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折疊式自行車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院
畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）
題目： 折疊式自行車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（Title）： Folding Bicycle Structure Design
系 別： 機(jī)電工程系
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名： 張奇志
學(xué) 號(hào)： 2010030743207
指導(dǎo)教師： 朱亞峰
日 期： 2014年2月23日
折疊式自行車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘要
本文針對(duì)折疊式自行車(chē)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，由于現(xiàn)有自行車(chē)存在的缺陷，特設(shè)計(jì)出這種多功能的折疊式健身自行車(chē)，以更好地滿(mǎn)足目前的消費(fèi)人群的需求，并希望得到廣泛發(fā)展和應(yīng)用。隨著改革開(kāi)放的不斷深入，中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人民消費(fèi)水平顯著提高，人民生活重點(diǎn)有所轉(zhuǎn)移，更多地追求時(shí)尚、休閑、娛樂(lè)，健身成為了休閑的代名詞。各式各樣的健身器材廣泛投入市場(chǎng)，卻僅僅局限在室內(nèi)，固定的場(chǎng)所讓運(yùn)動(dòng)變得乏味，而這種多功能的折疊式健身自行車(chē)能滿(mǎn)足用戶(hù)更多地需求，健身效果更佳。因此，設(shè)計(jì)一種容易操作、性能優(yōu)越、方便攜帶的健身用品成為了一種必要。本文所設(shè)計(jì)的是一種多功能的折疊式健身自行車(chē)，它的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，鍛煉效果明顯，能隨身攜帶，價(jià)格便宜，受場(chǎng)地因素影響小，對(duì)行業(yè)發(fā)展、革新有著重要意義。在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，作者繪制了總裝三維圖、裝配圖及其它重要零件圖，并做了必要的校核計(jì)算，提出了設(shè)計(jì)方案。
關(guān)鍵詞：折疊；自行車(chē)；結(jié)構(gòu)
Folding Bicycle Structure Design
ABSTRACT
This paper folding bike for structure optimization design, due to the existing defects of bicycle, specially designed this kind of multi-function folding exercise bikes, in order to better meet the needs of the consumers, and hope to get extensive development and application. With the deepening of the reform and opening up, China's social economy and people's consumption level increased significantly, emphasis shifting people's life, more the pursuit of fashion, leisure, entertainment, fitness has become synonymous with leisure. All kinds of fitness equipment on the market, but limited in indoor, fixed places for sport become boring, but this kind of multi-function folding exercise bikes can satisfy more customers' needs, fitness effect is better. Therefore, design a kind of easy operation, superior performance, portable fitness equipment has become a necessity. In this paper, the design is a kind of multifunctional folding bicycles, it is easy to use, the advantages of exercise effect is obvious, can carry, cheap, small by site factors, the industry development, innovation, has important significance. In the design process, the authors draw the assembly 3D figure, block diagrams and other important part drawing, and make the necessary checking calculation, puts forward the design scheme.
Key words: Fold; Bicycle; Structure
目錄
1 前言 1
1.1 折疊式自行車(chē)的作用 1
1.2 折疊式自行車(chē) 2
1.3 齒輪 2
1.4 軸 3
1.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 4
2 方案選擇 5
2.1 折疊式自行車(chē)的控制和傳動(dòng)方式 5
2.2 設(shè)計(jì)方案選型與分析 5
2.3 方案的確定 6
2.4 裝配圖的繪制 6
