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傳動(dòng)軸式自行車的設(shè)計(jì)
郝良慶
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘 要：我國(guó)是一個(gè)自行車大國(guó)，針對(duì)傳統(tǒng)鏈傳動(dòng)自行車出現(xiàn)的一些問(wèn)題，容易掉鏈，傳動(dòng)效率地等問(wèn)題設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了傳動(dòng)軸式自行車。該自行車采用傳動(dòng)軸代替鏈條的方式，前部用一對(duì)錐齒輪改變方向中間采用傳動(dòng)軸后部采用一對(duì)錐齒輪改變方向再通過(guò)棘輪機(jī)構(gòu)與后輪相連接實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，該自行車傳動(dòng)部分改為傳動(dòng)軸，其他部分與普通自行車相似。
關(guān)鍵詞：自行車；傳動(dòng)軸；錐齒輪；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
引言
在科技日益發(fā)達(dá)的當(dāng)今社會(huì)，新型技術(shù)不斷被研發(fā)并輻射到社會(huì)的實(shí)際運(yùn)用中去，隨著人們環(huán)境意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們都在尋著能夠省時(shí)省力節(jié)能的新型代步工具！都在為共創(chuàng)和諧的節(jié)約型社會(huì)而努力！
隨著居民生活水平的不斷提高，自行車的使用不僅僅再是普通的代步工具，而逐漸成為人們娛樂(lè)、休閑、鍛煉的首選工具。行駛途中，可以當(dāng)做普通自行車騎行鍛煉身體，隨著時(shí)間的推移，原始簡(jiǎn)單的鏈傳動(dòng)自行車已不再滿足人們的心里，人們都希望完善自行車的傳動(dòng)方式功用，以給人們帶來(lái)更多的方便。
從早期的自行車雛型出現(xiàn)，到今天種類繁多、形式多樣的自行車產(chǎn)品，已經(jīng)歷了近200年的歷史，隨著社會(huì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步、產(chǎn)品的更新、生活節(jié)奏的加快, 人們?cè)谙硎芪镔|(zhì)生活的同時(shí), 更加注重產(chǎn)品的方便、舒適、可靠、價(jià)值、安全、效率等人機(jī)性能, 創(chuàng)新設(shè)計(jì)即充分發(fā)揮人的創(chuàng)造才能,利用技術(shù)原理進(jìn)行創(chuàng)新構(gòu)思的設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)，其目的是為人類社會(huì)提供富有新穎性和先進(jìn)性的產(chǎn)品.因此，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本特征是新穎性和先進(jìn)性?！靶路f性”就是設(shè)計(jì)者不拘于前人或別人已有的成就,敢于根據(jù)從未嘗試過(guò)的想法去進(jìn)行新的探索,設(shè)計(jì)出別具一格的產(chǎn)品?！跋冗M(jìn)性”就是設(shè)計(jì)的產(chǎn)品不僅應(yīng)標(biāo)新立異，而且在技術(shù)水平上比現(xiàn)有的類似產(chǎn)品要超前一步，即在功能、性能、結(jié)構(gòu)等方面顯示出新的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)即充分發(fā)揮人的創(chuàng)造才能，任何一種設(shè)計(jì)都離不開(kāi)創(chuàng)新，工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中,無(wú)論是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品的改進(jìn)性設(shè)計(jì),還是對(duì)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)性設(shè)計(jì)都需要?jiǎng)?chuàng)新。因此,對(duì)自行車進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)具有重要意義，對(duì)傳動(dòng)軸自行車設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)鏈輪改造，把前鏈輪改造成一對(duì)錐齒輪傳動(dòng) 中間通過(guò)傳動(dòng)軸代替鏈條，后輪在通過(guò)一對(duì)錐齒輪改變傳動(dòng)的方向設(shè)計(jì)要求
1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)
1.1 設(shè)計(jì)原理
針對(duì)自行車的掉鏈和傳動(dòng)效率低問(wèn)題研制了傳動(dòng)軸式自行車，該自行車前部采用一對(duì)錐齒輪中間采用傳動(dòng)軸后部采用一對(duì)錐齒輪，從而就改變了現(xiàn)有自行車的缺點(diǎn)，掉鏈和傳動(dòng)效率低和有鏈傳動(dòng)帶來(lái)的噪音等問(wèn)題。傳動(dòng)部分如圖1所示。
1 錐齒輪 2錐齒輪 3傳動(dòng)軸 4錐齒輪 5錐齒輪
圖1 傳動(dòng)的主要零部件
其優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)產(chǎn)生掉鏈，效率較高，不會(huì)對(duì)出現(xiàn)對(duì)褲子出現(xiàn)的撕咬，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)沒(méi)有該形式的自行車的空白，使對(duì)自行車感覺(jué)會(huì)更加舒適和平穩(wěn)，提高了各部分的通用性能，
