【文章內(nèi)容簡介】 、傳動系統(tǒng)方案設計。本章首先研究車架造型設計。 人 與 自行車系統(tǒng) 組成自行車的功能是供人騎行，就發(fā)揮自行車的功能作用而言，把人看作自行車的組成部分是完全合理的。因此，人在騎車時組成了人一車系統(tǒng)，該人一車系統(tǒng)中的人一車界面關系可由圖來進行分析 。 圖 人與自行車的關系 人與 支撐部件的關系 支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構(gòu)架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證自行車的整體性，實現(xiàn)自行車的功能。從人機關系來看，鞍座、車把和車架等的位置和大小，以及它們間的相互關系，與騎車人的位置和肌肉的動作有著性的設計參 數(shù)。 人與動力接受部件關系 動力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動力是靠騎車人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運動的力使曲柄轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的。為了使人省力和有舒適感，必須在騎自行車人的體格和體力與自行車元件的尺寸關系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運動與曲柄轉(zhuǎn)動之間的能量轉(zhuǎn)換問題。 人與傳動部件關系 傳動部件主要是滾珠、鏈條和鏈輪。人的作用力是通過鏈條和鏈輪傳動而帶動后輪轉(zhuǎn)動，從而使自行車前移。傳動部分的設計關鍵是要有較高的傳動效率和可靠性，且有易操縱的變速機構(gòu)。保證較高的傳 動效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。 人與工作部件關系 工作部件就是車輪，即車圈、輪胎等。絕大部分輪胎是充氣的，少數(shù)是實心的。車輪一方面把騎車人的肌肉力量，有效地轉(zhuǎn)換為同地面接觸而向前運動的力；另一方面將騎車人的握力轉(zhuǎn)換為與接地部分所產(chǎn)生的剎車阻力。在設計自行車的各部分尺 寸、車閘及變速器等時，應該著眼于騎車人 —— 動力 —— 傳動 —— 工作的連貫性，才可能設計出同騎車人手的大小或握力相適應的閘把、剎車力適當?shù)能囬l，才不會發(fā)生剎車阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象。 自行車 設計原則 自行車設計要從材料強度、騎行運動學、加工工藝，可靠性等各個方面進行考慮，這些因素都直接影響著車架的外觀美感、強度大小和彈性優(yōu)劣。而車架造型很大程度上決定著自行車騎行好壞、易轉(zhuǎn)性能、騎行舒暢感等。車架管材的長短、構(gòu)成的角度等影響整體自行車的特性。除考慮車架的造型結(jié)構(gòu)尺寸外，尤其應該考慮自行車與人的協(xié)調(diào)關系，以及身體尺寸與自行車各部件之間的關系。主要的基本技術參數(shù)有 :前管軸線與地面夾角、立管軸線與地面夾角 p、傳動中心距 C、前后輪中心距 D、中接頭中心離地距離 E 等。只有這些參數(shù)均趨于合理，才能保證自行車的 穩(wěn)定性和操縱性。下面以大眾車為例，討論如何確定車架設計方案。 基本原則 (1)自行車的性能是通過人來體現(xiàn)的，它的結(jié)構(gòu)設計應以人為主，充分考慮到人體工程學、自行車運動學、形態(tài)美學等方面的知識。 (2)車架的形狀和尺度與其功能有關。要求外形尺寸合適，以提高騎行舒適性 。