踏板自行車的設(shè)計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計論文】

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購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計 文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 踏板式自行車的設(shè)計 學(xué)生姓名 侯旭東 學(xué) 號 8011212129 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計 班 級 16 指導(dǎo)老師 楊丙輝 日 期 2016 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院制 16屆畢業(yè)設(shè)計 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計 文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計 文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 前 言 本設(shè)計主要對踏板式自行車進(jìn)行設(shè) 計，在總體傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新，使用四桿機構(gòu)、齒輪、棘輪、直流電機、死飛、電瓶等機構(gòu)，擺脫傳統(tǒng)自行車騎行時雙腳必須做圓周運動，只需通過上下踩動踏板，使曲柄作圓周運動，從而帶動齒輪轉(zhuǎn)動，然后通過齒輪嚙合帶動棘輪轉(zhuǎn)動，最后實現(xiàn)了傳動的目的。同時在傳動的過程中由死飛和鏈條配合，帶動直流電機轉(zhuǎn)動，此時直流電機作為發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，將產(chǎn)生的電能由電瓶儲存，在騎行者身體乏力時可用儲存的電能作用于直流電機，此時的直流電機作為電動機，將電能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動齒輪傳動。通過應(yīng)用機械原理、機械設(shè)計、材料力學(xué)、人體工程學(xué)等 相關(guān)領(lǐng)域的相關(guān)知識，結(jié)合本課題研究的實際需要，充分利用計算機輔助軟件對踏板自行車機械結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計，包括四桿機構(gòu)、齒輪、棘輪、直流電機等進(jìn)行了闡述和設(shè)計 。 關(guān)鍵詞 ： 自行車；踏板；四桿機構(gòu)；齒輪；棘輪 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計 文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 目 錄 1 概述 ............................................................... 1 板自行車研究的背景及意義 ........................................................................................... 1 板自行車的常識和技術(shù)現(xiàn)狀 ........................................................................................... 1 行車的發(fā)展史 ................................................................................................................... 3 2 總體設(shè)計 ........................................................................................................................................ 6 述 ....................................................................................................................................... 6 計任務(wù) ............................................................................................................................... 6 計目的 ............................................................................................................................... 6 力方面的選擇 ................................................................................................................... 6 3 踏板自行車的總體設(shè)計 ............................................................................................................. 8 動原理簡圖和動力傳遞路線圖 ....................................................................................... 8 助件 ................................................................................................................................... 