旋转折叠自行车设计与研究学士学位论文(67页).doc
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1、-旋转折叠自行车设计与研究学士学位论文-第 页目录摘 要-Abstract-1绪论1.1便携式自行车的发展方向及特点-1.1.1自行车发展史及现状-1.1.2便携自行车的特点-2多功能便携式箱体自行车的结构2.1车体部分-2.2传动部分-2.3安全装置-2.4附加部分-2.5传动部分-3多功能便携式环形自行车的设计3.1多功能环形自行车的基本构思-3.2链传动设计计算- 3.2.1滚子链的结构和规格- 3.2.2链轮的材料和结构- 3.2.3平均链速和平均传动比- 3.2.4瞬时链速- 3.2.5滚子链的主要失效形式- 3.2.6滚子链传动的额定功率曲线- 3.2.7滚子链传动的设计步骤和传动
2、参数的选择- 3.2.8链传动的润滑-3.3自行车材料选用及分析-3.4结构设计计算方法-3.4.1设计方法-3.4.2稳定性分析-3.4.3刚度、强度分析-4多功能便携式箱体自行车受力性能分析4.1运动性能分析-4.2自行车各个部分的受力分析-4.3自行车折叠部分的受力分析-4.4多功能自行车的箱体设计-5总结与展望5.1经验总结-5.2自行车行业展望和面临的问题-参考文献-致 谢-英文文摘-中文文摘-附 录-1 绪论1.1便携式自行车的发展方向及特点1.1.1 自行车发展史及现状18 世纪末,法国人西夫拉克(Sivrac)发明了最早的自行车。这辆最早的自行车是木制的,其结构比较简单,既没有
3、驱动装置,也没有转向装置,骑车人靠双脚用力蹬地前行,改变方面时也只能下车搬动车子。即使这样,当西夫拉克骑着这辆自行车到公园兜风时,在场的人也都颇为惊异和赞叹。世界上第一批真正实用型的自行车出现于 19 世纪初。1817 年,德国人德莱斯在法国巴黎发明了带车把的木制两轮自行车。这种自行车虽然仍旧用脚蹬才能前行,但是可以一边前行一边改变方向,它一问世便引起了人们的极大兴趣。法国人大量进行仿制,一时间,巴黎街头涌现出成百上千的自行车。1830 年,法国政府还为邮差配备了自行车作为交通工具.随后,自行车的技术、性能不断得到改进。1839 年,英国人麦克米伦发明了蹬踏式脚蹬驱动自行车,骑车时两足不用蹬地
4、,提高了行驶速度。1869 年诞生的雷诺型自行车,车架改由钢管制作,车辆也改为钢圈和辐条,采用实心轮胎,使自行车更加轻便。1887 年,英国人劳森完成了链条驱动自行车的设计。同年,英国人邓鲁普研制出了充气轮胎。从此,自行车技术也完成了向商业化的转化,批量生产并投入市场。 1.1.2便携式自行车的特点体积小,体重轻,携带方便,存放方便,使用方便,折叠方便。可以说最大优点,一小一轻四方便。 体积小,体重轻 。携带方便,可以背着去购物、旅游、乘车等。 存放方便,挂于墙壁、放于墙角,塞入床下,放于柜中。 使用方便,它犹如滑板车一般,车身低,踏上去踩踏几脚就能前行,手捏刹车小把就能停车,十米路程可以代步
5、,百米、千米一样可以代步。 折叠方便,折下方向杆就可以带走。2 多功能便携式自行车的结构多功能便携式自行车结构组成包括:车体部分:包括车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等,是自行车的主体。传动部分:包括脚蹬、曲柄、链轮、链条、中轴和飞轮等,由人力踩动脚蹬,通过以上传动件带动车轮旋转,驱车前行。行动部分:即前后车轮、包括前后轴部件、辐条、轮辋(车圈)、轮胎等。安全装置:包括制动器(车闸)、车灯、车铃、反射装置等。附件部分:包括导向仪,里程表,测速仪,防盗装置等。2.1车体部分车体部分有车架、前叉、车把、鞍座和箱体等组成,是自行车的主体。车架部件是构成自行车的基本结构体,也是自行车的骨架和主体,其他
6、部件也都是直接或间接安装在车架上的。车架部件的结构形式有很多,但总体可以分为两大类:即男式车架和女式车架。车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。为了减轻管重量,提高强度,较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力,有的自行车还采用流线型的钢管。本设计采用的是箱式车体,车架部分包括前轮架、中箱、后轮架、储物箱、坐凳,整体是一个箱子,是不同于传统自行车的创新点。由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的,车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体,车架部件制造精度的优劣,将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。一般辐条是等径的,为了
