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目錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1 1 無鏈條自行車的設(shè)計(jì)意義 1 1 2 自行車設(shè)計(jì)的分類及其特點(diǎn) 1 1 3 國(guó)內(nèi)的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 3 1 4 研究的主要內(nèi)容 4 2 方案的選擇與論證 5 2 1 設(shè)計(jì)要求 5 2 2 曲柄搖桿驅(qū)動(dòng)部分的分析與選擇 5 2 3 無鏈條自行車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 2 4 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 6 3 無鏈條自行車傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 7 3 1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸分析 7 3 2 摩擦力分析 11 4 傳動(dòng)裝置的校核分析 13 4 1 搖桿校核 db 段 13 4 2 連桿校核 bc 段 17 4 3 曲柄盤上的銷釘?shù)男：?18 5 附件機(jī)構(gòu)選用與分析 19 5 1 折疊機(jī)構(gòu)的分析 19 5 2 前輪制動(dòng)機(jī)構(gòu)分析 20 5 2 后輪制動(dòng)系統(tǒng)分析 21 6 總結(jié) 22 參考文獻(xiàn) 23 致 謝 24 I 無鏈條自行車的設(shè)計(jì) 摘要 本文將介紹無鏈條自行車的設(shè)計(jì) 目前 市面上流行的自行車基本都為鏈條式自行車 人力腳蹬 搭配鏈傳動(dòng) 帶動(dòng)自行車后輪轉(zhuǎn)動(dòng) 從而完成自行車的正常運(yùn)轉(zhuǎn) 雖然鏈傳動(dòng)自行車是目前最簡(jiǎn)單 最優(yōu)化的產(chǎn)品 但是不可避免的 鏈傳動(dòng)自行車仍然有很多缺點(diǎn) 比如 當(dāng)鏈傳動(dòng)部件老化之后容易 引起鏈條脫落現(xiàn)象 并且鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的 工作時(shí)有噪聲 而且需要頻繁的潤(rùn)滑和張緊 措施 鑒于此 設(shè)計(jì)了無鏈條自行車 根據(jù)能起到健身和安裝更簡(jiǎn)單的要求 完成了總體方案的設(shè)計(jì) 采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來代替原有的鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 并采用兩套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)順利解決轉(zhuǎn)動(dòng)過程中出現(xiàn)的死 點(diǎn)問題 曲柄搖桿自行車的設(shè)計(jì)具有安裝簡(jiǎn)便 安全可靠 造價(jià)低 傳動(dòng)比精確等優(yōu)點(diǎn) 關(guān)鍵詞 自行車 無鏈條 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) II Design of Bicycle Without Chain Abstract This paper introduces the design of bicycle without chain At present currently popular bicycle is chain transmission bike Through using pedal bike turning to lead the rear wheels Although even transmission bicycle is one of the most simple high speed operation optimization of products but inevitable chain bike still has many faults for example chain in the form of bicycle in high speed running time easy to cause the chain falls off phenomenon and recommends the instantaneous velocity ratio is change and it job with noise and need lubrication and a tight measures In view of this design an bike without chain According to can play the fitness and more simple installation requirements completed the overall scheme design Using the crank rocker organization instead of the original