IM体育官方网站折叠自行车的设计（全套设计含CAD图纸和SW建模三维图）浙 江 科 技 学 院 本科毕业设计 (论文 ) 开 题 报 告 题 目 折叠自行车的设计 学 院 机械与汽车工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制 124 学 号 1120110092 学生姓名 甘博文 指导教师 朱勇建 开题日期 2016 年 1 月 18 日 一、选题的背景与意义： 折叠自行车，英文名字是 常来 说，在车架部分设置有车架折叠关节，此装置可以将自行车的前轮及后轮对折。然后立管折叠关节可以改变自行车的高度。折叠后，自行车在长度及面积上，较折叠之前都会减少 45%以上。在折叠的过程中，不会用到外来工具，用手动的方式即可将自行车折叠。 展开时，锁紧固定横梁上的折叠机构便可以折叠骑行。 折叠自行车有很多优点。 于折叠后体积变小，可以放在家中或者汽车后备箱里，减少了日晒雨淋及被偷盗的风险。 需借助任何工具，手动即可调整把手，坐垫的位置。由于轮盘飞轮的尺寸比加大，频率相同时，速度 会超过大轮径普通车辆。 通，休闲皆适宜。在假日中，可以将其放在 汽车后备箱，这样不仅享受到了汽车的便利，还可以感受到大自然中骑行的乐趣。 目前，在经济发达的欧美国家中，折叠自行车占有很大的市场。很多人们都在家中备放折叠自行车 ，以备后用 。 而在我国，随着近年来我国城市建设速度很快，边远地区有很多经济开发区建筑，但是在短时间内没有公交车深入，人们又不喜欢长时间的步行，所以，折叠自行车便成为非常方便的工具。由于它折叠后体积小，高层住户在上下班坐电梯时可拎带，在住宅狭小的民居中，可将折叠自行车放置于床下， 不占居住面积，节省空间。 另一方面，人们生活水平的提高， 健康与环保的意识已经超越了物质需求，作为短途的代步工具，具备其他交通工具不可替代的功能。是学生党，上班族，老年人的理想选择。根据发达国家自行车的发展经验来看，我国处于经济高速发展和轿车大量进入民居家庭的时代，自行车产业也会出现更大的机遇，折叠自行车以其独一无二的特点，明显符合我国人民的需要，所以，前景非常广阔。 我们进行折叠自行车这项研究，希望利用所学的专业知识来解决折叠自行车设计过程中的相关问题，丰富自身对于折叠自行车的理解，并从这项研究和学 习中提升自身知识水平与见解。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 设计可折叠自行车，完成总体设计，使之满足以下要求 3，折叠后便于可用手拎，便于携带 ，不费力 。 距尽可能多地变大，稳定性良好，车身尺寸合理，可调整，适用人群范围大。 作程序应尽可能地不复杂。 全稳定 解决的主要问题 ： 1. 设计传动机构。目前主要的传动机构包括连杆传动机构，涡轮蜗杆动机构，凸轮传动机构，齿轮传动机构，链传动机构，带传动机构等等。 目前，在自行车领域中，链传动及齿轮传动应用较为广泛。 2. 选择合适的折叠器。 我们在大梁及车把折叠时，需用到折叠器。目前现有市场的折叠器多为钢扣，插销等形式的折叠器。使用时，先扣紧，然后再用小凸轮机构锁死。这些折叠器普遍存在一个问题，就是折叠操作时间长，费时费力。个别折叠器重量较大，不规则，零件松动容易脱落。设计一个操作简单，轻巧灵便的折叠器是必要的。 3. 车体的几何尺寸计算 车体几何尺寸 计算在设计中占有很大的比重。通过查找资料及计算，确定自行车的各项参数及整体尺寸。首先选择合理的原始数据，然后计算并确定设计参数。原始数据可能包括 立管长度，下管与立管的交点，前叉倾角与前叉翘度，前管长度，传动中心距及传动速比等。 4. 车体的强度计算 当车体的几何尺寸确定后，接下来便是校核车身强度，利用静应力相似分析法计算弯矩，剪力，轴力等，由内力算出危险截面的应力。保证安全强度。 三、研究的方法与技术路线： 研究方法： 根据设计要求，确定折叠自行车的总体设计方案，选择合适的传动机构及折叠器。计算车身的几何尺 寸并校核车身强度。绘出折叠自行车的二维 技术路线： 借助文献资料， 软件完成我的毕业设计。 四、研究的总体安排与进度： 2015 年 11 月 10 日 11 月 24 日 网上选题 2015 年 11 月 25 日 1 月 24 日 开题报告 文献阅读 2016 年 1 月 25 日 3 月 2 日 论文框架 结构设计 2016 年 3 月 3 日 4 月 13 日 完成 中期部分 论文 2016 年 4 月 14 日 5 月 16 日 修改报告 完成论文并答辩 五、主要参考文献： 1 蒋旻昱 折叠自行车设计探讨 上海海事大学 包装工程 201306 2 程宪春 朱志伟 孙淑红 折叠自行车设计研究 长春大学 中图分类号：章编号： 10012007） 070070601 3 陈恳 对折叠自行车的设计开发与思考 业界经纬 4 杜周勃 折叠车的调查与分析 长安大学工程机械学院 商品与质量 201108 5 梁莉 黄晓茹 折叠式自行车折叠器的设计 深圳大 学 机电与控制工程学院 机械设计与研究 2007 专刊 6 杨浒 车架折叠机构位置设计 国家轻工业自行车质量监督检测常州站 7 李九成 折叠自行车车体的几何计算 安阳自行车二厂 8 匡焱 折叠自行车的创新设计与研究 黄冈职业技术学院 行家论坛 9 张镇生 杨仲民 自行车车体的强度研究 西北轻工业学院学报 10岳从风 自行车的强度研究 沈阳机电学院学报 11 12 导教师审核意见： 指导教师签名： 年 月 日 宁学 毕业设计 (论文 ) 折叠自行车的设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 要 折叠自行车，通常来说，在车架部分设置有车架折叠关节，此装置可以将自行车的前轮及后轮对折。