【文章內(nèi)容簡介】 設(shè)計方法有助于擺脫對物理樣機(jī)的依賴。通過計算機(jī)技術(shù)建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型 (即虛擬樣機(jī) )，可以完成無數(shù)次物理樣機(jī)無法進(jìn)行的虛擬試驗(yàn) (成本和時間條件不允許 )。從而無需制造及試驗(yàn)物理樣機(jī)就可獲得最優(yōu)方案，因此不但減少 了物理樣機(jī)的數(shù)量，而且縮短了研發(fā)周期、提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 (3)實(shí)現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟的重要手段。目前世界范圍內(nèi)廣泛地接受了動態(tài)聯(lián)盟的概念，即為了適應(yīng)快速變化的全球市場，克服單個企業(yè)資源的局限性，出現(xiàn)了在一定時間內(nèi)，通過 Inter(或Intra)臨時締結(jié)成的一種虛擬企業(yè)，為實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計和制造，參盟企業(yè)這間產(chǎn)品信息的敏捷交流尤顯重要，而虛擬樣機(jī)是一種數(shù)字化模型，通過網(wǎng)絡(luò)輸送產(chǎn)品信息，具有傳遞快速、反饋及時的特點(diǎn)，進(jìn)而使動態(tài)聯(lián)盟的活動具有高度的并行性。 虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn) 定的商業(yè)化虛擬樣機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的。國外虛擬樣機(jī)相關(guān)技術(shù)軟件的商業(yè)化過程已經(jīng)完成。目前由二十多家公司在這個日益增長的市場上競爭。比較有影響的有美國機(jī)械動力學(xué)公司 (Me— charlatanic Dynamics Inc． )的 ADAMS(Automatic D y— manic Analysis of Mechanical System)， CADSI 公司的DADS(Dynamic Analysis and Design System)， PTC 公司的 Pro/ENGINEER 及德國航天局的SIMPACK,其他還有 ANSYS、 ADINA、 IDEAS、 FLOW 3D、 MSC、 Software 等等；其中美國機(jī)械動力學(xué)公司的 ADAMS 占據(jù)了市場的 50％以上。由于機(jī)械系統(tǒng)仿真分析提供的分析技術(shù)能夠滿足真實(shí)系統(tǒng)并行工程設(shè)計要求，通過建立機(jī)械系統(tǒng)的模擬樣機(jī)，使得在物理樣機(jī)建造前便可分析出它們的工作性能，因而其日益受到國內(nèi)外機(jī)械領(lǐng)域的重視。應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航空航天業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、國防工業(yè)、通用機(jī)械到人機(jī)工程學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工程咨詢等不同領(lǐng)域。但國內(nèi)的研究范圍較狹窄，在制造行業(yè)中應(yīng)用還有待普及。 Pro/E 是 法國 達(dá)索公司開發(fā) 的專業(yè)大型高端 CAD/CAE/CAM 一體化應(yīng)用軟件，在世界CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域中處于領(lǐng)軍者地位，其內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計、三維模型設(shè)計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出，到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程，其應(yīng)用范圍涉及機(jī)械、航空航天、汽車、造船、通用機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械和電子等諸多領(lǐng)域 。