chain transmission mechanism and the two sets of crank rocker organization solved successfully turn appeared in the process of dead spots The design of the crank rocker bicycle convenient installation safe and reliable low cost transmission ratio accurate etc Keywords bicycle no chain crank rocker organization 1 1 緒論 1 1 無鏈條自行車的設(shè)計(jì)意義 隨著社會(huì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步 人們的生活節(jié)奏明顯加快 代步工具強(qiáng)勢(shì)占據(jù)著 人們生活的方方面面 實(shí)實(shí)在在的為人們節(jié)省著時(shí)間 上世紀(jì)初 汽車的發(fā)明極大的 影響了人們的生活 讓人們的出行更加方便 但隨著社會(huì)日益強(qiáng)調(diào)環(huán)保 低碳 綠色 的話題 自行車的重要性又一次引起人們的重視 它清潔無污染 響應(yīng)了低碳環(huán)保的 倡議和號(hào)召 同時(shí)又能讓腦力勞動(dòng)大于體力勞動(dòng)的工作者們有一次健身的機(jī)會(huì) 如今 市面上流行的自行車是多年來人們智慧的結(jié)晶 極盡完美 但除此之外 仍有不乏創(chuàng) 意的各式自行車問世 展示著它們各自的特點(diǎn) 無鏈條自行車的設(shè)計(jì)為人們的生活添 姿添彩 讓人們?cè)隍T車過程中感受到省力與健身并存 簡(jiǎn)單與安全同在 1 2 自行車設(shè)計(jì)的分類及其特點(diǎn) 自行車的歷史可以追溯到 19 世紀(jì) 那時(shí)候自行車的設(shè)計(jì)不成熟 是純粹的人力自 行車 無傳動(dòng)裝置 依靠腳蹬地面作為驅(qū)動(dòng) 但隨著設(shè)計(jì)者們的不斷完善 如今的市 面上應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬鏈傳動(dòng)自行車 但是也有依靠齒輪傳動(dòng)的自行車 并且在日本 已經(jīng)投產(chǎn) 1 鏈傳動(dòng)自行車 圖 1 1 鏈傳動(dòng)自行車 2 鏈傳動(dòng)自行車是目前廣為流行的一種自行車 它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 成本低廉 安全可靠 采 用鏈傳動(dòng)形式 腳蹬中軸處安裝大鏈盤 后軸處安裝飛輪 將鏈條安裝在兩個(gè)鏈盤上 通過腳蹬中軸使鏈條轉(zhuǎn)動(dòng) 并帶動(dòng)后軸飛輪轉(zhuǎn)動(dòng) 飛輪與自行車后輪固定在一起 從 而驅(qū)動(dòng)自行車后輪轉(zhuǎn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)自行車的運(yùn)轉(zhuǎn) 傳動(dòng)性能好 并且傳動(dòng)穩(wěn)定 這種自行 車是當(dāng)前公認(rèn)的具有最優(yōu)性的自行車 鏈傳動(dòng)自行車目前有多種樣式和不同的尺寸大 小 但基本原理相同 齒輪傳動(dòng)自行車 2 圖 1 2 齒輪傳動(dòng)原理 齒輪傳動(dòng)自行車原理如圖所示 是以汽車傳動(dòng)軸的原理發(fā)明出來的 中軸和后輪軸 分別安裝一小一 大兩套圓盤錐齒輪 配合左右腳對(duì)稱 總共安裝 4 個(gè)圓盤錐齒輪 一 根傳動(dòng)軸兩端分別安裝兩個(gè)小的錐齒輪 并且完全與前后兩套圓盤齒輪相嚙合 人力 腳蹬中軸是較小的圓盤齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) 并引起與之相嚙合的錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng) 從而通過傳動(dòng) 軸將力傳遞到后軸處較大的圓盤齒輪上 從而帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng) 完成自行車的驅(qū)動(dòng)過程 這種自行車的優(yōu)點(diǎn)是沒有鏈條 所以不存在鏈條脫落的麻煩 由于齒輪嚙合精確 所 以傳動(dòng)比高 但是這種自行車有明顯的缺點(diǎn) 不符合大眾的廣泛需要 因?yàn)椴捎缅F齒 輪傳動(dòng)時(shí) 對(duì)齒輪的加工要求較高 精度要求嚴(yán)格 制造成本相對(duì)較高 很難在人們 的生活中大量普及 并且齒輪保養(yǎng)很重要 因此齒輪的傳動(dòng)過程都是在密閉的箱體中 3 進(jìn)行大的 所以當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí) 非專業(yè)人員很難清除故障 帶傳動(dòng)自行車 3 圖 1 3 帶傳動(dòng)原理 美國(guó)的一家公司推出了一種新型自行車 用皮帶式傳動(dòng)系統(tǒng)代替了以往的鏈條傳 動(dòng) 看上去非常漂亮 但這樣的新技術(shù)帶來的絕不僅僅是外觀的改善 