2.5 傳動(dòng)動(dòng)力參數(shù) 6
2.5.1 折疊式自行車(chē)輸出軸的轉(zhuǎn)速 6
2.5.2 折疊式自行車(chē)輸入軸的轉(zhuǎn)速 7
2.5.3 折疊式自行車(chē)輸出軸的功率 7
2.5.4 折疊式自行車(chē)輸入軸的功率 7
2.5.5 折疊式自行車(chē)輸出軸轉(zhuǎn)矩 7
2.5.6 折疊式自行車(chē)輸入軸轉(zhuǎn)矩 7
3 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 8
3.1 齒條的設(shè)計(jì) 8
3.1.1 材料選擇及熱處理 8
3.1.2 齒條精度的選擇 8
3.1.3 齒條模數(shù)的選取 9
3.1.4 齒條尺寸的確定 9
3.2 齒輪的設(shè)計(jì) 9
3.2.1 材料選擇及熱處理 9
3.2.2 齒輪精度的選擇 10
3.2.3 齒輪齒數(shù)和模數(shù)計(jì)算 11
3.2.4 幾何參數(shù)的計(jì)算 11
3.2.5 齒輪彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算 11
3.2.6 齒輪圓周速度的計(jì)算 12
3.2.7 齒輪齒條參數(shù)的計(jì)算結(jié)果 12
3.3 鏈輪的設(shè)計(jì) 12
3.3.1 鏈輪齒數(shù) 12
3.3.2 鏈條節(jié)數(shù) 12
3.3.3 功率計(jì)算 13
3.3.4 鏈條節(jié)距 13
3.3.5 實(shí)際中心距 13
3.3.6 鏈速計(jì)算 13
3.3.7 計(jì)算作用在軸上的壓力 14
4 傳動(dòng)軸和傳動(dòng)軸承的設(shè)計(jì) 15
4.1 軸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) 15
4.1.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意事項(xiàng) 15
4.1.2 確定軸結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)的注意事項(xiàng) 15
4.2 折疊式自行車(chē)輸入軸的設(shè)計(jì) 16
4.2.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定 16
4.2.2 軸的基本直徑 16
4.2.3 軸徑、軸長(zhǎng)的確定 16
4.2.4 校核軸的強(qiáng)度 17
4.2.5 求危險(xiǎn)截面彎矩，并繪制彎矩圖 17
4.3 折疊式自行車(chē)輸出軸的設(shè)計(jì) 18
4.3.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定 18
4.3.2 軸的基本直徑 18
5 軸承的選用 19
5.1 滾動(dòng)軸承 19
5.2 滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
5.2.1 面對(duì)面排列（軸承正裝） 19
5.2.2 背對(duì)背排列（軸承反裝） 20
5.2.3 串聯(lián)排列 20
5.3 軸承的選擇與計(jì)算 20
6 車(chē)輪的選擇 21
7 軸承隔套和墊片的選用 22
7.1 隔套裝配尺寸鏈的計(jì)算 22
7.2 止動(dòng)墊片的選用 22
8 座板的設(shè)計(jì) 23
9 設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn) 24
參考文獻(xiàn)......................................................................................................................................................25
致謝...............................................................................................................................................................26
1 前言
1.1 折疊式自行車(chē)的作用
折疊式折疊式健身自行車(chē)是一種集運(yùn)動(dòng)、休閑、娛樂(lè)于一身的機(jī)械產(chǎn)品，車(chē)體由車(chē)架、鏈輪、車(chē)輪組成，但由于傳動(dòng)方式、用途不同，其結(jié)構(gòu)也存在很大的差異。本設(shè)計(jì)針對(duì)目前市場(chǎng)上擁有多種室內(nèi)外健身器材，如跑步機(jī)、劃船器、直立式固定腳踏車(chē)等，然而這些健身器材絕大部分均為固定式，且多數(shù)僅在室內(nèi)使用，而且價(jià)格較高，健身效率不高的情況下所開(kāi)展的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中包括其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、健身實(shí)用性、工藝性等綜合方面的設(shè)計(jì)。如圖1.1所示：
圖1.1 折疊式自行車(chē)結(jié)構(gòu)
1.2 折疊式自行車(chē)
自行車(chē)，又稱(chēng)腳踏車(chē)或單車(chē)，以腳踩踏板為動(dòng)力，是一種綠色環(huán)保的代步交通工具。折疊式多功能健身自行車(chē)是一款集娛樂(lè)、休閑、健身、運(yùn)動(dòng)于一身的機(jī)械產(chǎn)品，它采用齒輪齒條及棘輪聯(lián)合傳動(dòng)的方式，通過(guò)人踏步運(yùn)動(dòng)將重力傳遞給踏板，用齒條帶動(dòng)齒輪，然后再傳遞到傳動(dòng)輪，以此帶動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)健身、休閑及代步等多重功能。并采用與傳統(tǒng)地自行車(chē)不同的站立式騎行，以達(dá)到更好地健身效果，打破之前固定式的健身器材的模式，由于它的便攜性能使之擁有龐大地市場(chǎng)空間，也為它的發(fā)展帶來(lái)了巨大的契機(jī)。
