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寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
雙人前后座自行車的設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
自行車是家庭日常生活經(jīng)常用到的器材，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于各場(chǎng)所和家庭。根據(jù)人體工程學(xué)而設(shè)計(jì)的雙人前后座自行車，符合一般人的健身要求，這樣的設(shè)計(jì)科學(xué)合理。
本題目是休閑娛樂(lè)類自行車, 雙人前后座自行車為主要設(shè)計(jì)對(duì)象，設(shè)計(jì)出可同時(shí)容納兩個(gè)人同時(shí)乘坐，并駕駛，動(dòng)力由兩個(gè)人共同提供，并且使用壽命長(zhǎng)，容易維修，可在路面長(zhǎng)時(shí)間行駛，安全性能高的自行車。對(duì)象多為親子或者情侶，因此應(yīng)達(dá)到省力，美觀，可營(yíng)造出溫馨浪漫的氣氛。
雙人前后座自行車在現(xiàn)今市場(chǎng)上依舊比較少見(jiàn)，其原因主要在于其市面已有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分不合理，使用的穩(wěn)定性不高。，至此導(dǎo)致市面上多為雙人前后座自行車較為少見(jiàn)。此次課題設(shè)計(jì)，力求設(shè)計(jì)出優(yōu)于市面原有的產(chǎn)品，完善雙人前后座自行車的缺點(diǎn)，真正意義上的讓雙人前后座自行車推廣出來(lái)。
關(guān)鍵詞：自行車，雙人前后座自行車，健身，機(jī)械設(shè)計(jì)
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Abstract
The bicycle is the family often used in daily life of equipment, it has the advantages of simple structure, high reliability, has been widely used in various places and families. Designed according to human body engineering double seat bicycle, accords with the general fitness requirements, this design is scientific and reasonable.
This topic is recreational bicycle, double seat bicycle as the main design object, design can accommodate two people at the same time riding, and driving, power is provided by two individuals, and long service life, easy to repair, be on the road a long time, the safety performance of high bicycle. The object for many parents or lovers, so should be saving, beautiful, can create a warm and romantic atmosphere.
Double seat bicycle in the current market is still relatively rare, the main reason is that the market has been part of the structural design is unreasonable, the stability is not high. This led to the market, more and more rare double seat of bicycle. This topic design, and strive to design better than the market existing products, improve the disadvantages of seat of bicycle double before and after, the true sense of the double side by side to promote a bicycle.
Key Words: bicycle, double seat bicycles, fitness, mechanical design
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
目 錄 4
第1章 緒論 6
1.1 自行車市場(chǎng)調(diào)查 6
1.1.1 前言 6
1.1.2 自行車的發(fā)展史 6
1.2 種類分析 8
1.3 自行車的設(shè)計(jì)分析 13
第2章 人體工程學(xué)與自行車設(shè)計(jì) 17
2.1 設(shè)計(jì)原則 17
2.2 人機(jī)工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 19
2.3 影響自行車性能的人體因素 21
2.4 自行車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要素分析 23
2.5人一車動(dòng)態(tài)特性分析 26
第3章 總體方案設(shè)計(jì) 28
3.1雙人前后座自行車的構(gòu)成 28
3.2 雙人前后座自行車方案設(shè)計(jì) 29
第4章 雙人前后座自行車機(jī)械部分計(jì)算 30
4.1功率的計(jì)算 30
4.2傳動(dòng)比 31
4.3前后鏈輪之間的鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 32
4.3.1 設(shè)計(jì)要求 32
4.3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程 32
4.4 手動(dòng)鏈輪至后鏈輪之間的鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 34
4.4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 34
4.4.2 設(shè)計(jì)步驟 35
4.5 軸的設(shè)計(jì) 37
4.5.1鏈輪上力的計(jì)算 37
4.5.2材料 37
4.5.3計(jì)算軸的最小直徑 37
4.5.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 37
4.6軸的校核 38
4.7 鍵的校核 39
4.8 軸承的校核 40
第5章 三維圖的設(shè)計(jì) 42
結(jié) 論 46
參考文獻(xiàn) 47
致 謝 50
第1章 緒論
1.1 自行車市場(chǎng)調(diào)查
1.1.1 前言
自行車的設(shè)計(jì)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(shí)踐價(jià)值，更是一個(gè)國(guó)家家具設(shè)計(jì)水平的最好體現(xiàn)。自行車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。自行車是人類坐姿活動(dòng)不可缺少的家具，根據(jù)實(shí)用性質(zhì)的不同，自行車包括多種形態(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 自行車的發(fā)展史
早的古埃及的黃金扶手器材到當(dāng)前多種多樣的坐具，自行車經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程，從重象征性、裝飾性向重實(shí)用性、舒適性發(fā)展。發(fā)展至當(dāng)代，雖然各種自行車在設(shè)計(jì)風(fēng)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(fēng)格；簡(jiǎn)約設(shè)計(jì)風(fēng)格；有機(jī)現(xiàn)代主義風(fēng)格：高技術(shù)派設(shè)計(jì)風(fēng)格。
