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寧XX大學 畢業(yè)設(shè)計(論文) 腳踏式滑板車設(shè)計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 29 畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 為了解除踏板車在速度和使用人群上所受到的限制，滿足人們使用的需要，基于人機工程學的原理和方法，利用人體自身重力作為動力來源，采用踩踏運動方式，設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單的健身踏步滑板車．該車傳動裝置主要由主軸系和聯(lián)動軸系組成，通過鏈傳動保證一定的工作行程和速度，具有足夠的強度和穩(wěn)定性；采用離合裝置使主軸的運動靈活、可靠，避免倒車不暢的問題．實際應(yīng)用表明，該車彌補了傳統(tǒng)滑板車和踏步機的不足，集健身、休閑、娛樂于一體，且操作方便，安全可靠，壽命長． 關(guān)鍵詞：人機工程學，踏步，滑板車，機械設(shè)計 Abstract In order to lift the scooter in speed and use of the crowd are subjected to the restrictions, meet people 's needs, based on the principles and methods of ergonomics, the use of the body's own gravity as the power source, the pedaling motion mode, a simple design of the time fitness scooter. The vehicle transmission device is mainly composed of a main shaft and a linkage shafting components, through a chain transmission guarantee the working stroke and speed, with enough strength and stability; the clutch device so that the spindle flexible and reliable motion, avoid reversing not the problem of free. Practical application indicates, this car to make up for the traditional scooters and still insufficient, set fitness, leisure, entertainment, and the operation is convenient, safe and reliable, long life. Key Words: ergonomics, step, scooters, mechanical design 目 錄 摘 要 1 Abstract 2 目 錄 3 第1章 緒論 1 1.1 市場調(diào)查 2 1.1.1 前言 2 1.1.2腳踏式滑板車的發(fā)展史 3 1.2腳踏式滑板車的設(shè)計分析 5 第2章 人體工程學與具體設(shè)計 9 第3章 腳踏式滑板車設(shè)計的要點 10 3.1 材料因素 10 3.1.1 下面就幾種材料做具體分析 10 3.1.2 材料的選擇 14 3.2 結(jié)構(gòu)因素 15 3.2.1 車架 15 3.2.2 前叉 16 3.2.3 車把及位置 17 3.2.4 前軸、后軸和中軸 18 3.2.5 前后輪 18 第4章 腳踏式滑板車設(shè)計工作原理及傳動計算 20 4.1 動力來源 20 4.2 傳動裝置工作原理 20 4.3人體驅(qū)動力計算 20 4.4 軸的設(shè)計 21 4.5軸承的選型及校核 22 4.6 鏈傳動的運動特性 24 4.7 鏈傳動的動載荷 25 4.8鏈傳動的受力分析 26 參考文獻 28 致 謝 29  第1章 緒論 隨著人們的生活水平的提高，那么人們對于自身的生活品質(zhì)也會相應(yīng)提高，一個星期的勞累下來最適宜的放松模式就數(shù)健身了，那么人們對于健身房的的黏性就會越來越大。 一、行業(yè)現(xiàn)狀 1.行業(yè)概況 我國行業(yè)的發(fā)展始于20世紀80年代末，2000年以來，特別是我國加入 WTO和北京申奧的成功，為行業(yè)的發(fā)展提供了有利條件和發(fā)展機遇，生產(chǎn)企業(yè)數(shù)、全行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值增長迅速。未來歐洲，亞洲和拉丁美洲將是市場的主要增長點，逐漸富裕的人群將會提高自己對健康生活方式的追求，并將成為的主要消費者。 目前，我國生產(chǎn)的室內(nèi)產(chǎn)品已大量出口到歐美等發(fā)達國家，并進入主流市場，有的還直接承擔了大批量的國際高端產(chǎn)品的對外加工。有資料顯示，國際市場上60%以上的都貼有“中國制造”，但卻很少有中國人自己的名牌。其原因是產(chǎn)品在國際市場上競爭力不高，只能為國外公司大量做加工產(chǎn)品。一方面國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)符合國際標準的，另一方面，國內(nèi)消費者卻為國外品牌多掏兩三倍錢。這樣的尷尬至少表明一點，在國際上叫得響的民族品牌缺失。 2.行業(yè)經(jīng)營狀況 目前，我國已有眾多生產(chǎn)企業(yè)，世界上幾乎所有的普通類型，中國企業(yè)都在生產(chǎn)，并為大量的境外品牌進行加工，中國制造的在國際市場上占據(jù)了約60%的份額，出口交易額達 20億美元，出口已逐漸成為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。市場分為家用以及商用市場兩部分。隨著北京奧運會的舉辦成功，這也為行業(yè)提供了有利條件和發(fā)展機遇。人們對于，特別是家用的需求也日益增加。而家用市場的規(guī)模也遠較商用市場規(guī)模大，且增長快。 消費者分析：國內(nèi)市場：據(jù)一項問卷調(diào)查資料，近年來普通家庭想購買健身器的約占43．7％。目前我國約有3億個家庭，如按1億個城市家庭計算，則有4300萬個家庭有購買需求，按每個家庭平均消費500元計算，則有215億元人民幣的市場需求。