要求所受阻力最小，騎行的輸出性能最佳。 (3)要求有足夠的剛性和強度，并且盡量減少重量。具有良好的抗沖擊、耐疲勞性，以保證壽命使用。 結(jié)構(gòu)尺寸確定 (1)車架規(guī)格 運動員下肢 (大腿、小腿、腳 )的長短，決定車架的高度。上肢 (上臂、 下臂和手腕 )的長短與胸之和，決定車架的長度。 (2)前角和后角 前角指前管對于車架的傾斜度。前角為 710 時，操縱性和穩(wěn)定性都比較好，確定其范圍為 650 750。賽車車架的前角更陡，采用 730750，這樣在騎行時反應快，速度靈活。坐管角取與前角相同，陡的角度可使騎車者前撲在中軸的上方，從而獲得較大的蹬力。后角指立管軸線與地面夾角。后角決定了騎行者在自行車上的重心位置，一般認為在 680 73。范圍內(nèi)。當傳動中心距設定的值較小時，角度偏小，反之偏大。 (3)前又翹度 前叉翹度指前管中心線和前輪軸之間的垂直距 離。為提高自行車的的導向靈活性，一般取較小的值。 (4)上管長度 從鞍立管接頭到前叉接頭的長度，角度較陡的賽車車架相應地使上管縮短了。這樣可使騎車者能下?lián)渲p手握住車把騎行，以減小風的阻力并增強腳踏的力量。 (5)轉(zhuǎn)距 為了減少自行車的重量，提高運動性能，必須考慮盡量縮短輪距。前、后輪中心距的尺寸大小與傳動中心距有關，當傳動中心距較小時前、后輪中心距可取小一些，反之取大一點。 (6)后心距 從保證車架的剛性和良好的加速性能出發(fā)，盡量縮短后心距。 第 4 章 自行車零件的作用及三維建模 自行車簡介 自行 車的車架、輪胎、腳踏、剎車等 24 個部件中，其基本部件缺一不可。其中，車架是自行的車的骨架，它所承受的人或貨物的重量最大。按照各部件工作特點，大致可將其分為導向系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)： ：有車把、前輪、前叉等部件組成。騎乘者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。 ：有腳蹬、曲柄、鏈條、飛輪、后輪等部件組成。人腳的腳蹬力是靠腳蹬通過曲柄，鏈輪、鏈條、飛輪等部件傳動的，從而使自行車不斷前進。 ：由車閘部件組成、乘者可以隨時操縱車閘，使行駛的 減速、始、停，以確保行車安 全。 此外，為了安全和美觀，以及從實用出發(fā)，還裝配了車燈，支架等部件。下面將在這一節(jié)中詳細介紹自行車主要部件的具體情況。 三維建模 ． 1 創(chuàng)建布局草圖 創(chuàng)建一個新的裝配體，在前視基準面創(chuàng)建一個自行車草圖，在該草圖中繪制關鍵零件，并把每個零件生成塊，其中塊的名稱修改成零件的名稱，如圖 自行車布局草圖。每個塊只需要表達零件的關鍵形狀、尺寸和位置即可，不需要畫上全部的細節(jié)。 自行車零件 —— 車架 車架部件是構(gòu)成自行車的基本結(jié)構(gòu)體，也是自行車的骨架和主體，其他部件也都是直接或間接安裝在車 架上的。車架就相當于人的骨架，有了車架才能選用安裝車輪等零件完成整車設計。 車架為了減輕管重量，提高強度，其材料通常由鐵、鋁合金等材料一般采用普通碳素銅管，較高檔的自行車采用低合金鋼管制造，為了減少快速行駛的阻力，有的自行車還采用流線型的鋼管 ——經(jīng)過焊接、組合而成，根據(jù)管材的長 短構(gòu)成的角度等影響整體自行車的特性。比如，直線騎行較好的自行車、易轉(zhuǎn)的 自行車、騎行舒暢的自行車等，決定這些因素的很多都來自于車架，同時車架的 形狀決定了自行車的整體外觀、類型和騎行性能。 自行車車架的結(jié)構(gòu)形式有很多，但總體可以分為 兩大類：即男式車架和女式車架。 