自行車的名稱始見(jiàn)于唐代，而自行車的形象則要上溯到漢魏時(shí)傳入北方的胡床。敦煌285窟壁畫就有兩人分坐在自行車上的圖象；257窟壁畫中有坐方凳和交叉腿長(zhǎng)凳的婦女；龍門蓮花洞石雕中有坐圓凳婦女。這此圖象生動(dòng)地再現(xiàn)了南北朝時(shí)期器材、凳在仕宦貴族家庭中的使用情況。盡管當(dāng)時(shí)的坐具已具備了自行車、凳子的形狀，但因其時(shí)沒(méi)有器材、凳的稱謂，人們還習(xí)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，自行車的使用逐漸增多， 自行車設(shè)計(jì)子的名稱也被廣泛使用，才從床的品類中分離出來(lái)。因此，論及器材、凳的起源，必須從漢魏時(shí)的胡床談起。高承《事物紀(jì)原》引《風(fēng)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(guó)古代自行車的出現(xiàn)當(dāng)在漢靈帝時(shí)期（168-189年）。胡床在魏晉南北朝至隋唐時(shí)期使用較廣，有錢、有勢(shì)人家不僅居室必備，就是出行時(shí)還要由侍從扛著胡床跟隨左右以備臨時(shí)休息之用。胡床在當(dāng)時(shí)家具品類中是等級(jí)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(dòng)描述。如南朝梁庾肩吾《詠胡床詩(shī)》曰：
傳名乃外域，入用信中京。
足欹形已正，文斜體自平。
臨堂對(duì)遠(yuǎn)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(diǎn)又有“交床”和“繩床”之稱。隋朝稱“交床”，是因?yàn)樗甯咦嬉庠诩伞昂弊?，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(wú)以寄身，遂創(chuàng)意如此，當(dāng)時(shí)稱‘逍遙坐’”。胡床開(kāi)始并無(wú)靠背，形如今天所見(jiàn)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(shuō)為唐明皇創(chuàng)意顯然不妥。所以這里所說(shuō)的創(chuàng)意，應(yīng)指增加了靠背。胡床在唐宋時(shí)期盛行，宋代尤甚，不過(guò)宋時(shí)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(jì)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)四自行車”。從這段記載可知在唐代貞元元年已有了自行車的名稱。這里所說(shuō)的“繩床十，內(nèi)四自行車”是指在十件繩床中有四件是可以倚靠的自行車，顯然是為了與另外六件無(wú)靠背繩床相區(qū)別?？梢?jiàn)，自行車的名稱雖已出現(xiàn)，在日常生活中可是常見(jiàn)家具，但它還未完全從床概念中分離出來(lái)。在唐代的典籍中，把自行車稱為床的仍很普遍。唐代著名詩(shī)人杜甫在《少年行。七絕》中寫道：
馬上誰(shuí)家白面郎，臨街下馬坐人床。
不通姓名粗豪甚，指點(diǎn)銀瓶索酒嘗。
五代至宋，高型坐具空前普及，自行車的形式也多起來(lái)，出現(xiàn)靠背器材、扶手器材、圈器材等。同時(shí)根據(jù)尊卑等級(jí)的不同，自行車的形制、質(zhì)料和功能也有所區(qū)別。五代至兩宋時(shí)期的家具大體保留著唐代遺風(fēng)，只是高型家具較前更加普及了。高型家具的使用在民間形成時(shí)尚，居家必備高型桌器材，這從當(dāng)時(shí)的繪畫中可見(jiàn)一斑。如宋代張擇端《清明上河圖》中的市肆小店，無(wú)不陳放各式高型家具。宋代《會(huì)昌九老圖》中描繪的圈器材也是前代沒(méi)有品種。在近年發(fā)掘的宋代墓葬中還有以石、陶制作的家具模型或在墓室墻壁用磚砌成或雕成各式家具，其中表現(xiàn)墓主夫婦對(duì)坐在自行車上的場(chǎng)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(hào)宋墓墓室磚雕桌器材、柿莊二號(hào)墓墓室壁畫《對(duì)坐圖》中的桌器材、洛陽(yáng)澗西宋墓墓室的磚雕家具等。這說(shuō)明自行車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。
1.2 種類分析
自行車價(jià)格較為廉價(jià)，已然普遍到各家各戶，隨著“時(shí)尚、運(yùn)動(dòng)、健康、綠色、環(huán)保”理念的深入人心，自行車類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料、工藝、款式也跟隨市場(chǎng)需求，新材料、精加工、巧構(gòu)思、高品質(zhì)和高附加值的自行車精品不斷涌現(xiàn)。自行車不但成為人們的代步交通工具，而且進(jìn)入運(yùn)動(dòng)、休閑、娛樂(lè)、時(shí)尚領(lǐng)域，并融入更多的科技、文化元素，成為所有家庭的必備用具。自行車發(fā)展，在使用功能上說(shuō)變化已很少了，現(xiàn)代自行車的主要發(fā)展在于車架的造型行變化，表面的處理如烤漆、商標(biāo)的變化使其外觀更美；對(duì)自車上的每一個(gè)零件進(jìn)行精雕細(xì)琢的改進(jìn)，使其更合理、美觀；對(duì)自行車的材料上的選用與開(kāi)發(fā)。由此致使自行車功能上的變化也沒(méi)有很大的改變。
公路單車
用來(lái)在平滑公路路面上使用的車種，由于平滑路面阻力較小，公路自行車的設(shè)計(jì)更大考量高速，往往使用可減低風(fēng)阻的下彎把手，較窄的高氣壓低阻力外胎，擋位較高，且輪徑比一般的登山越野車都大，由于車架和配件不需像山地車一樣需要加強(qiáng)，所以往往重量較輕，在公路上騎行時(shí)效率很高。由于車架無(wú)需加強(qiáng)又往往采用簡(jiǎn)單高效的菱形設(shè)計(jì)，公路車是最為優(yōu)美的自行車。
健身單車
健康、時(shí)尚、新概念 全新理念設(shè)計(jì)的健身自行車，最主要的特點(diǎn)就是手腳雙動(dòng)力，時(shí)速可達(dá)40km/h；做功方式多、健身效果好。騎行本自行車時(shí)，手腳可同時(shí)對(duì)自行車驅(qū)動(dòng)做功，也可單獨(dú)用手或腳驅(qū)動(dòng)做功。采用腳拉腳蹬直線式、手拉擺桿擺動(dòng)式做功方式，既提高了自行車的行駛速度，又鍛煉了腿部肌肉、臂部肌肉。獲得多項(xiàng)國(guó)家專利，適應(yīng)于中老年人作代步健身的交通工具之用，也可適應(yīng)于年輕人作旅游娛樂(lè)之用。
死飛單車
死飛車起源于場(chǎng)地自行車，飛輪是固定的，向前踩車子向前，向后踩則車子向后，后有一些另類的自行車愛(ài)好者利用廢棄的場(chǎng)地車作為工作交通工具，其在城市可以快速穿行，且價(jià)格低廉，同時(shí)需要一定的騎行技術(shù)，一般小偷無(wú)法偷走。這些特點(diǎn)使得它在英美等國(guó)家的自行車愛(ài)好者中很快流行開(kāi)來(lái)，并成為一種街頭文化。各大自行車品牌也進(jìn)行跟進(jìn)，開(kāi)發(fā)及推廣死飛車車種，使之在大眾中普及開(kāi)來(lái)，成為都市最流行的自行車款式。純粹的死飛車需要一定的技術(shù)，并有危險(xiǎn)性，所以這些廠商開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，是死飛和活飛兩用的，并裝有剎車，以保證安全。
速降單車
速降自行車，也稱落山自行車。英文簡(jiǎn)稱DH。是一種極具挑戰(zhàn)性的活動(dòng)。騎手利用特制的DH自行車在山坡上滑翔，甚至墜山來(lái)尋求刺激?；顒?dòng)多在山脊、礦洞、雪地等地帶開(kāi)展。奧地利人利用DH創(chuàng)造出210.4KM/H的世界紀(jì)錄。速降自行車的車架角度與山地自行車有所區(qū)別，零件與山地自行車一樣都為英制單位。進(jìn)行此項(xiàng)活動(dòng)時(shí)必須佩戴頭盔、護(hù)甲等裝備。前叉減震的行程比山地自行車及XC自行車要長(zhǎng)。輪胎寬度一般超過(guò)2英寸。
驅(qū)動(dòng)單車
簡(jiǎn)化掉傳統(tǒng)的腳蹬子和車座的自行車，車的體積更小，更加便于攜帶，如洛克車、Lbike等，他們的共同特點(diǎn)是乘用者為站立姿態(tài)，用雙腳驅(qū)動(dòng)踏板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，Lbike與洛克車
不同之處在于前者踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在腳掌中間，雙腳的腳掌和腳跟分別用力、同步（不是交替）驅(qū)動(dòng)踏板運(yùn)動(dòng)，由于乘用時(shí)人對(duì)車體的兩側(cè)用力均衡，車體運(yùn)行更加平穩(wěn)。
現(xiàn)今，我國(guó)經(jīng)濟(jì)基本處于長(zhǎng)期較快穩(wěn)定的發(fā)展，有廣闊的資金投入城市化建設(shè)，其中有一大部分投入到公益社會(huì)文化建設(shè)，其中，城市公用自行車既是城市建設(shè)的一個(gè)重要的投資點(diǎn)。而課題設(shè)計(jì)的雙人前后座自行車可讓如今越來(lái)越淡薄的人與人之間相互拉近彼此距離，符合現(xiàn)今城市建設(shè)精神建設(shè)的主要需求。相信該課題的研究尤其良好的發(fā)展前景，也有其一定的社會(huì)意義與社會(huì)價(jià)值。簡(jiǎn)化掉傳統(tǒng)的腳蹬子和車座的自行車，車的體積更小，更加便于攜帶，如洛克車、Lbike等，他們的共同特點(diǎn)是乘用者為站立姿態(tài)，用雙腳驅(qū)動(dòng)踏板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將驅(qū)動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，Lbike與洛克車