而我國國內(nèi)銷售額1996年僅為10億元，只占市場需求1量的5％—8％，可見國內(nèi)的消費潛力十分巨大，市場十分廣闊。根據(jù)這種市場數(shù)據(jù)顯示我們會把目標受眾定為中低水平收入者。 存在的問題： （1）不集中，宣傳力度不夠。據(jù)了解，目前市場上少有品牌多、品種齊全的銷售市場，都為零星分布，這樣的現(xiàn)狀不利于整個市場的紅火；另外，由于目前重視社會團體購買和批發(fā)，商家也沒有像其他產(chǎn)業(yè)一樣進行從影視到平面媒體的廣告?zhèn)鞑ァ４笠?guī)模的市場推廣就少之又少。（2)不方便，未形成一站式消費。由于市場上可購買的場所多為規(guī)模小、品種少，致使消費者選擇的余地小。（3）不指導，故詢問者乏人。隨著技術(shù)含量地不斷提高，品種越來越齊全，人們在選擇器械時勢必會遇到一些棘手的問題，這就需要有專業(yè)的教練進行有效地專業(yè)指導、選購，幫助消費者購買到合適的健身器械，并根據(jù)個人的身體情況安排鍛煉時間表。但目前市場上的銷售人員多為普通服務(wù)員，對健身方面的專業(yè)知識絲毫不懂。這也在一定程度上影響了市場的走熱。 中國工業(yè)企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢，加大科技創(chuàng)新，努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強自主研發(fā)能力，有關(guān)部門應(yīng)盡快制訂出統(tǒng)一的技術(shù)安全標準，加強售后服務(wù)，只有這樣才能在新形勢下立于不敗之地。 目標：提升的知名度，提升市場份額。 把目標受眾定為中低水平收入者 要加強品牌的知名度，在這樣一個資訊泛濫熱點分散的時代，意見領(lǐng)袖的引導往往會幫助消費者更快更好的獲得訊息和信心，明星代言其實就是一種將品牌具體化了的形象和心理感受，在相當程度上起到了意見領(lǐng)袖的作用；同時消費者對明星的喜歡和信任會轉(zhuǎn)移到由他來代言的品牌上；尤其是新品牌，需要讓消費者迅速地認知并接受，明星代言是非?？旖莸耐緩?。 健身俱樂部在健身館、商務(wù)會所等地舉辦健美舞蹈、人體藝術(shù) 等活動，并定期在這些地方舉辦健美派對，贊助當?shù)伢w育事業(yè)。渠道：現(xiàn)在電子商務(wù)方興未艾，人們會逐漸地從傳統(tǒng)的消費模式向數(shù)字化消費模式轉(zhuǎn)化，網(wǎng)絡(luò)媒體則是潛在用戶獲知產(chǎn)品信息的主要來源，我們的網(wǎng)站會與公司建立起關(guān)系，實現(xiàn)我們的營銷模式。 1.1 市場調(diào)查 1.1.1 前言 的設(shè)計涉及到功能、造型、材料、結(jié)構(gòu)、技術(shù)、藝術(shù)等多方面要素，有深厚的理論基礎(chǔ)和廣泛的應(yīng)用實踐價值，更是一個國家用品設(shè)計水平的最好體現(xiàn)。不僅僅用于供人休息，除了提供座位之外，還可以掛放衣物和包之類的東西。是人類坐姿活動不可缺少的用品，根據(jù)實用性質(zhì)的不同，包括多種形態(tài)，而且由于材料、結(jié)構(gòu)等的差別，又可以形成許多不同的形式。 1.1.2腳踏式滑板車的發(fā)展史 早的古埃及的黃金扶手器材到當前多種多樣的坐具，經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展歷程，從重象征性、裝飾性向重實用性、舒適性發(fā)展。發(fā)展至當代，雖然各種在設(shè)計風格方面的界限已經(jīng)不那麼分明，但我們?nèi)钥梢詫⑵錃w結(jié)為以下幾種：即波普及后現(xiàn)代主義風格；簡約設(shè)計風格；有機現(xiàn)代主義風格：高技術(shù)派設(shè)計風格。 的名稱始見于唐代，而的形象則要上溯到漢魏時傳入北方的胡床。敦煌285窟壁畫就有兩人分坐在上的圖象；257窟壁畫中有坐方凳和交叉腿長凳的婦女；龍門蓮花洞石雕中有坐圓凳婦女。這此圖象生動地再現(xiàn)了南北朝時期器材、凳在仕宦貴族家庭中的使用情況。盡管當時的坐具已具備了、凳子的形狀，但因其時沒有器材、凳的稱謂，人們還習慣稱之為“胡床”，在寺廟內(nèi)，常用于坐禪，故又稱禪床。唐代以后，的使用逐漸增多， 設(shè)計 子的名稱也被廣泛使用，才從床的品類中分離出來。因此，論及器材、凳的起源，必須從漢魏時的胡床談起。高承《事物紀原》引《風俗通》稱：“漢靈帝好胡服，景師作胡床，此蓋其始也，今交器材是也”?！逗鬂h書。五行志一》：“漢靈帝好胡服、胡帳、胡床、胡坐、胡飯……，京都貴戚皆竟為之?！边@兩段記載可證，我國古代的出現(xiàn)當在漢靈帝時期（168-189年）。胡床在魏晉南北朝至隋唐時期使用較廣，有錢、有勢人家不僅居室必備，就是出行時還要由侍從扛著胡床跟隨左右以備臨時休息之用。胡床在當時用品品類中是等級較高的品種，通常只有家中男主人或貴客才有資格享用。在方人雅士中還多有褒詞及生動描述。如南朝梁庾肩吾《詠胡床詩》曰： 傳名乃外域，入用信中京。 足欹形已正，文斜體自平。 臨堂對遠客，命旅誓出征。 何如淄館下，淹流奉盛明。 胡床因其形態(tài)特點又有“交床”和“繩床”之稱。隋朝稱“交床”，是因為隋高祖意在忌“胡”字，器物涉“胡”字者，咸令改之。宋。陶《清異錄》云：“胡床施轉(zhuǎn)關(guān)以交足，穿繃帶以容坐，轉(zhuǎn)縮須臾，重不數(shù)斤。相傳明皇行幸頻多，從臣扈駕，欲息無以寄身，遂創(chuàng)意如此，當時稱‘逍遙坐’”。胡床開始并無靠背，形如今天所見的馬扎兒。唐代始有靠背。這種逍遙坐很可能就是帶靠背的胡床。胡床最早出現(xiàn)于漢代，比唐明皇早幾百年，要說為唐明皇創(chuàng)意顯然不妥。所以這里所說的創(chuàng)意，應(yīng)指增加了靠背。胡床在唐宋時期盛行，宋代尤甚，不過宋時稱胡床者漸少，而稱其為交器材的逐漸增多了。 帶靠背的胡床始自唐明皇，還可以從唐代《濟瀆廟北海壇祭器雜物銘。碑陰》的記載中得到印證，文中記有：“繩床十，內(nèi)四”。從這段記載可知在唐代貞元元年已有了的名稱。這里所說的“繩床十，內(nèi)四”是指在十件繩床中有四件是可以倚靠的，顯然是為了與另外六件無靠背繩床相區(qū)別?？梢?，的名稱雖已出現(xiàn)，在日常生活中可是常見用品，但它還未完全從床概念中分離出來。在唐代的典籍中，把稱為床的仍很普遍。唐代著名詩人杜甫在《少年行。七絕》中寫道： 馬上誰家白面郎，臨街下馬坐人床。 不通姓名粗豪甚，指點銀瓶索酒嘗。 設(shè)計 這里所說的床，雖反映不出是否為帶靠背的，但可以肯定決不會是睡眠用的臥具。 “器材”，也作“倚”。起源較早，但不是指供人坐的。其原為一種樹木的名稱，又名“山桐子”、“水冬瓜”，木材可做用品。