8 行車所選用的材料 ........................................................................................................... 9 4 踏板車的設(shè)計計算 .............................................................................................................. 10 行車的四桿機構(gòu) ： ......................................................................................................... 10 輪機構(gòu)傳動： ................................................................................................................. 11 軸： ................................................................................................................................. 13 軸： ................................................................................................................................. 15 流電機 . ........................................................................................................................... 16 瓶 ..................................................................................................................................... 17 簧 ..................................................................................................................................... 18 輪機構(gòu) ............................................................................................................................. 18 總 結(jié) ................................................................................................................................................. 22 致 謝 ................................................................................................................................................. 23 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................... 24 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計 文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 工程概況 本文首先介紹了踏板自行車研究的背景及意義。設(shè)計的理論基礎(chǔ)是四桿連桿機構(gòu)，其中包括左右動力桿、左右踏板、曲軸、大齒輪等。之后，介紹了踏板自行車的總體設(shè)計，結(jié)合曲柄連桿機構(gòu)的運動理論，重點對一些重要部件的設(shè)計進(jìn)行計算、校核等。簡要分析了踏板自行車的工作原理、運動機構(gòu)以及各 個零部件的設(shè)計及其計算過程。 經(jīng)過本次論文的相關(guān)設(shè)計，我提出了 現(xiàn)有的健身自行車結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，制造成本很高，而且傳動的效率很低；無論是騎自行車還是在健身房里蹬固定自行車，都是不錯的減脂運動，但久而久之都會對身體健康造成不同程度的傷害。而在提倡綠色出行的今天，踏板式自行車以一種全新的方式為騎行者的出行和健身帶來了很多便捷塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 概述 板自行車研究的背景及意義 自行車被發(fā)明及使用到現(xiàn)在已有兩百年的歷史，這兩百年間人類在不斷的嘗試與研發(fā)過程中，自行車發(fā)展的目的也從最早的娛樂用途變?yōu)榻煌ù郊靶蓍e運動用途，休閑及競賽領(lǐng)域 的發(fā)展使自行車研發(fā)工作不斷的精益求精，以滿足求更好成績表現(xiàn)選手們的需求。 今天，自行車作為交通代步、鍛煉身體、越野旅游、運動比賽以及少量貨物運送工具，已遍及到世界的每個角落。自行車從誕生到現(xiàn)在已經(jīng)有兩百年的歷史了，從無傳動裝置的雙木輪靠雙腳在地上用力行走、到一個大輪一個小輪的高蹺式組合、到充氣輪胎、到飛輪鏈條傳動、到山地自行車、一直發(fā)展到后來的機械動力自行車和現(xiàn)在也叫自行車的電動自行車、等等，自行車走過了它漫長的發(fā)展歷程。 現(xiàn)有的健身自行車結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，制造成本很高，而且傳動的效率很低；無論是騎自行車還是在 健身房里蹬固定自行車，都是不錯的減脂運動，但久而久之都會對身體健康造成不同程度的傷害。而在提倡綠色出行的今天，踏板式自行車以一種全新的方式為騎行者的出行和健身帶來了很多便捷。 