由于自行車是依靠人體自身的驅(qū)動力和騎車技能而行駛的，車架便成為承受自行車在行駛中所產(chǎn)生的沖擊載荷以及能否舒適、安全地運載人體的重要結(jié)構(gòu)體，車架部件制造精度的優(yōu)劣，將 直接影響乘者的安全、平穩(wěn)和輕快。 自行車零件 —— 車把 車把屬于自行車的導向部件，乘者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。 車把按形狀可分為平把、下垂把、上翹把等，按使用時手握的位置相對于把橫管的位置可分為前置式和后置式。設計時應按不同的車種選擇合適的車把。運動形自行車宜采用平把和下垂把，以手 前置式為宜 。 圖 自行車零件 —— 前叉 前叉是自行車的導向部件之一。 前叉在自行車結(jié)構(gòu)中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。 前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質(zhì)，故前叉部件必須具有足夠的強度等性質(zhì)。 車胎充足氣后，車輪與道路的接觸面積小，摩擦阻力相應減小，使得行駛較輕松。 但是，一旦遇上高低不平的道路，就會顛簸不穩(wěn)，特別是前 叉震動更加厲害。因此，近幾年來，人們又研究出了具有減震作用的前叉 ——避震前叉。避震前叉將自行車的車架和前輪彈性的連接在一起，可吸收并緩解因路面不平而傳遞給車架的沖擊和震動，保持騎行的舒適和平穩(wěn)。由于減震裝雹具有緩沖作用，可以避免某些零件因過分震動而損壞。 自行車零件 —— 鞍座 鞍座是保證長時間騎行不疲勞的關鍵部件，運動車一般采用無彈簧式鞍座一一鞍座面下應采用較硬的海綿，形狀以狹長為宜。鞍座的長度、寬度的鞍梁的結(jié)構(gòu)是以車型和乘者的性別、習慣來確定。鞍座的結(jié)構(gòu)設計應充分考慮乘者舒適。 鞍座依靠鞍管與 車架做鋼性連接，用來承受人體的重量。具體來說：鞍座面：是人體體重的支撐面，具有良好的強度和彈性，它由鞍座面皮和墊皮組成。 鞍座架：又稱鞍梁，是鞍座的主體，其結(jié)構(gòu)比較復雜，一般由前后撐板，左右鞍撐，上下梁組成，并連接和支撐鞍面。 鞍座簧：實質(zhì)上是鞍座架的一部分。它支撐著鞍座架和鞍座面，起著緩沖和減震的作用。鞍座簧的形式有立簧、臥簧和拉簧等幾種。 鞍座夾：又稱鞍座卡，是由夾緊螺釘，座夾和夾板等組成，用來將鞍座固定 在鞍簧上。自行車的座墊下安裝彈簧，可以利用它的緩沖作用以減小震動。 自行車零件 —— 車輪 自行車的車輪屬于導向系統(tǒng)（前輪）也屬于驅(qū)動系統(tǒng)（后輪），其種類型主要分為傳統(tǒng)型（輻條型）和實體型。 傳統(tǒng)的自行車車輪由輪胎（內(nèi)胎、外胎）、輻條，花轂等組成，其結(jié)構(gòu)造型其中，車輪的外胎又分軟邊胎和硬邊胎兩種。軟邊胎斷面寬，能全部裹住內(nèi)胎，著地面積比 較大，能適宜多種道路行駛。硬邊胎自重輕，著地面積小適宜在平坦的道路上行駛，具有阻力小，行駛輕快等優(yōu)點。外胎上的花紋是為了增加與地面的摩擦力。山地自行車的外胎寬度特別寬，花紋較深也是適應越野山地用。車輪的輻條一般是等徑的，為了減輕重力，也有制成兩端大、中間小的變徑輻 條，還有為了減少空氣阻力將輻條制成扁流線型。 但近幾年，市場上出現(xiàn)了脫離傳統(tǒng)的車輪 ——實體車輪，整個車輪都是一體的。這些造型奇特的車輪一般都用在運動型自行車上。 兩種類型的車輪相較，輻條車輪較輕，但實體車輪更符合空氣動力學原理。 自行車零件 —— 踏板組合件 踏板是自行車驅(qū)動系統(tǒng)的主要部件，是自行車驅(qū)動力 ——蹬力的 “傳點 ”。