唐代以前的“器材”字還有一種解釋，作“車旁”講，即車的圍欄。其作用是人乘車時有所依靠。后來的，其形式是在四足支撐的平臺上安裝圍欄，其制當是受車旁圍欄的啟發(fā)，并沿用其名而稱這種坐具為“”了。從現(xiàn)存資料看，唐代已有相當講究的了。如郎余令《歷代帝王像》中唐太宗所坐的為四直腿，束腰，上側(cè)安托角牙，棱角處起線，這種裝飾在明清時期稱為“混面雙邊線”。坐面上在后部立四柱，中間兩柱稍高，上裝弧形橫梁，兩端長出部分雕成龍頭，扶手由后中柱通過邊柱向前兜轉(zhuǎn)搭在前立柱上。扶手與坐面中間空當嵌圈口花牙。扶手盡端亦雕成龍頭，與后背搭腦融為一體。坐面附軟墊、襯背。這在當時應(yīng)是十分精制的了。唐代盧楞枷《六尊者像》中描繪的更具代表性，它用四支鈴杵代替四足，兩側(cè)有橫棖連接，扶手前柱和器材邊柱圓雕蓮花，扶手和搭腦上拱，兩端上翹并裝飾蓮花，蓮花下垂串珠流蘇，整體造型莊重華貴。鑲金墜玉的用品在當時寺院中體現(xiàn)了高僧的尊貴與神圣。 五代至宋，高型坐具空前普及，的形式也多起來，出現(xiàn)靠背器材、扶手器材、圈器材等。同時根據(jù)尊卑等級的不同，的形制、質(zhì)料和功能也有所區(qū)別。五代至兩宋時期的用品大體保留著唐代遺風，只是高型用品較前更加普及了。高型用品的使用在民間形成時尚，居家必備高型桌器材，這從當時的繪畫中可見一斑。如宋代張擇端《清明上河圖》中的市肆小店，無不陳放各式高型用品。宋代《會昌九老圖》中描繪的圈器材也是前代沒有品種。在近年發(fā)掘的宋代墓葬中還有以石、陶制作的用品模型或在墓室墻壁用磚砌成或雕成各式用品，其中表現(xiàn)墓主夫婦對坐在上的場面最為普遍。如河南方城出土的石器材殘件、河北井徑縣柿莊七號宋墓墓室磚雕桌器材、柿莊二號墓墓室壁畫《對坐圖》中的桌器材、洛陽澗西宋墓墓室的磚雕用品等。這說明等高型坐具不僅在人們?nèi)粘Ｉ钪衅毡槭褂?，還被人微言輕殉葬用器。 宋代流行一種交器材，等級高于其它，稍有身份的家庭都置備交器材，供主人和貴客使用 。 1.2腳踏式滑板車的設(shè)計分析 1.2.1設(shè)計流程 是對人們活動起輔助作用的工具，首先必須能夠承受人們活動帶來的各種力量和沖擊。設(shè)計師在設(shè)計初期就應(yīng)該考慮到對外部沖擊的承受力，否則就不能充分體現(xiàn)的實用功能。因此設(shè)計師應(yīng)在充分了解構(gòu)造的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，以達到既美觀又實用的目的。為實現(xiàn)這個目的構(gòu)筑了如下的設(shè)計流程。 1概念化階段 概念化階段是整體設(shè)計的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計得以順利進行的前提條件。對設(shè)計概念化進行設(shè)定的過程，涉及相關(guān)的功能性、構(gòu)造和材料以及形狀等問題。對于“某種設(shè)計為什么應(yīng)該采取那樣的形狀或構(gòu)造？”“為什么應(yīng)該用那樣的材料生產(chǎn)？”等問題，概念化階段都要做出總體的說明。設(shè)計的概念化要充分反映設(shè)計師的理念和價值，發(fā)揮他們的創(chuàng)造性，所以它不應(yīng)是其他人的意見，而應(yīng)該是設(shè)計師自己的想法。 2體化階段 具體化階段是按照在概念化階段設(shè)定的設(shè)計方案，解決用品的構(gòu)造、功能和美觀問題并創(chuàng)造出其基本形狀。在這個階段要畫很多草圖、圖樣，做出模型，還要選擇材料，討論的構(gòu)造以及其他一些細節(jié)問題等。設(shè)計的具體化階段就是創(chuàng)造出產(chǎn)品形狀的過程，簡單地講就是做出造型的外觀圖樣，并對其進行論證。 3計用品階段 設(shè)計的關(guān)鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計上。產(chǎn)品的外觀、的造型以及穩(wěn)定的構(gòu)造應(yīng)該既反映設(shè)計師的精湛設(shè)計，又能實現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是設(shè)計用品的重點。為實現(xiàn)這一目標，我們以在具體化階段提出的產(chǎn)品外觀為基準做出了如下的骨架模型?？梢哉f這是為實現(xiàn)自頂向下的設(shè)計方式而做出的基本模型。 從這個骨架模型中，我們不僅可以看到體現(xiàn)著產(chǎn)品概念的外觀，還可以獲得產(chǎn)品各種配件位置和連接的信息，如核心架構(gòu)（Core），傾斜度(Tilt)，底座（Base），扶手（ArmRest）等。這可以由設(shè)計師在設(shè)計產(chǎn)品并做出草圖的同時，從3個角度，即曲面（Surface），曲線（Curve），基準面（DatumPlane）來表現(xiàn)。這種骨架模型是與上面提到的三個階段中對用品設(shè)計的內(nèi)容相聯(lián)系的，用于設(shè)計師很少接觸的筋（Rib），凸臺（Boss），體格構(gòu)造等的設(shè)計中。當然這對于沒有相關(guān)基本知識的設(shè)計師來說幾乎是不可能的事情，但只要是在內(nèi)部開發(fā)過2個以上模型產(chǎn)品的設(shè)計師，都可以親自完成模型各部分器具設(shè)計。 4計檢驗階段 通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設(shè)計并不是完美的。尤其是與人體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，可以說人們對產(chǎn)品設(shè) 設(shè)計 計的合理性和適用性的評判是很重要的。因此應(yīng)該對設(shè)計進行檢驗。對于的設(shè)計來說，的大腿——底座（Base）部分能否穩(wěn)定地支撐人體體重是很重要的。當然除此之外對Back，即支撐人體背部的器材背部分和ArmRest，即扶手部分的檢驗也是很必要的。 對底座（Base）的說明通過以上一系列說明，我們可以了解設(shè)計師對產(chǎn)品零部件進行親自設(shè)計的整個過程。當然比起專門的零部件設(shè)計者來說，他們的設(shè)計可能還存在著不足，但是這拓展了設(shè)計師的工作領(lǐng)域，重要的是創(chuàng)造產(chǎn)品的設(shè)計師通過參與產(chǎn)品的整個開發(fā)過程，可以開發(fā)出更具親和力，符合人體工程學的產(chǎn)品。 1.3.2 設(shè)計要素 1實用性 實用性就是泛指滿足人們生活需求開始與發(fā)展的。