板自行車 的常識和技術(shù)現(xiàn)狀 行車上的物理知識 測量中的運用在測量跑到的長度時，可運用自行車。如普通車輪的直徑是 。那么轉(zhuǎn)過一圈長度為直徑乘圓周率，即約 米，然后，讓車沿這跑道滾動，記下滾動的圈數(shù) n 則跑道長為 米。自行車的速度約為（ 2~3） m/s。 (2)減小與增大摩擦。車的前軸，后軸均采用滾 動以減小摩擦。為更進(jìn)一步減小摩擦，人們常在這些部位加潤滑劑。多處刻有凹凸不平的花紋以增大摩擦。如車的外胎，車的把手的塑料套，腳踏板，閘把套等。變滾動摩擦為滑動摩擦以增大摩擦。如在剎車時，車輪不再滾動，而在地面上滑動，摩擦大大增加了，故車可以迅速停駛。而在剎車的同時，手用力握緊閘把，增大剎車皮對鋼圈的壓力以達(dá)到制止車輪滾動的目的。 (3)車載重過量，則車胎受到壓強太大而被壓破。 （ a）一般情況下，充足氣的自行車前、后輪胎著地總面積大約為 S＝ 40，當(dāng)成年人騎自行車前進(jìn)時 ，自行車對地面的最大壓力大約為 F＝（ 2000N+200N）＝ 2200N，可以計算出自行車對地面的壓強約為 P= （ b）自行車的車座較寬大，可以增大人與車座的接觸面積，減小對人的壓強，人騎座時感到舒服。 （ c）在車軸擰螺母處要加一個墊圈，來增大受力面積，以減小壓強。 （ d）自行車的腳踏板做得扁而平，來增大受力面積，以減小它對腳的壓強。 （ e）自行車的內(nèi)胎要充夠足量的氣體，在氣體的體積、溫度一定時，氣體的質(zhì)量越大，壓強越大。 （ 4）簡單機械知識的運用 自行車制動系統(tǒng)中的車閘把與連桿是一個省力杠桿，可增大 對剎車皮的拉力。自行車為了省力或省距離，還使用了輪軸 :：腳踏板與齒輪；后輪與飛輪及龍、轉(zhuǎn)軸等。 (5)塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2（ a）根據(jù)功的原理：省力必定費距離。因此人們在上坡時，常騎“ s”形路線就是這個道理 （ b）動能和重力勢能的互相轉(zhuǎn)化。如汽車上坡前，人們要加緊蹬幾下，就容易上去些，這里是動能轉(zhuǎn)化為勢能。而騎車下坡，不用蹬，車速也越來越快，此為勢能轉(zhuǎn)化為動能。 （ c）整體上自行車是費力機械，一般為省距離才騎自行車。頂風(fēng)騎車比頂風(fēng)行走艱難，就是因為騎車費的力被“放大”了。 （ 6） 快速行 駛的自行車，如果突然把前輪剎住，后輪會跳起來。這是因為前輪受到阻力而突然停止運動，但車上的人和后輪沒有受到阻力，根據(jù)慣性定律，人和后輪要保持繼續(xù)向前的運動狀態(tài)。所以切記下坡或高速行駛時，不能單獨用自行車的前閘剎車，否則會出現(xiàn)翻車事故。 （ 7） （ a）當(dāng)人騎自行車前進(jìn)時，停止蹬自行車后，自行車仍然前進(jìn)，是由于它具有慣性。 （ b）當(dāng)人騎自行車前進(jìn)時，若緊急剎車，一般情況下要先捏緊后剎車，然后再捏緊前剎車，或者前后一起捏緊，這樣做是為了防止人由于慣性而向前飛出去。 (8)（ a）當(dāng)人騎自行 車下坡時，速度越來越快，是由于下坡時人和自行車的重力勢能轉(zhuǎn)化為人和自行車的動能。 （ b）當(dāng)人騎自行車上坡之前要緊蹬幾下，目的是增大速度，來增大人和自行車的動能，這樣上坡時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，能上得更高一些。 （ c）自行車的車支架上掛有一個彈簧，在它彈起時，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，車支架自動彈起。 在騎自行車的過程中，我們常常要用到剎車。剎車時，剎皮與車圈間的摩擦力，會阻礙后輪的轉(zhuǎn)動。手的壓力越大，剎皮對車圈的壓力就越大，產(chǎn)生的摩擦力也就越大，后輪就轉(zhuǎn)動的越慢。如果完全剎死，這時后輪與 地面之間的摩擦就變?yōu)榛瑒幽Σ亮Γㄔ瓉頌闈L動摩擦，方向向前），方向向后，阻礙了自行車的運動，因此就停下來了。前剎片是利用摩擦力使車輪減速，同時在接地點產(chǎn)生向后的摩擦力來使車體減速。以前輪夾式剎車和傳統(tǒng)后輪軸心的盤式剎車來比較，對同樣大小的剎車壓力而言，前者因力臂較長，會比后者有較大的力矩，效果較佳。 我們的實驗過程如下： 首先，我們選取了一塊水平路面，并在地上畫一根線作為記號。實驗時我們讓自行車在通過這根線時開始剎車。通過測量自行車的剎車痕跡來判斷不同情況下的剎車狀況。 ①第一組我們模擬的是不按剎車的情景。實 驗中，我們可以看到實驗者騎自行車經(jīng)過這根線時沒有按下剎車，由于自行車具有初速度，所以會因為慣性繼續(xù)向前運動。此時，自行車又受到地面滾動摩擦力的影響，在行駛了一段距離后，速度逐漸減慢，直至停止。 ②第二組我們模擬的是按前剎車的情景。實驗中，我們可以看到實驗者騎自行車經(jīng)過這根線時按下前剎車，由于前輪為從動輪，兩輪會同時被卡住。此時，兩輪受到的摩擦力由滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ?，在很短的時間內(nèi)停下來。 ③第三組我們模擬的是按后剎車的情景。實驗中，我們可以看到實驗者騎自行車經(jīng)過這根線時按下后剎車，由于后輪為驅(qū)動輪，所以只 有后輪會被卡住。此時，后輪受到滑動摩擦力，而前輪受到滾動摩擦力，自行車仍能在很短時間內(nèi)停下來。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3在實驗過程中，我們又發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人騎自行車前進(jìn)時，若遇到緊急情況，一般情況下要先捏緊后剎車，然后再捏緊前剎車，或者前后一起捏緊，這樣做是為了防止人由于慣性而向前飛出去．否則后輪會跳起來。這就提醒我們在下坡或高速行駛時，切記不能單獨用自行車的前閘剎車，否則會出現(xiàn)翻車事故。 行車的發(fā)展史 18 世紀(jì)末，法國人西夫拉克發(fā)明了最早的自行車。這輛最早的自行車是木制的，它的結(jié)構(gòu)比較簡單，既沒有驅(qū)動裝置，也沒有轉(zhuǎn)向裝置，騎車人靠雙 腳用力蹬地前行，改變方向時也只能下車搬動車子。即使這樣，當(dāng)西夫拉克騎著這輛自行車到公園兜風(fēng)時，在場的人也都頗為驚異和贊嘆。 圖 11867 年 英國人麥迪遜設(shè)計出第一 輛裝有鋼絲輻條的自行車。 1869 年 英國的雷諾首先用輻條來拉緊輪輞，用鋼管制成車架，并首先在輪輞上裝上了實心的橡膠帶，使自行車的重量大大減輕。