不同之處在于前者踏板的轉(zhuǎn)動(dòng)軸在腳掌中間，雙腳的腳掌和腳跟分別用力、同步（不是交替）驅(qū)動(dòng)踏板運(yùn)動(dòng)，由于乘用時(shí)人對(duì)車體的兩側(cè)用力均衡，車體運(yùn)行更加平穩(wěn)。
現(xiàn)今，我國(guó)經(jīng)濟(jì)基本處于長(zhǎng)期較快穩(wěn)定的發(fā)展，有廣闊的資金投入城市化建設(shè)，其中有一大部分投入到公益社會(huì)文化建設(shè)，其中，城市公用自行車既是城市建設(shè)的一個(gè)重要的投資點(diǎn)。而課題設(shè)計(jì)的雙人前后座自行車可讓如今越來(lái)越淡薄的人與人之間相互拉近彼此距離，符合現(xiàn)今城市建設(shè)精神建設(shè)的主要需
課題主要以設(shè)計(jì)雙人前后座自行車的結(jié)構(gòu)為主，進(jìn)行一系列課題研究，從運(yùn)行原理到市場(chǎng)前景進(jìn)行有力的分析，讓該畢業(yè)設(shè)計(jì)達(dá)到可直接進(jìn)行生產(chǎn)的階段。填補(bǔ)市場(chǎng)上雙人并排坐自行車缺少的空缺，設(shè)計(jì)出低成本，耐用，結(jié)構(gòu)人性化，易推廣，外形美觀的成品出來(lái)。
社會(huì)上已有的雙人自行車欠缺并排座設(shè)計(jì)，而該設(shè)計(jì)比已有的前后座擁有更大的市場(chǎng)前景與相應(yīng)的社會(huì)意義。并且已有的雙人前后座自行車在平衡問(wèn)題上仍有欠缺，此次設(shè)計(jì)力求改變現(xiàn)狀，采取合理的方案，解決雙人乘坐時(shí)，若重量過(guò)于懸殊的平衡問(wèn)題，以及驅(qū)動(dòng)時(shí)的省力與人性化問(wèn)題。
1.3 自行車的設(shè)計(jì)分析
1.3.1設(shè)計(jì)流程
自行車是對(duì)人們活動(dòng)起輔助作用的工具，首先必須能夠承受人們活動(dòng)帶來(lái)的各種力量和沖擊。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)初期就應(yīng)該考慮到自行車對(duì)外部沖擊的承受力，否則就不能充分體現(xiàn)自行車的實(shí)用功能。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)在充分了解自行車構(gòu)造的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到既美觀又實(shí)用的目的。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的構(gòu)筑了如下的設(shè)計(jì)流程。
1概念化階段
概念化階段是整體設(shè)計(jì)的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行的前提條件。對(duì)自行車設(shè)計(jì)概念化進(jìn)行設(shè)定的過(guò)程，涉及自行車相關(guān)的功能性、構(gòu)造和材料以及形狀等問(wèn)題。對(duì)于“某種設(shè)計(jì)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(wèn)題，概念化階段都要做出總體的說(shuō)明。設(shè)計(jì)的概念化要充分反映設(shè)計(jì)師的理念和價(jià)值，發(fā)揮他們的創(chuàng)造性，所以它不應(yīng)是其他人的意見(jiàn)，而應(yīng)該是設(shè)計(jì)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(jì)方案，解決家具的構(gòu)造、功能和美觀問(wèn)題并創(chuàng)造出其基本形狀。在這個(gè)階段要畫很多草圖、圖樣，做出模型，還要選擇材料，討論自行車的構(gòu)造以及其他一些細(xì)節(jié)問(wèn)題等。自行車設(shè)計(jì)的具體化階段就是創(chuàng)造出產(chǎn)品形狀的過(guò)程，簡(jiǎn)單地講就是做出自行車造型的外觀圖樣，并對(duì)其進(jìn)行論證。
3整體外觀階段
自行車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是將重點(diǎn)放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計(jì)上。產(chǎn)品的外觀、自行車的造型以及穩(wěn)定的構(gòu)造應(yīng)該既反映設(shè)計(jì)師的精湛設(shè)計(jì)，又能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)舒適的要求，這就是設(shè)計(jì)家具的重點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們以在具體化階段提出的產(chǎn)品外觀為基準(zhǔn)做出了如下的骨架模型?？梢哉f(shuō)這是為實(shí)現(xiàn)自頂向下的設(shè)計(jì)方式而做出的基本模型。自行車設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是將重點(diǎn)放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計(jì)上。產(chǎn)品的外觀、自行車的造型以及穩(wěn)定的構(gòu)造應(yīng)該既反映設(shè)計(jì)師的精湛設(shè)計(jì)，又能實(shí)現(xiàn)人們對(duì)舒適的要求，這就是設(shè)計(jì)家具的重點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們以在具體化階段提出的產(chǎn)品外觀為基準(zhǔn)做出了如下的骨架模型?？梢哉f(shuō)這是為實(shí)現(xiàn)自頂向下的設(shè)計(jì)方式而做出的基本模型。
從這個(gè)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(jì)師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品并做出草圖的同時(shí)，從3個(gè)角度，即曲面（Surface），曲線（Curve），基準(zhǔn)面（DatumPlane）來(lái)表現(xiàn)。這種骨架模型是與上面提到的三個(gè)階段中對(duì)家具設(shè)計(jì)的內(nèi)容相聯(lián)系的，用于設(shè)計(jì)師很少接觸的筋（Rib），凸臺(tái)（Boss），體格構(gòu)造等的設(shè)計(jì)中。當(dāng)然這對(duì)于沒(méi)有相關(guān)基本知識(shí)的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)幾乎是不可能的事情，但只要是在內(nèi)部開(kāi)發(fā)過(guò)2個(gè)以上模型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師，都可以親自完成模型各部分器具設(shè)計(jì)。
4計(jì)檢驗(yàn)階段
通過(guò)以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)并不是完美的。尤其是自行車與人體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，可以說(shuō)人們對(duì)產(chǎn)品設(shè)
自行車設(shè)計(jì)合理性和適用性的評(píng)判是很重要的。因此應(yīng)該對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)于自行車的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，自行車的大腿——底座（Base）部分能否穩(wěn)定地支撐人體體重是很重要的。當(dāng)然除此之外對(duì)Back，即支撐人體背部的器材背部分和ArmRest，即扶手部分的檢驗(yàn)也是很必要的。