現(xiàn)代用品不但要可靠、適用、安全，更重要的是滿足它的使用功能與舒適度。無論是靜負荷類用品或動負荷類用品，都應(yīng)根據(jù)人體工效學的基本法則，結(jié)合人體的生理和心理的需求，設(shè)計出合理的用品尺度的和空間分割距離，給消費者創(chuàng)造一種最大限度的舒適和方便以及安全感、視覺美感等，最終回歸到最佳實用效果的目的上來?，F(xiàn)代用品賦予人們的美感是，通過人們的視覺、觸覺感官來體會與感應(yīng)的。而用品的實用性程度，則是通過人們的反復使用、接觸與鑒別驗證的?，F(xiàn)代用品設(shè)計師水平的高低，只有通過努力探索、長期實踐與不斷總結(jié)，才能使自己的設(shè)計作品逐步達到日臻完善的設(shè)計追求目的。 2 藝術(shù)性 現(xiàn)代用品已不單純是簡單的日用消費品，用品產(chǎn)品作為一種文化現(xiàn)象發(fā)展到今天，它已經(jīng)是現(xiàn)代人類生活中調(diào)劑居室環(huán)境的藝術(shù)品、裝飾品、是融藝術(shù)與實用于一體的一代全新消費品。同時也是直接影響到室內(nèi)陳設(shè)藝術(shù)效果和現(xiàn)代居室文化品味的重要樂章和主旋律。為此，現(xiàn)代用品設(shè)計師就必須從這一高度來認真研究與分析用品設(shè)計的要素中的藝術(shù)性問題。用品設(shè)計過程中，不可或缺地要靈活借用實用美術(shù)設(shè)計中的一些基本做法，其中如產(chǎn)品外觀形體穩(wěn)定的均衡；線型的諧和與靈氣；裝飾紋樣的生動與形象逼真；五金輔件的格調(diào)的選擇；都需要設(shè)計師在實踐工作中，不斷提高自己的實用美術(shù)學科修養(yǎng)水平，才能適應(yīng)當前中國國內(nèi)市場國際化的激烈競爭態(tài)勢。沒有好的產(chǎn)品設(shè)計，便沒有較多市場份額的占有。 3 工藝性 誠如以上所述，當前，我國用品工業(yè)產(chǎn)品的科技制造含量已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，幾代構(gòu)造特點的不同工藝構(gòu)造款式的用品，都在不同的陳設(shè)環(huán)境與商場中頻煩亮相、爭奇斗妍。發(fā)展最為突出的是板式用品，或稱實木用品。70年代設(shè)計 宣傳比較多的KD型用品，今天已經(jīng)發(fā)展到具有國際先進水平的RTA型用品。筆者可以斷言，板塊構(gòu)成，實木裝飾型的新一代板式用品將會在我國用品工業(yè)產(chǎn)品系列中，長期占有一席之地，其發(fā)展前景也是舉足輕重的。 早在1995年的《用品》雜志編委年會上，業(yè)內(nèi)著名學者專家就曾針對中國國內(nèi)用品業(yè)發(fā)展趨勢，明確提出了今后我國用品工業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)目標應(yīng)本著“板式用品高檔化，實木用品藝術(shù)化，現(xiàn)代用品時裝化，設(shè)計手法個性化”的設(shè)計理論導向和真知灼見。姑且不論上述論點正確與否，但有一點勿庸置辯，現(xiàn)代用品，無論其工藝構(gòu)成特點與含量如何，企業(yè)為適應(yīng)國內(nèi)市場國際化的竟爭需要，愈來愈趨向多品種、小批量、短周期的設(shè)計與生產(chǎn)方式。為便于用品實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，又要兼顧到這類產(chǎn)品的工藝特殊性，形勢迫使我們用品設(shè)計師在完成造型設(shè)計的同時，還必須把握與駕馭產(chǎn)品工藝設(shè)計一環(huán)的工作。先迸的技術(shù)設(shè)備是實現(xiàn)造型工藝的具體手段，由于科技的發(fā)展，給復雜的造型工藝提供了可靠保證，設(shè)計師匠心獨造和綜合技術(shù)，可以創(chuàng)造出新的造型表現(xiàn)形式，傳統(tǒng)的加工方式，技術(shù)與造型的關(guān)系是同等的，現(xiàn)代用品設(shè)計師，則必須是用品工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)先進設(shè)備與高工藝水平加工技藝的熟知者與掌握者。從事專業(yè)設(shè)計的工程技術(shù)人員，應(yīng)該是具有新型結(jié)構(gòu)工藝制造學方面的復合型人材，方能挑起歷史賦予我們的重任。 4 經(jīng)濟性 現(xiàn)代用品設(shè)計中，經(jīng)濟性設(shè)計亦應(yīng)是設(shè)計師不容忽視的一個重要設(shè)計環(huán)節(jié)，這其中也包涵了工藝性設(shè)計的外延與內(nèi)涵，諸如加工手段與方法、材料的選擇與構(gòu)成,工藝程序排列等等。板式用品設(shè)計中的單塊構(gòu)件下料法(配料法)與零部件綜合下料法，前后兩者對比，后一種方法可節(jié)約原料8-10%。其中，同樣也包括人造板材類型的選擇與應(yīng)用；裝飾貼在材料的應(yīng)用方法與成本節(jié)約問題。目前，中國內(nèi)先進企業(yè)的管理方法中提出的目標成本管理法，也包容了上述經(jīng)濟性設(shè)計內(nèi)容。 舉一例，毗鄰的兩家工廠設(shè)計一種雷同的巴洛克風格的休閑器材，由于其中一家工廠不注重研究產(chǎn)品設(shè)計中的經(jīng)濟性沒計內(nèi)容和方法，忽視了物耗成本這一價值規(guī)律，結(jié)果是兩家工廠的材料利用率相差3-5%。誠然，這其中不乏含有設(shè)計師水平高低之別?，F(xiàn)代用品設(shè)計師只有在設(shè)計實踐中，將實用性、藝術(shù)性、工藝性、經(jīng)濟性(目標成本法則)有機地結(jié)合與靈活運用，才能實現(xiàn)不斷推出好的產(chǎn)品,奉獻給廣大消費者 第2章 人體工程學與具體設(shè)計 設(shè)計尺寸是根據(jù)人體尺寸來設(shè)計的,各個部分的定位均參照人體尺寸。例如,尺寸遠大于人上身長,一般是 440～450mm之間。 人體的主要尺寸:國標GB10000-1988給出身高、體重、上臂長、前臂長、大腿長、小腿長共六項主要尺寸數(shù)據(jù)。 