德國斯圖加特出現(xiàn)了由后輪導(dǎo)向和驅(qū)動的自行車，同時車上采用了滾動軸承、飛輪、腳剎、彈簧等部件。 1874 年 真正具有現(xiàn)代化形式的自行車誕生。英國人勞森在自行車上別出心裁地裝上鏈條和鏈輪，用后輪的轉(zhuǎn)動來推動車子前進(jìn)。但仍然不夠協(xié)調(diào)與穩(wěn)定。 1886 年 英國的機械工程師斯塔利，從機械學(xué)、運動學(xué)的角度設(shè)計出了新的自行車樣式，裝上前叉和車閘，使用滾子軸承，前后輪大小同，以保持 平衡，并用鋼管制成了菱形車架，還首次使用了橡膠車輪。 顯著地提高了自行車的騎行性能。斯塔利不僅改進(jìn)了自行車的結(jié)構(gòu)，還改制了許多生產(chǎn)自行車部件用的機床。 英國人詹姆斯把自行車前后輪改為大小相同，并增加了鏈條，使其車型與現(xiàn)代自行車基本相同。 1887 年 德國曼內(nèi)斯公司將無縫鋼管首先用于自行車生產(chǎn) 1888 年 愛爾蘭的獸醫(yī)鄧洛普，從醫(yī)治牛胃氣膨脹中得到啟示，將自家花園用來澆水的橡膠管粘成圓形塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4并打足氣裝在自行車上，這是充氣輪胎的開端。從此，基本奠定了現(xiàn)代自行車的雛形。充氣輪胎是自行車發(fā)展史上的一個劃時代的創(chuàng)舉不但從根本 上改變了自行車的騎行性能，也解決了自行車多年來最令人難受的震動問題，同時更把自行車的速度又推進(jìn)了許多。而且完善了自行車的使用功能。 從 1791 年到 1888 年，自行車的發(fā)明和改進(jìn)，經(jīng)歷了近 100 年中這些發(fā)明者的不懈奮斗。從此，基本奠定了現(xiàn)代自行車的雛形。時至今日，自行車已成為全世界人們使用最多，最簡單，最實用的交通工具。也許人們應(yīng)該永遠(yuǎn)記住這些自行車的發(fā)明者們，他們的名字，絲毫不亞于汽車的發(fā)明者卡爾 1925 年以后 世界自行車產(chǎn)量已達(dá) 200 萬輛，其中英國占 50%，成為當(dāng)時主要的輸出國。其后自行車得到廣泛的發(fā)展，結(jié)構(gòu)上也有了改進(jìn)和提高。第二次世界大戰(zhàn)后，汽車工業(yè)高速發(fā)展，自行車生產(chǎn)受到影響。 但到 70 年代，由于出現(xiàn)能源危機，世界上再次出現(xiàn)自行車熱，自行車生產(chǎn)又得到飛速發(fā)展。至 80 年代，全世界自行車產(chǎn)量已超過八千萬輛，中國及臺灣地區(qū)、日本、美國和西歐成為世界自行車生產(chǎn)中心。 自行車雖然誕生于歐洲，但 20 世紀(jì)卻在亞洲獲得了前所未有的普及和發(fā)展。二次世界大戰(zhàn)后，自行車在日本快速的發(fā)展起來，后因需要轉(zhuǎn)至臺灣，使臺灣的自行車業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，并一度成了亞洲的領(lǐng)導(dǎo)者，現(xiàn)臺灣的自行車制造業(yè)還是個中翹楚！我們選擇常用自 行車配件質(zhì)量較好的大部分還是臺資企業(yè)生產(chǎn)。自行車發(fā)展的目的也從最早的娛樂用途變?yōu)榻煌ù郊靶蓍e運動用途，休閑及競賽領(lǐng)域的發(fā)展使自行車研發(fā)工作不斷的精益求精，以滿足求更好成績表現(xiàn)選手們的需求。 電動自行車，是指以蓄電池作為輔助能源在普通自行車的基礎(chǔ)上，電動自行車，是指以蓄電池作為輔助能源，具有兩個車輪，能實現(xiàn)人力騎行、電動或電助動功能的特種自行車。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計最高時速、空車質(zhì)量、外形尺寸的相關(guān)規(guī)定，電動自行車歸屬非機動車管理范疇，應(yīng)同時具備以下 5 個特征：必須具備腳踏行駛功能，蓄電池只作為輔助能源；必須具 備兩個車輪；設(shè)計車速不大于 20 公里 /小時；整車重量不大于 40 公斤；輪胎寬度（胎內(nèi)）不大于 54 毫米。 電動自行車的型號以 種自行車種類的電動自行車類）冠號。它雖然具有普通自行車的外表特征（甚至具有摩托車的外表特征），但是主要的是，它是在普通自行車的基礎(chǔ)上，安裝了電機、控制器、蓄電池、轉(zhuǎn)把閘把等操縱部件和顯示儀表系統(tǒng)的機電一體化的個人交通工具。 2010 年中國生產(chǎn)的電動自行車共計 2954 萬輛，中國是全球最大的電動自行車生產(chǎn)和消費國 ,年產(chǎn)量和消費量占世界總產(chǎn)量和消費量的比重均超過 90%。 無鏈條自行車： 省 力：騎行輕快與鏈條自行車相比省力 22%。 耐用：使用壽命長是鏈條自行車的 。 安全：在騎行中安全可靠性是鏈條自行車的 9 倍。 靈便：由于無大牙盤、鏈罩等大型部件，在運行中減少阻力、騎行更加方便。 干凈衛(wèi)生、不夾咬、不污染衣物，每年只注一次潤滑油并且徹底消除掉鏈之弊。 結(jié)構(gòu)簡單修理方便與鏈條變速車相比易修不易壞，騎行 12000 公里無須大修。 前踏式無鏈條自行車，它是由車架、前車輪、后車輪、踏板連動器、連桿、驅(qū)動器等組成。其特征在于：不需采用鏈輪、鏈條、飛輪等傳動零件，變現(xiàn)有自行車的圓周運動為前踏式上、下踏 動，減輕了人體膝關(guān)節(jié)、髁關(guān)節(jié)的運動量。踏板連動器采用圓錐齒輪傳動，驅(qū)動器采用行星輪傳動，使自行車的行駛速度及傳動的可靠性都得到了很大的提高。騎行時不擦掛褲腳，安全舒適，是一種理想的交通工具，特別適用于遠(yuǎn)距離騎行，且結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，造價低廉。 新型自行車 路車 地車 避震 市小輪車 市休閑車 性車 行車車架 行裝備 纖制品 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5部碳纖車 世界各國輕型電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策支持 日本：政府的支持極大地推動了輕型電動車的發(fā)展。 1993 年 7 月，日本警察廳、交通局發(fā)出了關(guān)于輔助驅(qū)動自行車處理意見的通知，規(guī)定這類自行車 (帶有輔助驅(qū)動裝置 )只要滿足一定的條件，在法律上可以享受自行車同等待遇。 