7、减轻重力,也有制成两端大、中间小的变径辐条,还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型。1.1.2 自行车结构分析一辆整车由两百多种、一千多个零件组成。这里把它们归纳为 20 个基本部件或部件组合和 18 个配件。 自行车的基本部件包括:车架部件、车把部件、前叉部件、轮轴部件、中轴部件、飞轮部件、链条部件、车轮部件、泥板部件、车闸部件、脚蹬部件、鞍座部件。在这些部件中,由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成导向系统;由脚蹬、中轴、链条、飞轮、后轴2.2传动部分传动部分包括脚蹬、曲柄、链轮、链条、中轴和飞轮等,由人力踩动脚蹬,通过以上传动件带动车轮旋转,驱车前行。脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上,是一
8、个将平动力转化为转动力的装置,自行车骑行时,脚踏力首先传递给脚蹬部件,然后由脚蹬轴转动曲柄,中轴,链条飞轮,使后轮转动,从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适,将直接影响骑车人的放脚位置是否合适,自行车的驱动能否顺利进行。脚踏可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面,必须安全可靠,具有一定的防滑性能,可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。自行车脚蹬2.3安全装置安全装置:包括制动器(车闸)、车灯、车铃、反射装置等。2.4附加部分根据不同功能的需求,同时可增加一些附件,如指南针,里程表,测速仪,防盗装置等。另外,装有变速机构的运动车、竞赛车、山地车
9、等还装有变速控制器和前后拨链器等。2.5传动装置链条传动装置3 多功能环形折叠自行车的设计3.1多功能环形折叠自行车的基本构思设计出一种多功能自行车,具有轻便,省力,减震,便于携带,导向,并能显示时速、记录所骑里程,防盗等优点,并对其机械性能和材料进行研究,然后对自行车加以改造创新,设计出更为合理的折叠技巧,大大减小其体积,与此同时设计出一种具有特殊构造的环形体,可以将自行车轻松携带,还具备了导向仪、路码表和时速表功能,方便人们的出行。通过对各种材料的研究,优化筛选,以减轻自行车的重量,提高其强度、硬度。环形折叠自行车展开图折叠后的效果图3.2链传动的设计计算对多功能环形自行车链传动的设计是本
10、课题的一项重点,它关系着自行车能否顺利地行动和能否达到最省力,又关系到链条的拆装问题,为此我们对链传动的基本知识及其理论做了详细的总结,是为了更好地掌握有关链传动的知识。我们要对链传动做深入的了解和把握,必须把有关链传动的知识详细地总结,然后掌握。链传动由主动链轮1、从动链轮2和跨绕在两链轮上的闭合链条3组成。工作时,通过链条上链节与链轮轮齿的相互啮合来传递运动和动力,如图所示链传动链传动为具有中间挠性件的啮合传动,与带传动相比较,其主要特点是:(1)能获得准确的平均传动比,但瞬时传动比不恒定。在工况相同时,链传动结构更为紧凑,传动效率较高。(2)链传动所需张紧力小,故链条对轴的压力较小。(3
11、)可在高温、油污、潮湿等环境恶劣情况下工作。(4)中心距较大而结构简单,对制造与安装精度要求较低。(5)传动平稳性差,有噪音,磨损后易发生跳齿和脱链,急速反向转动的性能差。链传动主要用于平均传动比要求准确,且两轴相距较远,工作条件恶劣,不宜采用带传动和齿轮传动的场合。通常传递功率P100kW,传动比i8,链速v20m/s,效率约为0.920.97。目前,链传动的最大传递功率已达5000kw,最大的传动比达到15,最高链速可达40m/s,最大中心距达8m。链传动主要用在中心距较大、要求平均传动比准确以及工作环境恶劣的场合,目前在农业、矿山、建筑、石油、化工和起重运输等机械中得到广泛的应用。根据结