1.3 齒輪
齒輪是機(jī)器中廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)零件之一。它可以傳遞動(dòng)力，又可以改變轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)方向，齒輪的種類(lèi)很多，根據(jù)用途和傳動(dòng)情況可將其分為三大類(lèi)：圓柱齒輪、錐齒輪、渦輪蝸桿。其中使用較多且較簡(jiǎn)單的是圓柱直齒輪，又稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪，圓柱齒輪用于平行兩軸之間的傳動(dòng)；錐齒輪用于相交兩軸之間的傳動(dòng)；渦輪蝸桿則較多用于交叉兩軸之間的傳動(dòng)。
齒輪傳動(dòng)可分為閉式傳動(dòng)和開(kāi)式傳動(dòng)兩種。重要的齒輪都采用閉式傳動(dòng)，閉式傳動(dòng)的齒輪封閉在剛性的箱體內(nèi)，因而有良好的潤(rùn)滑和工作條件。開(kāi)式傳動(dòng)的齒輪是外露的，不能保證良好的潤(rùn)滑，而且易落灰塵、雜質(zhì)，故齒面易磨損，只宜用于低速傳動(dòng)。
齒輪齒形的加工方法有兩種。一種是成形法，就是利用與被切齒輪齒槽形狀完全相符的成形銑刀切出齒形的方法，如銑齒；另一種是展成法，它是利用齒輪刀具與被切齒輪的相互嚙合運(yùn)動(dòng)而切出齒形的加工方法，如滾齒和插齒。
齒輪常用的熱處理方法有正火、調(diào)質(zhì)、表面淬火、滲碳淬火、滲氮五種熱處理方式，調(diào)質(zhì)和正火兩種處理后的齒面硬度較低（≤350HRS），為軟齒面；其他三種處理后的齒面硬度較高，為硬齒面。軟齒面的工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，適用于一般傳動(dòng)。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時(shí)，考慮到小齒輪齒根較薄，彎曲強(qiáng)度較低，且受載次數(shù)較多，故在選擇材料和熱處理時(shí)，一般使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面高20~50HRS。硬齒面齒輪的承載能力較高，但需要專(zhuān)門(mén)設(shè)備磨齒，常用于要求結(jié)構(gòu)緊湊或生產(chǎn)批量大的齒輪。當(dāng)大小齒輪都是硬齒面時(shí)，小齒輪的硬度應(yīng)略高于大齒輪，也可和大齒輪相等。
制造齒輪常用的鋼有調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼、鑄鋼的強(qiáng)度比鍛鋼稍低，常用于尺寸較大的齒輪；灰鑄鐵的機(jī)械性能較差，可用于輕載的開(kāi)式齒輪傳動(dòng)中；球墨鑄鐵可部分地代替鋼制造齒輪；塑料齒輪多用于輕載和要求噪聲低的地方，與其配對(duì)的齒輪一般用熱導(dǎo)性好的鋼齒輪。
齒輪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：為防止齒輪的疲勞折斷，需計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，為防止齒面點(diǎn)蝕，需計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度。
選材基本原則：齒輪材料必須滿(mǎn)足工作條件的要求，如強(qiáng)度、壽命、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等，考慮齒輪的尺寸大小，毛胚成型方法及熱處理和制造工藝。
1.4 軸
軸是支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件并與之一起以回轉(zhuǎn)以傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩或彎矩的機(jī)械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機(jī)器中作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件就裝在軸上。常見(jiàn)的軸有曲軸、直軸和軟軸三種。直軸又可分為以下幾種
轉(zhuǎn)軸：工作時(shí)既承受彎矩又承受扭矩，是機(jī)械中最常見(jiàn)的軸，如各種減速器中的軸等。
心軸：用來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件只承受彎矩而不承受傳遞扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，如鐵路車(chē)輛的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動(dòng)，如支承滑輪的軸等。
傳動(dòng)軸：主要用來(lái)傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機(jī)移動(dòng)機(jī)構(gòu)中的長(zhǎng)光軸、汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)軸等。
軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵等。軸的工作能力一般取決于強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)速高時(shí)還取決于振動(dòng)的穩(wěn)定性。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。它由軸上安裝零件的類(lèi)型、尺寸及其位置、固定位置，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類(lèi)型與尺寸，軸的毛胚、制造和裝配工藝、安裝及運(yùn)輸，對(duì)軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計(jì)者可根據(jù)軸的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，必要時(shí)可做幾個(gè)方案進(jìn)行比較，以便選出最佳設(shè)計(jì)方案，以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：