對(duì)自行車底座（Base）的說(shuō)明通過(guò)以上一系列說(shuō)明，我們可以了解設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品零部件進(jìn)行親自設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程。當(dāng)然比起專門的零部件設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，他們的設(shè)計(jì)可能還存在著不足，但是這拓展了設(shè)計(jì)師的工作領(lǐng)域，重要的是創(chuàng)造產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師通過(guò)參與產(chǎn)品的整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程，可以開(kāi)發(fā)出更具親和力，符合人體工程學(xué)的產(chǎn)品。
1.3.2 設(shè)計(jì)要素
1實(shí)用性
實(shí)用性就是泛指滿足人們生活需求開(kāi)始與發(fā)展的?，F(xiàn)代家具不但要可靠、適用、安全，更重要的是滿足它的使用功能與舒適度。無(wú)論是靜負(fù)荷類家具或動(dòng)負(fù)荷類家具，都應(yīng)根據(jù)人體工效學(xué)的基本法則，結(jié)合人體的生理和心理的需求，設(shè)計(jì)出合理的家具尺度的和空間分割距離，給消費(fèi)者創(chuàng)造一種最大限度的舒適和方便以及安全感、視覺(jué)美感等，最終回歸到最佳實(shí)用效果的目的上來(lái)。現(xiàn)代家具賦予人們的美感是，通過(guò)人們的視覺(jué)、觸覺(jué)感官來(lái)體會(huì)與感應(yīng)的。而家具的實(shí)用性程度，則是通過(guò)人們的反復(fù)使用、接觸與鑒別驗(yàn)證的?，F(xiàn)代家具設(shè)計(jì)師水平的高低，只有通過(guò)努力探索、長(zhǎng)期實(shí)踐與不斷總結(jié)，才能使自己的設(shè)計(jì)作品逐步達(dá)到日臻完善的設(shè)計(jì)追求目的。
2 藝術(shù)性
現(xiàn)代家具已不單純是簡(jiǎn)單的日用消費(fèi)品，家具產(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(shí)用于一體的一代全新消費(fèi)品。同時(shí)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(lè)章和主旋律。為此，現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)師就必須從這一高度來(lái)認(rèn)真研究與分析家具設(shè)計(jì)的要素中的藝術(shù)性問(wèn)題。家具設(shè)計(jì)過(guò)程中，不可或缺地要靈活借用實(shí)用美術(shù)設(shè)計(jì)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(dòng)與形象逼真；五金輔件的格調(diào)的選擇；都需要設(shè)計(jì)師在實(shí)踐工作中，不斷提高自己的實(shí)用美術(shù)學(xué)科修養(yǎng)水平，才能適應(yīng)當(dāng)前中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)國(guó)際化的激烈競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。沒(méi)有好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，便沒(méi)有較多市場(chǎng)份額的占有。
3 工藝性
誠(chéng)如以上所述，當(dāng)前，我國(guó)家具工業(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(diǎn)的不同工藝構(gòu)造款式的家具，都在不同的陳設(shè)環(huán)境與商場(chǎng)中頻煩亮相、爭(zhēng)奇斗妍。發(fā)展最為突出的是板式家具，或稱實(shí)木家具。70年代自行車設(shè)計(jì)
宣傳比較多的KD型家具，今天已經(jīng)發(fā)展到具有國(guó)際先進(jìn)水平的RTA型家具。筆者可以斷言，板塊構(gòu)成，實(shí)木裝飾型的新一代板式家具將會(huì)在我國(guó)家具工業(yè)產(chǎn)品系列中，長(zhǎng)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《家具》雜志編委年會(huì)上，業(yè)內(nèi)著名學(xué)者專家就曾針對(duì)中國(guó)國(guó)內(nèi)家具業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，明確提出了今后我國(guó)家具工業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)目標(biāo)應(yīng)本著“板式家具高檔化，實(shí)木家具藝術(shù)化，現(xiàn)代家具時(shí)裝化，設(shè)計(jì)手法個(gè)性化”的設(shè)計(jì)理論導(dǎo)向和真知灼見(jiàn)。姑且不論上述論點(diǎn)正確與否，但有一點(diǎn)勿庸置辯，現(xiàn)代家具，無(wú)論其工藝構(gòu)成特點(diǎn)與含量如何，企業(yè)為適應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)國(guó)際化的竟?fàn)幮枰?，愈?lái)愈趨向多品種、小批量、短周期的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方式。為便于家具實(shí)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(shì)迫使我們家具設(shè)計(jì)師在完成造型設(shè)計(jì)的同時(shí)，還必須把握與駕馭產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)一環(huán)的工作。先迸的技術(shù)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)造型工藝的具體手段，由于科技的發(fā)展，給復(fù)雜的造型工藝提供了可靠保證，設(shè)計(jì)師匠心獨(dú)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)代家具設(shè)計(jì)師，則必須是家具工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)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(jì)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(xué)方面的復(fù)合型人材，方能挑起歷史賦予我們的重任。
4 經(jīng)濟(jì)性
現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)中，經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)亦應(yīng)是設(shè)計(jì)師不容忽視的一個(gè)重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，這其中也包涵了工藝性設(shè)計(jì)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。板式家具設(shè)計(jì)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(duì)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(wèn)題。
舉一例，毗鄰的兩家工廠設(shè)計(jì)一種雷同的巴洛克風(fēng)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(jì)中的經(jīng)濟(jì)性沒(méi)計(jì)內(nèi)容和方法，忽視了物耗成本這一價(jià)值規(guī)律，結(jié)果是兩家工廠的材料利用率相差3-5%。誠(chéng)然，這其中不乏含有設(shè)計(jì)師水平高低之別。現(xiàn)代家具設(shè)計(jì)師只有在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，將實(shí)用性、藝術(shù)性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性(目標(biāo)成本法則)有機(jī)地結(jié)合與靈活運(yùn)用，才能實(shí)現(xiàn)不斷推出好的產(chǎn)品,奉獻(xiàn)給廣大消費(fèi)者
第2章 人體工程學(xué)與自行車設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)原則
自行車的設(shè)計(jì)尺寸是根據(jù)人體尺寸來(lái)設(shè)計(jì)的,各個(gè)部分的定位均參照人體尺寸。人體的主要尺寸:國(guó)標(biāo)GB10000-1988給出身高、體重、上臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)共六項(xiàng)主要尺寸數(shù)據(jù)。
