【正文】 把屬于自行車的導(dǎo)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。 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。 車架為了減輕管重量，提高強(qiáng)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。 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。 三維建模 ． 1 創(chuàng)建布局草圖 創(chuàng)建一個(gè)新的裝配體，在前視基準(zhǔn)面創(chuàng)建一個(gè)自行車草圖，在該草圖中繪制關(guān)鍵零件，并把每個(gè)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。 此外，為了安全和美觀，以及從實(shí)用出發(fā)，還裝配了車燈，支架等部件。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(dòng)的，從而使自行車不斷前進(jìn)。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。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。 (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。 (5)轉(zhuǎn)距 為了減少自行車的重量，提高運(yùn)動(dòng)性能，必須考慮盡量縮短輪距。 (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(yīng)地使上管縮短了。 (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。范圍內(nèi)。后角指立管軸線與地面夾角。賽車車架的前角更陡，采用 730750，這樣在騎行時(shí)反應(yīng)快，速度靈活。 (2)前角和后角 前角指前管對(duì)于車架的傾斜度。 結(jié)構(gòu)尺寸確定 (1)車架規(guī)格 運(yùn)動(dòng)員下肢 (大腿、小腿、腳 )的長短，決定車架的高度。 (3)要求有足夠的剛性和強(qiáng)度，并且盡量減少重量。要求外形尺寸合適，以提高騎行舒適性 。 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(shè)計(jì)應(yīng)以人為主，充分考慮到人體工程學(xué)、自行車運(yùn)動(dòng)學(xué)、形態(tài)美學(xué)等方面的知識(shí)。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。除考慮車架的造型結(jié)構(gòu)尺寸外，尤其應(yīng)該考慮自行車與人的協(xié)調(diào)關(guān)系，以及身體尺寸與自行車各部件之間的關(guān)系。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。在設(shè)計(jì)自行車的各部分尺 寸、車閘及變速器等時(shí)，應(yīng)該著眼于騎車人 —— 動(dòng)力 —— 傳動(dòng) —— 工作的連貫性，才可能設(shè)計(jì)出同騎車人手的大小或握力相適應(yīng)的閘把、剎車力適當(dāng)?shù)能囬l，才不會(huì)發(fā)生剎車阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象。絕大部分輪胎是充氣的，少數(shù)是實(shí)心的。保證較高的傳 動(dòng)效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。人的作用力是通過鏈條和鏈輪傳動(dòng)而帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使自行車前移。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(guān)系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運(yùn)動(dòng)與曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)之間的能量轉(zhuǎn)換問題。 人與動(dòng)力接受部件關(guān)系 動(dòng)力接受部件主要是腳蹬和曲柄。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(shí)現(xiàn)自行車的功能。因此，人在騎車時(shí)組成了人一車系統(tǒng)，該人一車系統(tǒng)中的人一車界面關(guān)系可由圖來進(jìn)行分析 。本章首先研究車架造型設(shè)計(jì)。同時(shí)，為了減少抗風(fēng)阻系數(shù)，以往管狀的車身已逐漸為扁平的設(shè)計(jì)所代替。 (3)遭震賽車 在登山自行車、下坡賽車上，為了降低自行車車輛重量，發(fā)揮乘騎者的最大極限，提高耐沖擊性，普遍采用高性能的前后叉避震設(shè)計(jì)，懸吊式后避震系統(tǒng)和彈簧壓迫式的傳動(dòng)系統(tǒng)。