然后立管折叠关节可以改变自行车的高度。折叠后，自行车在长度及面积上，较折叠之前都会减少 45%以上。在折叠的过程中，不会用到外来工具，用手动的方式即可将自行车折叠。展开时，锁紧固定横梁上的 折叠机构便可以折叠骑行。 折叠自行车有很多优点。 于折叠后体积变小，可以放在家中或者汽车后备箱里，减少了日晒雨淋及被偷盗的风险。 需借助任何工具，手动即可调整把手，坐垫的位置。由于轮盘飞轮的尺寸比加大，频率相同时，速度会超过大轮径普通车辆。 通，休闲皆适宜。在假日中，可以将其放在汽车后备箱，这样不仅享受到了汽车的便利，还可以感受到大自然中骑行的乐趣。 关键词：自行车 ， 折叠式自行车 ，健身， 机械设计 is a of on 5%. In to on be 1. a to it be in or in of 2. be is be 3. a In it in so of a of in V 目 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪论 .题的背景与意义 . 4 叠自行车概述 . 5 叠自行车简述 . 5 叠自行车的特点 . 5 叠自行车的分类 . 5 叠自行车连接件的应用 . 6 叠自行车在国内和国外的情况 . 7 叠自行车的设计趋势 . 7 携化设计 . 7 性化设计 . 7 第 2 章 自行车总体设 计 .计原则 . 10 机工程设计 . 11 响自行车性能的因素 . 13 行车设计结构要素分析 . 15 一车动态特性分析 . 17 叠式自行车的构成 . 18 叠式自行车方案设计 . 19 第 3 章 折叠式自行车主要计算 .率的计算 . 20 动比 . 20 后链轮之间的链传动设计 . 21 计要求 . 21 V 计过程 . 21 的设计 . 23 轮上力的计算 . 23 料 . 23 算轴的最小直径 . 23 的结构设计 . 23 的校核 . 24 的校 核 . 25 承的校核 . 25 第 4 章 三维图的设计 .把组件 . 27 架 . 27 轮组件 . 28 轮组件 . 29 椅组件 . 30 条组件 . 30 车装配 . 31 结 论 .考文献 . 谢 .1 2 3 4 第 1 章 绪论 题的背景与意义 折叠自行车，英文名字是 常来说，在车架部分设置有车架折叠关节，此装置可以将自行车的前轮及后轮对折。然后立管折叠关节可以改变自行车的高 度。折叠后，自行车在长度及面积上，较折叠之前都会减少 45%以上。在折叠的过程中，不会用到外来工具，用手动的方式即可将自行车折叠。展开时，锁紧固定横梁上的折叠机构便可以折叠骑行。 折叠自行车有很多优点。 于折叠后体积变小，可以放在家中或者汽车后备箱里，减少了日晒雨淋及被偷盗的风险。 需借助任何工具，手动即可调整把手，坐垫的位置。由于轮盘飞轮的尺寸比加大，频率相同时，速度会超过大轮径普通车辆。 通，休闲皆适宜。在假日中，可以将其放在汽车后备箱，这样不仅享受到了 汽车的便利，还可以感受到大自然中骑行的乐趣。 目前，在经济发达的欧美国家中，折叠自行车占有很大的市场。很多人们都在家中备放折叠自行车，以备后用。而在我国，随着近年来我国城市建设速度很快，边远地区有很多经济开发区建筑，但是在短时间内没有公交车深入，人们又不喜欢长时间的步行，所以，折叠自行车便成为非常方便的工具。由于它折叠后体积小，高层住户在上下班坐电梯时可拎带，在住宅狭小的民居中，可将折叠自行车放置于床下，不占居住面积，节省空间。 另一方面，人们生活水平的提高，健康与环保的意识已经超越了物质需求，作为短途的代步工具，具备其他交通工具不可替代的功能。是学生党，上班族，老年人的理想选择。根据发达国家自行车的发展经验来看，我国处于经济高速发展和轿车大量进入民居家庭的时代，自行车产业也会出现更大的机遇，折叠自行车以其独一无二的特点，明显符合我国人民的需要，所以，前景非常广阔。 我们进行折叠自行车这项研究，希望利用所学的专业知识来解决折叠自行车设计过程中的相关问题，丰富自身对于折叠自行车的理解，并从这项研究和学习中提升自身知识水平与见解。 5 叠自行车概述 叠自行车简述 折叠自行车是一种可以改 变自身大小体积的便携式交通工具。通过车身上的折叠器，缩小车身大梁的体积，前轮和后轮叠在一起然后再调整车身上的支撑钢管，降低车身的高度，脚踏板可可以折叠。折叠后，体积缩小至原体积的 55%左右。折叠后，可放置于汽车后备箱，可手提至地铁车厢中，轻巧灵便。 叠自行车的特点 如果站在使用者的角度考虑，那么折叠自行车需要满足以下特点。（ 1）较轻的质量。（ 2）自行车折叠后，体积变小，形状规则，便于安放和提取。（ 3）折叠后可用手拖行。（ 4）使用时，展开后轮距应尽量地变大，拥有良好的纵向稳定性，合理的车身尺寸， 给予骑行者轻松舒适的骑行环境，拥有较大的调整范围以便于满足更多人群的需要。（ 5）车速应尽量等同于普通自行车骑行时的车速。（ 6）折叠，展开应方便，不需借用外部工具，不需费很大力。