作為 PLM湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 7 頁 裝 訂 線 協(xié)同解決方案的一個重要組成部分，它可以幫助制造廠商設(shè)計他們未來的產(chǎn)品，并支 持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程。模塊化的 Pro/E系列產(chǎn)品旨在滿足客戶在產(chǎn)品開發(fā)活動中的需要，包括風(fēng)格和外型設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、機(jī)械加工、分析和模擬。 Pro/E 產(chǎn)品基于開放式可擴(kuò)展的 V5 架構(gòu)。通過使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設(shè)計知識，縮短開發(fā)周期， Pro/E 解決方案加快企業(yè)對市場的需求的反應(yīng)。自 1999 年以來，市場上廣泛采用它的數(shù)字樣機(jī)流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。 Pro/E 系列產(chǎn)品已經(jīng)在七大領(lǐng)域里成為首要的 3D 設(shè)計和模擬解決方案： 汽車、航空航天、船舶制造、廠房設(shè)計、電力與電子、消費(fèi)品和通用機(jī)械制造。 本課題研究的目的 該課題通過對 自行車 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和原理進(jìn)行分析， 對自行車的功能進(jìn)行了創(chuàng)新性設(shè)計，應(yīng)用 Pro/E 三維軟件高級建模技術(shù)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真功能對 自行車 進(jìn)行三維建模、虛擬裝配以及仿真，以便對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)及優(yōu)化。通過該課題的研究，全面而廣泛地了解當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的最新發(fā)展動態(tài)， 系統(tǒng)的掌握 了 自行車的性能、用途以及其設(shè)計原則， 對所學(xué)知識有進(jìn)一步的認(rèn)識和了解。該設(shè)計可以有效降低成本，縮減產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高設(shè)計效率，為新產(chǎn)品的開發(fā)奠 定了基礎(chǔ)。 從人機(jī)工程學(xué)的角度 ,對自行車設(shè)計發(fā)展進(jìn)行研究 ,總結(jié)自行車設(shè)計發(fā)展的規(guī)律 ,預(yù)測未來自行車設(shè)計發(fā)展的趨勢 ,為未來自行車外觀造型設(shè)計提供可借鑒性的理論依據(jù)和理論指導(dǎo) ； 針對目前自行車結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析 改進(jìn) ,提出可行性解決辦法 ,提出自行車改良設(shè)計新的思路和方法 ,期望能夠?yàn)榻窈笞孕熊嚨脑O(shè)計提供理論指導(dǎo)和評價標(biāo)準(zhǔn)。 同時通過設(shè)計 可以培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代化設(shè)計理念 和創(chuàng)新設(shè)計能力， 有利于培養(yǎng)良好的工程素質(zhì)。通過畢業(yè)論文的寫作，提高學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù)的能力及自學(xué)能力，進(jìn)一步提高文獻(xiàn)檢索和信息處理能力 ，而且 通過該設(shè)計，可 以為 未來對該領(lǐng)域的一些設(shè)計與研究工作 提供 一定的參考價值。 