美國： 2003 年，美國總統(tǒng)布什批準(zhǔn)將低速電動自行車轉(zhuǎn)由 費者產(chǎn)品安全委員會管理，減少了法規(guī)對電動自行車的許多限制。美國低速電動自行車原本屬于國家公路交通安全局管轄，被定性為機動車并受到機動車標(biāo)準(zhǔn)的管理，如今新的法規(guī)將管轄權(quán)交給管理自行車的 樣，最高時速在 32 公里以下的低速電動自行車將獲得更大的發(fā)展空間。 另外，美國一些州的政府開始在政策上鼓勵市民使用電動自行車，有些城市在市區(qū)和商業(yè)區(qū)設(shè)立了電動自行車出租商店以方便市民。 歐洲：在歐洲，歐盟執(zhí)委會在歐洲 10 國贊助一項 劃，推動電動車輛的發(fā)展，此計劃通過將 1300 輛電動自行車發(fā)給大城市，借此刺激歐洲大城市環(huán)保交通工具的使用。歐盟對于這種智能化的輕型電動車極為支持，歐盟對于購買符合標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的消費著執(zhí)行“免費使用自行車道、上路無需駕照、無需上保險”的優(yōu)惠政策，并且政府啟動了名為 專項計劃，對交通、旅游部門的決策者培訓(xùn)職能輕型電動車的培訓(xùn)，使他們了解這種產(chǎn)品的潛力。 中國展覽會 2012 年 3 月 23 日在第十二屆中國北方國際自行車電動車展覽會上，自行車電動車生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新在展會上得到充分展示。在展會創(chuàng)新展區(qū)，展出了 20 多家企業(yè)開發(fā)的新材料、新能源和創(chuàng)新設(shè)計的自行車電動車精品成為本屆展會的一大亮點。 展會三天共吸引 20 余萬人次入場參觀或交易，簽單萬件，天津企業(yè)的整車成交量達(dá)去年產(chǎn)銷量的三成以上。該展會的自行車創(chuàng)意設(shè)計大賽，天津美術(shù)學(xué)院、天津大學(xué)、天津理工大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)等八 所高校共推出 270 多件自行車創(chuàng)意設(shè)計作品，評出獲獎作品 18 件。 積極推廣應(yīng)用鋰離子電池，大力開發(fā)鋰電型電動自行車產(chǎn)品，已成為推動天津和國內(nèi)電動車產(chǎn)業(yè)調(diào)整升級，推進(jìn)電動車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化的重要引擎，自 2012 年以來，天津和國內(nèi)鋰電型電動自行車產(chǎn)銷比率顯著提升塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 62 總體設(shè)計 述 本設(shè)計主要對踏板式自行車進(jìn)行設(shè)計，在總體傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行了創(chuàng)新，使用四桿機構(gòu)、齒輪、棘輪、直流電機、死飛、電瓶等機構(gòu)，擺脫傳統(tǒng)自行車騎行時雙腳必須做圓周運動，只需通過上下踩動踏板，使曲柄作圓周運動，從而帶動齒輪轉(zhuǎn)動，然后通過齒輪嚙合帶動棘輪轉(zhuǎn)動，最后實現(xiàn)了傳動的目的。同時在傳動的過程中由死飛和鏈條配合，帶動直流電機轉(zhuǎn)動，此時直流電機作為發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，將產(chǎn)生的電能由電瓶儲存，在騎行者身體乏力時可用儲存的電能作用于直流電機，此時的直流電 機作為電動機，將電能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動齒輪傳動。 計任務(wù) 技術(shù)要求：用于戶外運動，健身，倡導(dǎo)綠色出行。 計目的 1．培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)理論知識和技能，分析和解決機械工程實際問題的能力，熟悉生產(chǎn)技術(shù)工作的一般程序和方法。 2．培養(yǎng)學(xué)生懂得工程技術(shù)工作所必須的全局觀念、生產(chǎn)觀念和經(jīng)濟觀念，樹立正確的設(shè)計思想和嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。 3．培養(yǎng)學(xué)生調(diào)查研究，查閱技術(shù)言文獻(xiàn)、資料、手冊，進(jìn)行工程計算、圖樣繪制及編寫技術(shù)文件的能力。 力方面的選擇 圖 2力桿 原自使用四桿機構(gòu)、齒輪、棘輪、直流電 機、死飛、電瓶等機構(gòu)，擺脫傳統(tǒng)自行車騎行時雙腳必須做圓周運動，只需通過上下踩動踏板，使曲柄作圓周運動，從而帶動齒輪轉(zhuǎn)動，然后通過齒輪 總體設(shè)計是機械設(shè)計中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它是對所設(shè)計的機械的總的設(shè)想。制定總的設(shè)計原則，設(shè)計原則應(yīng)當(dāng)保證所設(shè)計機型符號有關(guān)的方針、政策，在滿足使用要求的基礎(chǔ)上，力求結(jié)構(gòu)合理、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟性好、壽命長。 制定總則之后，便可以編制設(shè)計任務(wù)書， 在調(diào)研的基礎(chǔ)上，運用所學(xué)知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設(shè)計的成功。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7嚙合帶動棘輪轉(zhuǎn)動，最后實現(xiàn)了傳動的目的。同時在傳動的過程中由死飛和鏈條配合，帶動直流電機轉(zhuǎn)動，此時直流電機作為發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能，將產(chǎn)生的電能由電瓶儲存，在騎行者身體乏力時可用儲存的電能作用于直流電機，此時的直流電機作為電動機，將電能轉(zhuǎn)化為機械能，帶動齒輪傳動。