下表是我國(guó)成年人人體主要尺寸和坐姿人人體尺寸(摘自GB10000-1988《中國(guó)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(zhǎng)
289
313
338
262
284
308
前臂長(zhǎng)
216
237
258
193
213
234
大腿長(zhǎng)
428
465
505
402
438
476
小腿長(zhǎng)
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(guó)成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸
設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
1. 座的形式與尺度及其功用有關(guān)
2. 座材的尺度必須參照人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)確定
3. 身體的主要重量應(yīng)由臀部坐骨結(jié)節(jié)承擔(dān)
4. 座材前緣處，大腿與自行車之間壓力應(yīng)盡量減小
5. 腰椎下部應(yīng)提供支承，設(shè)置適當(dāng)?shù)目勘骋越档捅巢烤o張度
6. 器材墊必須有足夠的墊料和適當(dāng)?shù)挠捕?，使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨結(jié)節(jié)區(qū)域
組成自行車的功能是供人騎行，就發(fā)揮自行車的功能作用而言，把人看作自行車的組成部分是完全合理的。因此，人在騎車時(shí)組成了人一車系統(tǒng)，該人一車系統(tǒng)中的人一車界面關(guān)系可由圖1-1來(lái)進(jìn)行分析。
2.2 人機(jī)工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)
1、人與支撐部件的關(guān)系
圖1-1 人-車界面關(guān)系
支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構(gòu)架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證自行車的整體性，實(shí)現(xiàn)自行車的功能。從人機(jī)關(guān)系來(lái)看，鞍座、車把和車架等的位置和大小，以及它們間的相互關(guān)系，與騎車人的位置和肌肉的動(dòng)作有著性的設(shè)計(jì)參數(shù)。
2、人與動(dòng)力接受部件關(guān)系
動(dòng)力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動(dòng)力是靠騎車人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運(yùn)動(dòng)的力使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的。為了使人省力和有舒適感，必須在騎自行車人的體格和體力與自行車元件的尺寸關(guān)系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運(yùn)動(dòng)與曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)之間的能量轉(zhuǎn)換問(wèn)題。
3、人與傳動(dòng)部件關(guān)系
傳動(dòng)部件主要是滾珠、鏈條和鏈輪。人的作用力是通過(guò)鏈條和鏈輪傳動(dòng)而帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使自行車前移。傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要有較高的傳動(dòng)效率和可靠性，且有易操縱的變速機(jī)構(gòu)。保證較高的傳動(dòng)效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。
4、人與工作部件關(guān)系
工作部件就是車輪，即車圈、輪胎等。絕大部分輪胎是充氣的，少數(shù)是實(shí)心的。車輪一方面把騎車人的肌肉力量，有效地轉(zhuǎn)換為同地面接觸而向前運(yùn)動(dòng)的力；另一方面將騎車人的握力轉(zhuǎn)換為與接地部分所產(chǎn)生的剎車阻力。在設(shè)計(jì)自行車的各部分尺寸、車閘及變速器等時(shí)，應(yīng)該著眼于騎車人一動(dòng)力一傳動(dòng)一工作的連貫性，才可能設(shè)計(jì)出同騎車人手的大小或握力相適應(yīng)的閘把、剎車力適當(dāng)?shù)能囬l，才不會(huì)發(fā)生剎車阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象。
2.3 影響自行車性能的人體因素
影響自行車性能的人體因素很多，如圖1-2 所示?，F(xiàn)主要分析下述幾點(diǎn)：
1．人的體格因素
以身高 H 為基本因素，其他身體的能力與 H 成比例，并有與H2、 H3成比例的特性。如手 臂、腿、氣管等的長(zhǎng)度與身高成比例，從而以骨關(guān)節(jié)為中心所產(chǎn)生的力矩、步幅等，都取決于H的大小。肌肉、大動(dòng)脈、骨骼的截面積以及肺泡的表面積等都可看成與 H2成比例。肺活量、血液量、心臟容量等都可看成與 H3成比例。體格對(duì)出力性能的影響，從理論上講，彈跳能力與H成比例，速度能力與 H2成比例，作功能力和 H3成比例。但實(shí)際上因每個(gè)人身體素質(zhì)不同，常有20％以上的偏差。
2．人的下肢肌力
自行車騎行的原動(dòng)力，主要是騎車人的下肢肌力。人騎車時(shí)，骨骼肌肉內(nèi)部的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為肌肉收縮的機(jī)械能。自行車腳蹬的轉(zhuǎn)動(dòng)就是通過(guò)腿肌收縮出力而完成的，一般說(shuō)腿肌長(zhǎng)的人比腿肌短的人有利。肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的力，一般與肌肉的截面積成比例，約為每平方厘米40--50N ，通過(guò)一定訓(xùn)練的人可提高到65N 。
圖1-2 影響自行車性能的人體因素
3．人的輸出功率
人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢(shì)、持續(xù)時(shí)間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，能持續(xù) 10s左右。如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。
4．人的腳踏速度
自行車運(yùn)動(dòng)是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關(guān)系。健康人的心臟跳動(dòng)為70 次／min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉(zhuǎn)動(dòng)較為合適。設(shè)計(jì)時(shí)以這一常用速度來(lái)確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。
5．人的平衡機(jī)能
騎車人本身的平衡機(jī)能是影響自行車性能的重要因素，如果缺少平衡機(jī)能，哪怕是運(yùn)動(dòng)性能很好的自行車也不能平穩(wěn)行駛；若人有很好的平衡機(jī)能，卻可掩蓋自行車設(shè)計(jì)上的某些缺陷。
6．人的手和握力
影響剎車性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和兒童，手的大小和握力都不相同。據(jù)試驗(yàn)，為了長(zhǎng)時(shí)間施閘而不致使手有疼痛的感覺(jué)，希望只用最大握力的10％左右便能得到必要的減速度。
7 ．人的疲勞
人體疲勞和疼痛是對(duì)騎車出力性能的不利因素，其產(chǎn)生原因有人體因素，也有自行車結(jié)構(gòu)因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負(fù)擔(dān)過(guò)大，騎車姿勢(shì)不合適，以及體重對(duì)鞍座的體壓分體不合適等引起的。此外，影響出力因素還有人的最大攝氧量。
2.4 自行車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要素分析
影響自行車性能的因素除了上述人的因素外，還有許多機(jī)械因素，如圖1-3所示。為了獲得自行車較佳的性能，必須把人的因素與機(jī)械因素有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，以使人一車協(xié)調(diào)。為此，著重分析與人體相關(guān)的結(jié)構(gòu)要素。