帶傳動(dòng)的原理 如圖所示 同鏈傳動(dòng)原理基本相同 只是將鏈條換成了皮帶 將鏈輪換成了類似齒輪 整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過程好像齒輪與齒條的傳動(dòng) 皮帶比普通的鏈條要更加輕便 騎車時(shí)產(chǎn)生的 噪音更小 不會(huì)發(fā)生脫鏈的情況 而且也不需要潤(rùn)滑 但是這種自行車同時(shí)也帶來了 更貴的價(jià)格 造價(jià)的高昂使得這種新型自行車難以普及 1 3 國(guó)內(nèi)的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì) 目前在我國(guó)最為廣泛使用的自行車均為鏈傳動(dòng)自行車 這種自行車在造價(jià) 材料 簡(jiǎn)易程度上均可以贏得普通大眾的青睞 結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單也讓自行車出現(xiàn)問題時(shí)更加容易 解決 齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)兩種類型的自行車在發(fā)達(dá)國(guó)家有適當(dāng)?shù)钠占?比如說日本和美 國(guó) 但是在我國(guó)國(guó)內(nèi)基本上屬于自行車發(fā)燒友的收藏鐘愛 畢竟高昂的價(jià)格和不便修 理的情況制約著這兩種自行車的流行程度 雖然鏈傳動(dòng)自行車已經(jīng)有近乎完美的普及度 但是仍不免有許多設(shè)計(jì)者發(fā)揮著自 己的聰明才智 設(shè)計(jì)出各式各樣的新型自行車 提供實(shí)用價(jià)值的同時(shí)滿足了人們的好 奇心和鍛煉了設(shè)計(jì)者敢于創(chuàng)新的精神 由此 為了能制造出新型無鏈條自行車 并且造價(jià)不高 符合大眾能接受的水平 4 同時(shí)能培養(yǎng)個(gè)人的分析能力和創(chuàng)新精神 于是我設(shè)計(jì)了這一款無鏈條自行車 采用曲 柄搖桿機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)裝置 利用腳蹬搖桿 使得曲柄做圓周轉(zhuǎn)動(dòng) 從而帶動(dòng)自行車后 輪轉(zhuǎn)動(dòng) 這種自行車制造簡(jiǎn)單 裝配方便 方便人們出行的同時(shí)起到健身作用 1 4 研究的主要內(nèi)容 1 分析曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的工作原理 由搖桿作為主動(dòng)件 通過連桿帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng) 2 分析設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的尺寸大小及構(gòu)件校核 3 分析自行車折疊部分的工作 4 分析自行車制動(dòng)系統(tǒng)的工作 2 方案的選擇與論證 2 1 設(shè)計(jì)要求 一種無鏈條自行車 后輪驅(qū)動(dòng) 采用兩套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動(dòng) 騎車者可以兩腳踏 踩左右搖桿 帶動(dòng)曲柄 后輪 轉(zhuǎn)動(dòng) 要求能順利通過死點(diǎn)位置 剎車靈敏可靠 可 折疊 車身長(zhǎng) 150cm 高度 95cm 座的高度可調(diào)節(jié) 2 2 曲柄搖桿驅(qū)動(dòng)部分的分析與選擇 方案一 采用兩套曲柄搖桿系統(tǒng)并列安裝的方式 這種方式是腳蹬最舒服的安裝方 式 兩套系統(tǒng)并列安裝時(shí) 蹬踏時(shí)兩腳正好處于對(duì)稱位置 如同踩踏鏈條式自行車時(shí) 一樣 一上一下 用力均勻 發(fā)力飽滿 但是這種安裝方式不易解決死點(diǎn)問題 當(dāng)曲 柄搖桿處于死點(diǎn)位置時(shí) 如何大的力也不會(huì)驅(qū)動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng) 雖然可以在踩踏時(shí)躲開死 點(diǎn)發(fā)力 并在運(yùn)動(dòng)過程中利用似于縫紉機(jī)腳踏板的活動(dòng)現(xiàn)象一樣 靠慣性躲過死點(diǎn)位 置的限制 但是這樣的安排方式極大的約束了起始點(diǎn)的位置 方案二 采用兩套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列安裝 這種方式雖然不能使兩腳處于完全 對(duì)稱的位置 發(fā)力不好 并且運(yùn)動(dòng)過程中兩腿也不協(xié)調(diào) 影響美觀 但是錯(cuò)位排列可 以避開兩套系統(tǒng)同時(shí)處于死點(diǎn)位置 當(dāng)一側(cè)系統(tǒng)處于死點(diǎn)位置時(shí) 另一套系統(tǒng)錯(cuò)開死 點(diǎn) 使得無論在何種位置開始蹬踏 都不會(huì)受死點(diǎn)現(xiàn)象的影響 綜上所述 選用方案二進(jìn)行設(shè)計(jì) 2 3 無鏈條自行車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是一種用于日常生活的交通工具 