下表是我國成年人人體主要尺寸和坐姿人人體尺寸(摘自GB10000-1988《中國成年人人體尺寸》): 主要尺寸 男(18～60歲) 女(15～55歲) 百分位數(shù) 5 50 95 5 50 95 身高 1583 1678 1775 1484 1570 1659 體重∕kg 48 59 75 42 52 66 上臂長 289 313 338 262 284 308 前臂長 216 237 258 193 213 234 大腿長 428 465 505 402 438 476 小腿長 338 369 403 313 344 376 坐姿尺寸 男(18～60歲) 女(15～55歲) 坐高 858 908 958 809 855 901 坐姿頸椎 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 我國成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸 設(shè)計要點：.尺度必須參照人體測量學數(shù)據(jù)確定 第3章 腳踏式滑板車設(shè)計的要點 3.1 材料因素 材料是實現(xiàn)腳踏式滑板車設(shè)計的物質(zhì)基礎(chǔ)，離開了材料及輔助材料的材性與工藝，其設(shè)計只能是一種抽象存在，無法體現(xiàn)其存在的意義和價值。就其主要構(gòu)件——車架而言，腳踏式滑板車車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。其中鋼制的車架最便宜，不過重量也最重，表面的油漆脫落后便有生銹的危險，所以平時在保養(yǎng)上要下功夫。再高級點就是鋁合金，重量較輕，但是需要較粗的管徑才能達到與鋼管相同的強度，為大部分登山車所采用。表面拋光后整臺車呈現(xiàn)銀白色，很好看。碳纖維車架的特點是可以一體成型，不需要焊接，不過每個車架需要特殊的模具制造，成本也很高。鈦合金不但重量輕，不生銹，強度高，材料特性最佳，不過原料昂貴，加工困難。 3.1.1 下面就幾種材料做具體分析 1. 鉻鉬鋼(Fe—Cr—Mo) 圖3-1鉻鉬鋼車架 在腳踏式滑板車的100年歷史當中，鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。(如圖3.1)鐵制車架的最大特征是可在各種成份，各種粗細厚薄的鐵管中，任意選擇所需要的鐵管進行加快。因此可以選擇最適合于的尺寸、剛性、騎感的車架，這對于數(shù)毫米的差異也敏感的老車手來說是很有好處的。它的最大的缺點是比起其它的素材重(過去)。但是最近的鐵素材車架經(jīng)過熱處理，把薄的管道做成粗的管來使用，其重量不會輸給輕的合金。 2. 鋁合金(A1-Mg-Si，Al—Zn—Mg一(Cu)) 用鋁合金制作的車架。輕而價格低是它的優(yōu)點。但是從『輕』來說，當前與鐵素材比較相差并不大。老車手對它的反應(yīng)是『雖輕但易彎曲』。雖然經(jīng)過多次改進，但是始終克服不了楊氏彈性模量低的缺點。最近的鋁合金車架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對鋁管進行熱處理等，制造出輕而有剛性的車架，這種最新的鋁合金車架對車手來說，具有足夠的輕量與剛性。 鋁合金是純鋁中加入Mg，zn，si，cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優(yōu)點，加入其他金屬后顯著提高了機械性能。 ●鋁合金車架的優(yōu)點 (1)可以制作重量輕的車架鋁的比重輕但不夠硬，為了增強強度把它制成合金并施予熱處理。熱處理采用時效析出增強法，簡單地說，在金屬內(nèi)形成一種妨礙金屬變形的物質(zhì)。在某種高溫下進行熱處理時，會引起時效析出，若沒有經(jīng)過這個程序的車架，也會引起常溫時效。就是說把車架放置在房間內(nèi)也會逐漸變強。 有7075標志的腳踏式滑板車零件(如XTR曲柄等)，嚴格來講沒有經(jīng)過熱處理。也就是說因沒有時效，因此是常溫時效。7075合金本來就必要進行熱處理，通過熱處理其強度可以增加5倍。 (2)長時問使用外觀不怎么變化 鋁本身是很容易受腐蝕的金屬，在空氣中幾乎不存在沒有被氧化的鋁，放置在空氣中馬上被氧化而形成很薄的氧化膜。為什么不生銹昵?原因是該氧化膜達到一定的程度時防止繼續(xù)生銹。該氧化膜幾乎是無色因此外觀上不容易發(fā)現(xiàn)變化(有時會發(fā)白)。 ●鋁合金車架的缺點 (1)鋁是彈性率及剛性低的材料。因此采用粗的管道，或者改變形狀如cross—over管、padded管等。 (2)需要進行熱處理必需進行熱處理，否則強度不夠。因此一般的規(guī)模不大的工廠無能力購買熱處理設(shè)備。尤其是6000系的鋁合金管，多數(shù)情況是管道廠家指定熱處理條件。 3. 鈦、鈦合金(Ti，Ti—A—V) 美國在60年代首次使用鈦合金來制作白行車車架。鈦合金給人的印象是輕而硬。早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合于長距離賽車，也不是適用于所有的比賽，只適合用在山岳，或者Big reces，Time traial等需要輕型車的特定的場合。鈦金屬給一些人錯覺，貴而稀有，實際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，價格才較貴。 ●鈦合金車架的優(yōu)點 (1)可以制作輕量而強度大的車架純鈦金屬的強度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高(和鋁比較)，也有利于設(shè)計。 (2)不生銹：鈦在一般的環(huán)境下幾乎不會被腐蝕。但是它有另一種腐蝕現(xiàn)象即異種金屬腐蝕。例如，不同種類的合金接合在一起時，成為電極狀態(tài)，電位差使局部通電引起腐蝕。對此現(xiàn)象采取的措施是用脂膏等來絕緣(混有金屬粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等)。這種金屬粉末防止脂膏流失，即使流失后也用來防止緊密接觸。這種金屬粉末有導電性也不要緊，接觸后被較小的荷重破壞掉。這種現(xiàn)象稱為『粘住』，它和『烘焙』是不同的?！赫匙?、咬合』：金屬之間通過腐蝕來接合的現(xiàn)象?！汉姹航雍稀唬杭庸そ饘贂r所產(chǎn)生的熱量來溶融接合。 ●鈦合金車架的缺點 價格高。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，提練及加工過程復雜，技術(shù)要求高，并花時間因此成本高。再有溶接加工極為困難，因為鈦和氧的親和力極強，和空氣接觸后馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強度會不斷下降。因此用惰性氣體小心焊接。通常所說的Tig焊接是：(Tig：鎢、惰性氣體的略語)用鎢電極及氬氣體進行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進行。由于以上原因鈦車架價格很貴。 近來有些鋁合金車架比鈦合金車架價格貴，這說明鈦合金車架的價格下降了。