【正文】 鈦合金車架 鈦合金車架的優(yōu)點 ： (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。 (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。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，因為湖北文理學(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 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。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。 碳纖 維車架 碳纖維車架的優(yōu)點 ： (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，是因為其內(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。 (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。但是因為各個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。 碳纖維車架的缺點 ： (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。 (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。 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。 湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 11 頁 裝 訂 線 本課題研究的主要內(nèi)容 了解自行車設(shè)計的發(fā)展，通過各個時期自行車的造型特點、結(jié)構(gòu)、材料、色彩等設(shè)計要素分析自行車外觀造型特點 ,從而總結(jié)出各個時期自行車設(shè)計的發(fā)展特點，預(yù)測 自行車的發(fā)展趨勢。 其基本結(jié)構(gòu)包括： （ 1） 多功能 自行車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 3） 多功能 自行車結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計。 本章小結(jié) 本章主要 介紹了 課題的研究 主要內(nèi)容，介紹了介紹了自行車的發(fā)展趨勢，明確了研究 目的和意義，通過對這些問題的分析和探討 ,更加深入 地 了解 了 課題研究的必要性。 自 底向上的產(chǎn)品設(shè)計就是先設(shè) 計好產(chǎn)品的各個零部件，然后再把各個零部件逐一裝配成完整產(chǎn)品的設(shè)計方法。但是其設(shè)計理念還不夠先進(jìn)產(chǎn)品需求分析，設(shè)計方法還不夠靈活，還不能完全適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計的基本要求。 由頂向下的裝配設(shè)計與由底向上的設(shè)計方法正好相反。在現(xiàn)代的虛擬產(chǎn)品設(shè)計中，往往都是先設(shè)計出整個產(chǎn)品的外在概念和功能概念后，逐步對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計上的細(xì)化直至單個零件。 自行車的傳動部分：包括了鏈條，曲柄，飛輪，大齒盤，轉(zhuǎn)動中軸，由人驅(qū)動腳踏，通過以上零件，驅(qū)動自行車的前行。 警示裝置：包括車閘剎車、摩電燈、車玲、反光片等。 自行車設(shè)計原則與設(shè)計流程 自行車設(shè)計 原則 自行車 設(shè)計 不僅要考慮 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性、舒適性 ， 還要 考慮 人體在內(nèi)的自行車主要部件 的尺寸結(jié)構(gòu)， 即前部 (人的肩寬與車把的寬度、前叉翹度、前輪的質(zhì)量等 )， 中部 (人的臂長與車架上管的長度、立管的高度、前叉斜度 )和后部 (人的腿長度和鞍座位置 等 )，以 達(dá)到最佳 舒適 效果。騎行時的姿勢就是騎自行車時 的工作姿勢，在自行車設(shè)計時應(yīng)考慮騎車時的舒適，便于用力、并不易 產(chǎn)生 疲勞。 人們對生活、交通的 質(zhì)量 的要求在不斷的提高，自行車的設(shè)計應(yīng)考慮對自行車的舒適性、安全性、美觀性、提高速度、省力等多方而的性能進(jìn)行提高 ，并向多功能方向發(fā)展。 本設(shè)計除完成自行車的一般功能外，折疊后也可以成為一個輪椅，實現(xiàn)一機(jī)多用。設(shè)計方案如圖所示。傳統(tǒng)車架有如下幾種型式 。 圖 多功能自行車 的結(jié)構(gòu) 及功能 車架采用的是鋼管結(jié)構(gòu)，表面的洛氏硬度為 80~90， 強(qiáng)度為 70， 結(jié)合材料力學(xué)和理論力學(xué)的知識，經(jīng)過對鋼架的結(jié)構(gòu)分析，以及考慮到車輪輪胎和鋼圈的承受壓力，我們可以得出自行車的重心位于自行車的中點靠后輪 100mm。 全車采用鋁合金鋼架結(jié)構(gòu)，鞍座采用 pick 特殊材料，車輪采用橡膠結(jié)構(gòu)，全車總重量為15kg 左右。 車架的設(shè)計 車架是自行車各零部件安裝依附的主體部件，車架的結(jié)構(gòu)決定了自行車的類型，也 是構(gòu)成自行車的基本結(jié)構(gòu)體，它具有載人和承受各種不同環(huán)境的功能。同時，因人自身的騎行技能以及人體自身的動力的安全性，能夠安全載人便成為了車架的重要因素。在自行車騎行過程中，由于受到路面和人體本身造成的扭轉(zhuǎn)，橫彎，縱向彎曲等這段以及反復(fù)負(fù)載，車架的繞曲，會影響使用人群的穩(wěn)定感和舒適感。 自行車的車架起著支撐整個機(jī)構(gòu)的作用，各部件之間采用焊接的方式連接在一起，以加強(qiáng)整體的剛性。 為了減輕管重量，提高強(qiáng)度，較高檔的自行車采用低合金鋼管制造。