由 Bertone 公司和通用 (GM)的子公司歐寶聯(lián)合開發(fā)的山地自行車，用一根管材構(gòu)成的龍骨代替了傳統(tǒng)的四邊形車架。通過變速把上的電腦液晶 FLGHT DECK 電子顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示時(shí)間、平均速度、騎行總距離等17 種的功能。它選用高強(qiáng)度的壓鑄鋁、塑脂件，采用旋轉(zhuǎn)手柄、GD 型飛輪， 具有預(yù)撥功能，使得工 NDEX 系統(tǒng)達(dá)到平順、準(zhǔn)確的變速性能。內(nèi)裝變速器暗藏于后花鼓中，由于設(shè)計(jì)的空間有限，變速的范圍較有限，一般用于城市內(nèi)騎行的輕便車。 (1)多檔變速自行車 變速裝置的形式很多，內(nèi)裝、外裝、手動(dòng)無級(jí)變速、電氣式自動(dòng)無級(jí)變速、流體變速、細(xì)繩式、 帶式、隨動(dòng)式、離合器式、磁力式、連桿式、摩擦離合器式、摩擦板 式、離心力式、異型電機(jī)式、柱塞式、和諧傳動(dòng)、行星齒輪式、照相機(jī)光圈式、改變鏈輪徑、凸輪偏心式 (帶行星齒輪和鏈輪 )、橡膠變速式、滾珠螺絲變速等等。 自行車功能 自行車除了作為一種交通工具，還具有健身、娛樂、競賽等多方面功能。前輪配置的 12. 5 英寸避震器已獲臺(tái)灣專利權(quán) ，是目前臺(tái)灣行程尺寸最短的避震器。全車僅 32公斤，攜帶方便、機(jī)動(dòng)性高。車體材料采用堅(jiān)固而較輕 的欽合金，所有框架采用中空工藝加工，框架管子的壁厚僅有 1 毫米，此外，輪胎采用了聚氨酷橡膠等輕量材料，所有部位盡可能設(shè)法變輕 .折疊設(shè)計(jì)方面，對(duì)折疊后的高度、厚度都進(jìn)行了嚴(yán)格調(diào)查比較，產(chǎn)品最終實(shí)現(xiàn)了能滿足多種情況下的攜帶與放置。車架制造采用“中空事骨架件”方法，既有效提高車架抗扭強(qiáng)度 .又可顯著減輕車架重量。 (2)折圣式自行豐 德國斯圖嘉特市車輛設(shè)計(jì)鍛造公司最近開發(fā)成功一種隨意放入任何一種行李箱內(nèi)的微型折疊式自行車。而折疊式自行車是近幾年發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)的自行車 .結(jié)構(gòu)更簡便，性能更高 . (1)獨(dú)轉(zhuǎn)健身自行豐 一種獨(dú)輪健身自行車，由搖動(dòng)手柄、腳踏，輪子和保護(hù)架構(gòu)成，搖動(dòng)手柄和腳踏分別與棘爪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 的棘爪固定，棘輪與車輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)。“流線型”結(jié)構(gòu)造型以及改變駕駛者的姿態(tài)的“身尚式”造型是自行車造型發(fā)展的新趨勢。車的前輪有一個(gè)轉(zhuǎn)矩，電池安裝在座墊下面，車駕與擋泥板創(chuàng)造出一種優(yōu)美的流線形。有種無輻條、前后輪均為碳素鋼輪的自行車，其前輪略小，后輪略大，造型整體呈前傾狀態(tài)，高速行駛時(shí)，能減少空氣阻力具有較強(qiáng)的速度感和力感。但整體成型碳纖維車架國內(nèi)目前還是空白。 1993 年，我國天津飛鴿自行車 (集團(tuán) )公司和北京環(huán)航復(fù)合材料公司聯(lián)合投資開發(fā)粘接型碳纖維自行車。隨后 .公司于 1993 年聯(lián)合開發(fā)整體碳纖維自行車構(gòu)架，便臺(tái)灣自行車工業(yè)發(fā)展上一新臺(tái)階。以確保自行車的強(qiáng)度。隨后，歐美等國對(duì)自行車進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助受力分析和強(qiáng)度計(jì)算，使計(jì)算機(jī)外形更符合人機(jī)工程學(xué)的要求，研制出碳纖維整體車架成型工藝。碳纖 維自行車的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r如下所述。 碳纖維是一種纖維補(bǔ)強(qiáng)的熱固樹脂，屬于非金屬材料，它重量輕、可塑性大、耐牢性卓越，防震性能好，與同質(zhì)量的金屬相比有更優(yōu)良的強(qiáng)度與剛硬度 。 欽合金在航空工 業(yè)上普遍被運(yùn)用，同時(shí)也漸漸被自行車行業(yè)所注意。近年來鋁合金材質(zhì)在車架上運(yùn)用了新技術(shù)，其中漸進(jìn)式抽管法最被看好，即分?jǐn)?shù)次將鋁材逐漸抽薄，減少重量而又不損失強(qiáng)度，消除了車架接縫處的潛在斷裂處。 第 3 章 自行車的一般設(shè)計(jì) 自行車的新型材料 運(yùn)用在自行車上的材料多種多樣，目前比較流行的材質(zhì)有鋼材、鋁合金、鎂合金、欽合金、高分子碳纖維材料、復(fù)合材料等。 骨架感念 骨架法即在組裝件裝配環(huán)境中建立一個(gè)骨架零件模型，該模型確定了整個(gè)組件中各個(gè)零件之間的布局關(guān)系、約束關(guān)系及其特征等重要設(shè)計(jì)信息，主要元件模型的建立與裝配都基于該骨架模型。 缺點(diǎn)：關(guān)聯(lián)參考復(fù)雜，對(duì)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)整體實(shí)力和圖檔管理能力要求高。