（ 7）材料质量良好，拥有绝佳的安全性能，折叠铰链要有较高的加工精度以保持长时间骑行的稳定性。（ 8）丰富的色彩。 叠自行车的分类 根据折叠方式的不同 ， 折叠自行车大致分为以下几类 。 （ 1） 车架大梁折叠式自行车 目前来看，市场上最主要的折叠方式便是车架大梁折叠，通过折叠器，将大梁在脚踏板的中央对折，使前后轮并在一起，脚踏板可以竖立放 置，座管及头管上有伸缩装置，可以改变折叠自行车的高度，从而达到减小自行车体积的目的。这种折叠方式多采用铰链链接，铰链链接是曲面之间互相接触，属于低副。倘若设定承受载荷相同，铰链所承受的压力相对较低，故可以传递较大的力。大梁在自行车中起着支撑作用，铰链链接可以满足强度需求。 车架大梁折叠自行车体积较大，折叠后体积略高于原体积的 50%，重量相对于其他类折叠自行车较重，不便携带，通常置于汽车后备箱，火车等地。由于体积与普通自行车相似，车轮仍选择大轮（或略小于普通车轮），可以保证舒适度。 （ 2） 前后叉折叠式自行车 6 前 后叉折叠属于一种新型的折叠方式。相对于车架大梁折叠，前后叉折叠式自行车在折叠后，体积更小，车轮依然可以在地面滚动，便于人们手拎携带。但是，前后叉折叠方式特殊，稳定性一般，载重较低。由于为了折叠后体积变得更小，故采取安装小轮。同时，由于轮径偏小，速度相对于普通自行车较慢，骑行略费力，道路适应能力低下（地面粗糙度要很小才适合），骑行舒适度一般。 （ 3） 这种折叠方式与前后叉折叠相似。不同的是，此款折叠自行车采取的是特殊前后叉结构，前后叉在两个平面。这样折叠后，自行车的前轮和后轮不用前后紧贴，而是 并排放置，更减小了自行车折叠后的体积。与前后叉折叠式自行车相似，车轮可在地面滚动，便于拖行。同样由于折叠方式，采取小轮安装，车速较慢，道路适应能力底下，骑行舒适度一般。 (4)旅行箱式折叠自行车 旅行箱式折叠自行车是目前为止，在全球范围内最彻底的折叠方式，开启和折叠会在十几秒内完成。折叠后，形状规则，自行车可以像行李箱一样自由拖动，重量轻，约8速可达 20 (5)叠自行车由英国设计师克莱夫辛克莱尔伯爵设计，由于展开后，车身呈A 字型，故称为 它的车架由强化玻璃纤维制造，重量仅 斤，折叠后体积可缩小为 称为世界上最轻的自行车。由于折叠方式， 面适应能力较差。若要保持较高的车速，需设计多级传动。另外，车身不可安装变速系统，骑行较费力。 叠自行车连接件的应用 （ 1）铰链结构：铰链结构是面与面的接触，是低副链接，可以承受较大的载荷。但是在运动过程中，可能出现惯性力失衡的现象，从而使机构的动载荷增加，稳定性变差，只适用于低速场合。 (2)偏心凸轮：曲面接触，结构紧凑，润滑性能及摩擦性能较为优秀 ，适用性强。 （ 3）轴承：轴承可以使轴无法平动，只能转动。轴承起支撑作用，主要承担径向载荷。所以轴承提高了轴的承载能力，提高材料的强度。但是在转动过程中，极易因摩擦而产 7 生磨损，从而导致稳定性变差。 叠自行车在国内和国外的情况 折叠自行车起源于欧洲，在 1892 年，法国富豪 明第一台折叠自行车，一时名声大噪，随后 1895年，法国出现第一家折叠自行车专卖店，不过当时折叠自行车多用于军事用途，随后很多公司均纷纷效仿生产折叠自行车，已知的企业有 地利） 国 )， 国）等。 19 世纪 50年代，折叠自行车发展渐缓，主要是因为机车盛行。不过在 19 世纪 60 年代，折叠自行车的热情死灰复燃，引爆的原因是因为 1962 年面市的英国 （ 随后，折叠自行车变得流行，世界各国数十家企业竞相生产，折叠自行车进入了一个新的时代。目前，世界上生产折叠自行车的厂家超过 100 家，且不断增加，折叠自行车的市场也越来越大。 而在我国，折叠自行车仍处于起步阶段。不过随着社会的发展，环境与健康问题日益严重，拥堵的交 通给人们也带来了极大的困扰，人们迫切地需要一种灵巧轻便的交通工具。而折叠自行车恰好满足这些要求。越来越多的人在短途代步时选择折叠自行车，不仅减少环境污染，不惧交通拥堵问题，而且携带，停放都很方便。在假日旅游中，很多人都将折叠自行车放入汽车后备箱，骑行时再取出。这种健康的生活方式吸引了很多人。所以，折叠自行车在我国有着良好的发展前景。 叠自行车的设计趋势 携化设计 由于折叠自行车在生活中经常携带，所以它应该满足轻巧，灵便的特点。并且要考虑稳定性，贴合性及重力传递合理性。为了更好地实现设 计需求，应该合理设计产品形态。在折叠自行车规划设计的过程中，应该尽量保持折叠后具有规则的形态，传动装置折叠后可以隐藏于车体内部。不仅为了美观，也是为了便于携带。 性化设计 随着人们对产品要求的提高，设计折叠自行车时，应考虑产品适应人与环境的要求。无论是辅助部分，还是功能主体部分，都应该达到人性化的设计要求。同时，要有个性8 化的造型及符合结构的造型，提升使用者的舒适度。例如，旅行箱式折叠自行车，相对于车架大梁折叠式自行车，就显得轻松许多，不过更理想的情况是可以考虑将折叠自行车设计成手推车等，使 之融入到日常生活里 9 第 2 章 自行车总体设计 设计可折叠自行车，完成总体设计，使之满足以下要求 3，折叠后便于可用手拎，便于携带，不费力。 距尽可能多地变大，稳定性良好，车身尺寸合理，可调整，适用人群范围大。 作程序应尽可能地不复杂。 全稳定 解决的主要问题： 1. 设计传动机构。目前主要的传动机构包括连杆传动机构，涡 轮蜗杆动机构，凸轮传动机构，齿轮传动机构，链传动机构，带传动机构等等。 