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 83 踏板自行車的總體設(shè)計 動原理簡圖和動力傳遞路線圖 我設(shè)計的自行車由采用踏板式無后座自行車，可以達(dá)到運動鍛 煉的效果。通過踏板帶動連架桿上下擺動，帶動曲柄以偏心軸的形式與大齒輪連接達(dá)到傳動的目的，通過大小齒輪的嚙合達(dá)到改變傳動比的效果，同時采用小齒輪內(nèi)部裝有飛輪的結(jié)構(gòu)，不僅是達(dá)到單向傳動的目的同時使結(jié)構(gòu)緊湊強度更高。 圖 3板自行車總裝配圖 助件 為了實現(xiàn)自行車行駛的功能，需要自行車系統(tǒng)的各個運動軸配合工作，此外還需要承載部件和輔助部件。無論是休閑自行車還是山地車都主要由前輪、后輪、腳踏板、四桿機構(gòu)、飛輪、齒輪、直流電機、電瓶、車把、車架、剎車、前叉幾個模塊組成。其中前輪、后輪模塊構(gòu)成了自行車的執(zhí)行子系統(tǒng)、四桿機構(gòu)和齒輪是自行車的傳動子系統(tǒng)，腳蹬模塊是驅(qū)動子系統(tǒng)，車把模塊是轉(zhuǎn)向子系統(tǒng)，車架模塊要起支撐作用，剎車模塊是輔助子系統(tǒng)。 車架：是構(gòu)成自行車的機體，連接著自行車的其余各個 部件，并承受騎者的體重及自行車在行駛時經(jīng)受的各種振動和沖擊力量。 前叉：支承前輪所受的重量，將車把轉(zhuǎn)向動作傳進(jìn)到前輪，使自行車能按照騎者的意愿方向行駛；前叉下端壓有彎度，能促使自行車有自己的向前行駛的性能，減輕騎車者操縱強度，并起一些緩沖作用。 車把模塊：連接著前叉，可轉(zhuǎn)動前叉，在行駛性能上主要是操縱自行車的行駛方向，并作為騎車者的扶手，支撐著一部分騎車者的重量，在車把上安裝著制動手把和車鈴，控制制動信號。車把因裝在自行車懂得正前方，要求美觀合適，必須能承受一定的顛簸撞擊性能。 腳踏板模塊：是承受騎車者的蹬 踏，由于本車的設(shè)計是騎車者站立在車上，因此腳踏板幾乎要承受部分騎車者的重量，腳踏板通過傳動的四桿機構(gòu)驅(qū)車向前。由于騎者的腳步可以與腳踏板完全接觸避免了騎者在蹬踏的過程中的不適。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9圖 3板 四桿機構(gòu)模塊：通過時桿機構(gòu)代替原本的齒輪鏈條連接使其傳動過程更加平穩(wěn)，傳動比更加精確，同時四桿機構(gòu)減輕了其自行車的重量。 飛輪：其作用有兩個，一是當(dāng)騎車者用力蹬踏腳踏板時，飛輪能將踏力傳到后軸身上，推動全車前進(jìn)；另一個作用是在行駛途中當(dāng)騎車者不踏動腳踏板時，自行車因受慣性影響，仍繼續(xù)前進(jìn)，但飛輪外套并不隨著后軸身轉(zhuǎn) 動，腳踏板也不會隨之運動，可是騎車者獲得休息機會，和便于上下車。 直流電機模塊：其作用有兩個，一是作為發(fā)電機，當(dāng)騎行者用力踩踏板推動全車前進(jìn)的同時將機械能轉(zhuǎn)化為電能；二是作為電動機，當(dāng)騎行者身體乏力時，由電瓶供電，作用于電機，此時電機作為電動機提供動能是自行車向前推進(jìn)。 電瓶模塊：作用是儲存電能和供給電能。 前、后輪模塊：前后輪總稱車輪，一個作用是承受自行車本身和騎車者的全部重量，另一個作用是車輪旋轉(zhuǎn)推動自行車前進(jìn)及轉(zhuǎn)向，因此必須巨涌足夠的強度，一面在行駛中受到振動發(fā)生折斷，同時要求車輪必須圓正，可保持在旋 轉(zhuǎn)時平穩(wěn)，此外車輪結(jié)構(gòu)要有適當(dāng)?shù)膹椥裕栽鰪姳苷裥?，提高騎車者的舒適性。 齒輪傳動模塊：是自行車傳動系統(tǒng)的一部分，實現(xiàn)把四桿機構(gòu)得力傳到后輪。 剎車模塊：騎者可以隨時操縱車閘，使行駛的自行車減速、始、停，以確保行車安全。是保證騎行安全的關(guān)鍵部件，有普通閘、鉗形閘、觸閘、抱閘、漲閘、腳閘、盤閘等多種結(jié)構(gòu)形式，但不管何種結(jié)構(gòu)，都要保證達(dá)到制動性能的要求。 行車所選用的材料 鋁合金制的車架輕而剛性強。經(jīng)過特殊加工 1 個車架的重量只有 1 公斤重。鋁管道趨向大口徑化，為了緩和過于強的剛性，目前座管及車叉采用吸收沖擊力強 的碳纖等的受人注目。我的踏板自行車自行車選擇 7050里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 104 踏板車的設(shè)計計算 行車的四桿機構(gòu) ： 圖 腳踏板，則線段 可視為四桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)的搖桿， 連桿， 曲柄，虛線圓為曲柄轉(zhuǎn)過的軌跡。 2C=E=B+E 滿足曲柄搖桿機構(gòu)。 踏板處于最高點時如圖 圖 4桿機構(gòu)示意圖 212212 )( ??? (4 21212 ? 踏板處于最低點時如圖 b 圖 4桿機構(gòu)示意圖 222222 )( ??? (4塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 22222 ? (4圖 4 腳踏板下方支撐桿到車架表面的距離： ???? 人在踩踏腳踏板時，身體傾斜 ? 約為 5— 10° 當(dāng) 5?? °時 5co ? ° =1992N 當(dāng) 10?? °時 10c o ? ° =1969N 我們?nèi)私迫?2000N 故 ° — 當(dāng) °時 o ? x ° =? y ° =F ?=F ?= °時 o ? x ° =? y ° =F ?=F ?=T = 8 4 5 31212 ????? 輪機構(gòu)傳動： 選精度等級、材料及齒輪的齒數(shù)對于齒輪傳動，我們選擇： 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12漸開線直齒圓柱標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動；齒輪制造精度 7 級；嚙合的齒面采用“軟 合；小齒輪 圖 4齒輪 材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度 280齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度； 240z =26；大齒輪的齒數(shù) 1z = 2z 1i =26=65 實際從動軸（低速軸）轉(zhuǎn)速 665×30=75(r/因為齒輪傳動的類型屬于開式齒輪傳動，根據(jù)齒輪的設(shè)計準(zhǔn)則可以知道其傳動的主要失效形式是磨損和輪齒折斷，因磨損尚無成熟的計算方法及設(shè)計數(shù)據(jù)，目前只能按照齒根彎曲疲勞強度設(shè)計計算，考慮磨損的影響可將模數(shù)加大 10%~20%。 