1) 節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強(qiáng)度外形尺寸大的截面系數(shù)的截面形狀；
2) 易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；
3) 采用各種減少應(yīng)力集中和提高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施；
4) 便于加工制造和保證精度；
1.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1) 先整體設(shè)計(jì)，后零部件設(shè)計(jì)；
2) 先概要設(shè)計(jì)，后詳細(xì)設(shè)計(jì)；
3) 設(shè)計(jì)中采用遵守標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，是減低成本的首要原則；
4) 運(yùn)用“三邊”設(shè)計(jì)方法；
5) 要使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，安裝、使用及維護(hù)方便；
6) 要有良好的加工工藝性；
7) 力求均勻美觀(guān)；
2 方案選擇
2.1 折疊式自行車(chē)的控制和傳動(dòng)方式
大多數(shù)自行車(chē)采用的是機(jī)械控制，而傳動(dòng)方式則較多采用鏈輪鏈條傳動(dòng)，本設(shè)計(jì)的折疊式多功能健身自行車(chē)則采用齒輪齒條及鏈輪聯(lián)合傳動(dòng)的方式。
2.2 設(shè)計(jì)方案選型與分析
方案一：折疊式自行車(chē)采用齒輪齒條及鏈輪聯(lián)合傳動(dòng)的方式，通過(guò)人踏步運(yùn)動(dòng)將重力傳遞給踏板，用齒條帶動(dòng)齒輪，然后再傳遞到傳動(dòng)輪，以此帶動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)健身、休閑及代步等多重功能。此方案采用單輪驅(qū)動(dòng)，更靈活的運(yùn)轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的速度差等，消耗功率大。工作傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖1所示：
圖2.1工作傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
方案二：折疊式自行車(chē)采用齒輪齒條及鏈輪聯(lián)合傳動(dòng)的方式，通過(guò)人踏步運(yùn)動(dòng)將重力傳遞給踏板，用齒條帶動(dòng)齒輪，然后再傳遞到傳動(dòng)輪，以此帶動(dòng)小車(chē)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)健身、休閑及代步等多重功能。此方案采用雙輪驅(qū)動(dòng)方式工作，能很好的傳遞力以驅(qū)使自行車(chē)更快速行走，消耗功率小。工作傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2所示：
圖2.2工作傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
2.3 方案的確定
由以上兩種方案對(duì)比可知，方案一中的自行車(chē)傳動(dòng)采用了單輪驅(qū)動(dòng)，能很大程度的解決轉(zhuǎn)彎時(shí)所需的速度差問(wèn)題，又可在騎行過(guò)程中達(dá)到更大的鍛煉小過(guò)，相比方案二更容易行駛和控制，故而選擇方案一作為本設(shè)計(jì)的方案。
2.4 裝配圖的繪制
根據(jù)方案繪制裝配圖，確定傳動(dòng)件及其部件的裝配位置關(guān)系，如圖3
圖2.3裝配草圖
2.5 傳動(dòng)動(dòng)力參數(shù)
按照重100KG的人踩踏自行車(chē)計(jì)算，已知齒輪齒條的傳動(dòng)比為1，大小鏈輪之間的傳動(dòng)比，成人騎自行車(chē)的功率為
2.5.1 折疊式自行車(chē)輸出軸的轉(zhuǎn)速
2.5.2 折疊式自行車(chē)輸入軸的轉(zhuǎn)速
2.5.3 折疊式自行車(chē)輸出軸的功率
（為小鏈輪的傳動(dòng)效率，為，經(jīng)查表，）
2.5.4 折疊式自行車(chē)輸入軸的功率
（為齒條的傳動(dòng)效率，為齒輪的傳動(dòng)效率，經(jīng)查表，）
2.5.5 折疊式自行車(chē)輸出軸轉(zhuǎn)矩
2.5.6 折疊式自行車(chē)輸入軸轉(zhuǎn)矩
表2-1輸入輸出軸的動(dòng)力參數(shù)
軸名
功率P/Kw
轉(zhuǎn)矩T/N·m
轉(zhuǎn)速r/min
輸入軸
114
195
120
輸出軸
108
170
157.5
3 傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)
3.1 齒條的設(shè)計(jì)
3.1.1 材料選擇及熱處理
材料：齒條選用45＃鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度197~286HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-1》）
輸出軸圓柱齒輪選用ZG34SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度241~269HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-1》）
3.1.2 齒條精度的選擇
按GB/T10096-1988,選7級(jí)精度，齒根噴丸強(qiáng)化（作用：有效提高齒輪的使用壽命）。
初步設(shè)計(jì)齒條傳動(dòng)的主要尺寸
查表11-5（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》），取齒面接觸疲勞安全系數(shù)，齒面彎曲疲勞安全系數(shù)，則兩齒輪許用應(yīng)力為：
（?。?
