”也成為人們?cè)谶x擇開私家車、坐公交車之外的一個(gè)選擇。雖然在當(dāng)今社會(huì)，有更多可選擇的新型交通工具可供人選擇，但在提倡低碳生活的今天，休閑車作為綠色交通工具更被人們所青睞。學(xué)術(shù)上通常將小型陸上車倆統(tǒng)稱為休閑車，在表達(dá)上具有靈活、限制少、使用方便的優(yōu)點(diǎn)。時(shí)至今日，休閑車已成為全世界人們使用最多，最簡(jiǎn)單，最實(shí)用的代步工具。然而，經(jīng)過(guò)城市交通機(jī)動(dòng)化浪潮多年蕩滌， 2021 年年初，有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，北京市民的休閑車出行比例只有 %，比2021 年初下降了 %。雖然在當(dāng)今社會(huì)，有更 多可選擇的新型交通工具可供人選擇，但在提倡低碳生活的今天，腳踏式休閑車作為綠色交通工具更被人們所青睞，并成為人們生活中不可分割的一部分。是山地休閑車的一個(gè)分支，一般來(lái)說(shuō)其配置與山地休閑車相同，但是避震設(shè)施更完善，其主要用途用于從山地向下沖刺的極限運(yùn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)動(dòng)部分：包括輪胎，車圈，內(nèi)胎，輻條，花鼓燈。美國(guó)去年的休閑車銷售量達(dá)到 2021 萬(wàn)輛。在 20 世界初期，歐洲休閑車基本完成了完善休閑車各部件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)，在 20 世紀(jì) 40 年代，鋁合金的休閑車在歐洲研制成功，并于 50 年代開始出現(xiàn)于各大市場(chǎng)。 與此同時(shí)，休閑車也在此時(shí)進(jìn)入了上海灘。 此時(shí)，休閑車不再是一種奢侈品，而是一種文明，進(jìn)步時(shí)髦的象征。例如在鞍座設(shè)計(jì)上，鞍座變成了T 型，可使車架短小，而且螺絲直接連接鞍座，減少了調(diào)整工作量；車把研制成圓把，寬度為 40 厘米，比原來(lái)車把窄了 10 厘米，使得騎乘者有如開汽車的愉悅感。 （ 2）從人機(jī)工程學(xué)，設(shè)計(jì)風(fēng)潮等角度出發(fā)，以設(shè)計(jì)理論對(duì)休閑車的構(gòu)造和發(fā)展進(jìn)行研究，為休閑車設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –6– 現(xiàn)代休閑車的發(fā)展歷程概述 現(xiàn)代休閑車的發(fā)展 人類從木質(zhì)材制造出第一輛休閑車發(fā)展到基本定型的近代休閑車，用了近 100 年的時(shí)間。除此之外，休閑車還出現(xiàn)了各種分類例如，載重車，兒童車等等。 （ 2） 花色由單一向多色發(fā)展：車架出現(xiàn)彩斑，彩色或兩色過(guò)度等，色調(diào)明快，色彩變化無(wú)窮。在戰(zhàn)后 60 年代，科技迅速發(fā)展，各國(guó)設(shè)計(jì)師紛紛運(yùn)用了新型材料于休閑車上。根據(jù)不同使用人群和消費(fèi)者量身定做的休閑車功能設(shè)備，逐漸完善人們的生活，而未來(lái)休閑車的功能化發(fā)展則會(huì)更多樣化。并且，隨著新興材料的 開發(fā)技術(shù)越發(fā)成熟，舊的材料加工工藝將會(huì)被完善，而新興材料更會(huì)更大面積的運(yùn)用于休閑車設(shè)計(jì)上，除此之外，各種高科技產(chǎn)品將會(huì)有指向性的運(yùn)用于各種休閑車上。 這里值得提出的是，在很多的概念休閑車設(shè)計(jì)中，都會(huì)取消休閑車車輪的輻條。 人機(jī)工程學(xué)將人類的需求和能力置于設(shè)計(jì)技術(shù)體系的核心位置，為產(chǎn)品，系統(tǒng)和環(huán)境的設(shè)計(jì)提供了與人類相關(guān)的科學(xué)數(shù)據(jù)。 根據(jù)人體組織的解剖特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，身體的主要重量均由骨盆下的兩塊面積約為 25 cm 的坐骨結(jié)節(jié)承受，故車座后端寬度過(guò)小就會(huì)使坐骨結(jié)節(jié)處在鞍座外緣。 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。另一方面則可防止坐者從座緣滑出座面?；诖耍鎯A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。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)。 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。 ④ 靠背的重量及材料。 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。把 手的直徑太小，則扭矩隨之減小 。 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。基于以上的分析，選擇了 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。到這里，尺寸方案已經(jīng)初步確定。 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) )。 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。 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。 （ 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。老車手對(duì)它的反應(yīng)是『雖輕但易彎曲』。就是說(shuō)把車架放置在房間內(nèi)也會(huì)逐漸變強(qiáng)。鈦合金給人的印象是輕而硬。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，提練及加工過(guò)程復(fù)雜，技術(shù)要求高，并花時(shí)間因此成本高。但成本太高。 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(yáng)光下時(shí)會(huì)逐漸變白。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(lái)解決。 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(lái)說(shuō)，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。結(jié)果它的命運(yùn)將和鉻鉬鋼一樣。從而達(dá)到改變行程的目的。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。 