【正文】 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。 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(wú)私抽出時(shí)間來(lái)提供給我軟件安裝程序。 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(guò)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(wèn)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(guò)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。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。 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。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 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。 （ 4） 鈦管還有發(fā)展的余地，強(qiáng)度可能會(huì)超過(guò)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。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。 鎂合金車架的缺點(diǎn) ： 生產(chǎn)鎂車架的廠商都說(shuō)耐腐蝕性好。它是不容易腐蝕的活性金屬。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。鈦的焊接必需隔絕空氣下進(jìn)行。 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。 鋁合金車架的缺點(diǎn) ： ① 鋁是彈性率及剛性低的材料。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。但是最近的鐵素材車架經(jīng)過(guò)熱處理，把薄的管道做成粗的管來(lái)使用，其重量不會(huì)輸給輕的合金。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。 鏈條鉸鏈膠合：潤(rùn)滑不當(dāng)或轉(zhuǎn)速過(guò)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。 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。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(wèn)題主要是自行車的一些零部件尺寸不適于人。 底盤(pán)尺寸的初步確定 休閑車底盤(pán)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 。 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(lái)前凸的腰椎拉直甚至向后凹，破壞了正常的腰椎曲線 。 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。指球肌和大、小魚(yú)際是肌肉豐富的部位，是手部的天然減振器。 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。 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。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。但是座墊不可過(guò)軟，過(guò)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 。前傾角在 15176。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。 車座后端的寬度應(yīng)根據(jù)人體坐骨結(jié)節(jié)間距 (50 %的人群 )加適當(dāng)余量而定。所以在保證高效的同時(shí)，有必要從人機(jī)工程學(xué)的角度對(duì)其做一些“人性化”的改善。 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –9– 圖 12 路上昆蟲(chóng)概念車 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –10– 2 休閑車設(shè)計(jì)的要點(diǎn) 人體工程學(xué)分析及車身底盤(pán)尺寸的初定 人性化設(shè)計(jì)在休閑車中的應(yīng)用 人機(jī)工程學(xué)座位一門新興的科學(xué)，是在 20 世紀(jì) 50 年代前后才發(fā)展起來(lái)的。 據(jù) Segway 公司網(wǎng)站報(bào)道，“肯陶洛斯”繼承了經(jīng)典 Segway 二輪車的全部主要性能，除此之外，它還擁有一系列附加特性。未來(lái)的休閑車會(huì)從人性化出發(fā)對(duì)休閑車設(shè)計(jì)更加的考究。從此，“速降競(jìng)技”作為體育比賽中的一個(gè)新項(xiàng)目嶄露頭腳，運(yùn)動(dòng) 員騎山地車沿著規(guī)定的下坡線路高速滑降，速度快者為勝，吸引了眾多的愛(ài)好者。 （ 3） 運(yùn)動(dòng)車的騎行速度越快，騎行方式也由直坐式變成仰坐式，有些還模仿汽車的做法，設(shè)計(jì)出具備有流線型外殼。菱形車架又出現(xiàn)了后叉和上管相接的加強(qiáng)式，上梁下移等多種形式，使車架結(jié)構(gòu)更緊湊、更新穎，并且強(qiáng)度更高。 200 多年來(lái)，休閑車無(wú)論在結(jié)構(gòu)造型，用材和用途方面都發(fā)生了巨大的變化。 此次選題主要是設(shè)計(jì)腳踏式休閑車車身的造型， 根據(jù)車身力學(xué)分析、人體工程學(xué)確定尺寸，主要涉及主要危險(xiǎn)截面強(qiáng)度分析，軸、鏈、輪的校核，零件公差配合等。該車改變了傳統(tǒng)的騎行方式，騎車人的腳步不再作圓周運(yùn)動(dòng)，而由騎車人上下踏動(dòng)踏板，踏板與一根曲軸相連，曲軸帶動(dòng)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)。 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –5– 近年來(lái)，由于休閑車經(jīng)濟(jì)，使用性強(qiáng)，無(wú)污染，還能增強(qiáng)體質(zhì)，所以外國(guó)又出現(xiàn)了重新啟動(dòng)休閑車的趨勢(shì)，因而我國(guó)不少名牌休閑車還遠(yuǎn)銷到歐美，亞非，拉美等國(guó)家?！? 當(dāng)時(shí)使用休閑車的人非常少，即使有，也是黃發(fā)碧眼的洋人。 我國(guó)休閑車行業(yè)很發(fā)達(dá)，年產(chǎn)量超過(guò) 3000 輛以上，全國(guó) 的休閑車超過(guò) 億，因此素有休閑車王國(guó)之稱。由此可見(jiàn)國(guó)外對(duì)休閑車的重視。休閑車由原先單純出行工具，發(fā)展成了現(xiàn)在的休閑，娛樂(lè)，短途換乘工具。 （ 8）雙人 /多人旅行協(xié)力車（ Tandem bicycle） 由兩人以上協(xié)同出力，由第一位控制方向，后者只用騎行。 