目前，在自行车领域中，链传动及齿轮传动应用较为广泛。 2. 选择合适的折叠器。 我们在大梁及车把折叠时，需用到折叠器。目前现有市场的折叠器多为钢扣，插销等形式的折叠器。使用时，先扣紧，然后再用小凸轮机构锁死。这些折叠器普遍存在一个问题，就是折叠操作时间长，费时费力。个别折叠器重量较大，不规则，零件松动容易脱落。设计一个操作简单，轻巧灵便的折叠器是必要的。 3. 车体的几何尺寸计算 车体几何尺寸计算在设计中占有很大的比重。通过查找资料及计算，确定自行 车的各项参数及整体尺寸。首先选择合理的原始数据，然后计算并确定设计参数。原始数据可能包括立管长度，下管与立管的交点，前叉倾角与前叉翘度，前管长度，传动中心距及传动速比等。 4. 车体的强度计算 当车体的几何尺寸确定后，接下来便是校核车身强度，利用静应力相似分析法计算弯矩，剪力，轴力等，由内力算出危险截面的应力。保证安全强度。 10 计原则 自行车的设计尺寸是根据尺寸来设计的 ,各个部分的定位均参照尺寸。的主要尺寸 :国标 出身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共六项主 要尺寸数据。 下表是我国成年人主要尺寸和坐姿人尺寸 (摘自 国成年人尺寸 ): 主要尺寸 男 (18 60岁 ) 女 (15 55岁 ) 百分位数 5 50 95 5 50 95 身高 1583 1678 1775 1484 1570 1659 体重 8 59 75 42 52 66 上臂长 289 313 338 262 284 308 前臂长 216 237 258 193 213 234 大腿长 428 465 505 402 438 476 小腿长 338 369 403 313 344 376 11 坐姿尺寸 男 (18 60岁 ) 女 (15 55 岁 ) 坐高 858 908 958 809 855 901 坐姿颈椎 615 657 701 579 617 657 坐姿眼高 749 798 847 695 739 783 坐姿肩高 557 598 641 518 556 594 坐姿肘高 228 263 298 215 251 284 坐姿大腿 112 130 151 113 130 151 坐姿膝高 456 493 532 424 458 493 小腿加足 383 413 448 342 382 405 坐深 421 457 494 401 433 469 臀膝距 515 554 595 496 529 570 坐姿下肢 921 992 1063 851 912 975 表 我国成年人主要尺寸和坐姿尺寸 设计要点： 1. 座的形式与尺度及其功用有关 2. 座材的尺度必须参照测量学数据确定 3. 身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担 4. 座材前缘处，大腿与自行车之 间压力应尽量减小 5. 腰椎下部应提供支承，设置适当的靠背以降低背部紧张度 6. 器材垫必须有足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力均匀地分布于坐骨结节区域 组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图 1 机工程设计 1、人与支撑部件的关系 12 图 1 支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。 2、 人与动力接受部件关系 动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。 3、 人与传动部件关系 传动部件主要是滚珠、链条和链轮。人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。 4、 人与工作部件关 系 工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力；另一方 13 面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。 响自行车性能的因素 影响自行车性能的因素很多，如图 1示。现主要分析下述几点： 1人的体格因素 以身高 H 为基本因素，其他身体的能力与 H 成比例，并有与 手臂、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产生的力矩、步幅等，都取决于 H 的大小。肌肉、大动脉、骨骼的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与 活量、血液量、心脏容量等都可看成与 格对出力性能的影响，从理论上讲，弹跳能力与 度能力与 功能力和 实际上因每个人身体素质不同，常有 20以上的偏差。 2人的下肢肌力 自行车骑行的原动力，主要是骑车人的下 肢肌力。人骑车时，骨骼肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米 40通过一定训练的人可提高到 65N 。 