（取）
（?。?
（?。?
3.1.3 齒條模數(shù)的選取
3.1.4 齒條尺寸的確定
圖3.1齒條基本尺寸
3.2 齒輪的設(shè)計(jì)
3.2.1 材料選擇及熱處理
材料：輸出軸圓柱齒輪選用ZG34SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度241~269HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-1》）
齒條選用45＃鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度197~286HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-1》）
3.2.2 齒輪精度的選擇
按GB/T10095-1998，選擇7級(jí)，齒根噴丸強(qiáng)化（作用：有效提高齒輪的使用壽命）。
初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸
查表11-5（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》），取齒面接觸疲勞安全系數(shù)，齒面彎曲疲勞安全系數(shù)，則兩齒輪許用應(yīng)力為：
（?。?
（?。?
（取）
（?。?
按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
因齒條按7級(jí)精度制造。取載荷系數(shù)K=1（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11-3），齒寬系數(shù)（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表11-6），則齒輪上的轉(zhuǎn)矩為
查表11-4（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》彈性系數(shù)
標(biāo)準(zhǔn)齒輪的區(qū)域系數(shù)
齒輪的分度圓直徑
=
=81mm
3.2.3 齒輪齒數(shù)和模數(shù)計(jì)算
取圓柱齒輪的齒數(shù)
圓柱齒輪的模數(shù)：
齒寬
3.2.4 幾何參數(shù)的計(jì)算
分度圓直徑：
齒頂高：
齒根高：
齒全高：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
3.2.5 齒輪彎曲強(qiáng)度的驗(yàn)算
查圖11-8（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）齒形系數(shù)
查圖11-9（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）外齒輪齒根修正系數(shù)
齒根的彎曲強(qiáng)度為
所以齒輪滿(mǎn)足彎曲強(qiáng)度要求。
3.2.6 齒輪圓周速度的計(jì)算
3.2.7 齒輪齒條參數(shù)的計(jì)算結(jié)果
表格3.1齒輪齒條參數(shù)
參數(shù)
齒數(shù)
模數(shù)
分度圓直徑
齒寬
齒根圓直徑
齒頂圓直徑
齒全高
圓柱齒輪
54
1.5
81
16
77.25
84
3.375
齒條
1.5
3.3 鏈輪的設(shè)計(jì)
3.3.1 鏈輪齒數(shù)
由表13-12（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》），小鏈輪選。
大鏈輪齒數(shù)
誤差遠(yuǎn)小于，故允許。
3.3.2 鏈條節(jié)數(shù)
初定中心距。由式13-21（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）可得
取鏈節(jié)數(shù)為100
3.3.3 功率計(jì)算
查表13-13（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》），得，故
3.3.4 鏈條節(jié)距
由式13-25（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）得
估計(jì)此鏈傳動(dòng)工作于圖13-33（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）所示曲線(xiàn)頂點(diǎn)的左側(cè)（即可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞），由表13-13（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）得
1.12
采用單排鏈，，故
由圖13-33（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）可知當(dāng)時(shí)，08A鏈條能傳遞的功率為6.1kw（＞0.1kw）,故采用08A鏈條，節(jié)距p=12.7mm
3.3.5 實(shí)際中心距
將中心距設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)的，不必計(jì)算實(shí)際中心距，取
200mm
3.3.6 鏈速計(jì)算
由式（13-20）（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）知
3.3.7 計(jì)算作用在軸上的壓力
如前所述，取
4 傳動(dòng)軸和傳動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)
4.1 軸設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)