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。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(lái)處理。擁有更輕松休閑的騎行。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 。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。 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(wú)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(lái)，也必然會(huì)讓我在未來(lái)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。而且管件最終的尺寸可能有變。 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。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。 （ 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。 綜合種種因素，考慮到設(shè)計(jì)初衷的理念：娛樂(lè)、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。但是為了單純地謀求薄壁，使用強(qiáng)勒的新合金來(lái)制作車架。 鎂是劇烈氧化的金屬，不小心操作錯(cuò)了很容易爆炸，純鎂一般不能使用，添加其他金屬 (鋁、鋅、錳等 )制成合金來(lái)使用，制成的鎂合金強(qiáng)度、機(jī)械性能都得到提高。通過(guò)合金化耐腐蝕性也得到進(jìn)一步提高。 碳纖維車架的缺點(diǎn) ： ① 復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算 構(gòu)成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度強(qiáng)，但剪斷強(qiáng)度弱，加工時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算 (縱剛性、橫剛性 )，根據(jù)計(jì)算把碳纖維片重疊成型。 （ 4） 碳纖維 (CERP) 碳纖維車架的特征是輕、 不彎曲、沖擊吸收性好，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能，在技術(shù)上看起來(lái)不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質(zhì)差異也較大。 ② 不生銹：鈦 在一般的環(huán)境下幾乎不會(huì)被腐蝕。 ② 需要進(jìn)行熱處理必需進(jìn)行熱處理，否則強(qiáng)度不夠。熱處理采用時(shí)效析出增強(qiáng)法，簡(jiǎn)單地說(shuō)，在金屬內(nèi)形成一種妨礙金屬變形的物質(zhì)。輕 而價(jià)格低是它的優(yōu)點(diǎn)。碳纖維車架的特點(diǎn)是可以一體成型，不需要焊接，不過(guò)每個(gè)車架需要特殊的模具制造，成本也很高。 鏈條的各參數(shù)的確定 根據(jù) GB/T 12431997 選擇 自行車 ISO 鏈號(hào) 08A1112， GB/T 12431997（因鏈條必須符合變速要求）。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，在故障發(fā)生率上更加優(yōu)于其他產(chǎn)品。 圖 23 大體框架圖 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –16– 圖 24 底盤尺寸圖 驅(qū)動(dòng)、導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 考慮到我國(guó)鏈條的生產(chǎn)歷史和現(xiàn)狀，以及國(guó)際上許多國(guó)家的鏈節(jié)距 均用英制單位，我國(guó)鏈條標(biāo)準(zhǔn) GB/T12431997 中規(guī)定節(jié)距用英制折算成米制的單位。底盤尺寸方案的確定是休閑車底盤設(shè)計(jì)方案中首先要解決的問(wèn)題。 對(duì)女性來(lái)說(shuō)，會(huì)陰與車座前端的磨擦，容易引起感染和疾病。 至于把手與車閘的表面設(shè)計(jì)，應(yīng)保證能準(zhǔn)確抓握，不產(chǎn)生滑動(dòng)，所以它們的表面不能太光滑，要有一定的粗糙度。 把手的設(shè)計(jì)應(yīng)使操作者掌心處略有空隙，以減少壓力和摩擦力的作用。 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –13– ② 車把的寬度。 設(shè)為 99176。的靠背還可防止骨盆的旋轉(zhuǎn)，增加坐姿的穩(wěn)定性，基于上述原因與原理，可考慮在自行車的鞍座后面設(shè)置一個(gè)適當(dāng)?shù)目勘?，靠背的具體尺寸如上圖 211 所示。 座墊的軟硬應(yīng)以股骨頭剛好與座墊相接近，幾近接觸而無(wú)壓力為宜。以內(nèi)，屬坐姿的最小舒適范圍。 ③ 座面傾角。據(jù)此，車座寬度的適宜范圍 :男式普通單車為 24～ 26 cm ，女式普通單車為 26～ 29 cm 較合適。之所以如此，一部分原因是前傾式的騎車姿勢(shì)使騎車者會(huì)陰與車座前端產(chǎn)生磨擦，時(shí)間一久就會(huì)感到不舒服 。 2021 年 8 月，國(guó)際人機(jī)工程學(xué)學(xué)會(huì)（ International Ergonomics Association）對(duì)本學(xué)科所轄的定義為：人機(jī)工程 學(xué)是研究人與系統(tǒng)中相互之間因素的相互作用，以及應(yīng)用相關(guān)理論，原理，數(shù)據(jù)和方法來(lái)設(shè)計(jì)以達(dá)到優(yōu)化人類和系統(tǒng)效能的科學(xué)。在站著騎時(shí)“肯陶洛斯”將會(huì)通過(guò)陀螺儀和微型計(jì)算機(jī)用后輪獨(dú)立保持平衡 ，而且復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)平衡系統(tǒng)使雙輪成所需角度在公路外越野。休閑車的發(fā)展會(huì)朝著科技發(fā)展的方向前進(jìn)，其設(shè)計(jì)系統(tǒng)會(huì)朝導(dǎo)向一體化自行定位，隨環(huán)境變速，趣味性發(fā)展。經(jīng)過(guò) 100 年的演變和改進(jìn)和發(fā)展，休閑車的設(shè)計(jì)無(wú)論從人機(jī)工程，色彩，造型等方面都有了很大的改進(jìn)，休閑車設(shè)計(jì)開始朝簡(jiǎn)潔、輕盈、美觀、多樣化、個(gè)性化和人性化的方向發(fā)展。瑞典微型休閑車公司生產(chǎn)一種輕便折疊休閑車，車身廠