中國未來的產(chǎn)品設(shè)計必須以創(chuàng)意與革新為首要條件 ,唯有真正好用且務(wù)實(shí)的商品才一能在市場上脫穎而出。符合人機(jī)工程 ,人性化的設(shè)計是最實(shí)在的 ,同時也是最前沿的潮流與趨勢 ,是一種人文精神的體現(xiàn) ,是人與產(chǎn)品完美和諧的結(jié)合。在未來的一段時間內(nèi) ,隨著人民生活水平的日益提高 ,中國的自行車設(shè)計將更加注重娛樂、美觀、個性和舒適 ,更加人性化 ,而不再像原來只是一種交通工具。 湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 8 頁 裝 訂 線 自行車 材料 的選擇 除了車架的造型對使用者有很大影響外，車架所使用的材料也是重要的因素。自行車的使用材料主要指車架所采用的材質(zhì)，自行車的材料有已往使用的鉻鉬鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現(xiàn)新材料 ，目前 出現(xiàn)了不少用這些新材料制成的車架。 鉻鉬鋼車架 鉻鉬鋼車架 優(yōu)點(diǎn)： (1)易加工 歷史最悠久的車架，要屬鉻鉬鋼的車架是，也是人們運(yùn)用時間最久的材料。 因此，無聊是加工或焊接工藝，大多數(shù)工廠已經(jīng)運(yùn)用嫻熟。 (2)沖擊的吸收性能好 騎乘感極強(qiáng)，彈性好，因?yàn)殂t鉬鋼組成的車架，可以吸收車體震動帶來的沖擊力。 (3)焊接工藝簡單 鉻鉬鋼的焊接工藝相對其他材料來說相對簡單，而且也不需要經(jīng)過 T4/T6 處 理等熱處理，因此操作和成本相對簡單。 (4)價格低廉 因?yàn)殇摬谋旧淼膬r格相對鋁合金，鈦合金等其他材料來說相對便宜，所以其 被大量運(yùn)用到自行車設(shè)計當(dāng)中。 鉻鉬鋼車架的缺點(diǎn) ： (1)防銹能力差 鉻鉬鋼在沒有添加其他金屬的情況下，很容易和空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而生銹。 因此一般情況下，鉻鉬鋼必須得進(jìn)行表面處理的工序，但是在自行車使用過程中，很容易出現(xiàn)車架的磨損，因此，磨損的區(qū)域很容易產(chǎn)生銹斑。 (2) 鉻鉬鋼的抗疲勞度差 鉻鉬鋼雖然硬度比較大，但是柔韌性比較差，即當(dāng)鉻鉬鋼第一次彎曲后，即使回復(fù)原位，但是其強(qiáng)度大大減弱。 例如鉻鉬鋼車把在經(jīng)常的使用后，很容易產(chǎn)生形變或者自行車發(fā)生意外的沖撞，將會大大的縮短自行車的壽命，或者當(dāng)你在踩踏腳踏時感覺到不夠順利，那么有可能金屬就以發(fā)生了疲勞。 鋁合金車架 鋁合金車架的優(yōu)點(diǎn) ： 鋁，相對來說比鐵的比 重輕，但是強(qiáng)度比較軟，通過熱處理制成合金是增加其強(qiáng)度的一種湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 9 頁 裝 訂 線 方式并。時析出增強(qiáng)法是常用的一種熱處理方式，概括的說，通過熱處理方式在妨礙金屬的變形。時效析出會在高溫的熱處理情況下伴隨出現(xiàn)，假如車架沒有經(jīng)過該程序，便會產(chǎn)生常溫時效。 6061T6 和 7055T6 是鋁合金車架的常用材料。 T6 標(biāo)志即表示之前經(jīng)過 T4 處理和熱處理。假如沒經(jīng)過熱處理，那么其強(qiáng)度只會比原鋁強(qiáng)度硬 1/5 左右。但是，某些具有自行車零件（ 7055 鋁），嚴(yán)格來說，它并沒有經(jīng)過熱處理。它是常溫興的，并沒有時效性的產(chǎn)生。但是本身 7055 鋁的硬度就相當(dāng)?shù)母?，假如再進(jìn)行熱處理，其強(qiáng)度可高出一般鋁 5 的硬度五倍。除此之外， 7005 鋁是一種常見運(yùn)用于車架的材料，雖然它的硬度沒有 7075 鋁高，但是他在普通的溫度下，依舊能夠進(jìn)行時效反應(yīng)。 7005 鋁也可以制作成車架的支撐薄片。但是材料本身的可塑性很低，彈性不夠大，所以經(jīng)常所見到的 7005 鋁的直徑都比較寬 外觀長時間不容易產(chǎn)生形變鋁是屬于一種被腐蝕的金屬物質(zhì)，沒有被氧化的鋁基本是不可能存在的，它會在被氧化的過程中，在鋁的表面形成一層很薄的氧化膜。該氧化膜可以在一定程度上保持內(nèi)部的鋁材質(zhì)不被氧化。