4.1.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意事項(xiàng)
1) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要使軸各部分具有合理的形狀和尺寸，為了便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯軸形，軸端及各軸段端部應(yīng)有倒角；軸上磨削的軸段，應(yīng)有砂輪越程槽；車(chē)制螺紋的軸段，應(yīng)有退刀槽；在滿(mǎn)足使用要求的情況下。軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡(jiǎn)單，便于加工。
2) 安裝在軸上的零件，必須有確定的軸向定位，可用軸肩或套筒定位。
3) 軸上零件的軸向固定，常采用軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈等形式。當(dāng)無(wú)法用套筒或套筒太長(zhǎng)時(shí)，可采用圓螺母加以固定。為了保證軸上零件緊靠定位面（軸肩），軸肩的圓角半徑R必須小于相配零件的倒角C或圓角R，軸肩高H必須大于相配零件的倒角C或圓角R；軸向力較小時(shí)，零件在軸上的固定可采用彈性擋圈或緊固螺釘。
4.1.2 確定軸結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)的注意事項(xiàng)
初步計(jì)算的軸徑可作為軸端最小直徑，但與聯(lián)軸器等零件孔配合時(shí)，應(yīng)考慮聯(lián)軸器孔徑的尺寸范圍。當(dāng)外伸軸段用聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)軸相連時(shí)，應(yīng)注意外伸軸段的直徑與電動(dòng)機(jī)軸的直徑不能相差太大，均應(yīng)在所選的聯(lián)軸器孔徑的范圍內(nèi)。
按工作要求選擇軸承類(lèi)型，初選軸承型號(hào)。直徑系列和寬度系列一般可先按中等寬度選取，軸承內(nèi)徑則由初估直徑并考慮結(jié)構(gòu)要求后確定。
當(dāng)選用鍵連接實(shí)現(xiàn)周向固定時(shí)，注意鍵長(zhǎng)要小于軸頭長(zhǎng)度5-8mm，應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)；軸上鍵槽應(yīng)靠近零件裝入一端，一般相距2-5mm；同一根軸上有多個(gè)鍵槽時(shí)，為加工方便，各軸段的鍵槽應(yīng)分布在同一母線(xiàn)上，并應(yīng)盡可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸。
用于滾動(dòng)軸承的軸肩高度應(yīng)按照軸承標(biāo)準(zhǔn)確定；非定位軸肩高度一般取為1-3mm；配合段直徑的選用應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑系列。為便于滾動(dòng)軸承的拆卸，應(yīng)留有足夠的拆卸高度，因而軸肩高度要適當(dāng)。若拆卸高度不夠，可在軸肩上開(kāi)軸槽，以便于安裝。
4.2 折疊式自行車(chē)輸入軸的設(shè)計(jì)
4.2.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定
材料選用20CrMnTi，滲碳淬火回火
查表14-3（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）材料強(qiáng)度極限
查表14-3（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）許用應(yīng)力
4.2.2 軸的基本直徑
查表14-2（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）軸的材料及載荷系數(shù)為C=110.
由于屬階梯軸，故軸需加大5%，則
故取軸的基本尺寸為16mm
4.2.3 軸徑、軸長(zhǎng)的確定
由設(shè)計(jì)方案可知，此軸與齒輪配合，制成光軸，其兩端分別與鏈輪和軸承配合，兩端均采用過(guò)盈配合，軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4.1
圖4.1軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
4.2.4 校核軸的強(qiáng)度
受力分析見(jiàn)圖4.2（a），輸入軸上的轉(zhuǎn)矩：
齒輪的受力：
齒輪1
圓周力：
徑向力：
齒輪2
圓周力：
徑向力：
鏈輪
圓周力：
徑向力：
軸承：
圓周力：
徑向力：
4.2.5 求危險(xiǎn)截面彎矩，并繪制彎矩圖
垂直彎矩見(jiàn)圖4.2（b）
水平彎矩見(jiàn)圖4.2（c）
圖4.2軸的受力分析及彎矩圖
4.3 折疊式自行車(chē)輸出軸的設(shè)計(jì)
4.3.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定
材料選用20CrMnTi，滲碳淬火回火
查表14-3（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）材料強(qiáng)度極限
查表14-3（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）許用應(yīng)力
4.3.2 軸的基本直徑
查表14-2（《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》）軸的材料及載荷系數(shù)為C=110.