1．速比
大小鏈輪的齒數(shù)比，與鏈輪直徑比相一致，一般控制在2.3-4.0的范圍內(nèi)。利用速比關(guān)系可取得騎行時(shí)所必要的功率和必要的速度。速比要合適，如果太小，無(wú)論人的肌力有多大，由于不能充分提高轉(zhuǎn)速，所以就得不到大的輸出功率。也由于速比小，在限定的曲柄轉(zhuǎn)速下，得不到必要的騎行速度（后輪轉(zhuǎn)速）。速比過(guò)大時(shí)，要求的踏力也大，容易使人疲勞。為了保持不疲倦的持續(xù)騎行，希望肌肉的負(fù)擔(dān)約為最大肌力的10% ，按此選擇速比和曲柄轉(zhuǎn)速，可得到比較好的效果。
2．曲柄長(zhǎng)度
傳統(tǒng)的自行車設(shè)計(jì)，一般從杠桿原理考慮比較多，對(duì)人研究少，認(rèn)為曲柄越長(zhǎng)越有力。曲柄
過(guò)長(zhǎng)后，為了不使腳蹬碰到前泥板，不得不加大中軸至前軸的距離（前心距）。這樣勢(shì)必加長(zhǎng)車架，影響了正確的坐車姿勢(shì)，使人感到臀部痛。若能按人的身長(zhǎng)或下肢長(zhǎng)來(lái)考慮曲柄長(zhǎng)度，則可使人省力和舒適。通常曲柄長(zhǎng)度的基準(zhǔn)，取人體身長(zhǎng)的 1／10 ，也相當(dāng)于大腿骨長(zhǎng)的 1／2 。
3 ．三接點(diǎn)位置
正確的騎車姿勢(shì)，是由騎車人和自行車三個(gè)接點(diǎn)位置決定的，如圖1-4(a）中所示的鞍座位置 A 、車把位置B 、腳蹬位置C 。按三點(diǎn)調(diào)整法，AB 和AC 約等，一般 AB = ( AC 一 3 ) cm , A點(diǎn)略低于B點(diǎn)，約為5cm 。
圖1-3 影響自行車的機(jī)械因素
4 ．鞍座位置
鞍座裝得過(guò)低，騎行時(shí)雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)感到疲軟
無(wú)力；鞍座裝得過(guò)高，騎行時(shí)腿部的肌肉拉得過(guò)緊，腳趾部分用力過(guò)多，雙腳也容易疲勞。騎車時(shí)適當(dāng)?shù)挠昧Σ课皇悄_掌。設(shè)計(jì)或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窩部位中心緊靠鞍座中部，使手的中指能觸到裝配鏈輪的中軸心為宜。人體各部尺寸都有一定的聯(lián)系，只要腋窩中心至中指的長(zhǎng)度確定下來(lái)，鞍座高度便可大致確定。行駛較快的車，鞍座位置要向前移動(dòng)，行駛較慢的車，鞍座位置要向后移動(dòng)，否則都不利于騎行，如圖1-4 ( b ）、（ c ）所示。
5 ．車閘
設(shè)計(jì)時(shí)，閘把開(kāi)擋、力率和閘把力要與人手的大小和握力相適應(yīng)。靈敏度高的車閘，隨著閘把上力的增大，剎車力也按比例地增加。如果閘把力到達(dá)某一程度不發(fā)生剎車作用，繼而又驟然生效，說(shuō)明這種車閘設(shè)計(jì)不良。在緊急情況下操縱時(shí)，理想的施閘力和減速度見(jiàn)表1-1 。
圖1-4自行設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要素
表1-1 理想的施閘力和減速度
閘把施閘力/N
相對(duì)握力%
減速度
說(shuō)明
60
350
500
10
70
100
0.1g
0.6g
0.8g
控制下坡速度
全剎車
緊急全剎車
注：g=9.8m/s2
2.5人一車動(dòng)態(tài)特性分析
1 ．動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性
自行車的穩(wěn)定是行駛過(guò)程中的穩(wěn)定，是一種動(dòng)態(tài)平衡的穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性影響到自行車騎行中的動(dòng)作，包括直進(jìn)穩(wěn)定性和前后左右方向的穩(wěn)定性，見(jiàn)圖 1-5(a）。顯然，穩(wěn)定性對(duì)安全行駛是必不可少的特性。
2．力學(xué)特性
自行車行駛在平地上轉(zhuǎn)彎的條件是側(cè)向力（與離心力平衡）與自行車總重量（人和車的重量）的合力作用線要通過(guò)輪胎與地面的接觸點(diǎn)。這當(dāng)然與騎車人有關(guān)，但更重要的是自行車的造型要有適合這種力學(xué)特征的結(jié)構(gòu)形式。
3 ．轉(zhuǎn)向特性
自行車轉(zhuǎn)彎時(shí)可能有三種情況：
圖1-5 人-車系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性
人體和車身向內(nèi)傾的角度相等。即騎車人身體的中心線和車子的中心線一致時(shí)，自行車就可以轉(zhuǎn)彎，即所謂中傾旋轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖1-5(b) ；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角大時(shí)，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎即所謂內(nèi)傾旋轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖（c）；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角小時(shí)，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎即所謂外傾旋轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖(d))。
第3章 總體方案設(shè)計(jì)
3.1雙人前后座自行車的構(gòu)成
雙人前后座自行車的整體構(gòu)成由以下幾大模塊：
(1).車身
在行駛中，車身的造型對(duì)整個(gè)行駛的效率有著很大的影響，因?yàn)檐嚿淼脑煨椭苯佑绊懙降氖切羞M(jìn)的阻力。此處設(shè)計(jì)的水陸自行車的車體造型也已達(dá)到最小阻力位佳，通過(guò)流體力學(xué)，我們可以針對(duì)各種造型在水中行進(jìn)時(shí)所受的阻力進(jìn)行分析，核定最佳造型設(shè)計(jì)以達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)效率。
(2).傳動(dòng)系統(tǒng)
通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)我們可以比較確切的分析各種傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)關(guān)系進(jìn)而計(jì)算出總傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率進(jìn)行核算。
(4).導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
正常直線行駛時(shí)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)不構(gòu)成阻力，設(shè)計(jì)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單便捷為好。
3.2 雙人前后座自行車方案設(shè)計(jì)
目前自行車設(shè)計(jì)各式各樣，這里的設(shè)計(jì)主要從傳動(dòng)系統(tǒng)方面來(lái)結(jié)合設(shè)計(jì)。分析以上性能需求，并根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，針對(duì)推傳動(dòng)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)提出以下方案：
前人的動(dòng)力來(lái)源
采用鏈傳動(dòng)。當(dāng)腳踩動(dòng)踏板帶動(dòng)鏈輪1、2傳動(dòng)使得后輪3轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生向前的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)前進(jìn)。
后人的動(dòng)力來(lái)源
當(dāng)手搖動(dòng)手柄帶動(dòng)同步帶傳動(dòng)使得后輪3轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生向前的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)前進(jìn)。
第4章 雙人前后座自行車機(jī)械部分計(jì)算
4.1功率的計(jì)算
1、輸入功率的計(jì)算
