新型滑板自行車設計-含運動仿真【三維SW】【7張CAD圖紙+文檔】

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By using the foot force as the power source, the stampede movements, design of fitness step scooter has simple structure.Slide bicycle in todays 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 result, on the market for scooter is rare. Practical application shows that, it overcomes the shortcoming of the traditional scooters and bicycles, fitness, leisure, entertainment, and the operation is convenient, safe and reliable, long life.This topic design, and strive to design better than the market existing products, improve the scooter shortcomings, the true sense of the let slide bicycle promotion.KEY WORDS: bicycle, scooter, fitness, mechanical design目 錄摘 要iAbstractii第1章 緒論11.1 課題研究背景11.2 課題研究目的11.3 課題的意義11.4 種類發(fā)展現(xiàn)狀21.5 自行車的設計分析51.5.1 設計流程51.5.2 設計要素6第2章 滑板自行車總體方案的確定92.1滑板自行車的構成92.2 滑板自行車方案設計9第3章 人機工程學計算和分析123.1 設計原則123.2 人機工程設計133.3 影響自行車性能的人體因素143.4 自行車設計結構要素分析163.5人-車動態(tài)特性分析18第4章 滑板自行車機械部分計算194.1 功率的計算194.2 傳動比194.3 前后鏈輪之間的鏈傳動設計204.3.1 設計要求204.3.2 設計過程204.4 軸的設計214.4.1 鏈輪上力的計算214.4.2 材料224.4.3 計算軸的最小直徑224.4.4 軸的結構設計224.5 軸的校核224.6 鍵的校核234.7 軸承的校核24第5章 三維模型的設計265.1 車把組件265.2 車架265.3 前輪組件275.4 后輪組件285.5 座椅組件285.6 鏈條組件285.7 整車截圖29總結30參考文獻31致 謝32第1章 緒論1.1 課題研究背景自行車價格較為廉價，已然普遍到各家各戶，隨著“時尚、運動、健康、綠色、環(huán)?！崩砟畹纳钊肴诵模孕熊囶惍a(chǎn)品的設計、材料、工藝、款式也跟隨市場需求，新材料、精加工、巧構思、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，而且進入運動、休閑、娛樂、時尚領域，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、商標的變化使其外觀更美；對自車上的每一個零件進行精雕細琢的改進，使其更合理、美觀；對自行車的材料上的選用與開發(fā)。由此致使自行車功能上的變化也沒有很大的改變。現(xiàn)今，我國經(jīng)濟基本處于長期較快穩(wěn)定的發(fā)展，有廣闊的資金投入城市化建設，其中有一大部分投入到公益社會文化建設，其中，城市公用自行車既是城市建設的一個重要的投資點。而課題設計的滑板自行車可讓如今越來越淡薄的人與人之間相互拉近彼此距離，符合現(xiàn)今城市建設精神建設的主要需求。相信該課題的研究尤其良好的發(fā)展前景，也有其一定的社會意義與社會價值1。1.2 課題研究目的課題主要以設計滑板自行車的結構為主，進行一系列課題研究，從運行原理到市場前景進行有力的分析，讓該畢業(yè)設計達到可直接進行生產(chǎn)的階段。