其因是冷戰(zhàn)結(jié)束后軍費縮小，鈦的用量少了；優(yōu)秀的技術(shù)員開始用鈦來制作車架：制作鈦車架的成本降低等原因。 4. 碳纖維(CERP) 碳纖維車架的特征是輕、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。腳踏式滑板車廠家考慮到成本問題，不大可能使用高等級的碳纖維來制作車架。圖3-2 COLNAGO牌的碳纖維車架碳纖維是把碳纖維用樹脂凝固成形的東西。(如圖3-2)非常輕，但它是具有方向性的材料(拉伸強但容易斷)，因此采用把薄料層層重疊的方法來解決缺點。但成本太高。 ●碳纖維車架的優(yōu)點 (1)可以制作重量輕的車架 碳纖維車架是把碳纖維對著發(fā)生應(yīng)力的方向?qū)訉盈B而得到強度。碳纖維車架非常輕，這是它的密度和強的拉伸強度構(gòu)成的。捷安特的碳纖維車架非常輕，2000年的型號1.2kg重。 (2)沖擊吸收性好 碳纖維用來制作殘疾者運動時用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領(lǐng)域。利用它的吸收沖擊力優(yōu)異的性能，制作不用避震器的腳踏式滑板車。如SCOTT廠的ELEVATED車架是著名的。但是各個廠家之間的品質(zhì)差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎后才能知道好或者不好。 ●碳纖維車架的缺點 (1)復雜的應(yīng)力計算 構(gòu)成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點是拉伸強度強，但剪斷強度弱，加工時需要進行復雜的應(yīng)力計算(縱剛性、橫剛性)，根據(jù)計算把碳纖維片重疊成型。加工技術(shù)各廠家各異，應(yīng)選擇有經(jīng)驗可靠廠家的是很重要的。 (2)老化 使用樹脂因此會不會老化? 這是一個存在的課題，它放置在陽光下時會逐漸變白。當然這種現(xiàn)象關(guān)系到廠家的技術(shù)。最好不要放置在陽光下。 5. 鎂合金 鎂的比重很輕(1.74)，約鐵的1/5，鈦的2/5，鋁的2/3。它是不容易腐蝕的活性金屬。它廣泛用在各種領(lǐng)域里，如照相器及電腦的外框、車輛的車圈等配件。通過合金化耐腐蝕性也得到進一步提高。 ●鎂合金車架的優(yōu)點 (1)可以制造重量輕的車架 它比鋁密度低，可以制造輕的車架。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解決。使用鋁合金的目的僅僅是為了減輕重量，將來可能會被鎂合金取代? 鈦和鎂的研究課題稍不同，這兩種金屬今后仍然會活躍下去。 (2)加工性好 鎂制車架加工不會差。切粉的燃燒、爆炸等能夠通過合金元素來回避的話，剪斷、溶接性可能不會差。和鈦比較起來加工性好。 ●鎂合金車架的缺點 生產(chǎn)鎂車架的廠商都說耐腐蝕性好。但是這方面的資料當前還很少，耐腐蝕性好到何種程度難于判斷。鎂是劇烈氧化的金屬，不小心操作錯了很容易爆炸，純鎂一般不能使用，添加其他金屬(鋁、鋅、錳等)制成合金來使用，制成的鎂合金強度、機械性能都得到提高。有些人曾經(jīng)使用過鎂合金制用具，如摩托車的曲柄套等、他們說：雖然用了很久，但是很好，不會象鋁般發(fā)白。 3.1.2 材料的選擇 已經(jīng)介紹了幾種腳踏式滑板車材料，總地來說，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。鈦合金制的上述各種性能都不是最好的，但是為什么對它感興趣呢? 因為它是有前途的金屬。 1．鉻鉬鋼已經(jīng)使用了很久，對它的研究也最多，除非有什么突破，鉻鉬鋼的前途可想而知的了。使用適正厚度的管道時重量是會增加，但是不容易引起金屬疲勞，這種車能帶給車手極佳的騎感。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，否則很可能被其他材料淘汰。 2．白行車用鋁管，當前的設(shè)計方針很危險，鋁是沒有疲勞極限，為了降低應(yīng)力應(yīng)該增加厚度。但是為了單純地謀求薄壁，使用強勒的新合金來制作車架。從外觀來看這些制品使人引起很不錯的錯覺，但是疲勞壽命將是如何呢? 鋁管的薄壁程度已經(jīng)到了極限，不可能再薄下去。結(jié)果它的命運將和鉻鉬鋼一樣。今后鋁制腳踏式滑板車向那一個方向發(fā)展吶? 我認為可能會成為比賽專用腳踏式滑板車的素材。若用鋁制腳踏式滑板車來練習，一定會感覺到性能的降低顯著。 3．碳纖維制腳踏式滑板車是有前途的，通過應(yīng)力計算會找到最適合的加工條件。另外是信心問題。當前尚存在各種問題。 4．鈦管還有發(fā)展的余地，強度可能會超過鉻鉬鋼，現(xiàn)在己能制造1.5k的車架，鈦必定會奪去鋁的“輕量王”的寶座。另外，鈦不需要涂漆，可減少這部分的重量(20～409)。 綜合種種因素，考慮到設(shè)計初衷的理念：娛樂、休閑、時尚、旅游、便攜，結(jié)合材料的特性，選擇鈦鎂合金材料作為其主要構(gòu)件材料。 3.2 結(jié)構(gòu)因素 本次腳踏式滑板車設(shè)計運用圓形形態(tài)組合原則，受到“新鋒銳”(New Edge)理論及圓周運動規(guī)律的啟發(fā)，其整體構(gòu)架由平面倒角板材(車身部位)與直線金屬管材(腳踏式滑板車車頭碗組、座桿等部件)以及塑料、橡膠部件(腳踏式滑板車坐墊、車把手、腳踏板)(如圖3-3)；車架分為前部和后部，前部為轉(zhuǎn)向部分，以簡潔的弧線為貫穿，后部為驅(qū)動部分，由于后部的特性——受力較大，則對后半部分進行加固；其傳動方式仍然保留原有的鏈條式傳動，配備單速或速度調(diào)節(jié)器。為貫穿，其傳動方式仍然保留原有的鏈條式傳動，配備單速或速度調(diào)節(jié)器。就整車結(jié)構(gòu)來說，以點、線、面式的組合結(jié)構(gòu)為主，配上直線構(gòu)架、倒角支架板材以及富有動感的弧線，整體造型圓滑、線條簡潔，藉由連結(jié)中央圓盤組合，且車架鋼性強。另外，可利用在圓盤移動時折疊整車，實現(xiàn)便攜的功能。我所設(shè)計的腳踏式滑板車的造型設(shè)計如下圖3-3： 圖3-3 車體造型 3.2.1 車架 車架是構(gòu)成腳踏式滑板車的基體聯(lián)接著腳踏式滑板車的其余各個部件并承受騎者的體重及腳踏式滑板車在行駛時經(jīng)受各種震動和沖擊力量，因此除了強度以外還應(yīng)有足夠的剛度，這是為了在各種行駛條件下，使固定在車架上的各機構(gòu)的相對位置應(yīng)保持不變，充分發(fā)揮各部位的功能。車架結(jié)構(gòu)可由設(shè)計人員創(chuàng)新，但與其他部件相關(guān)的安裝尺寸，應(yīng)嚴格控制。 