人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢(shì)、持續(xù)時(shí)間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，但只能能持續(xù) 10s左右。如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。自行車運(yùn)動(dòng)是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關(guān)系。健康人的心臟跳動(dòng)為70 次／min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉(zhuǎn)動(dòng)較為合適。設(shè)計(jì)時(shí)以這一常用速度來(lái)確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。但本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為一休閑式娛樂(lè)工具，故對(duì)體力要求不能有過(guò)多要求。我們根據(jù)腳踩蹬的力量來(lái)計(jì)算在娛樂(lè)為主的休閑前提下的輸出功率 。
以此為參考，正常人踩蹬自行車的力量約為30~40N,娛樂(lè)情況下我們估算為30N，踩蹬速度適當(dāng)?shù)娜?轉(zhuǎn)/秒，
故本次設(shè)計(jì)的人的輸出功率為
（180mm為一般自行車的踩踏杠的長(zhǎng)度）。
2、 傳動(dòng)效率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：
踩踏關(guān)節(jié)的損失：=0.97
鏈傳動(dòng)的損失：=0.96
滾動(dòng)軸承：=
軸系效率：=0.98
由以上算出的總的傳動(dòng)效率：
==0.83
所以明輪的輸出功率為
4.2傳動(dòng)比
根據(jù)傳動(dòng)比的一般分配原則，我們應(yīng)該使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等，考慮到在騎乘自行車時(shí)一般分配的傳動(dòng)比為2.5左右，為了適應(yīng)和習(xí)慣在陸地上的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣及降低生產(chǎn)成本，我們這里就優(yōu)先選用鏈傳動(dòng)比為2.5的傳動(dòng)比。
4.3前后鏈輪之間的鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)
4.3.1 設(shè)計(jì)要求
確定鏈條型號(hào)、鏈節(jié)數(shù)、排數(shù)、鏈輪齒數(shù)、、鏈輪結(jié)構(gòu)、材料、幾何尺寸、中心距、壓軸力、潤(rùn)滑方式、張緊裝置
已知設(shè)計(jì)條件：低速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，傳遞功率,主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速，從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)2.5。
4.3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程
（1）選擇鏈輪齒數(shù)、
在17-114之間選取齒數(shù)。
（2）計(jì)算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率
根據(jù)鏈傳動(dòng)的工作情況、主動(dòng)鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動(dòng)的功率修正為當(dāng)量的單排計(jì)算功率
，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-6得
，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-13得
，由于是單排鏈，所以
故
（3）確定鏈條型號(hào)和節(jié)距
鏈條型號(hào)根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率和主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-11得到。然后由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-1確定鏈條節(jié)距p 。
確定鏈條型號(hào)為：08A
確定鏈條節(jié)距為：12.7
（4）計(jì)算鏈節(jié)距和中心距
初選中心距，按下式計(jì)算鏈節(jié)數(shù)
將圓整為偶數(shù)
鏈傳動(dòng)的最大中心距為：
式中，為中心距計(jì)算系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-7得=0.24907
（5）計(jì)算鏈速，確定潤(rùn)滑方式
根據(jù)鏈速V，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-14得，潤(rùn)滑方式為定期人工潤(rùn)滑
（6）計(jì)算鏈傳動(dòng)在軸上的壓軸力
有效圓周力N
壓軸力==1.10x59.49=65.439 N
（7）設(shè)計(jì)總結(jié)
鏈輪
大鏈輪
小鏈輪
齒數(shù)
45
18
分度圓直徑()
181.43
73.41
齒頂圓直徑()
186
80.00
齒根圓直徑()
173.51
65.49
分度圓弦齒高()
3.00
4.00
齒側(cè)凸緣直徑()
<164.25
<58.71
節(jié)距()
12.7
軸間距()
623.148
鏈長(zhǎng)()
1270
鏈節(jié)數(shù)()
130
鏈速()
0.57
鏈號(hào)
08A
4.4 手動(dòng)鏈輪至后鏈輪之間的鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)
4.4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
確定鏈條型號(hào)、鏈節(jié)數(shù)、排數(shù)、鏈輪齒數(shù)、、鏈輪結(jié)構(gòu)、材料、幾何尺寸、中心距、壓軸力、潤(rùn)滑方式、張緊裝置
已知設(shè)計(jì)條件：低速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，傳遞功率,主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速，從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)2.5。
4.4.2 設(shè)計(jì)步驟
（1）選擇鏈輪齒數(shù)、
在17-114之間選取齒數(shù)。
（2）計(jì)算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率
根據(jù)鏈傳動(dòng)的工作情況、主動(dòng)鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動(dòng)的功率修正為當(dāng)量的單排計(jì)算功率
，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-6得
，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-13得
，由于是單排鏈，所以
故
（3）確定鏈條型號(hào)和節(jié)距
鏈條型號(hào)根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率和主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-11得到。然后由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-1確定鏈條節(jié)距p 。
確定鏈條型號(hào)為：08A
確定鏈條節(jié)距為：12.7
（4）計(jì)算鏈節(jié)距和中心距
初選中心距，按下式計(jì)算鏈節(jié)數(shù)
將圓整為偶數(shù)
鏈傳動(dòng)的最大中心距為：
式中，為中心距計(jì)算系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-7得=0.24907
（5）計(jì)算鏈速，確定潤(rùn)滑方式
根據(jù)鏈速V，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-14得，潤(rùn)滑方式為定期人工潤(rùn)滑
（6）計(jì)算鏈傳動(dòng)在軸上的壓軸力
有效圓周力N
壓軸力==1.10x59.49=65.439 N
（7）設(shè)計(jì)總結(jié)
鏈輪
大鏈輪
小鏈輪
齒數(shù)
45
18
分度圓直徑()
181.43