若按照休閑車使用環(huán)境，按照乘騎的輕便程度和載重量的多少分化，休閑車總類可分為以下幾種： （ 1）公路休閑車（ Road bicycle） 用來(lái)在平滑公路路面上使用的車種，輪徑一般比較大，在公路上行駛的效率比較高。更為可怕的是，汽車排放出的有害氣體正逐漸的地毀壞著腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –2– 人類生存的環(huán)境。而在今天 這個(gè)提倡低碳環(huán)保的時(shí)代，休閑車則成為了休閑時(shí)光的良好選擇。選擇“綠色出行”也成為人們?cè)谶x擇開(kāi)私家車、坐公交車之外的一個(gè)選擇。休閑車大家族之一的休閑車更因?yàn)橛猛緩V泛而被熟知。休閑車無(wú)噪音、無(wú)污染、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、使用和維修方便，既能作為代步和運(yùn)載貨物的工具，又能用于體育鍛煉，因而為人們所廣泛使 用。 休閑車設(shè)計(jì)涉及到大量計(jì)算和技術(shù)問(wèn)題，本設(shè)計(jì)將利用 SolidWorks202 Auto CAD 2021 等軟件從模型出發(fā)到一整部休閑車成型的介紹。在中國(guó)大陸、臺(tái)灣、新加坡，通 常稱為“休閑車”或“腳踏車”，在香港、澳門則通常稱為“單車”。從最初的木制到鐵制，蹬地前進(jìn)到蹬踏前進(jìn)，單一車種到多車種??從 1791 年到 1888 年，休閑車的發(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)代休閑車的雛形。 20 年前，北京市休閑車出行比例曾為 60%以上。 腳踏式休閑車是一種基本的出行交通工具。 （ 4）落山休閑車（ Downhill bike） 英文簡(jiǎn)稱為 DH。 休閑車的傳動(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)休閑車的前行。同時(shí)，休閑車也成為歐美市民喜愛(ài)的運(yùn)動(dòng)方式。 其次，國(guó)外對(duì)休閑車的材料研 究處于領(lǐng)先地位。電報(bào)，煤氣燈、電燈、火輪車、縫紉機(jī)等新鮮的科技文化帶給了國(guó)人便捷與新奇。后來(lái)隨著上海人口的逐漸增多，休閑車也慢慢的進(jìn)入平常人家，到 1900年左右，休閑車在上海已有幾百輛之多。 當(dāng)然，國(guó)內(nèi)的休閑車研究生產(chǎn)也取得了驕人成果。 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)。設(shè)計(jì)前就要進(jìn)行休閑車材料的選材，按照選材標(biāo)準(zhǔn)與選材原則進(jìn)行選材。此外，對(duì)男女士休閑車的設(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架為主，深色 系列為色彩；而女士休閑車沿用了典型“荷蘭”風(fēng)格設(shè)計(jì)—— 彎梁車架設(shè)計(jì)，便于女士上車，色彩除了黑色外，還另外采用了其他彩色系列。中軸部件鏈輪，鏈條也用塑料制品等。10 秒鐘內(nèi)可以疊或打開(kāi)，可帶乘坐公共汽車。 休閑車 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。 目前世界環(huán)境倡導(dǎo)無(wú)污染交通工具，因此休閑車成為綠色交通工具最佳產(chǎn)品，世界各國(guó)開(kāi)始更重視休閑車的使用，因此對(duì)休閑車的設(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。 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，能方便地改變車速，可加速到約 35 千米 /小時(shí)，而原來(lái)的 Segway 二輪車行駛速度不越過(guò) 20 千米 /小時(shí)。人機(jī)工程學(xué)專家旨在設(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。一部分原因則是車座的尺寸與人體尺寸不符所致。 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 。 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。測(cè)試數(shù)據(jù)表明 :此時(shí)臀部下陷約 18 mm。 ① 靠背的高度。該傾角的作用與座面傾角的作用相同。 經(jīng)實(shí)踐測(cè)量，當(dāng)車把的寬度接近于騎車者的最大肩寬時(shí)，人能夠自然舒適地握住車把，并能保持長(zhǎng)時(shí)間不易疲勞。 圖 22 把手示意圖（單位： cm） 腳踏式休閑車設(shè)計(jì) –14– 圖 22a 的把手形狀不合適，應(yīng)取圖 22b。 ⑤ 把手的彎度。 所以對(duì)于休閑、代步用普通自行車而言，座面傾角可調(diào)整成后傾，這樣前傾式的騎車姿勢(shì)可適當(dāng)后傾一定角度。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)。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)。具體 的原理見(jiàn) 圖 26 導(dǎo)向系統(tǒng)圖 。 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 。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。但是從『輕』來(lái)說(shuō)，當(dāng)前與鐵素材比較相差并不大。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)程序的車架，也會(huì)引起常溫時(shí)效。 （ 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)制作白行車車架。但是它有另一種腐蝕現(xiàn)象即異種金屬腐蝕 鈦合金車架的缺點(diǎn) ： 價(jià)格高。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)。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。 鎂合金車架的優(yōu)點(diǎn) ： ① 可以制造重量輕的車架 它比鋁密度低，可以制造輕的車架。有些人曾經(jīng)使用過(guò)鎂合金制用具，如摩托車的曲柄套等、他們說(shuō)：雖然用了很久，但是很好，不會(huì)象鋁般發(fā)白。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。 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?？諝庾枇τ赡ゲ磷枇蛪毫ψ枇?gòu)成，磨擦阻力是空氣對(duì)車和人體表面的磨擦作用造成的阻力。 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。為了騎行舒適，車架、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)揮騎車人輸出功率的實(shí)際效能。 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。 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，讓我了解專業(yè)知識(shí)的同時(shí)也對(duì)本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心。 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 !