故其設(shè)計公式為 ?? F ?1213?(4為螺旋角 ? =0，所 以 根據(jù)公式計算得 1T =2T =量齒數(shù) 5, 262 ?大齒輪 小齒輪 齒形系數(shù)： 圖，得應(yīng)力修正系數(shù)為； 大齒輪 齒輪 查圖得齒輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力算得許用彎曲應(yīng)力 ?? F? = 據(jù)式： 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13?? F ?1213?= 8 4 2 ＝?????? 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=3. 分度圓直徑781263c o 51653c o ????????a= 8195 ?? 表 軸： 參照中軸后移無鏈直行車的工作原理，要求軸與齒輪用平鍵緊密聯(lián)接在一起，由四桿機構(gòu)帶動軸轉(zhuǎn)動從而驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動。因此得知中軸是一根轉(zhuǎn)軸，同時受到了彎矩和轉(zhuǎn)矩。軸式一個彈性體，當(dāng)受周期性外載荷時，將引起強迫 振動；當(dāng)此外載荷的頻率等于軸的固有頻率時，將產(chǎn)生共振。共振會導(dǎo)致周和軸上零件甚至整個機械系統(tǒng)受到破壞。軸產(chǎn)生共振時的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。如果軸的轉(zhuǎn)速停滯在臨界轉(zhuǎn)速附近，軸的振動將迅速增大，以致達(dá)到軸甚至整個機器破壞程度。 軸選用材料為 45 鋼 中軸的受力分析 : 大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 1T = 4軸 大齒輪的分度圓直徑： d=195周力： 齒輪 模數(shù) m 齒數(shù) z 分度圓直徑 d 齒寬 b 中心距 a 小齒輪 3 26 78 13 齒輪 3 65 195 13 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14= ??向力： = =N） 00 0 00 0 ???? ? ? M p 0 取，取 ?A 21 9 8 4 0 ???T?根據(jù)公式 14 ? ? 00 003 ?? ?根據(jù)公式 14軸的彎扭應(yīng)力： ? ? ? ?122 ??? ??? 型普通平鍵，均采用 45 鋼 在安裝車輪中軸齒輪處的軸徑為 40 ㎜，該處鍵的尺寸為 B× h=6× 6 齒輪的輪轂寬 =13 ㎜，可見與其配合的軸段長度 =13 ㎜。 所以取鍵長為 L=10而，鍵的工作長度 l =6 ㎜。 于是，由式（ 6算鍵的擠壓強度 p?=0406 ??=100=? ?p?螺栓的強度校核： 我們選擇 20 的螺栓 2 . 5 0 M p ? ?? ，鋼的螺紋連接系數(shù)：屈服強度：? ? ? ?鋼的許用擠壓應(yīng)力： =384 ? M p ?????許用切應(yīng)力： 螺栓的工作剪切應(yīng)力： F=栓半徑 50 ?, 螺栓桿的剪切強度條件為： ? ???? ????? 5 34220該螺栓符合要求。 A 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 軸： 圖 4后軸的受力分析 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T=齒輪的分度圓直徑： d=78周力：??向力： ?20 3 50 0 0 0 369 5 50 0 0 0 ???? ? ? M p 0 取，取 ?A 27 9 3 6 ???T?? ? 00 003 ?? ? 因此軸頸 5軸滾動軸 承的選擇及壽命計算： 根據(jù)工作條件，初選兩軸承均為深溝球類型。 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計所得的軸徑 B 處尺寸為 10附錄表 2 深溝球軸承 ( 276軸承型號可以選擇為 :6200 型。 而這種選擇，必需要同時滿足：軸承所承受的要求的載荷，與需 要的壽命這兩方面的要求。 軸滾動軸承的壽命計算與選擇 根據(jù)題目給定的條件與前面分析與計算，低速軸上這對軸承的工作 條件是：徑向載荷為 ，軸的轉(zhuǎn)速為 n=75r/徑為 10期壽命為'43800h 深溝球軸承有 6000、 6200、 6300、 6400 四類，我們選擇 6200 軸承。 由附錄 2 中查出 6200 型軸承的參數(shù)是： —— 基本額定載荷 100N 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16—— 基本額定靜載荷2390N 由于齒輪不受軸向力，因此 這樣，可以計算出0< 應(yīng)用線性插值法，得判斷系數(shù) e= 進(jìn)一步，計算出比值 ?e，于是 得載荷系數(shù) X=1,Y=0。 根據(jù)工作機的特性，查 表得取載荷系數(shù) 由式（ 15－ 6）計算當(dāng)量載荷為 ? ? ? ? ?????? (4由 15— 11計算軸承壽命： ????????????? ?43800h 即 '43800?，于是， 6200軸承可用。 流電機 . 圖 4選擇電動機的轉(zhuǎn)速，應(yīng)盡量與工作機械需要的轉(zhuǎn)速相同，采用直接傳動，這樣既可以避免傳動損失，又可以節(jié)省占地面積。 電機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）有 3000r/1500r/1000r/750r/機的轉(zhuǎn)速一般要低 2%～ 5%，在功率相同的情況下，電機轉(zhuǎn)速越低體積越大，價格也越高，而且功率因數(shù)與效率較低；高轉(zhuǎn)速電機也有它的缺點，它的啟動轉(zhuǎn)矩較小而啟動電流大，拖動低轉(zhuǎn)速的機械時傳動不方便，同時轉(zhuǎn)速高的電動機軸承容易磨損。