14 图 1响自行车性能的因素 3人的输出功率 人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为 力（ ，能持续 10果持续时间长，其值要小得多，持续 大约只有 4人的脚踏速度 自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为 70 次 一般脚踏以 60r/奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。 5人的平衡机能 骑 车人本身的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕是运动性能很好的自行车也不能平稳行驶；若人有很好的平衡机能，却可掩盖自行车设计上的某些缺陷。 6人的手和握力 影响刹车性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的 15 大小和握力都不相同。据试验，为了长时间施闸而不致使手有疼痛的感觉，希望只用最大握力的 10左右便能得到必要的减速度。 7 人的疲劳 疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素，其产生原因有因素，也有自行车结构因素。疲劳和疼痛一般是由于部分肌肉负担过大 ，骑车姿势不合适，以及体重对鞍座的体压分体不合适等引起的。此外，影响出力因素还有人的最大摄氧量。 行车设计结构要素分析 影响自行车性能的因素除了上述人的因素外，还有许多机械因素，如图 1了获得自行车较佳的性能，必须把人的因素与机械因素有机地结合起来，以使人一车协调。为此，着重分析与相关的结构要素。 1速比 大小链轮的齿数比，与链轮直径比相一致，一般控制在 用速比关系可取得骑行时所必要的功率和必要的速度。速比要合适，如果太小，无论人的肌力有多大，由于不能充分提 高转速，所以就得不到大的输出功率。也由于速比小，在限定的曲柄转速下，得不到必要的骑行速度（后轮转速）。速比过大时，要求的踏力也大，容易使人疲劳。为了保持不疲倦的持续骑行，希望肌肉的负担约为最大肌力的 10% ，按此选择速比和曲柄转速，可得到比较好的效果。 2曲柄长度 传统的自行车设计，一般从杠杆原理考虑比较多，对人研究少，认为曲柄越长越有力。曲柄过长后，为了不使脚蹬碰到前泥板，不得不加大中轴至前轴的距离（前心距）。这样势必加长车架，影响了正确的坐车姿势，使人感到臀部痛。若能按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度， 则可使人省力和舒适。通常曲柄长度的基准，取身长的 1 10 ，也相当于大腿骨长的 1 2 。 3 三接点位置 正确的骑车姿势，是由骑车人和自行车三个接点位置决定的，如图 1-4(a）中所示的鞍座位置 A 、车把位置 B 、脚蹬位置 C 。按三点调整法， 等，一般 ( 3 ) 点，约为 5 16 图 1响自行车的机械因素 4 鞍座位置 鞍座装得过低，骑行时双脚始终呈弯曲状态，腿部肌肉得不到放松，时间长了就会感到疲软无力；鞍座装得过高，骑行时腿部的肌肉拉得过紧，脚趾部分用力过多，双脚也容易疲劳。骑车时适当的用力部位是脚掌。设计或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窝部位中心紧靠鞍座中部，使手的中指能触到装配链轮的中轴心为宜。各部尺寸都有一定的联系，只要腋窝中心至中指的长度确定下来，鞍座高度便可大致确定。行驶较快的车，鞍座位置要向前移动，行驶较慢的车，鞍座位置要向 后移动，否则都不利于骑行，如图 1 b ）、（ c ）所示。 5 车闸 设计时，闸把开挡、力率和闸把力要与人手的大小和握力相适应。灵敏度高的车闸，随着闸把上力的增大，刹车力也按比例地增加。如果闸把力到达某一程度不发生刹车作用，继而又骤然生效，说明这种车闸设计不良。在紧急情况下操纵时，理想的施闸力和减速度见表 1 17 图 1表 1想的施闸力和减速度 闸把施闸力 /N 相对握力 % 减速度 说明 60 350 500 10 70 100 制下坡速度 全刹车 紧急全刹车 注： g=一车动态特性分析 1 动态稳定性 自行车的稳定是行驶过程中的稳定，是一种动态平衡的稳定性。动态稳定性影响到自行车骑行中的动作，包括直进稳定性和前后左右方向的稳定性，见图 1-5(a）。显然，稳定性对安全行驶是必不可少的特性 。 2力学特性 自行车行驶在平地上转弯的条件是侧向力（与离心力平衡）与自行车总重量（人和车的重量）的合力作用线要通过轮胎与地面的接触点。这当然与骑车人有关，但更重要的是自行车的造型要有适合这种力学特征的结构形式。 3 转向特性 自行车转弯时可能有三种情况： 18 图 1 和车身向内倾的角度相等。即骑车人 身体的中心线和车子的中心线一致时，自行车就可以转弯，即所谓中倾旋转，见图 1-5(b) ；骑车人的倾斜角比车子的倾斜角大时，此时的转弯即所谓内倾旋转，见图（ c）；骑车人的倾斜角比车子的倾斜角小时，此时的转弯即所谓外倾旋转，见图 (d)。 叠式自行车的构成 折叠式自行车的整体构成由以下几大模块： 19 (1)在行驶中，车身的造型对整个行驶的效率有着很大的影响，因为车身的造型直接影响到的是行进的阻力。此处设计的水陆自行车的车体造型也已达到最小阻力位佳，通过流体力学，我们可以针对各种造型在水中行进时所受的阻力进行分析，核定最佳造型设计以达到最佳运动效率。 (2)通过机械设计我们可以比较确切的分析各种传动 系统的传动关系进而计算出总传动系统的传动效率进行核算。 (4)正常直线行驶时，导向机构应不构成阻力，设计的导向机构应简单便捷为好。 叠式自行车方案设计 目前自行车设计各式各样，这里的设计主要从传动系统方面来结合设计。分析以上性能需求，并根据本设计需要，针对推传动系统的的 设计提出以下方案的特点及创新 : 1. 该方案采取大量三角形结构，从而确保该产品的稳定性及耐用性 到省力的效果。 3. 该产品拥有储物箱等人性化设计，提高了该产品的实用性。 4. 转向由前轮控制转向，并有通过 链 轮带等转向机构驱动转向。 20 第 3 章 折叠式自行车主要计算 率的计算 1、输入功率的计算 人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为 力（ ， 但只能 能持续 10果持续时间长，其值要小得多，持续 大约只有 自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为 70 次 一 般脚踏以 60r/奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。 但本次设计内容为一休闲式娱乐工具，故对体力要求不能有过多要求。我们根据脚踩蹬的力量来计算在娱乐为主的休闲前提下的输出功率 。 以此为参考，正常人踩蹬自行车的力量约为 3040N,娱乐情况下我们估算为 30N，踩蹬速度适当的取为 1 转 /秒， 故本次设计的人的输出功率为 1 （ 180 2、 传动效率 查机械设计手册得： 踩踏 关节的损失： 1 =传动的损失： 2 =动轴承：3= 轴系效率： 4 = 由以上算出的总的传动效率： = 4321 =以明轮的输出功率为 动比 根据传动比的一般分配原则，我们应该 使各级传动的承载能力接近相等 ，考虑到在 21 骑乘自行车时一般分配的传动比为 右，为了适应和习惯在陆地上的运动习惯及降低生产成本，我们这里就优先选用链传动比为 后链轮之间的链传动设计 计要求 确定链条型号、链节数 排数、链轮齿数 1z 、 2z 、链轮结构、材料、几何尺寸、中心距 a 、压轴力 润滑方式、张紧装置 已知设计条件：低速平稳运转，传递功率 ,主动链轮转速 01 ，从动链轮转速 502 ，传动 计过程 （ 1） 选择链轮齿数 1z 、 2z 在 17 451 z 182 =z （ 2）计算当量的单排链的计算功率 根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动的功率修正为当量的单排计算功率 工况系数，查机械设计表 9 K 主动链轮齿数系数，查机械设计图 9 K 多排链系数，由于是单排链，所以 K 故 1 7 6 （ 3）确定链条型号和节距 P 链条型号根据当量的单排链的计算功率n 由机械设计图 9后由机械设计表 9p 。 22 确定链条型号为： 08A 确定链条节距为： （ 4）计算链节距和中心距 初选中心距 5030(0 =，按下式计算链节数0 3 293()5030( 1)2 45 1845)5030(2)2 -(22 202122100 a p 将030链传动的最大中心距为 ： 1845( 9 0 (211 式中， 1f 为中心距计算系数，查机械设计表 9f = 5）计算链速，确定润滑方式 1 根据链速 V，查机械设计图 9滑方式为定期人工润滑 （ 6）计算链传动在轴上的压轴力 有效圆周力 轴力 = （ 7）设计总结 链轮 大链轮 小链轮 齿数 )/( 45 18 分度圆直径 ( ) 顶圆直径 ( ) 186 根圆直 径 ( ) 度圆弦齿高 ( ) 侧凸缘直径 ( ) 距 ( ) 间距 ( ) 23 链长 ( ) 1270 链节数 ( 130 链速 ( ) 号 08A 的设计 轮上力的计算 轴上传递的功率 =w 转矩 =9550000=50= 材料 可选轴的材料为 45钢，调质处理。 算轴的最小直径 查机械设计表 15120， 由于轴的直径小于 100由 3个键槽，故将轴径增加 15%，即 d=x(1+轴径圆整为标准直径，取 d=10 轴的结构设计 1、轴的外形结构 2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。 （ 1）、根据飞轮内径可得 0 据飞轮的宽度可得出 0 侧采用轴肩定为，取 8 1 （ 2）、初选深沟球轴承 尺寸为 0 0 据装配24 关系取 910=15 （ 3）、 5处为一定位轴肩，故取 5 据装配关系，计算得 89=383 （ 4）、 3处为一定位轴肩，故取 6 据装配关系，计算得 910=33 （ 5）、 1处为轴的最小直径 d=10 螺纹，与螺母配合，选择螺母为 过查机械设计手册的螺母厚度 m=5 于采用双螺母预紧，故取 1213=19 （ 6）、 4处为一定位轴肩，所以取 8 据装配关系计算得出， 1011=40 至此已经确定了轴的各段长度和直径。 的校核 需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则 宁毕业设计 (论文 ) 折叠自行车的设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 要 折叠自行车，通常来说，在车架部分设置有车架折叠关节，此装置可以将自行车的前轮及后轮对折。