【正文】 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。 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。腳踏式休閑車(chē)設(shè)計(jì) –29– 參 考 文 獻(xiàn) [1]孫桓 ,陳作模 ,機(jī)械原理 [M].北京：高等教育出版社 ,2021. [2]方建軍 ,劉仕良 .機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021. [3]高秀華等 .機(jī)械三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仿真技術(shù) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021. [4]胡蓉 ,胡如夫 .機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)協(xié)同開(kāi)發(fā)技術(shù) [J]機(jī)床與液壓 . 3. [5]方建軍 ,劉仕良 .機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析 [M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021. [6]胡仁喜 ,郭軍 ,王仁廣 .SolidWorks 2021 中文版機(jī)械設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用實(shí)例 [M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [7]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)聯(lián)合編寫(xiě)組 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M] 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ,1982,285442. [8]詹維迪 .SolidWorks 快速入門(mén)教程 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [9]詹維迪 .SolidWorks 產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例教程 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 ,2021. [10]賈松 ,胡青春 .新型休閑車(chē)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].中國(guó)制造業(yè)信息化 ,2021 (7). [11]張簡(jiǎn)一 ,張 莉 .以休閑車(chē)為例看產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì) [J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,2021 (6). [12]楊耀山 ,梁桂明 .休閑車(chē)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和應(yīng)用 [J].機(jī)械工程師 ,2021 (1). [13]曠紅梅 ,楊隨先 .基于人機(jī)工程學(xué)的休閑車(chē)騎姿改進(jìn)設(shè)計(jì) [J].機(jī)械 2021 (3). [14]尹玲 .休閑車(chē)的人機(jī)分析與改進(jìn) [J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,2021 (6). 腳踏式休閑車(chē)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。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(chē) 的 功能性 。 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。 圖 41 3D模型圖腳踏式休閑車(chē)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(chē)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(zhuān)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(zhuān)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。 此次設(shè)計(jì)主要為應(yīng)用型設(shè)計(jì)，在材料的選擇上既可以選擇低成本的鐵質(zhì)材料，也可以使用鈦合金材料作為車(chē)架的主體材料。擁有更輕松休閑的騎行。而且管件最終的尺寸可能有變。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。一是可慮到加工難度不高，二是比例相對(duì)于更為優(yōu)雅而古典，且具有城市代步車(chē)的味道。由于休閑車(chē)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。 ⑤ 騎車(chē)人身體的上下振動(dòng)的能量損失 :從帶有減震的車(chē)架和鞍座到騎車(chē)人身體的上下振動(dòng)，其能量的損失有時(shí)很大。 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。設(shè)計(jì)賽車(chē)等休閑車(chē)時(shí)應(yīng)特別重視這一點(diǎn)。 ③ 由于車(chē)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(chē)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(chē)架彎曲變形，并出現(xiàn)“抖動(dòng)”現(xiàn)象。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。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 (公斤力目前出現(xiàn)的高速休閑車(chē)、避風(fēng)式休閑車(chē)、流線型休閑車(chē)以及采用 “滴水管”和異徑輻條等，其目的均為了減輕空氣的阻力。壓力阻力有二種 :一種是車(chē)和人的前部氣流被緊擠，產(chǎn)生對(duì)抗車(chē)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(chē)和人吸住的負(fù)壓。 （ 2） 空氣阻力 休閑車(chē)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(chē)騎行阻力。 休閑車(chē)行駛阻力分析 （ 1） 滾動(dòng)阻力 相當(dāng)于車(chē)輪在路面上滾動(dòng)時(shí)所引起的能量損失。 （ 1） 對(duì) d2 ≥ζ ］ψ［ PR4[8]＝０ .６５ 10341539?? ≈４ .８ mm 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表１４ １３?。?P］ =10，∴取 d2 =5mm φ=H/ d2 [8]=3, M=φd2 [8]=5 3=15 腳踏式休閑車(chē)設(shè)計(jì) –25– 軸向力 F 取 1539N，根據(jù) BM 的結(jié)構(gòu)取 H=15， ζ取 （ 2） 內(nèi)螺紋的強(qiáng)度校核 τ = DbzFπ [8]= 1539 ???? ≤［τ］ =［ σ］ = 360=216MPa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 GB19681 取 P=，則 b=[8]= = 查《常用金屬材料手冊(cè)》 σs =600MPa, ［ σ］ =360MPa 故滿足強(qiáng)度校核 （ 3） 螺桿螺紋強(qiáng)度校核 σca =231221)(3)4 dTdF ?