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，將直接影響乘騎的安全、平穩(wěn)、和輕快。 圖 主 車架的 結(jié)構(gòu) 湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 17 頁 裝 訂 線 主車架采用流行型的車體構(gòu)成，符合現(xiàn)代人的審美觀念，時尚大方， 主車架與與腳踏等連接處采用弧線結(jié)構(gòu)支撐，考慮到以后折疊成輪椅時靠背支撐的穩(wěn)定行，在主車架中間附加一支撐，車架整體結(jié)構(gòu)如圖所示 。它支撐前輪，加上轉(zhuǎn)向功能，可以保持騎行的平穩(wěn)。 考慮到自行車的多功能，在前叉?zhèn)让姘惭b以后折疊輪椅用的座位部分。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(dǎo)向作用。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(qiáng)度等性質(zhì)。 湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 18 頁 裝 訂 線 圖 前叉及附 件 的結(jié)構(gòu) 把手的設(shè)計 把手是駕車者在行駛過程中控制方向的重要工具，其設(shè)計需考慮在踏步過程中，人的雙臂自然彎曲的角度，以及四指和拇指握住是的基本狀態(tài)。 自行車的車把如果偏低 ， 騎車者必須彎下腰 ， 時間久了 ， 就會感到腰酸背疼 ， 胳膊疲勞 。 2)車把的寬度 .經(jīng)實踐測量 ,當(dāng)車把的寬度接近于騎車者的 最大肩寬時 ,人能夠自然舒適地握住車把 ， 并能保持長時間不易疲勞 。 3)把手 :現(xiàn)行自行車的把手很多都是橄欖形的 ， 其實這并不符合人機(jī)工程學(xué)原理 ， 因為當(dāng)手握把手時 ， 手的屈肌和伸肌共同完成握把 。 4)把手的彎度 。 測試表明 ，把手與水平位置成 10176。 在實際生產(chǎn)過程中，可以使用彎管機(jī)和縮管機(jī)來進(jìn)行生產(chǎn)，還可以根據(jù)不同需求對扶手的各種角度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 大多數(shù)人長時間騎自行車，都會感到臀部疼痛 ， 之所以如 此，一部分原因是前傾式的騎車姿勢使騎車者會陰與車座前端產(chǎn)生磨擦，時間一久就會感到不舒服；一部分原因則是車座的尺寸與人體尺寸不符所致。這樣，身體的壓力使得坐骨結(jié)節(jié)被迫分離的趨勢過大，由此導(dǎo)致臀部的疼痛感。 前市場上存在的鞍座設(shè)計主要是由皮面、發(fā)泡、底殼、彈簧、卡子（固定在車上的部位） 這幾個部分組成。鞍座的皮面并不是直接安裝在底殼上的，為了避免湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 20 頁 裝 訂 線 堅硬的底殼給使用者坐骨區(qū)帶來的不適，中間加了一層發(fā)泡。大大減輕了坐骨區(qū)神經(jīng)壓迫的痛苦，無疑這個設(shè)計是對使用者身體安全的保障。這種要求是不能使臀部有疼痛的感 覺，因此要增大鞍座面的受力面積，減少壓力，同時盡可能的使用減震彈簧。 圖 鞍座的 結(jié)構(gòu)設(shè)計 腳蹬的設(shè)計 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(jìn)。 圖 腳蹬 的結(jié)構(gòu)設(shè)計 車把與鞍座之間的相對位置 車把與鞍座之間的相對位 置決定了騎乘者上半身的姿勢。提高車把高度可使背部彎曲度變淺，可以避免對腹部的壓迫，但力不易傳遞到前輪。所以良好的騎姿應(yīng)使騎乘者脊柱接近正常形態(tài)。 鞍座與腳踏之間的相對位置 鞍座與腳踏之間的相對位置直接影響蹬踏方式， 由鞍座相對中軸軸心的位置和曲柄長度決定。鞍座的位置由鞍座的高度和坐管傾角共同決定。大的坐管傾角使騎乘者重心靠前，有利于高速騎行，但不能長時間騎行。過長的曲柄將引起肌肉的過度伸長和過度縮短。此外，曲柄的長度還直接影響合理的踏速。 車輪的設(shè)計 為了騎行舒適和減少阻力 , 輪胎的柔軟性是最重要的因素。車胎的花紋一直在變化，第一種自行車輪胎的花紋仿照摩托車輪胎 ,是間隙寬的球突形花紋（如下圖所示）這種輪胎在柏油路上滾動的聲音大 , 并迫使你減速 , 但這種輪胎適宜在雪地、冰面和森林松土上行駛 , 盡管使用的時間較少 , 但它還是適于在士述地貌上使用的首選輪胎。第二種花紋呈“中突形” , 即輪胎側(cè)面為球突花紋 , 中間是一圈狹而光滑的突起 ,中突部兩邊的花紋是對稱的（如下圖所示）這種輪胎附著摩擦力強(qiáng) , 適用于松土路面 , 在平路上的滾動阻力也較小 , 但是當(dāng)自行車轉(zhuǎn)彎或傾斜時 , 輪胎與地之間的接觸是從中間突起轉(zhuǎn)移到側(cè)面 , 次時自行車的操縱穩(wěn)定性較差 , 并可能給騎車者帶來麻煩。這種花紋從輪胎中間到側(cè)面的過渡較平緩 , 這就提高了各種狀態(tài)下的自行車操縱穩(wěn)定性。 圖 設(shè)計的車輪紋理 以下就是考慮到整體設(shè)計思路和綜合性能， 車輪的結(jié)構(gòu)如圖所示。小輪盤結(jié)構(gòu)簡單，和車把柄相識，通過簡單命令完成。 圖 小輪盤 結(jié)構(gòu)設(shè)計 鏈輪 大輪盤的設(shè)計 大輪盤用高強(qiáng)度鋼材制成，保證其達(dá)到需要的拉力 ， 結(jié)構(gòu)同小輪盤。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(jìn)。 圖 鏈條 結(jié)構(gòu) 湖北文理學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 第 24 頁 裝 訂 線 折疊 后 的 輪椅座位設(shè)計 該自行車除滿足一般自行車的功能外，不騎車?yán)哿诵菹r 或腿部受傷騎不了時 ，可以折疊起來作為輪椅坐，輪椅座位由兩部分組成，分別附在前叉和后叉轉(zhuǎn)軸上，座位結(jié)構(gòu)和大小如圖所示。把人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于自行車設(shè)計中，將有利于對自行車性能的提高