然后立管折叠关节可以改变自行车的高度。折叠后，自行车在长度及面积上，较折叠之前都会减少 45%以上。在折叠的过程中，不会用到外来工具，用手动的方式即可将自行车折叠。展开时，锁紧固定横梁上的 折叠机构便可以折叠骑行。 折叠自行车有很多优点。 于折叠后体积变小，可以放在家中或者汽车后备箱里，减少了日晒雨淋及被偷盗的风险。 需借助任何工具，手动即可调整把手，坐垫的位置。由于轮盘飞轮的尺寸比加大，频率相同时，速度会超过大轮径普通车辆。 通，休闲皆适宜。在假日中，可以将其放在汽车后备箱，这样不仅享受到了汽车的便利，还可以感受到大自然中骑行的乐趣。 关键词：自行车 ， 折叠式自行车 ，健身， 机械设计 is a of on 5%. In to on be 1. a to it be in or in of 2. be is be 3. a In it in so of a of in V 目 录 摘 要 . . 录 . 1 章 绪论 . 错误 !未定义书签。 题的背景与意义 . 错误 !未定义书签。 叠自行车概述 . 错误 !未定义书签。 叠自行车简述 . 错误 !未定义书签。 叠自行车的特点 . 错误 !未定义书签。 叠自行车的分类 . 错误 !未定义书签。 叠自行车连接件的应用 . 错误 !未定义书签。 叠自行车在国内和国外的情况 . 错误 !未定义书签。 叠自行车的设计趋势 . 错误 !未定义书签。 携化设计 . 错误 !未定义书签。 性化设计 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 自行车总体设计 . 错误 !未定义书签。 计原则 . 错误 !未定义书签。 机工程设计 . 错误 !未定义书签。 响自 行车性能的因素 . 错误 !未定义书签。 行车设计结构要素分析 . 错误 !未定义书签。 一车动态特性分析 . 错误 !未定义书签。 叠式自行车的构成 . 错误 !未定义书签。 叠式自行车方案设计 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 折叠式自行车主要计算 . 错误 !未定义书签。 率的计算 . 错误 !未定义书签。 动比 . 错误 !未定义书签。 后链轮之间的链传动设计 . 错误 !未定义书签。 计要求 . 错误 !未定义书签。 V 计过程 . 错误 !未定义书签。 的设计 . 错误 !未定义书签。 轮上力的计算 . 错误 !未定义书签。 料 . 错误 !未定义书签。 算轴的最小直径 . 错误 !未定义书签。 的结构设计 . 错误 !未定义书签。 的校核 . 错误 !未定义书签。 的校核 . 错误 !未定义书签。 承的校核 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 三维图的设计 . 错误 !未定义书签。 把组件 . 错误 !未定义书签。 架 . 错误 !未定义书签。 轮组件 . 错误 !未定义书签。 轮组件 . 错误 !未定义书签。 椅组件 . 错误 !未定义书签。 条组件 . 错误 !未定义书签。 车装配 . 错误 !未定义书签。 结 论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 浙 江 科 技 学 院 本科毕业设计 (论文 ) 文 献 综 述 ( 2016 届 ) 题 目 折叠自行车的设计 学 院 机械与汽车工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制 124 学 号 1120110092 学生姓名 甘博文 指导教师 朱勇建 完成日期 2016 年 1 月 18 日 一 折叠自行车是一种可以改变自身大小体积的便携式交通工具。通过车身上的折叠器， 缩小车身大梁的体积，前轮和后轮叠在一起然后再调整车身上的支撑钢管，降低车身的高度，脚踏板可可以折叠。折叠后，体积缩小至原体积的 55%左右。折叠后，可放置于汽车后备箱，可手提至地铁车厢中，轻巧灵便。 2 折叠自行车的特点 如果站在使用者的角度考虑，那么折叠自行车需要满足 以下特点 。（ 1）较轻 的质量。（ 2）自行车折叠后，体积变小，形状规则，便于安放和提取。（ 3）折叠后可用手拖行。（ 4）使用时，展开后轮距应尽量地变大，拥有良好的纵向稳定性，合理的车身尺寸，给予骑行者轻松舒适的骑行环境，拥有较大的调整范围以便于满足更多人群的需要。（ 5）车速应尽量等同于普通自行车骑行时的车速。（ 6）折叠，展开应方便，不需借用外部工具，不需费很大力。（ 7）材料质量良好，拥有绝佳的安全性能，折叠铰链要有较高的加工精度以保持长时间骑行的稳定性。（ 8）丰富的色彩。 3 折叠自行车的分类 根据折叠方式的不同 ， 折叠自行车大致分为以下几类 。 （ 1） 车架大梁折叠式自行车 目前来看，市场上最主要的折叠方式便是车架大梁折叠，通过折叠器，将大梁在脚踏板的中央对折，使前后轮并在一起，脚踏板可以竖立放置，座管及头管上有伸缩装置，可以改变折叠自行车的高度，从而达到减小自行车体积的目的。这种折叠方式多采用铰链链接，铰链链接是曲面之间互相接触，属于低副。倘若设定承受载荷相同，铰链所承受的压力相对较低，故可以传递较大的力。大梁在自行车中起着支撑作用，铰链链接可以满足强度需求。 