除了有新奇和時(shí)尚的設(shè)計(jì)元素之外 還 具有健身功能 并具備傳統(tǒng)自行車的一切基本特點(diǎn) 科學(xué) 簡(jiǎn)單 有效的無鏈條自行 車依靠曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作為傳動(dòng)部分 以人力腳蹬作為驅(qū)動(dòng)源 兩套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)左右 安裝 左右腳分別踏在搖桿部分 搖桿以傳統(tǒng)自行車的腳蹬中軸部分作為支承軸 以 連桿連接曲柄轉(zhuǎn)動(dòng) 曲柄以后輪軸作為回轉(zhuǎn)中心 將傳統(tǒng)的鏈傳動(dòng)自行車的后輪飛輪 換成圓盤式結(jié)構(gòu)代替曲柄 并通過脹緊連接安裝在后輪上 實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)后輪的轉(zhuǎn)動(dòng) 車 架的中部設(shè)置 6 折疊機(jī)構(gòu) 能使自行車方便折疊 減小占地空間 自行車配有安全可靠的剎車系統(tǒng) 保證騎車者在騎車過程中實(shí)現(xiàn)安全的緊急制動(dòng) 剎車系統(tǒng)前兩輪采用傳統(tǒng)的閘皮摩擦 車輪的形式實(shí)現(xiàn)制動(dòng) 后輪則安裝抱閘系統(tǒng) 使后輪制動(dòng)更加安全 更加有效 類似 于傳統(tǒng)的自行車 具有前后擋泥板 防止雨天出行時(shí)濺雨濺泥 2 4 設(shè)計(jì)特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)合理 實(shí)用性強(qiáng) 完全可以當(dāng)作主流的交通工具使用 本設(shè)計(jì)的 重點(diǎn)是探索和創(chuàng)新 能另辟蹊徑 創(chuàng)造非主流的自行車 鍛煉設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)問題和解決 問題的能力 并能對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程有清晰的認(rèn)識(shí) 具體了解各機(jī)構(gòu)的配合運(yùn)動(dòng)情況 是一次值得的設(shè)計(jì) 更是一次有價(jià)值的設(shè)計(jì) 7 3 無鏈條自行車傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 3 1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸分析 圖 3 1 自行車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 曲柄搖桿自行車的整體尺寸要求為長(zhǎng)度 150cm 為使整體車架穩(wěn)定可靠 取車 輪直徑為標(biāo)準(zhǔn)的 50cm 如圖 3 1 所示 a 點(diǎn)為搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn) m 點(diǎn)為曲柄的 轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn) 位于后輪的圓心位置 am 為機(jī)架 ab 為搖桿 bc 為連桿 cm 為曲 柄 由此 amcd 組成了曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 1 在某些曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 往往是空行程比工作行程快一些 即前者占用 的時(shí)間比后者少 借以提高工作效率 這種工作特性稱為急回特性 某些時(shí)候 應(yīng)用這些特性 具有轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn) 制造簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn) 然而在此 自行車的傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)若具有急回特性的話不但沒有它所具有的優(yōu)點(diǎn) 相反 帶來的是比較大的缺 點(diǎn) 當(dāng)此處的曲柄搖桿有急回特性時(shí) 腳蹬行程和返回行程速度不同 時(shí)間不 同 因此使得兩腿上下運(yùn)動(dòng)時(shí)速度不一 發(fā)力不均 極為不便 并影響美觀 為了解決這種急回特性 采用正置曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 正置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是一種曲 柄搖桿機(jī)構(gòu)的特例 如圖 3 2 所示 當(dāng)搖桿 處于兩極限位置時(shí) 它與連桿BO AB 的鉸接點(diǎn) 和 的連線通過曲柄 的軸心 分別為各個(gè)1B2AA0321 L 8 構(gòu)件的長(zhǎng)度 在 和 中分別有1BOA 2BA 120 23121 