氧化膜是一種白色，不容易被發(fā)現(xiàn)的薄膜。近來許多商家為了謀求暴利，很多車架都被制作成超薄的形式。這些車架都的疲勞度都是相當(dāng)?shù)牡?，因此出現(xiàn)問題的幾率相當(dāng)?shù)拇?。 鋁合金車架的缺點(diǎn) ： 鋁的彈性和韌性相對其他車架材料較差。因此采用的車架管子是比較粗，管徑比較大，并且都需要進(jìn)行熱處理才能使用，否者強(qiáng)度都不夠使 用。然而一般的熱處理設(shè)備相當(dāng)昂貴，一般中小規(guī)模的工廠無能力購買設(shè)備，尤其是 7005 以上的金屬管材，多數(shù)情況下，必須制定廠家進(jìn)行熱處理。 鈦合金車架 鈦合金車架的優(yōu)點(diǎn) ： (1)可以制成量輕且高強(qiáng)度硬度的車架 鈦金屬屬于質(zhì)輕強(qiáng)度高的稀有金屬，即使在鈦金屬中添加釩和鋁，強(qiáng)度相對于鋁合金來說也是很高的，有利于各種自行車廠商設(shè)計。 (2)抗腐蝕性強(qiáng)不易生銹：鈦的適應(yīng)能力很強(qiáng)，即使在很潮濕的環(huán)境下也不容易生銹，即使存放多年，色澤一樣多彩艷麗。 (3)騎乘感好 鈦合金常常用于前叉避震或者后避震的彈簧上。而用 鈦合金制成的自行車車架韌性高質(zhì)量輕，便于長時間的騎行。有些專業(yè)的騎手認(rèn)為，鈦合金的車架騎感好，柔軟性強(qiáng)，但是也有人僅僅喜歡鉻鉬鋼，他們認(rèn)為鉻鉬鋼車架課吸收的力道和沖擊性更好，并且視覺上，因?yàn)楹蔽睦韺W(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 10 頁 裝 訂 線 鉻鉬鋼的車架管徑比較大，看起來會有更強(qiáng)的視覺感。 鈦合金車架的缺點(diǎn) ： 鈦合金屬于稀有金屬，因此價格昂貴。鈦 在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，但是提煉二氧化鈦的技術(shù)要求很高，并且成本大，有風(fēng)險。并且鈦合金之間的熔接難度很大，因?yàn)楫?dāng)鈦合金與空氣接觸后，馬上形成了二氧化鈦，當(dāng)鈦金屬形成二氧化鈦時，二氧化鈦部分會相當(dāng)?shù)拇?，會?dǎo)致接觸 面硬度下降。因此焊接鈦金屬與鈦合金時，得使用昂貴的惰性氣體鎢 來進(jìn)行。但最近有些高端的鋁合金車架比鈦合金車架貴，這從側(cè)面表明了鈦合金的工藝提高了。 碳纖維車架 碳纖維車架的優(yōu)點(diǎn) ： (1).可以制作質(zhì)輕韌性好的車架 碳纖維車架之所以強(qiáng)度高，是因?yàn)槠鋬?nèi)部的碳纖維結(jié)構(gòu)是對著發(fā)生應(yīng)力的方向?qū)訉盈B加的。因?yàn)樘祭w維車架是由其內(nèi)部的密度和強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度構(gòu)成，所起其車架質(zhì)輕而韌性大。 (2).沖擊吸收性好碳纖維可以用來制作各種攀爬用的山地車，或者其他要求彈性大的其他領(lǐng)域。還有一些自行車，利用碳纖維彈性大的功能，可以不 采用避震器。但是因?yàn)楦鱾€工廠之間的工藝差異比較大，因此不同廠家的車架韌性不一樣。 (3).車架的形態(tài)多樣化 因?yàn)樘祭w維的可塑性比較強(qiáng)，因此碳纖維可以塑造多種多樣的車架。 碳纖維車架的缺點(diǎn) ： (1)成本高 碳纖維是構(gòu)成碳纖維車架的重要組成部分，它的可拉伸強(qiáng)度高，但是天然的碳纖維韌性不夠，需要通過加工才能。然而各加工廠家的技術(shù)有限，因此加工碳 纖維車架的價格和成本較高。 (2)尺寸單一 由于碳纖維車架是是鑄模成型，因此，尺寸結(jié)構(gòu)變化需要重新鑄模，因此成 本提高，使得碳纖維車架的造型單一。 (3)在陽光下容 易變老化 碳纖維若在太陽下長期爆曬，會產(chǎn)生嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，因此長期出去戶外的碳纖維自行車的色彩容易產(chǎn)生變化 。 鈦合金車架比較好，自身有彈性而且壽命長，強(qiáng)度高，綜合性能好。但價格相對來說較貴些。 湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 11 頁 裝 訂