车架大梁折叠自行车体积较大，折叠后体积略高于原体积的 50%，重 量相对于其他类折叠自行车较重，不便携带，通常置于汽车后备箱，火车等地。由于体积与普通自行车相似，车轮仍选择大轮（或略小于普通车轮），可以保证舒适度。 （ 2） 前后叉折叠式自行车 前后叉折叠属于一种新型的折叠方式。相对于车架大梁折叠，前后叉折叠式自行车在折叠后，体积更小，车轮依然可以在地面滚动，便于人们手拎携带。但是，前后叉折叠方式特殊，稳定性一般，载重较低。由于为了折叠后体积变得更小，故采取安装小轮。同时，由于轮径偏小，速度相对于普通自行车较慢，骑行略费力，道路适应能力低下（地面粗糙度要很小才适合），骑行舒适度 一般。 （ 3） 叠自行车 这种折叠方式与前后叉折叠相似。不同的是，此款折叠自行车采取的 是特殊前后叉结构，前后叉在两个平面。这样折叠后，自行车的前轮和后轮不用前后紧贴，而是并排放置，更减小了自行车折叠后的体积。 与前后叉折叠式自行车相似，车轮可在地面滚动，便于拖行。同样由于折叠方式，采取小轮安装，车速较慢，道路适应能力底下，骑行舒适度一般。 (4)旅行箱式折叠自行车 旅行箱式折叠自行车 是目前为止，在全球范围内最彻底的折叠方式，开启和折叠会在十几秒内完成。折叠后，形状规则，自行车可以像行李箱一样自由拖动，重 量轻，约 8速可达 20 (5)叠自行车 叠自行车由英国设计师克莱夫辛克莱尔伯爵设计，由于展开后，车身呈 A 字型，故称为 的车架由强化玻璃纤维制造，重量仅 斤，折叠后体积可缩小为 方米，被称为世界上最轻的自行车。由于折叠方式，用小轮安装，路面适应能力较差。若要保持较高的车速，需设计多级传动。另外，车身不可安装变速系统，骑行较费力。 （ 1）铰链结构：铰链结构是面与面的接触，是低副链接，可以承受较大的 载荷。但是在运动过程中，可能出现惯性力 失衡的现象，从而使机构的动载荷增加，稳定性变差，只适用于低速场合IM体育。 (2)偏心凸轮：曲面接触，结构紧凑，润滑性能及摩擦性能较为优秀，适用性强。 （ 3）轴承：轴承可以使轴无法平动，只能转动。轴承起支撑作用，主要承担径向载荷。所以轴承提高了轴的承载能力，提高材料的强度。但是在转动过程中，极易因摩擦而产生磨损，从而导致稳定性变差。 二 折叠自行车在国内和国外的情况 折叠自行车起源于欧洲，在 1892 年，法国富豪 明第一台折叠自行车，一时名声大噪， 随后 1895 年，法国出现第一家折叠自行车专卖店，不过当时折叠自行车多用于军事用途，随后很多公司均纷纷效仿生产折叠自行车，已知的企业有 地利） 国 )， 国）等。 19 世纪 50 年代，折叠自行车发展渐缓，主要是因为机车盛行。不过在 19 世纪 60 年代 ，折叠自行车的热情死灰复燃， 引爆的原因是因为 1962 年面市的英国 （ 随后，折叠自行车变得流行，世界各国数十家企业竞相生产，折叠自行车进入了一个新的时代。目前， 世界上生产折叠自行车的厂家超过 100 家，且不断增加，折叠自行车的市场也越来越大。 而在我国，折叠自行车仍处于起步阶段。不过随着社会的发展，环境与健康问题日益严重，拥堵的交通给人们也带来了极大的困扰，人们迫切地需要一种灵巧轻便的交通工具。而折叠自行车恰好满足这些要求。越来越多的人在短途代步时选择折叠自行车，不仅减少环境污染，不惧交通拥堵问题，而且携带 ，停放都很方便。在假日旅游中，很多人都将折叠自行车放入汽车后备箱，骑行时再取出。这种健康的生活方式吸引了很多人。所以，折叠自行车在我国有着良好的发展前景。 三折 叠自行车的设计趋势 由于折叠自行车在生活中经常携带，所以它应该满足轻巧，灵便的特点。并且要考虑稳定性，贴合性及重力传递合理性。为了更好地实现设计需求，应该合理设计产品形态。在折叠自行车规划设计的过程中，应该尽量保持折叠后具有规则的形态，传动装置折叠后可以隐藏于车体内部。不仅为了美观，也是为了便于携带。 随着人们对产品要求的提高，设计折叠自行车时，应考虑产品适应人与环境的要求。无论是辅助部分，还是功能主体部分，都应该达到人性化的设计要求。同时，要有个性化的造型及符合结构的造 型，提升使用者的舒适度。例如，旅行箱式折叠自行车，相对于车架大梁折叠式自行车， 就显得轻松许多，不过更理想的情况是可以考虑将折叠自行车设计成手推车等，使之融入到日常生活里。 参考文献： 1 蒋旻昱 折叠自行车设计探讨 上海海事大学 包装工程 201306 2 程宪春 朱志伟 孙淑红 折叠自行车设计研究 长春大学 中图分类号： 章编号： 10012007） 070070601 3 陈恳 对折叠自行车的设计开发与思考 业界经纬 4 杜周勃 折叠车的调查与分析 长安大学工程机械学院 商品与质量 201108 5 梁莉 黄晓茹 折叠式自行车折叠器的设计 深圳大学 机电与控制工程学院 机械设计与研究 2007 专刊 6 杨浒 车架折叠机构位置设计 国家轻工业自行车质量监督检测常州站 7 李九成 折叠自行车车体的几何计算 安阳自行车二厂 8 匡焱 折叠自行车的创新设计与研究 黄冈职业技术学院 行家论坛 9 张镇生 杨仲民 自行车车体的强度研究 西北轻工业学院学报 10岳从风 自行车的强度研究 沈阳机电学院学报 11 12 导教师意见： 指导教师签 名 ： 年 月 日

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