LCSBA 120231L 經(jīng)化簡(jiǎn)后得 23201 此即為正置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的條件 顯然 在該機(jī)構(gòu)中 搖桿往返兩個(gè)行程 曲 柄相應(yīng)的轉(zhuǎn)角均為 180 無急回特性 其行程變化系數(shù) K 1 圖 3 2 正置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 而曲柄搖桿自行車采用正置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí) 即保證圖 3 1 中 b b m 三點(diǎn)共 線 2 為了順應(yīng)人體結(jié)構(gòu) 使人腿部發(fā)力最優(yōu)化 選取搖桿的最大擺角接近于 45 即選取如圖所示 ad 與 ma 的延長(zhǎng)線形成 45 角 根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知 自 行車行進(jìn)過程中 b 點(diǎn)有最低點(diǎn) 應(yīng)該保證 b 點(diǎn)在最低點(diǎn)避免觸地 因此 如圖 aob 中 有 cmoa35 4cs2cs 取 am 最優(yōu)為 35cm 假設(shè) ab bm 時(shí)相交于 b1 點(diǎn) 則此時(shí)有 9 35924 05 cos1abm 即 ab 32 34cmcab 1 根據(jù)計(jì)算并結(jié)合理論得知 若保證 b b1 m 共線 則有 32 34 ab 35 35 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)該符合最基本的定理 即桿長(zhǎng)定理 最短桿 最長(zhǎng)桿 其余兩桿之和 即 am mc ab bc 正置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有 ab 2 bc am 2 mc 為了使 ab 在 45 角內(nèi)有盡可能大的擺角 取 ab 33cm 則有 33 2 bc mc 2 35 bc mc 35 33 136 且 35 mc 33 bc bc mc 2 如圖 在 abm 中 根據(jù)余弦定理 有 83 617 24235209545cos abmabmcb 6 0 mcb 符合條件 25 由此解得 bc 15 6 mc 10 39 綜上所述 取 am 35cm ab 33cm bc 15 6cm mc 10 39cm 符合設(shè)計(jì)和計(jì)算條件 3 如圖中所示 搖桿的最大擺角即為 bab 10 bm mc bc 26 23 5 mcbcmb 706 在 abb 中 有 8 01923 4 7 02cos22 baba bab arccos0 8 36 87 因此求得搖桿的擺角為 36 87 為使為自行車騎起來安全 舒適 省力 因此采用左右兩套曲柄搖桿機(jī)構(gòu)作 為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 為避免兩套機(jī)構(gòu)同時(shí)出現(xiàn)在死點(diǎn)位置 兩套機(jī)構(gòu)采用錯(cuò)位排列的 方式安裝 若其中一套處于死點(diǎn)位置時(shí) 則另外一套的曲柄安裝在兩死點(diǎn)位置 的中間位置 即當(dāng)壓力角為 45 的時(shí)候 如圖 3 3 所示 圖 3 3 壓力角為 45 時(shí)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 11 3 2 摩擦力分析 作用下 自行車由靜止向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變的過程中 需要克服前后輪的摩擦力 做功 前輪受到靜摩擦力的作用 方向向后 后輪受到滾動(dòng)摩擦力的作用 方 向向前 其中后輪的滾動(dòng)摩擦力做正功 有利于自行車的前進(jìn)過程 這兩種摩 擦力作為主動(dòng)力 影響自行車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變 當(dāng)人用力蹬車時(shí) 輪胎要轉(zhuǎn)動(dòng)使接地點(diǎn)有相對(duì)于地面向后發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì) 后輪輪胎在接地點(diǎn)受到地面提供的向前的摩擦力 自行車車輪采用標(biāo)準(zhǔn) 50cm 直徑 自行車重量約為 15kg 假設(shè)騎車人重 85kg 所以人車總質(zhì)量約為 100kg F mg 1000 N 因此 后輪對(duì)地面接觸點(diǎn)的壓力為 500N 已知輪子摩擦阻力矩為 NM 胎與地面之間的滾阻系數(shù) m10 2 地面對(duì)輪胎的支撐力NF 取 則有 N502 人車 4 mMN 24 自行車前進(jìn)應(yīng)該克服前后兩輪的摩擦力 有 02f 因此 的有效力 對(duì)車輪中心的力矩因該克服摩擦力 做功 才能實(shí)連 桿F M 現(xiàn)自行車順利啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn) 如圖 3 4 所示 圖 3 