1.2 總體設(shè)計(jì)
傳動(dòng)軸式自行車的整體布局如圖2
1車胎 2輻條 3后軸 4后部錐齒輪殼體 5軸承端蓋 6傳動(dòng)軸 7車座 8車架 9與車架固定螺栓 10軸承端蓋螺栓 11前部錐齒輪殼體 12自行車車把
圖2 傳動(dòng)軸自行車總體布局圖
該自行車在人的腳動(dòng)力下驅(qū)動(dòng)，工作時(shí)人腳驅(qū)動(dòng)腳蹬子帶動(dòng)軸，有軸帶動(dòng)前部一對(duì)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在通過(guò)軸傳遞給傳動(dòng)軸，再有傳動(dòng)軸傳遞給尾部的一對(duì)錐齒輪使其轉(zhuǎn)動(dòng)，然后在傳遞給棘輪機(jī)構(gòu)，有棘輪機(jī)構(gòu)傳遞給自行車后輪，使自行車能夠在大地上行駛，該自行車傳動(dòng)部分追要有三大部分，前部錐齒輪系統(tǒng)，中間傳動(dòng)軸系統(tǒng)，和尾部錐齒輪系統(tǒng)，前部錐齒輪系統(tǒng)主要作用是，改變傳動(dòng)的方向和增速，中間傳動(dòng)軸主要是能夠較遠(yuǎn)距離的傳遞動(dòng)力，傳動(dòng)軸花鍵的作用是能夠由于十字軸轉(zhuǎn)動(dòng)使傳動(dòng)軸的軸向的位移得到平衡，尾部錐齒輪的作用改變方向進(jìn)一步的使系統(tǒng)增速，
其主要技術(shù)參數(shù)如下:
外形尺寸/mm：1735×1040×520
作業(yè)速度/km/h ：10~15
驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)速r/min : 60
2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)
2.1 傳動(dòng)軸 錐齒輪
傳動(dòng)軸采用45剛制造，中間采用空心式的，外徑為12mm內(nèi)徑為6mm，傳動(dòng)軸分為兩段前段部分和后段部分，中間用矩形花鍵連接傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)公式如下
式中 d-計(jì)算截面處軸的直徑
-與材料有關(guān)的常數(shù)
P-軸傳遞的功率
-常數(shù)通常取0.5-0.6
n –軸的轉(zhuǎn)速
每對(duì)錐齒輪的小齒輪的材料使用40Cr，大齒輪使用45鋼，按吃面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
-彈性影響系數(shù)
-需用應(yīng)力
K-動(dòng)載系數(shù)
-轉(zhuǎn)矩
-齒寬系數(shù)
-傳動(dòng)比
2.2 其它部件
對(duì)原有的棘輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造如圖3
圖3改造后的棘輪
改造后的棘輪使其能夠與最后一級(jí)齒輪結(jié)合使其能夠?qū)崿F(xiàn)傳動(dòng)，
對(duì)車架的改造如圖4
圖4 對(duì)自行車架的改造
1處的改造使其能夠與齒輪箱相連接并將齒輪箱固定住，2處的改造是為了不讓傳動(dòng)軸與傳動(dòng)軸干擾。
3結(jié)論
1）該自行車能夠有效的避免普通鏈傳動(dòng)自行車所帶來(lái)的掉鏈，傳動(dòng)效率低，由于騎車不當(dāng)帶來(lái)了的撕咬衣服等問(wèn)題。該自行車完全滿足自行車的行駛要求。
2）該自行車首次提出了以傳動(dòng)軸傳動(dòng)代替普通自行車的鏈條傳動(dòng)。提高了傳動(dòng)效率傳動(dòng)效率在91%左右，使人騎起來(lái)感覺(jué)會(huì)更加的省力。
3）若這種新的傳動(dòng)方式能夠勾起那些近距離開(kāi)車的人放棄開(kāi)車，改為以這種自行車代步，那我們便會(huì)減少汽車的尾氣排放更好的保護(hù)我們的環(huán)境。
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Drive Axle Type Bicycle Design
Hao Liangqing
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China）
Abstract: China is a big country in view of the traditional bicycle, chain transmission bicycle problems, easy to swap chain, transmission efficiency, etc. Design and development of a transmission shaft type bicycle. The bike the drive shaft instead of the chain mode, front with a pair of bevel gear change direction is used in the middle drive shaft rear uses a pair of bevel gears change the direction through the ratchet mechanism and the rear wheel are connected to realize transmission, the bicycle transmission part to drive shaft, and the other parts are similar to ordinary bicycle.
Key words: Bicycle; drive shaft; bevel gear; design