所以在電動自行車上一般選用 3000r/的轉(zhuǎn)速也比較高，但它的適應(yīng)性較強，功率因數(shù)也比較高。在考慮到直流電機作為發(fā)電機使用時需要較高的轉(zhuǎn)速才能實現(xiàn)比較穩(wěn)定、快速的產(chǎn)生電能。 i=2 i=65/26=設(shè)計中減速 電機工作環(huán)境為高速軸轉(zhuǎn)速不大于 3000r/速工作環(huán)境溫度范圍 里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17+30C° 。可優(yōu)先考慮標(biāo)準(zhǔn)減速電機。 總傳動比 (4i=ig?i 取 —— 一對圓柱轉(zhuǎn)軸的傳動比 各軸轉(zhuǎn)速計算 1n =3000r/n =3000/n ==強度選用減速電機 計算功率 11' 111 ???? (4式中1P— 傳遞的功率 ,工況系數(shù)； 1n?— 要求的輸入轉(zhuǎn)速 r/ 1n— 承載能力表中靠近1n?的轉(zhuǎn)速 r/ 1表 187【 1】 中查出； 1 對應(yīng)于1n?時的許用輸入功率 ? ? 時 ,取 11? .； 表 4工況系數(shù)? 按 i=3及 000r/選用減速電機 校核熱功率 t ???? 21 ,環(huán)境溫度系數(shù) 1f =1 負(fù)荷率系數(shù) 2f =率利用系數(shù) ?適 表 4瓶 蓄電池容量與充電機對應(yīng)電流選擇。關(guān)于鉛酸蓄電池及免維護(hù)鉛蓄電池的充電電流；過大或過小電流充電對蓄電池質(zhì)量和壽命都有影響，一般充電速率選擇在 2 20間都可以 ,長期過小的充電電流會使蓄電池內(nèi)阻增高 ,容量逐漸減少 ,直到失效，過大的充電電流會使蓄電池極板受損或升溫 ,使用壽命大大縮短。蓄電池與充電器對應(yīng)電流 = 電動機型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 極數(shù) (額定轉(zhuǎn)矩 )堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 (額定轉(zhuǎn)矩 ) 50W 3000r/ 250W 250W 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18蓄電池標(biāo)稱容量（安倍小時）。 蓄電池充滿電的時間（小時率）。 A 是充電電流。綜合選取駱駝 24電池 46簧 綜合選取駱駝 24電池 46徑 D、中徑 徑 距 p、螺旋升角α及彈簧絲直徑 d。由下圖圓柱螺旋彈簧的幾何尺寸參數(shù)圖可知，對圓柱螺旋壓縮彈簧一般應(yīng)在 5°～ 9°范圍內(nèi)選取。彈簧的旋向可以是右旋或左旋，但無特殊要求時，一般都用右旋。選用壓簧是承受軸向壓力的螺旋彈簧，因能承受壓力，兩端可為開式或閉式或繞平或磨平，它所用的材料截面多為圓形，也有用矩形和多股鋼縈卷制的，彈簧有等節(jié)距和變節(jié)距的，壓縮彈簧的形狀有 :圓柱形、圓錐形、中凸形和中凹形以及少量的非圓形乃至各種尾端之變體，均可產(chǎn)品需要依設(shè)計 成型等，壓簧的圈與圈之間有一定的間隙，當(dāng)受到外載荷時彈簧收縮變形，儲存變形能。選用 60輪機構(gòu) 自 行車上的飛輪，又稱為超越離合器，實質(zhì)上就是一個棘輪機構(gòu)。利用牙的嚙合、棘輪 塊的楔緊作用單向傳遞運動或扭矩的離合器。 超越離合器分為棘輪超越式、滾柱超越式和楔塊超越式。通常運用于自行車的為內(nèi)齒棘輪超越式的超越離合器。其工作原理是當(dāng)外圈順時針旋轉(zhuǎn)時，通過外圈的內(nèi)齒帶動內(nèi)圈棘輪輸出轉(zhuǎn)矩，外圈逆時針轉(zhuǎn)動時，棘爪與外圈的內(nèi)齒呈分離狀態(tài)，內(nèi)圈空載旋轉(zhuǎn)。 棘輪機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方 便和運動可靠等優(yōu)點，故在各類機械中有廣泛的應(yīng)用。但是由于回程時搖桿上的棘爪在棘輪齒面上滑行時引起噪聲和齒尖磨損。同時為使棘爪順利落入棘輪齒間，搖桿擺動的角度應(yīng)略大于棘輪的運動角，這樣就不可避免地存在空程和沖擊。此外棘輪的運動角必須以棘輪齒數(shù)為單位有級地變化。因此棘輪機構(gòu)不宜應(yīng)用于高速和運動精度要求較高的場合。 棘輪機構(gòu)所具有的單向間歇運動特性，在實際應(yīng)用中可滿足如送進(jìn)、制動、超越離合和轉(zhuǎn)位、分度等工藝要求。 如下圖所示為幾種常用的棘輪齒形。 （圖 a） (圖 b) 圖 c) 圖 4意圖 最常用的齒形為不對稱梯形，如圖 4a)所示。 當(dāng)棘輪機構(gòu)承受載荷不大時，為便于加工，可選用三角形齒形。三角形的非工作面可作成直線型（如圖 4b)所示）和圓弧型兩種（如圖 4c)所示）。 在此設(shè)計中的棘 輪的齒形選用了最常用的不對稱梯形的齒形。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19實際上棘爪和棘輪齒接觸面間存在摩擦，如圖 4示。 N──棘輪齒對棘爪的法向反作用力； 圖 4爪和棘輪齒面 F──棘輪齒給予棘爪的摩擦力。 為了保證工作時棘爪順利滑向棘齒根部而不被擠出，則應(yīng)保證使棘爪順時針轉(zhuǎn)動滑向齒根的力矩大于阻止棘爪滑向齒根的力矩。也即保證以下關(guān)系： co ss 2 ????? (4式中 p 為棘爪軸心位置角。 式中左側(cè)為法向反作用力 N 使棘爪順時針滑向齒根的力矩，右側(cè)為摩擦力 F 阻止棘爪滑向齒根的力矩。 因為 ??? (4f 和 b 分別為摩擦系數(shù)和摩擦角，一般取 f= 由此得 ，即 。 由此可知，棘爪能順利滑向齒根部的條件為：棘爪軸心位置角 b，即棘輪對棘爪的總反力 R 的作用線與軸心連線 21交點應(yīng)位于 1O 與 2O 之間。 棘輪的齒形已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。周節(jié) p 根據(jù)齒頂圓來考慮。棘輪的齒數(shù)通常在 6~30 的范圍內(nèi)選取，但 有特殊用途時，可以更少或更多些，齒數(shù)愈多，沖擊愈小，但尺寸較大。為了減少沖擊，可以裝設(shè)兩個或多個棘爪。 設(shè)計齒形時，要保證棘爪嚙合性能可靠，通常將棘輪工作齒