在需要修改設(shè)計(jì)時(shí)，通過修改總體布局，所有相關(guān)零件會(huì)自動(dòng)更新。驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正確后開始建立零部件的虛擬結(jié)構(gòu)，把主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)形狀傳遞到相應(yīng)的零部件中。 布局符合傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)流程，先進(jìn)行裝配體布局，然后進(jìn)行任務(wù)分解和分派，詳細(xì)設(shè)計(jì)后在進(jìn)行匯總。 缺點(diǎn)：如果零部件之間有復(fù)雜的相互運(yùn)動(dòng)，或者零部件非常多，這樣設(shè) 計(jì)就很困難。 （即主零件法）在一個(gè)主零件中完成整體設(shè)計(jì)，然后使用多體或分割的方法，將主零件分解為多個(gè)局部并傳遞到單獨(dú)的零部件中，對(duì)分解后的零件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì) ，最后在裝配體內(nèi)進(jìn)行匯總以完成設(shè)計(jì)。 缺點(diǎn)：關(guān)聯(lián)是單向的，并且當(dāng)關(guān)聯(lián) 很多時(shí)不易查找參考源和修改錯(cuò)誤。 關(guān)聯(lián)參考法是基礎(chǔ)的 自上而下 設(shè)計(jì)方法，它通過零部件之間的關(guān)聯(lián)參考來傳遞設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)，從而達(dá)到修改一個(gè)零部件，則相關(guān)零部件根據(jù)關(guān)聯(lián)自動(dòng)更新的目的。 自上而下設(shè)計(jì)分類 SolidWorks 的 自上而下 設(shè)計(jì)方法主要分為三類：關(guān)聯(lián)參考、外部參考法和布局。對(duì)總工程師的要求更高，如果初始布局不合理，則需要進(jìn)行大量修改，甚至因?yàn)闊o法修改而導(dǎo)致整體崩潰。 復(fù)雜：零部件之間有 大量的關(guān)聯(lián)參考，會(huì)增加零部件的復(fù)雜度，有時(shí)候甚至因?yàn)檎也坏絽⒖荚搭^而無法修改。 效率高：一處修改而全局變化。 自上而下的特點(diǎn) 自上而下的設(shè)計(jì)方法就是從整機(jī)、分系統(tǒng)、子系統(tǒng)等不同的父子模塊按順序入手，按照實(shí)際裝配的工藝過程，綜合考慮各個(gè)模塊之間的約束因素，最后逐層將詳細(xì)設(shè)計(jì)動(dòng)作分解到每個(gè)零件的設(shè)計(jì)方法。 局限性強(qiáng)：設(shè)計(jì)修改局限于單個(gè)零部件，不能總攬全局進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改 修改單個(gè)零部件后，相關(guān)零部件不能自動(dòng)更新，需要進(jìn)行手工 干預(yù)。 簡單：由于零部件單獨(dú)設(shè)計(jì)，彼此之間沒有相互關(guān)聯(lián)參考，所以建模簡單，不容易出錯(cuò)，即使出現(xiàn)錯(cuò)誤也容易判斷和修改。如果出現(xiàn)重大設(shè)計(jì)變更，就會(huì)影響到大量零部件，必須手工辨別和修正每一個(gè)零部件來滿足設(shè)計(jì)的調(diào)整，所以這種設(shè)計(jì)方法一般應(yīng)用在已有的產(chǎn)品的建?；蛘邩?biāo)準(zhǔn)零部件的設(shè)計(jì)。通常，創(chuàng)建完成裝配體后，會(huì)發(fā)現(xiàn)模型不符合要求，只有手工調(diào)整每一個(gè)相關(guān)模型。 自上而下設(shè)計(jì)的概 念和方法 Solidworks 的設(shè)計(jì)方法有兩種，自下而上設(shè)計(jì)和自上而下設(shè)計(jì)。 SolidWorks 的基本特性與以前的桌面 CAD 機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)相比較具有以下特性： Windows 用戶界面； ； ； Inter 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享； VB、 VBA(宏記錄 )、 Visual C++、 Delphi 等支持 OLE(Object Linking and Embedding, 對(duì)象鏈接與嵌入 )或 COM（ ComponentObject Model,組件對(duì)象模型）的開發(fā)語言接口用于 SolidWorks 的二次開發(fā) ,創(chuàng)建出用戶定制的專用 SolidWorks 功能模塊。在全球銷量已達(dá)到 30萬套，排名處于 3D CAD 軟件銷售榜 首，遙遙領(lǐng)先與其他同類產(chǎn)品。 Hull 和他的合作者們 [18]研究了騎車生物力學(xué)，用五趕平面機(jī)構(gòu)模擬具有圓鏈輪驅(qū)動(dòng)的腳蹬自行車系統(tǒng)，探討了腳蹬力和腳蹬速率如何影響騎行過程以及鉸鏈力矩節(jié)奏的關(guān)系。