在車架加工過程中，或多或少地存在加工精度問題，從后視方向觀察車輪，兩輪也不在同一平面上，使騎行產(chǎn)生“沉重”的感覺。車架立管與水平面之間的夾角稱之立管傾角。立管延長線和鞍座上表面的交點為鞍座的位置。一般情況下，騎車人股關(guān)節(jié)的位置大致地與鞍座位置一致。對于騎車人來說，下肢的關(guān)節(jié)相對中軸中心的位置，是決定下肢肌肉群的肌力有效利用的一個關(guān)鍵，即踏力和踏速能否獲得最佳的配合的一個關(guān)鍵。隨著踏速的提高，如果股關(guān)節(jié)的股骨運動角范圍不相應(yīng)地縮小，由于肌肉運動速度跟不上，下肢肌力就不能充分發(fā)揮。在膝關(guān)節(jié)也存在同樣情況。實驗證明:高速腳踏式滑板車股關(guān)節(jié)相對中軸的位置應(yīng)該前移，即立管傾角增大。反之，股關(guān)節(jié)位置后移，立管傾角減小。如圖3-4： 圖3-4 車架 3.2.2 前叉 前叉有三個作用。第一個作用是支承前輪所受的重量， 第二個作用是將車把轉(zhuǎn)向動作傳送到前輪，使腳踏式滑板車能按騎者的意愿方向行駛；第三個作用是前義下端壓有彎度，能促使腳踏式滑板車有自己向前直駛的性能，減輕騎車者操縱強度，并起一些緩沖作用。前叉裝在車架前管內(nèi)，能在管內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動，前叉的上端與車把緊固地連結(jié)在一起，下端與前軸連接，與前輪以前軸為中心自由轉(zhuǎn)動，組成轉(zhuǎn)動機構(gòu)。如圖3-5： 圖3-5 前叉 3.2.3 車把及位置 車把是連接著前叉，可轉(zhuǎn)動前叉，在使用性能上主要是操縱腳踏式滑板車的行駛方向，并作為騎車者的扶手，支承著一部分騎車者的重量，在車把上安裝著制動手把和車鈴，控制制動和信號。車把因裝在腳踏式滑板車正前方，要求美觀合適，必須能承受一定的顛簸撞擊性能。車把和鞍座的位置影響了騎車人上半身的姿勢。車把的水平位置離地高度約等于騎車人股骨的長度。如果車把位置太高，會增加車架長度；過低，將妨礙車把的轉(zhuǎn)向。車把的垂直位置應(yīng)略高放鞍座，如果長期騎行車把位置低于鞍座位置的腳踏式滑板車，對身體是不利的。如圖3-6。 綜上所述，中軸、鞍座和車把三者的位置稱為車架的三支點，支配著騎車人的姿勢，對腳踏式滑板車的出力性能影響很大，是腳踏式滑板車設(shè)計工作的重要課題。關(guān)齡車架三支點的研究，除考慮出力性能外，還要考慮騎車人的疲勞程度、身體局部疼痛，駕駛方便程度和安全性能等因素。如圖3-7： 3-7 車把圖 3.2.4 前軸、后軸和中軸 前軸是承受由前叉?zhèn)鱽淼哪_踏式滑板車本身及騎車者的部分(約40% )重量，并通過前花盤、輻條、車圈及輪胎，將重量傳落地面和推動前輪旋轉(zhuǎn)前進的支承，必須有足夠的強度和轉(zhuǎn)動的靈活性能。 后軸有三個作用，第一個作用是承受由立管和平叉?zhèn)鱽淼哪_踏式滑板車本身及騎車者的一大部分(約60％ )重量，并通過后花盤、鏈條、車圈及輪胎，將重量傳落地面；第二個作用是推動前輪旋轉(zhuǎn)前進；第三個作用是驅(qū)動全車前進的主動軸承。因此，后軸必須具有比前軸更大的強度，并需保持軸承轉(zhuǎn)動靈活。 同時為了調(diào)整鏈條的松緊度，后軸必須能前后調(diào)整，并能在合適的位置上緊固而保持不動。和前軸一樣。 中軸是傳動機構(gòu)，承受騎車者的腳踏力量。傳動力遙過腳蹬、曲柄、鏈條、鏈輪傳到后輪，驅(qū)動全車前進。參照前軸。 3.2.5 前后輪 前后輪總稱車輪，一個作用是承受腳踏式滑板車本身和騎車者的全部重量，另一個作用是車輪旋轉(zhuǎn)推動腳踏式滑板車前進及轉(zhuǎn)向，因此必須具有足夠的強度，以免在行駛中受到震動發(fā)生折斷，同時要求車輪須圓正，可保持在旋轉(zhuǎn)時平穩(wěn)，此外車輪結(jié)構(gòu)要有適當彈性，以增強避震性，提高騎行者的舒適性。 胎冠的厚度和胎肩的厚度越大，滾動阻力系數(shù)越大。胎冠的花紋呈線型、細條型、簾線的支數(shù)細，其滾動阻力系數(shù)往往較小，多用于運動車。普通車對路面的抓著力、雨天的剎車力、防止側(cè)滑能力、耐久性等有較高需求，往往采用塊形花紋和簾線支數(shù)粗的輪胎，而其滾動阻力相應(yīng)也增大。因此，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)具體的車型選用相應(yīng)的輪胎。 圖3-13輪子 第4章 腳踏式滑板車設(shè)計工作原理及傳動計算 4.1 動力來源 動力來源于人體自身的重力，當使用者雙腳交替踩踏滑板車左、右兩踏板時，重心產(chǎn)生偏移，從而實現(xiàn)重力勢能與動能的連續(xù)轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生滑板車運動持續(xù)的驅(qū)動力，人和車體便可向前連續(xù)穩(wěn)定地滑行． 4.2 傳動裝置工作原理 在人體自身重力作用下拉動左(或中)鏈條向下運動，然后經(jīng)過兩條路線傳遞運動：一條是通過左(或右)飛輪將運動傳遞給主軸，再通過大鏈輪將運動傳遞給后軸，從而驅(qū)動后輪前行；另一條是通過左(或右)鏈輪將運動傳遞給聯(lián)動軸，再通過右(或左)鏈輪將運動傳遞給右(或左)飛輪．由于左、中兩根鏈條經(jīng)過左、右飛輪后，與左、右鏈輪的連接方向相反，因而產(chǎn)生向上的拉力，從而帶動右(或左)踏板向上運動。 4.3人體驅(qū)動力計算 估算驅(qū)動功率最小為0.19kW，估算的牽引力約為265N。 4.4 軸的設(shè)計 圖4-1軸受力分析圖 由靜力平衡方程 求得支反力為 以梁的左端為坐標原點，選取坐標系如圖4.9a所示。集中力F作用于C點，梁在AC和CB兩段內(nèi)的剪力或彎矩不能用同一方程式來表示，應(yīng)分段考慮。在AC段內(nèi)取距原點為x的任意截面，截面以左只有外力，根據(jù)剪力和彎矩的計算方法和符號規(guī)則，求得這一截面上的和M分別為 （a） (b) 這就是在AC段內(nèi)的剪力方程和彎矩方程。如在CB段內(nèi)取距左端為x的任意截面，則截面以左右和F兩個外力，截面上的剪力和彎矩是 (c) (d) 當然，如用截面右側(cè)的外力來計算會得到相同的結(jié)果。 由(a)式可知，在AC段內(nèi)梁的任意截面上的剪力皆為常數(shù)，且符號為正，所以在AC段(010r／min),可按基本額定動載荷計算值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當軸承可靠性為90％、軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī)條件下運轉(zhuǎn)時，取500h作為額定壽命的基準，同時考慮溫度、振動、沖擊等變化，則軸承基本額定動載荷可按下式進行簡化計算。 