73.41
齒頂圓直徑()
186
80.00
齒根圓直徑()
173.51
65.49
分度圓弦齒高()
3.00
4.00
齒側(cè)凸緣直徑()
<164.25
<58.71
節(jié)距()
12.7
軸間距()
623.148
鏈長(zhǎng)()
1270
鏈節(jié)數(shù)()
130
鏈速()
0.57
鏈號(hào)
08A
4.5 軸的設(shè)計(jì)
4.5.1鏈輪上力的計(jì)算
軸上傳遞的功率=X0.96X0.97X0.97=30.63 w
轉(zhuǎn)矩=9550000=9550000x30.63/150=1950110N.mm
4.5.2材料
可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
4.5.3計(jì)算軸的最小直徑
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3可取=120，
由于軸的直徑小于100mm，且由3個(gè)鍵槽，故將軸徑增加15%，即
d=x(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm
將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取d=10 mm
4.5.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、軸的外形結(jié)構(gòu)
2、根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
（1）、根據(jù)飛輪內(nèi)徑可得d67=30 mm，根據(jù)飛輪的寬度可得出L67=20 mm，右側(cè)采用軸肩定為，取d78=38 mm，L78=11 mm。
（2）、初選深溝球軸承D6204，其尺寸為dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根據(jù)裝配關(guān)系取L45=L910=15 mm 。
（3）、5處為一定位軸肩，故取d56=d89=25 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計(jì)算得L56=L89=383 mm 。
（4）、3處為一定位軸肩，故取d23=d910=16 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計(jì)算得L23=L910=33 mm。
（5）、1處為軸的最小直徑d=10 mm，攻螺紋，與螺母配合，選擇螺母為 GB/T 6172.1。通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預(yù)緊，故取L12=L1213=19 mm。
（6）、4處為一定位軸肩，所以取d34=d1011=18 mm，根據(jù)裝配關(guān)系計(jì)算得出，L34=L1011=40 mm。
至此已經(jīng)確定了軸的各段長(zhǎng)度和直徑。
4.6軸的校核
需要驗(yàn)算傳動(dòng)軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗(yàn)算傾角時(shí)，若支撐類型相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角；當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí)，則齒輪處傾角不必驗(yàn)算。驗(yàn)算撓度時(shí)，要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處，但通?？沈?yàn)算傳動(dòng)軸中點(diǎn)處撓度（誤差<%3）.
當(dāng)軸的各段直徑相差不大，計(jì)算精度要求不高時(shí)，可看做等直徑，采用平均直徑進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算花鍵軸傳動(dòng)軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算。彎曲剛度驗(yàn)算；的剛度時(shí)可采用平均直徑或當(dāng)量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，其撓度和傾角計(jì)算公式見(jiàn)【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號(hào)，在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加，不在同一平面上進(jìn)行向量疊加。
：通過(guò)受力分析，
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
4.7 鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得
可見(jiàn)連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為：
4.8 軸承的校核
⑴、軸軸承的校核
Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負(fù)荷為19.5KN, 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對(duì)軸承的要求越高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該對(duì)Ⅰ軸未端的滾子軸承進(jìn)行校核。
②軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
∴
受力
根據(jù)受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為:
在水平面：
在水平面：
∴
④因軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，【4】表13-6查得載荷系數(shù)，取，則有：
⑤軸承的壽命計(jì)算:所以按軸承的受力大小計(jì)算壽命
故該軸承6206能滿足要求。
⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。
第5章 三維圖的設(shè)計(jì)
前輪組件
后輪組件
傳動(dòng)軸組件
座椅組件
手搖組件
鏈條組件
結(jié) 論
經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，并且在指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助下完成了此次雙人前后座自行車的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從最開(kāi)始查找各種關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的資料到確定總體方案，機(jī)械傳動(dòng)部件的選型，最后到撰寫說(shuō)明書，這是一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，更是一個(gè)實(shí)踐的過(guò)程。在大學(xué)四年當(dāng)中，我接觸和吸收了大量機(jī)械知識(shí)，通過(guò)此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，讓我能有機(jī)會(huì)把學(xué)到的理論知識(shí)用到實(shí)踐中。在今后的學(xué)習(xí)生活中，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷將起到重要幫助作用，通過(guò)設(shè)計(jì)使我更加接近生產(chǎn)實(shí)際，鍛煉了將理論運(yùn)用于實(shí)際的分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。
通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的擬定有了一定的認(rèn)識(shí)，機(jī)械傳動(dòng)部件的選用原則，機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)計(jì)算方案的原理等方面都有了一定的認(rèn)識(shí)。此次設(shè)計(jì)，我認(rèn)為最重要的事情就是讓我明白了，無(wú)論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學(xué)習(xí)，時(shí)刻學(xué)習(xí)；做事要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，細(xì)致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。
參考文獻(xiàn)
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