結(jié)果表明，自頂向下設(shè)計(jì)方法為提高產(chǎn)品的快速更新設(shè)計(jì)提供了一條新路子。鄭向華 [15]基 于 Solidworks 的機(jī)械手運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)，本文在上料機(jī)械手設(shè)計(jì)與研 究的基礎(chǔ)上，具體進(jìn)行了機(jī)械手仿真動(dòng)畫設(shè)計(jì)。李立順、孟祥德等人 [13]的論文基于 Solidworks 的整車自裝卸車虛擬設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真，主要介紹了基于Solidworks 軟件進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)虛擬設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)仿真的基本方法，綜合利用 Solidworks的參數(shù)化、變量化建模技術(shù)以及自下而上和自上而下相結(jié)合的設(shè)計(jì)方法，完成了整體自裝卸車的虛擬設(shè)計(jì)，證明了這種方法可有效提高設(shè)計(jì)效率，具有良好的應(yīng)用前景。 劉軍、耿國強(qiáng) [11]的主要研究了 Solidworks 自上而下設(shè)計(jì)方法。分析了自行車模塊化概念設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ,并把該系統(tǒng)拆分成 3 個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng) :基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、自行車模塊化數(shù)據(jù)庫、用戶交互接口 。宋賢敦 [8]自針對(duì)自行車設(shè)計(jì)，從自行車的使用要求，及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行展開闡述。 實(shí)踐部分對(duì)兒童自行車進(jìn)行了模塊化的劃分 ,歸納 出適于兒童參與設(shè)計(jì)的基本模塊部分。 王璞 [7]主要研究兒童自行車，是 以兒童為中心的前提下提出了兒童參與設(shè)計(jì)的方式、分析了兒童參與自行車設(shè)計(jì)的組織過程 ,并構(gòu)建了兒童自行車用戶參與設(shè)計(jì)的任務(wù)模型和思維模型。鄧?yán)?[6]研究參數(shù)化模板 的自行車快速設(shè)計(jì)方法，是 針對(duì)自行車的設(shè)計(jì)建立了基于 UG 的專用 CAD 系統(tǒng)。 林霜 [5]的論文主要研究與分析自行車設(shè)計(jì)中的人機(jī)因素， 從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā) ,對(duì)自行車設(shè)計(jì)的發(fā)展、自行車設(shè)計(jì)中人的因素和自行車設(shè)計(jì)人機(jī)關(guān)系進(jìn)行分析和研究。陳東祥 、胡冬梅 [4]的碩士論文基于 Pro/Engineer 的自行車參數(shù)化計(jì)系統(tǒng)中是對(duì)當(dāng)前我國 CAD 技術(shù)應(yīng)用日益普及和推廣，而自行車 CAD 二次開發(fā)相對(duì)落后的現(xiàn)狀，利用 Pro／ Engineer 提供的二次開發(fā)工具 Pro／ Toolkit 和 VisualC++6． 0 的集成開發(fā)環(huán)境，對(duì) Pro／ Engineer 進(jìn)行二次開發(fā)，建立了一個(gè)快速的自行車設(shè)計(jì)系統(tǒng)。謝慶森、林俊聰 [2]等人在基于 Pro/E 的自行車參數(shù)化設(shè)計(jì) 主要是縮短自行車設(shè)計(jì)的周期，提高自行車設(shè)計(jì)的水平，提出了自行車參數(shù)化設(shè)計(jì)理論，闡述了系統(tǒng)的構(gòu)建原理和系統(tǒng)框架。 Solidworks 是美國 Solidworks 公司的一款高性能三維機(jī)械設(shè)計(jì)提供了一個(gè)方便的可視化平臺(tái)，設(shè)計(jì)創(chuàng)建自行車的三維模型，把整個(gè)自行車系統(tǒng)拆分成相互獨(dú)立且整體統(tǒng)一的模塊，模塊內(nèi)部的零件又可以實(shí)現(xiàn)互換的柔性化裝配。該技術(shù)在機(jī)械工程、化工設(shè)備。運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)等 知識(shí)完成自行車骨架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)同時(shí)，利用 Solidworks 的建模功能，建立三維模型。自上而下法在 Solidworks 也成“關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)”，是 指在裝配體的布局草圖上布置設(shè)計(jì)信息，然后把信息傳遞到下級(jí)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，