C——基本額定動載荷計算值，N； P——當量動載荷，N； fh——壽命因數(shù)；1 fn——速度因數(shù)；0.822 fm——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時取1.5，較大時取2； fd——沖擊載荷因數(shù)；1.5 fT——溫度因數(shù)；1 CT——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷，N； 查表得，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。 在本輸送裝置中，可以假設(shè)軸承只承受徑向載荷，則當量動載荷為： P=XFr+YFa 查文獻[3]的表6-2-18，得，X=1，Y=0； 所以，P=Fr=1128N。由以上可得： 本輸送機中的軸承承受的載荷多為徑向載荷，所以選取深溝球軸承，查文獻的附表，并考慮軸的外徑，選取軸承6305-RZ，其具體參數(shù)為：內(nèi)徑d=25mm，外徑D=62mm，基本額定載荷，基本額定靜載荷，極限速度為10000r/min，質(zhì)量為0.219kg。 然后校核該軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的計算公式為： 式中： ——基本額定靜載荷計算值，N; ——當量靜載荷，N； ——安全因數(shù); ——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷， 查文獻[3]的表6-2-14知，對于深溝球軸承，其當量靜載荷等于徑向載荷。 查文獻[3]的表6-2-14知，安全系數(shù) 則軸承的基本額定靜載荷為： 由上式可知，選取的軸承符合要求 4.6 鏈傳動的運動特性 由于鏈是由剛性鏈節(jié)通過銷軸鉸接而成，當鏈繞在鏈輪上時，其鏈節(jié)與相應(yīng)的輪齒嚙合后，這一段鏈條將曲折成正多邊形的一部分。該正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距p，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)z，鏈輪每轉(zhuǎn)過一圈，鏈條走過zp長，所以鏈的平均速度v為 == 式中： 、——分別為主、從動鏈輪的齒數(shù)； 、——分別為主、從動鏈輪的轉(zhuǎn)速，r/min。 鏈傳動的平均傳動比 因為鏈傳動為嚙合傳動，鏈條和鏈輪之間沒有相對滑動，所以平均鏈速和平均傳動比都是常數(shù)。但是，仔細考察絞鏈鏈節(jié)隨同鏈輪轉(zhuǎn)動的過程就會發(fā)現(xiàn)，鏈傳動的瞬間傳動比和鏈速并非常數(shù)我們知道，鏈條由剛性鏈板通過鉸鏈連接而成。當鏈條繞在鏈輪上時，其形狀如圖所示： 在主動鏈輪上，鉸鏈A正在牽引鏈條沿直線運動，繞在主動鏈輪上的其他鉸鏈并不直接牽引鏈條，因此，鏈條的運動速度完全有鉸鏈A的運動所決定。鉸鏈A隨同主動鏈輪運動的線速度方垂直于AO，與鏈直線運動方向的夾角為。因此，鉸鏈A實際用于牽引鏈條運動的速度為 式中。為主動鏈輪的分度圓半徑，m。因為是變化的，所以即使主動鏈輪轉(zhuǎn)速恒定，鏈條的運動速度也是變化的。當=時，鏈速最低；當=0，鏈速最高，是主動鏈輪上的一個鏈節(jié)所對的中心角。鏈速的變化呈周期性，鏈輪轉(zhuǎn)過一個鏈節(jié)，對應(yīng)鏈速變化的一個周期。鏈速變化的程度與主動鏈輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)速越高、齒數(shù)越少，則鏈速變化范圍越大。 在鏈速變化的同時，鉸鏈A還帶動鏈條上下運動，其上下運動的鏈速 也是隨鏈節(jié)呈周期性變化的。 在主動鏈輪牽引鏈條變速運動的同時，從動鏈輪上也發(fā)生著類似的過程。從動鏈輪上的鉸鏈C正在被直線鏈條拉動，并由此帶動從動鏈輪以轉(zhuǎn)動。因為鏈速方向與鉸鏈的C的線速度方向之間的夾角為，所以鉸鏈C沿圓周方向運動的線速度為 式中，為從動鏈輪的分度圓半徑， 由此可知從動鏈輪的轉(zhuǎn)速為 在傳動過程中因為在內(nèi)不斷變化，加上也是不斷變化，多以即使是常數(shù)，也是周期性變化的。 從上式中可得鏈傳動的瞬時傳動比為 可見鏈傳動的瞬時傳動比是變化的。鏈傳動的傳動比變化與鏈條繞在鏈輪上的多邊形特征有關(guān)，故以上現(xiàn)象稱為鏈傳動的多邊形效應(yīng)。 4.7 鏈傳動的動載荷 鏈傳動在工作過程中，鏈速和主從鏈輪的轉(zhuǎn)速都是變化的，因而會引起變化的慣性力及相應(yīng)的動載荷。 鏈速變化引起的慣性力為=ma 式中：—緊邊鏈條的質(zhì)量，kg; —鏈條變速運動的加速度，/。 如果視主動鏈輪勻速轉(zhuǎn)動，則 當時, ( 從動鏈輪因角加速度引起的慣性力為 式中：J—從動系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動鏈輪軸的轉(zhuǎn)動慣性，; —從動鏈輪的角速度，rad/s. 鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，節(jié)距越大，齒數(shù)越少，則慣性力就越大，相應(yīng)的動載荷也就越大。同時，鏈條沿垂直方向也在做變速運動，也會產(chǎn)生一定的動載荷。 此外，鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間的相對速度，也將引起沖擊和振動，當鏈節(jié)和鏈輪輪齒接觸的瞬間，因鏈節(jié)的運動速度和鏈輪輪齒的運動速度在大小和方向上的差別，從而產(chǎn)生沖擊和附加的動載荷。顯然，節(jié)距越大，鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，則沖擊越嚴重。 4.8鏈傳動的受力分析 鏈傳動在安裝時，應(yīng)使鏈條受到一定的張緊力。張緊力是通過使鏈條保持適當?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力來獲得的。鏈傳動張緊的目的主要是使松邊不致過松，以免出現(xiàn)鏈條的不正常嚙合、跳齒或脫鏈。因為鏈傳動為嚙合傳動，所以與帶傳動相比，鏈傳動所需的張緊力要小得多。 鏈傳動在工作時，存在緊邊拉力和松邊拉力。如果不計傳動中的動載荷，則緊邊拉力和松邊拉力分別為 式中： F— 有效圓周力，N; F— 離心力引起的拉力，N； F— 懸