由于屬階梯軸，故軸需加大5%，則
故取軸的基本尺寸為16mm
5 軸承的選用
5.1 滾動(dòng)軸承
滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小、起動(dòng)靈敏、效率高、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便和易于互換等優(yōu)點(diǎn)。
滾動(dòng)軸承通常按其承受載荷的方向（或接觸角）和滾動(dòng)體的形狀分類(lèi)；有深溝球軸承、圓錐滾子軸承、角接觸軸承、滾子軸承、調(diào)心軸承。
按負(fù)載、轉(zhuǎn)速、支承精度、剛度等工作要求選擇軸承類(lèi)型。一般轉(zhuǎn)速較高、負(fù)荷不大但旋轉(zhuǎn)精度要求高時(shí)，選用球軸承；轉(zhuǎn)速較低、負(fù)荷大且有沖擊時(shí)，選用滾子軸承。徑向載荷和軸向載荷都較大、轉(zhuǎn)速較高時(shí)，宜用角接觸軸承；轉(zhuǎn)速不高時(shí)，宜用圓錐滾子軸承。徑向載荷比軸向載荷大得多、轉(zhuǎn)速較高時(shí)，可選用深溝球軸承或角接觸球軸承。對(duì)支承剛度要求較高時(shí)，可成對(duì)采用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。
軸承內(nèi)徑可根據(jù)求得的軸的最小直徑確定。對(duì)于高速軸和低速軸，軸承內(nèi)徑比最小直徑大5-10mm，對(duì)于中間軸，軸承內(nèi)徑即為軸的最小直徑。
一根軸上盡量選用同一規(guī)格的軸承，以保證加工精度。
5.2 滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
合理選擇滾動(dòng)軸承組合結(jié)構(gòu)方案，是保證軸承正常工作的重要步驟，因?yàn)檩S的支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于保證軸的運(yùn)轉(zhuǎn)精度、發(fā)揮軸承的工作能力起著重要作用。
軸一般采用雙支承結(jié)構(gòu)，每個(gè)支承由1-2個(gè)軸承組成。受純徑向載荷的軸，兩支承可取向心軸承對(duì)稱(chēng)布置。受徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用的軸，兩支承通常選用同型號(hào)的角接觸軸承。軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案有以下幾種方式：
5.2.1 面對(duì)面排列（軸承正裝）
載荷作用中心處于軸承中心線(xiàn)之內(nèi)時(shí)，采用軸承正裝（外圈窄端面相對(duì)）。這種排列結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便。當(dāng)軸受熱伸長(zhǎng)時(shí)，軸承游隙減小，容易造成軸承卡死，因此要特別注意軸承游隙的調(diào)整。
5.2.2 背對(duì)背排列（軸承反裝）
當(dāng)載荷作用中心處于軸承中心線(xiàn)之外時(shí)，采用軸承反裝（外圈寬端面相對(duì)）。這種排列支點(diǎn)間跨距較大，懸臂長(zhǎng)度較小，故懸臂端剛性較大。當(dāng)軸受熱伸長(zhǎng)時(shí)，軸承游隙增大，因此不會(huì)發(fā)生軸承卡死破壞。如采用預(yù)緊安裝，當(dāng)軸受熱伸長(zhǎng)時(shí)，預(yù)緊量減小。
5.2.3 串聯(lián)排列
載荷作用中心處于軸承中心同一側(cè)的軸承配置方式，稱(chēng)為串聯(lián)排列，這種串聯(lián)排列適于軸向載荷較大、需多個(gè)軸承聯(lián)合承載的情況。
5.3 軸承的選擇與計(jì)算
由于輸出軸主要手徑向載荷，轉(zhuǎn)速較高，故選用深溝球軸承，初選16001和16004.