12、构的不同,常用的传动链又可分为滚子链和齿形链。滚子链的结构简单,磨损较轻,故应用广泛。齿形链传动平稳、噪声较小,但结构复杂、重量较大且价格较高,主要用于高速(v30m/s)传动和运动精度较高的传动中。3.2.1 滚子链的结构和规格滚子链由内链板1、外链板2、套筒3、销轴4和滚子5组成。如下图所示,外链板与销轴、内链板与套筒之间采用过盈配合,而销轴与套筒之间为间隙配合,可以作相对转动,以适应链条进入和退出链轮时的屈伸;滚子与套筒之间采用间隙配合,以使链与链轮在进入与退出啮合时,滚子与轮齿形成滚动摩擦, 减小链和轮齿的磨损。1.内链板2.外链板3.销轴4.套筒5.滚子内、外链板均为8字形,且交错连
13、接并构成铰链,这样既可保证链板各横截面等强度,又可以减轻链的质量, 节约材料。相邻两滚子轴线间的距离称链为节距,用p表示,p值愈大,链的各部分尺寸愈大,承载能力愈高,且在齿数一定时,链轮尺寸随之增大。滚子链有单排或多排结构,排数愈多,承载能力愈高,但制造、安装误差也愈大,各排链受载不均匀现象愈严重。一般链的排数不超过4排。当链节数为奇数时,需用一个过渡链节,由于过渡链节的弯链板工作时受到附加弯曲应力,因此应尽量避免使用奇数链节。滚子链是标准件,其规格由链号表示,主要参数示例于下,我们选择08B链号节距P排距Pt滚子外径d1内链节内宽b1销轴直径d2内链板高度h2极限拉伸载荷Q单排质量P08B1
14、2.7mm13.92mm8.51mm7.75mm4.45mm11.81mm8.9KN0.7Kg/m链条上相邻销轴的中心距称为节距,以p表示,它是链传动最重要的参数。滚子链已标准化,分为A、B两个系列,常用的A系列滚子链的主要参数和尺寸见表3.3.1(表中的链号数乘以1.5875即为节距p值)。后缀A、B为系列代号。从表中可知链号数越大,链的尺寸就越大,其承载能力也就越高。链号节距P排距Pt滚子外径d1内链节内宽b1销轴直径d2内链板高度h2极限拉伸载荷(单排)Q每米质量(单排)P08A12.714.387.957.853.9612.07138000.610A15.87518.1110.169.
15、45.0815.0921800112A19.0522.7811.9112.575.9418.08311001.516A25.429.2915.8815.757.9224.13556002.620A31.7535.7619.0518.99.5330.18867003.824A38.1045.4422.2325.2211.1036.21246005.628A44.4548.8725.4025.2212.742.241690007.532A50.858.5528.5831.5514.2748.2622240010.1040A63.571.5539.6837.8519.8460.3334700016.
16、176.276.287.8347.6347.3523.872.3950040022.6表3.3.1注:(1)多排链极限拉伸载荷按表列Q值乘以排数计算;(2)使用过渡链节时,其极限拉伸载荷按表列数值80计算。滚子链的标记为链号-排数链节数标准代号链号排数整链节数标准编号例如:08A-1-88 GB/T1243-1997表示:A系列、节距12.7mm、单排、88节的滚子链。3.2.2链轮的材料和结构1、链轮的齿形链轮的齿形应能保证链节能自由地进入或退出啮合,在啮合时应保证良好的接触,同时它的形状应尽可能简单,便于加工。根据GB/T 1243-2006的规定,链轮端面齿形如图(a)所示。齿槽各部分尺
17、寸的计算公式列于表中。这种齿形的轮齿工作时,啮合处的应力较小,因而具有较高的承载能力。链轮齿廓可用标准的刀具加工。因此,按标准齿形设计要求的链轮,其端面齿形无需在工作图上画出,只要标注“GB/T 1243-2006规定制造”即可。(加图2、链轮的几何参数和尺寸链轮的主要尺寸及计算公式见表3-1。链轮齿槽尺寸见表3-2,轴向齿廓尺寸见表3-3。表3-1链轮的几何参数和尺寸名称代号计算公式备注分度圆直径d齿顶圆直径若为三圆弧直线齿形,则可在,范围内任意选取。但选用时,应考虑采用展成法加工有发生顶切的可能性分度圆弦齿高若为三圆弧直线齿形,则=0.27p是为简化放大齿形圆的绘制而引入的辅助尺寸。相当于
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