4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 12 fmc LF 即 498 3 10c 526 4os F 連 桿 由此得知搖桿所需要的傳動(dòng)力矩為 mN LM 3 1270434526 cos 搖 桿連 桿搖 桿 取腳踏板 ad 段長(zhǎng)度 則有 cm0ad L 搖 桿腳 F NLM19 304 127ad 搖 桿腳 由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得知腳踏自行車的一般用力為 25kg 即 FNF 250mg 腳 所計(jì)算使自行車克服摩擦力而發(fā)生運(yùn)動(dòng)的腳踏力在合理范圍內(nèi) 能實(shí)現(xiàn)自行 車由靜止向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變 13 4 傳動(dòng)裝置的校核分析 4 1 搖桿校核 db 段 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)均為 45 鋼 將圖 3 1 簡(jiǎn)化如下圖 4 1 所示 圖 4 1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 由兩套曲柄搖桿的安裝位置可知 當(dāng)左側(cè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí) 右側(cè)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)位于兩死點(diǎn)的中間位置 即壓力角為 45 當(dāng)腳踏右側(cè)的曲 柄搖桿機(jī)構(gòu)作為自行車的啟動(dòng)狀態(tài)時(shí) 有最大腳蹬力 可以校核各個(gè)構(gòu)件的強(qiáng) 度 為使桿件有更加可靠的安全性 取人的腳踏力為 250N 由于 bc 段為連桿 分析之后確定為二力桿 如圖 4 2 所示 圖 4 2 連桿受力簡(jiǎn)圖 14 由計(jì)算摩擦力得知 而圖中 與 為一對(duì)作用力與反 NF45 連 桿 32RF連 桿 作用力 即 方向延連桿指向連桿中心 為一R 32 連 桿 123RF和 對(duì)平衡力 即 方向延連桿指向連桿的中心 R 321 搖桿構(gòu)件的受力圖如圖 4 3 所示 圖 4 3 搖桿受力簡(jiǎn)圖 為一對(duì)作用力與反作用力 即 方向指向連桿的延長(zhǎng)12RF與 NFR45 21 線方向 由圖 3 3 知 此位置連桿與搖桿的夾角為 135 做矢量三角形可以得 出 的大小和方向 以 1 54 45 作為比例尺 由 可作圖41R 0412 RF 腳 4 4 圖 4 4 力矢量簡(jiǎn)圖 由圖 4 4 可以準(zhǔn)確得知 NFR56 284 3541 搖桿構(gòu)件的剪力圖和彎矩圖分別如圖 4 5 4 6 所示 15 圖 4 5 剪力圖 圖 4 6 彎矩圖 彎矩 m104 25 NFM 腳 梁橫截面的彎曲正應(yīng)力公式為 zyI 橫截面上的彎矩 橫截面對(duì)中性軸的貫性矩zI 16 橫截面上所求應(yīng)力點(diǎn)的 y 坐標(biāo)y 選取桿件均為矩形截面桿件 如圖 4 7 圖 4 7 矩形截面桿件 b 0 01m h 0 02m 因此橫截面上的最大彎曲正應(yīng)力發(fā)生在距離中性軸最遠(yuǎn)的點(diǎn)上 即矩形截面的 上下邊緣處 用 表示最遠(yuǎn)點(diǎn)至中性軸的距離 則最大彎曲正應(yīng)力為 maxy zaxIM 而 被稱為抗彎截面系數(shù) 所以 maxzyZW Z 對(duì)于矩形截面梁有 7 223 106 0 161 bhWZ 當(dāng) 時(shí)有最大彎曲正應(yīng)力 mNM 0max MpaZ9 14067 axax 符合校核條件 p3914max 許 用 17 4 2 連桿校核 bc 段 bc 段為連桿 是二力桿 受壓應(yīng)力影響 可分析壓桿穩(wěn)定問題 PE 2p 壓桿柔度 的極限值 材料的比例極限P 45 鋼的比例極限 pa280MP 96 3pPE 而 il 壓桿長(zhǎng)度系數(shù) 1 壓桿長(zhǎng)度 l 壓桿慣性半徑 i 39107 52 016 AIi 7 53 il 綜上所述 習(xí)慣上稱這樣的壓桿為大柔度桿 屬于彈性范圍內(nèi)的穩(wěn)定p 問題 符合歐拉公式的適用范圍 即符合 2lEIFcr 其中 為長(zhǎng)度系數(shù) 它反應(yīng)了桿端約束條件對(duì)臨界壓力的影響 如 3 1 圖中 bc 段采用兩端鉸接的形式 所以 I 為對(duì)形面中心的極慣性距1 9 23 067 0 12 bhI 為彈性模量 45 鋼的彈性模量E GpaE 18 NlEIFcr 5402156 022992 此即表示 bc 桿不發(fā)生彎曲變形的臨界壓力為 FR5 21 滿足強(qiáng)度條件 4 3 曲柄盤上的銷釘?shù)男：?