對(duì)深溝球軸承，其徑向基本額定載荷，（：預(yù)期基本額定壽命，：基本額定載荷，n軸承工作轉(zhuǎn)速，P：當(dāng)量動(dòng)載荷，ε=3），（查表《機(jī)械設(shè)計(jì)使用手冊(cè)》），16002深溝球軸承基本額定載荷，（查表7-2-66《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》）溫度系數(shù)，載荷系數(shù)，16004深溝球軸承基本額定載荷，（查表7-2-66《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》）溫度系數(shù)，載荷系數(shù)，因該軸屬一般傳動(dòng)裝置，故選擇使用壽命為，代入數(shù)據(jù)得，遠(yuǎn)大于軸承的實(shí)際承受徑向載荷，故軸承的選擇符合要求。
6 車(chē)輪的選擇
根據(jù)車(chē)體大小和車(chē)身高度，及根據(jù)受力情況，從而設(shè)計(jì)出本設(shè)計(jì)中的車(chē)輪，車(chē)輪框架采用鋁合金材料制作，減少自行車(chē)的自重帶來(lái)的騎行阻力，車(chē)輪采用合成橡膠材料，更具彈性。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖6.1
圖6.1
7 軸承隔套和墊片的選用
7.1 隔套裝配尺寸鏈的計(jì)算
為了固定輸入軸齒輪上的深溝球軸承的軸向位置，需在軸承之間加一軸承隔套固定它們之間的距離。選用45#鋼制作，為了確保軸承固定且不在軸向移動(dòng)，還需要在軸承的另一頭加以控制，選用成組的隔套固定，對(duì)其進(jìn)行裝配尺寸鏈的計(jì)算。尺寸鏈圖如7.1
圖7.1裝配尺寸鏈
環(huán)
基本尺寸
上偏差
下偏差
A1
178
+0.2
+0.05
A3
136
0
-0.1
A2=A4
21
+0.15
+0.025
由以上的尺寸鏈的計(jì)算可知隔套的厚度為
7.2 止動(dòng)墊片的選用
輸入軸的齒輪上的軸承通過(guò)利用墊片來(lái)止動(dòng)軸承發(fā)生移動(dòng)，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，選用GB894.1-86-A32型號(hào)的墊圈，該墊圈的材料使用45#鋼，厚度1.2mm。
8 座板的設(shè)計(jì)
按人的體重為200KG計(jì)算，在該自行車(chē)行駛過(guò)程中，考慮到地面、空氣等摩擦力的影響，及人自身重力的作用，進(jìn)行設(shè)計(jì)選取地板的厚度。地板選用45#鋼制作，具體尺寸見(jiàn)圖8.1
圖8.1底板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
9 設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)
本設(shè)計(jì)首次采用齒輪齒條及棘輪等傳動(dòng)方式相結(jié)合的傳動(dòng)，并添加折疊裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，容易控制，攜帶方便，便于人們出行攜帶，能夠適應(yīng)于不同環(huán)境下的使用，適用能力強(qiáng)，并且集娛樂(lè)、休閑、運(yùn)動(dòng)于一身。在機(jī)械創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)的作品上加以改進(jìn)，改善當(dāng)前健身器材的固定缺陷，對(duì)折疊式自行車(chē)的進(jìn)一步深入發(fā)掘其功能，以滿(mǎn)足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的基本要求，以便規(guī)?；a(chǎn)，在行業(yè)中得到應(yīng)用和推廣。另外，對(duì)產(chǎn)品材料進(jìn)行重新選取，改進(jìn)健身車(chē)原本的不足，對(duì)結(jié)構(gòu)和造型進(jìn)行改進(jìn)和完善，協(xié)調(diào)健身車(chē)各部分比例，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，產(chǎn)品更加實(shí)用，節(jié)約成本，讓整體造型更加美觀(guān)，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，具有很好的發(fā)展前景。
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致謝
本設(shè)計(jì)是在我的指導(dǎo)老師朱亞峰老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，她以其淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從題目的選擇到最終完成，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程我遇到了不少問(wèn)題，朱亞峰老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，幫我解答在設(shè)計(jì)中遇到的困難和問(wèn)題，并且隨時(shí)詢(xún)問(wèn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的進(jìn)展情況，經(jīng)常通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊、電話(huà)等方式指導(dǎo)我的設(shè)計(jì)。
在我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，我感到自己確實(shí)成長(zhǎng)了不少，收獲頗多，尤其是在專(zhuān)業(yè)知識(shí)上。在此，我真誠(chéng)地向朱亞峰老師說(shuō)聲：“謝謝！”如果我沒(méi)有您的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)將面對(duì)更多地問(wèn)題和困難。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，也得到了廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師的幫助與支持，在此表示衷心的感謝。
最后，在即將完成畢業(yè)設(shè)計(jì)之時(shí)，我再次感謝對(duì)指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過(guò)我的領(lǐng)導(dǎo)、老師及同學(xué)，謝謝您們！
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誠(chéng)信聲明
本人聲明：
1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是在老師指導(dǎo)下,在機(jī)械創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)作品的基礎(chǔ)上進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；
2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料。
3、我承諾，本人所提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。
作者簽名： 日期： 年 月 日
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