π（ ≤［ σ］ [8] 即 2222 153 153 94 ）（）（ ???? =185360MPa T=T2 =[8]= 1539 5=1539 ∴滿足強(qiáng)度校核，選 用 M5 材料為 45 鋼的滾花高頭緊定螺釘。從而達(dá)到改變行程的目的。 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。 （ 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(chē)架，鈦必定會(huì)奪去鋁的“輕量王”的寶座。 （ 3） 碳纖維制休閑車(chē)是有前途的，通過(guò)應(yīng)力計(jì)算會(huì)找到最適合的加工條件。結(jié)果它的命運(yùn)將和鉻鉬鋼一樣。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(chē)架。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。 （ 1） 鉻鉬鋼已經(jīng)使用了很久，對(duì)它的研究也最多，除非有什 么突破，鉻鉬鋼的前途可想而知的了。 腳踏式休閑車(chē)設(shè)計(jì) –24– 材料的選擇 已經(jīng)介紹了幾種休閑車(chē)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。 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。 鎂合金車(chē)架的缺點(diǎn) ： 生產(chǎn)鎂車(chē)架的廠商都說(shuō)耐腐蝕性好。切粉的燃燒、爆炸等能夠通過(guò)合金元素來(lái)回避的話，剪斷、溶接性可能不會(huì)差。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。通過(guò)合金化耐腐蝕性也得到進(jìn)一步提高。它是不容易腐蝕的活性金屬。最好不要放置在陽(yáng)光下。 ② 老化 使用樹(shù)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。 碳纖維車(chē)架的缺點(diǎn) ： ① 復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算 構(gòu)成碳纖維車(chē)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。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(chē)。碳纖維車(chē)架非常輕，這是它的密度和強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度構(gòu)成的。但成本太高。 （ 4） 碳纖維 (CERP) 碳纖維車(chē)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。鈦的焊接必需隔絕空氣下進(jìn)行。因此用惰性氣體小心焊接。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。 ② 不生銹：鈦 在一般的環(huán)境下幾乎不會(huì)被腐蝕。 鈦合金車(chē)架的優(yōu)點(diǎn) ： ① 可以制作輕量而強(qiáng)度大的車(chē)架純鈦金屬的強(qiáng)度更高。鈦金屬給一些人錯(cuò)覺(jué)，貴而稀有，實(shí)際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。鈦合金給人的印象是輕而硬。 ② 需要進(jìn)行熱處理必需進(jìn)行熱處理，否則強(qiáng)度不夠。 鋁合金車(chē)架的缺點(diǎn) ： ① 鋁是彈性率及剛性低的材料。 鋁本身是很容易受腐蝕的金屬，在空氣中幾乎不存在沒(méi)有被氧化的鋁，放置在空氣中馬上被氧化而形成很薄的氧化膜。就是說(shuō)把車(chē)架放置在房間內(nèi)也會(huì)逐漸變強(qiáng)。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)。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。最近的鋁合金車(chē)架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對(duì)鋁管進(jìn)行熱處理等，制造出輕而有剛性的車(chē)架，這種最新的鋁合金車(chē)架對(duì)車(chē)手來(lái)說(shuō)，具有足夠的輕量與剛性。老車(chē)手對(duì)它的反應(yīng)是『雖輕但易彎曲』。輕 而價(jià)格低是它的優(yōu)點(diǎn)。但是最近的鐵素材車(chē)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。因此可以選擇最適合于的尺寸、剛性、騎感的車(chē)架，這對(duì)于數(shù)毫米的差異也敏感的老車(chē)手來(lái)說(shuō)是很有好處的。 （ 1） 鉻鉬鋼 (Fe— Cr— Mo) 在休閑車(chē)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。碳纖維車(chē)架的特點(diǎn)是可以一體成型，不需要焊接，不過(guò)每個(gè)車(chē)架需要特殊的模具制造，成本也很高。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(chē)所采用。就其主要構(gòu)件 —— 車(chē)架而言，休閑車(chē)車(chē)架的材料有已往使用的鉻鋁鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現(xiàn)新材料。 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 b1=，滾子直徑 d1=，銷(xiāo)軸直徑 d2=，內(nèi)鏈節(jié)高度 h2=，中心距 a0=468mm。 鏈條的各參數(shù)的確定 根據(jù) GB/T 12431997 選擇 自行車(chē) ISO 鏈號(hào) 08A1112， GB/T 12431997（因鏈條必須符合變速要求）。 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(xiāo)軸和襯套的磨損表面易發(fā)生膠合破壞。 自行車(chē) 鏈傳動(dòng)的主要失效形式有： 腳踏式休閑車(chē)設(shè)計(jì) –20– 鏈條的疲勞破壞：在傳動(dòng)過(guò)程中，鏈條元件受變應(yīng)力的作用，經(jīng)過(guò)一定循環(huán)次數(shù)，鏈條發(fā)生疲勞斷裂，滾子發(fā)生沖擊疲勞斷裂。 腳踏式休閑車(chē)設(shè)計(jì) –19– 圖 26 導(dǎo)向系統(tǒng)圖 自行車(chē)鏈條的設(shè)計(jì) 自行車(chē)鏈條的特點(diǎn)及主要的失效形式 自行車(chē)鏈條的特點(diǎn)： 自行車(chē)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(lèi)型 .自行車(chē)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。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。 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。 腳踏式休閑車(chē)設(shè)計(jì) –18– 圖 25驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖 此次休閑車(chē)采用模塊化設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)亦完全可以外購(gòu)，選擇合適的廠家獲得配件。 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(chē)設(shè)計(jì) –17– 齒寬 1bf == = 齒側(cè)倒角 ba公 稱(chēng) = = 齒側(cè)半徑 rx公 稱(chēng) =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(xiāo)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(xiāo)的抗剪切強(qiáng)度校核 ? ?