連桿和曲柄盤通過銷釘連接 只需校核銷釘?shù)氖芗羟辛褪軘D壓力即可 如圖 4 8 所示 圖 4 8 銷釘受理簡(jiǎn)圖 F 54 45 N 銷釘直徑為 10mm 許用切應(yīng)力 許用壓應(yīng)力 60Mpa Mpabs160 pa69 014 35d22F 剪 假設(shè)在擠壓面上擠壓力是均勻分布的 銷釘?shù)臄D壓面是半圓柱面 用擠壓面的 正投影面的面積作為計(jì)算擠壓面 于是計(jì)算擠壓面為 所23 10mAbs 以擠壓應(yīng)力為 160 7 13245 MppaAFbsbss 經(jīng)計(jì)算分析銷釘?shù)募羟泻蛿D壓強(qiáng)度滿足強(qiáng)度條件 19 5 附件機(jī)構(gòu)選用與分析 5 1 折疊機(jī)構(gòu)的分析 為了便于自行車的存放 減少占用空間 自行車采用折疊方式 折疊機(jī)構(gòu) 如圖 5 1 所示 圖 5 1 車架折疊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 自行車機(jī)架 2 折疊機(jī)構(gòu)銷釘 3 彈簧 4 緊固把手 5 連接螺栓 6 金屬墊圈 7 橡膠墊圈 8 折疊機(jī)構(gòu)的外殼體 如圖中所示狀態(tài)表示折疊部分為緊固狀態(tài) 機(jī)架在折疊機(jī)構(gòu)的連接下保持 穩(wěn)固 當(dāng)需要將自行車折疊時(shí) 將緊固把手順時(shí)針扭轉(zhuǎn) 90 由于壓緊在螺栓 上的軸向力放松 使得彈簧放松 此時(shí)可以扭轉(zhuǎn)螺栓 將其從卡槽中轉(zhuǎn)出 在 這時(shí)不受力的狀態(tài)下 自行車實(shí)現(xiàn)折疊 同理需要將自行車折疊時(shí) 只需將螺 栓重新轉(zhuǎn)回卡槽 并扭轉(zhuǎn)緊固把手 在彈簧力的作用下實(shí)現(xiàn)折疊機(jī)構(gòu)的緊固 由于自行車在折疊位置受力不大 折疊機(jī)構(gòu)僅僅起到保持狀態(tài)的作用 所以折 疊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)穩(wěn)固可靠 20 5 2 前輪制動(dòng)機(jī)構(gòu)分析 自行車的制動(dòng)系統(tǒng)中 前輪采用傳統(tǒng)的剎車機(jī)構(gòu) 如圖 5 2 所示 圖 5 2 前輪剎車機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 剎車系統(tǒng)鋼絲軟繩 2 防滑動(dòng)螺母 3 彈簧 4 固定鋼絲繩螺栓 5 右側(cè)剎車零件 6 橡膠摩擦皮 7 左側(cè)剎車零件 8 與前叉連接的螺栓 前閘安裝時(shí) 通過與前叉連接的螺栓將左右剎車零件串在一起 共同固定 在前叉上 鋼絲軟繩穿過左右兩零件的圓孔 將兩者連接在一起 當(dāng)自行車需 要制動(dòng)時(shí) 握住車把處的制動(dòng)把手 通過鋼絲軟繩的拉動(dòng) 使得 4 和 7 兩零件 轉(zhuǎn)動(dòng) 此時(shí)橡膠摩擦皮緊緊貼在前輪內(nèi)圈上 完成剎車過程 制動(dòng)完成后 松 開車把處的制動(dòng)把手 在彈簧作用下使得左右兩零件開口變大 橡膠摩擦皮與 自行車內(nèi)圈分離 不再限制自行車的運(yùn)轉(zhuǎn) 完成整個(gè)制動(dòng)過程 21 5 2 后輪制動(dòng)系統(tǒng)分析 自行車的制動(dòng)裝置采用后輪抱閘系統(tǒng) 抱閘的樣式和原理如圖 6 1 所示 圖 6 1 抱閘機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 抱閘外殼體 2 抱閘制動(dòng)橡膠圈 3 抱閘轉(zhuǎn)動(dòng)連接件 4 渦卷彈簧 抱閘安裝時(shí) 將外殼體與內(nèi)殼體相扣連接 并保持一定的間隙 保證自行 車在正常行使時(shí)不發(fā)生因內(nèi)外殼體的摩擦而發(fā)生的制動(dòng)現(xiàn)象 當(dāng)自行車需要?jiǎng)x 車制動(dòng)時(shí) 通過手部握住安裝在自行車手把處的制動(dòng)把手 帶動(dòng)制動(dòng)軟鋼絲繩 鋼絲繩與 3 連接 當(dāng)抱閘轉(zhuǎn)動(dòng)連接件在鋼絲繩的牽引力下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 帶動(dòng) 2 橡膠 圈收縮 由于內(nèi)外殼間隙本來不大 當(dāng)橡膠圈收縮時(shí) 就會(huì)引起橡膠圈與內(nèi)殼 的摩擦 抱閘的原理即是以這種摩擦為基本的制動(dòng) 當(dāng)手松開制動(dòng)把手時(shí) 在 渦卷彈簧的作用下 橡膠圈返回原位置 內(nèi)外殼體之間重新回到有間隙狀態(tài) 摩擦力消失 自行車制動(dòng)過程完成 恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài) 采用抱閘系統(tǒng) 性能安全可靠 制動(dòng)效果良好 是自行車不可或缺的重要 組成部分 22 6 總結(jié) 了解了目前國(guó)內(nèi)外自行車行業(yè)的前景以及自行車的發(fā)展趨勢(shì)和各種樣式 根據(jù)自己的愛好興趣 以及以合理實(shí)用為前提 設(shè)計(jì)了這樣一種無鏈條自行車 自行車行業(yè)雖然存在歷史很久 但隨著提倡綠色環(huán)保 自行車行業(yè)依然生 機(jī)勃勃 設(shè)計(jì)的這種新型無鏈條自行車順應(yīng)行業(yè)的發(fā)展 有較大的擴(kuò)展空間 各式各樣的自行車種類繁多 這種以曲柄搖桿為傳動(dòng)裝置的自行車比較少 見 也不完善 