在這組 組合件中包含中軸、曲柄等多種零件，具體組裝三維模型 腳蹬部件 腳蹬部件裝配在中軸部件的左右曲柄上，是一個將平動力轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動力的裝置，自行車騎行時，腳踏力首先傳遞給腳 蹬部件，然后由腳蹬軸轉(zhuǎn)動曲柄，中軸，鏈條飛輪，使后輪轉(zhuǎn)動，從而使自行車前進。因此腳蹬部件的結(jié)構(gòu)和規(guī)格是否合適，將直接影響騎車人的放腳位置是否合適，自行車的驅(qū)動能否順利進行。 腳踏板 腳踏板可分為整體式腳踏板和組合式腳踏板。無論什么款式的腳踏板都必須有腳踏面，必須安全可靠，并且具有一定的防滑性能，制造材料可以選用橡膠、塑料或金屬。 腳踏板必須轉(zhuǎn)動靈活。腳踏板是整個車子，旋轉(zhuǎn)部位的動力源，過去的踏板其鞋底板自出力點中央至曲柄的距離都超過５２哪。近年來國外有新品，踏板軸的長度縮短為４７ｒａｍ是可增加力矩的。 曲柄 曲柄的長度使用上，原則以下肢長來調(diào)配，此外還得考慮項目的應用，一般曲柄大眾化的尺寸，都是從 cm 起，每隔 cm 為一標準，到 cm， (16 、170、 、 175) 等五種，但實際應用時對其尺寸的要求更為精密化。 鏈條 鏈條又稱車鏈、滾子鏈，安裝在鏈輪和飛輪上。其作用是將腳踏力由曲柄、鏈輪傳遞到飛輪和后輪上，帶動自行車前進。 創(chuàng)建布局草圖 創(chuàng)建一個新的裝配體，在前視基準面創(chuàng)建一個自行車草圖，在該草圖中繪制關鍵 零件，并把每個零件生成塊，其中塊的名稱 修改成零件的名稱，如圖 自行車布局草圖。每個塊只需要表達零件的關鍵形狀、尺寸和位置即可，不需要畫上全部的細節(jié)。 鏈輪 鏈輪需用高強度鋼材制成，保證其達到需要的拉力強度。 飛輪 飛輪以內(nèi)螺紋旋擰固定在后軸的右端，與鏈輪保持同一平面，并通過鏈條與鏈輪相連接，構(gòu)成自行車的驅(qū)動系統(tǒng)。 飛輪從結(jié)構(gòu)上可分為單級飛輪和多級飛輪兩大類。 單級飛輪又稱為單鏈輪片飛輪，主要由外套、平擋和芯子、千斤、千斤簧、墊圈等零件組成。單級飛輪的工作原理：當向前踏動腳踏是，鏈條帶動飛輪向前轉(zhuǎn)動，這時飛輪內(nèi)齒和千斤相含，飛輪 的轉(zhuǎn)動力通過千斤傳到芯子，芯子帶動后軸和后輪轉(zhuǎn)動，自行車就前進了。當停止踏動腳踏板時，鏈條和外套都不旋轉(zhuǎn)，但后輪在慣性作用下仍然帶動芯子和千斤向前轉(zhuǎn)動，這時飛輪內(nèi)齒產(chǎn)生相對滑動，由此將芯子壓縮到芯子的槽口內(nèi)，千斤又壓縮了千斤簧。當千斤齒頂滑到飛輪內(nèi)齒頂端時，千斤簧被壓縮得最多，再稍微向前滑一點，千斤被千斤簧彈到齒根上，發(fā)出 “嗒嗒 ”的聲響。芯子轉(zhuǎn)動加快，千斤也很快在各個飛輪內(nèi)齒上滑動，發(fā)出 “嗒嗒 ”的聲音。當反向踏動腳踏時，外套反向轉(zhuǎn)動，會加速千斤的滑動。使 “ 嗒 嗒”聲響的更急促。 多級飛輪是自行車變速裝置中的一 個重要部件。多級飛輪是在單級飛輪的基礎上，增加幾片飛輪片，與中軸上的鏈輪結(jié)合，組成各種不同的傳遞比，從而改變了自行車的速度。 自行車零件 —— 后座、擋泥板、鏈盒 自行車的部件除了上述的幾種主要部件，還包括擋泥板、撐腳、車閘等附件，具體功用、造型如下所述： １ 、 擋泥板： 擋泥板屬可選擇性部件，休閑自行車一般都會安裝，但運動車一般以不裝擋泥板為宜，有時也可采用窄形擋泥板。 后座 后座又稱貨架，其功用主要用來承載，一般自行車都有安裝，運動車則很少安裝。后座的造型非常多，圖 211 及是比較常見的造型 車閘 車閘是保證騎乘者安全的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是剎車的制動點不在輪緣上，不會損壞車圈的電鍍層。車間按制