此設(shè)計(jì)能在一定程度上填補(bǔ)這方面的空白 這種曲柄搖桿自行車的設(shè)計(jì)合理 實(shí)用 具備投產(chǎn)和大范圍流行的潛力 投產(chǎn)生產(chǎn)簡(jiǎn)單 這種自行車與傳統(tǒng)自行車不同之處僅僅在于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不同 而曲柄搖桿機(jī)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件生產(chǎn)并不復(fù)雜 并且左右兩套曲柄搖桿完全相同 只 需一種模具便可批量生產(chǎn) 總之 設(shè)計(jì)此無鏈條自行車 在理論方面完全合理的情況下 符合實(shí)際情 況 因此 此次設(shè)計(jì)具有實(shí)質(zhì)性優(yōu)勢(shì) 是一次有價(jià)值的設(shè)計(jì) 23 參考文獻(xiàn) 1 熊濱生 現(xiàn)代連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 2 張曉玲 沈韶華 實(shí)用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 北京 北京航空航天大學(xué)出版社 2005 3 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 773 779 2626 2627 4 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第四版第五卷 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 5 吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) 下冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 1309 1317 6 程友聯(lián) 機(jī)械原理 北京 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社 2007 136 137 7 孫桓 陳作模 葛文杰 機(jī)械原理 北京 高等教育出版社 2001 240 244 8 徐灝 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第二版第三卷 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 26 5 9 濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì)第七版 北京 高等教育出版社 2001 390 402 10 陸玉 何在洲 佟庭偉 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 126 127 11 曹國(guó)安 畢寶慶 沈維蕾 等 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2001 39 40 12 周偉平 機(jī)械制造技術(shù) 武漢 華中科技大學(xué)出版社 2002 84 103 24 致 謝 首先感謝我的指導(dǎo)教師高洪偉老師 在她的指導(dǎo)下畢業(yè)設(shè)計(jì)得以順利的完 成 她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度督促我不敢怠慢的學(xué)習(xí) 她平易近人 的態(tài)度也使得我思維不再緊張 可以使我思維更具發(fā)散性 許多設(shè)計(jì)中的難點(diǎn) 可以迎刃而解 從課題的選擇 開題報(bào)告的撰寫 論文的書寫到圖紙的繪制 都給我親切的關(guān)懷 在設(shè)計(jì)遇到瓶頸時(shí) 也是老師強(qiáng)硬的態(tài)度 扭轉(zhuǎn)了我浮躁 的心情 最終完成了設(shè)計(jì)內(nèi)容 感謝同學(xué)們對(duì)我的幫助 在實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)的過程 中他們給了我很多的幫助 由于設(shè)計(jì)內(nèi)容廣 計(jì)算量大 在做設(shè)計(jì)時(shí) 同學(xué)們 給了我巨大的支持 論文完成過程中 同學(xué)們互相鼓勵(lì) 探討論文 互相幫助 其樂融融 經(jīng)過幾個(gè)月的努力 經(jīng)歷了很多難點(diǎn) 最終完成了設(shè)計(jì) 對(duì)我來說 是對(duì)我的 慰藉 也是對(duì)我付出努力的回報(bào) 付出的勞動(dòng)和汗水總之沒有浪費(fèi) 收獲很多 我懂得了什么叫做持之以恒 什么叫做困境重生 什么叫做天道酬勤 但在整 個(gè)過程中我也發(fā)現(xiàn)了自己的不足 我希望將來通過不斷地學(xué)習(xí) 使自己變得更 加優(yōu)秀 貢獻(xiàn)社會(huì) 鑒于自己的知識(shí)水平有限 設(shè)計(jì)中難免存在缺點(diǎn)和不足 敬請(qǐng)廣大老師和 同學(xué)們以及讀者批評(píng)指正 提出寶貴意見 以便從中汲取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn) 加以完善