填補市場上并排坐自行車缺少的空缺，設計出低成本，耐用，結構人性化，易推廣，外形美觀的成品出來。社會上已有的自行車欠缺板車設計，而該設計比已有的自行車擁有更大的市場前景與相應的社會意義。并且已有的滑板自行車在平衡問題上仍有欠缺，此次設計力求改變現(xiàn)狀，采取合理的方案，解決乘坐時，若重量過于懸殊的平衡問題，以及驅(qū)動時的省力與人性化問題。1.3 課題的意義現(xiàn)今人類已經(jīng)不再滿足于物質(zhì)上的需要，開始追求精神層面的享受。于是，自行車也在不僅僅止于交通運輸工具的功能，開始有了其他精神上的享受功能。本課題就休閑娛樂方向的自行車滑板自行車，有其一定的社會先進性。先進市場上，出現(xiàn)的從而避開自行車行駛中的平衡問題以及驅(qū)動問題等，降低設計難度，提高工作效率及節(jié)約設計成本。但是，這卻大大降低了自行車原有的拉近人與人之間距離的意圖，原本自行車或者多人設計，便旨在要增加人與人之間的交流接觸，促進人與人之間的互動，從而達到其相應的意義。而且該設計并排座則是在前后座的基礎上更進一步的表現(xiàn)出設計的意義，對于其主要的使用群體，情侶及親子之間的互動，有著比前后座更高的互動力，能更好的營造出溫馨浪漫的場景?；遄孕熊囋诂F(xiàn)今市場上依舊比較少見，其原因主要在于其市面已有結構設計部分不合理，使用的穩(wěn)定性不高。并且其價格也比同為的前后座自行車要高，至此導致市面上多為前后座自行車較為少見。此次課題設計，力求設計出優(yōu)于市面原有的產(chǎn)品，完善滑板自行車的缺點，真正意義上的讓滑板自行車推廣出來。此次的課題研究是個人能力一個綜合運用，豐富設計經(jīng)驗，也是對自我能力的一次全面展示。通過計算各個零部件的設計，全面的運用了專業(yè)所學的知識，遇到問題，努力思考，排除問題的過程中，讓正要步入社會的我得到一次很好的綜合訓練，鍛煉了自我的設計能力。而設計出的產(chǎn)品因為有其先進性及實際應用性，若資金許可，可接投入生產(chǎn)，達到從設計到實際生產(chǎn)的歷程。1.4 種類發(fā)展現(xiàn)狀自行車是人類發(fā)明的最成功的一種人力機械之一，是由許多簡單機械組成的復雜機械。清朝康熙年間，黃履莊潛心研制了自行車。清朝野史大觀記載：“黃履莊所制雙輪小車一輛，長三尺余，可坐一人，不須推挽，能自行。行時，以手挽軸旁曲拐，則復行如初，隨住隨挽日足行八十里?！庇纱丝梢?，他制造的自行車，前后各有一個輪子，騎車人手搖軸旁曲拐，車就能前進，這是史料最早記載的自行車。黃履莊以后大約100年，法國人西夫拉克1790年才制成了木制自行車2。1.公路單車用來在平滑公路路面上使用的車種，由于平滑路面阻力較小，公路自行車的設計更大考量高速，往往使用可減低風阻的下彎把手，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，所以往往重量較輕，在公路上騎行時效率很高。由于車架無需加強又往往采用簡單高效的菱形設計，公路車是最為優(yōu)美的自行車。2.健身單車健康、時尚、新概念 全新理念設計的健身自行車，最主要的特點就是手腳雙動力，時速可達40km/h；做功方式多、健身效果好。騎行本自行車時，手腳可同時對自行車驅(qū)動做功，也可單獨用手或腳驅(qū)動做功。采用腳拉腳蹬直線式、手拉擺桿擺動式做功方式，既提高了自行車的行駛速度，又鍛煉了腿部肌肉、臂部肌肉。獲得多項國家專利，適應于中老年人作代步健身的交通工具之用，也可適應于年輕人作旅游娛樂之用。3.死飛單車死飛車起源于場地自行車，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好者利用廢棄的場地車作為工作交通工具，其在城市可以快速穿行，且價格低廉，同時需要一定的騎行技術，一般小偷無法偷走。這些特點使得它在英美等國家的自行車愛好者中很快流行開來，并成為一種街頭文化。各大自行車品牌也進行跟進，開發(fā)及推廣死飛車車種，使之在大眾中普及開來，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，并有危險性，所以這些廠商開發(fā)的產(chǎn)品，是死飛和活飛兩用的，并裝有剎車，以保證安全。4.速降單車速降自行車，也稱落山自行車。英文簡稱DH。是一種極具挑戰(zhàn)性的活動。騎手利用特制的DH自行車在山坡上滑翔，甚至墜山來尋求刺激?；顒佣嘣谏郊?、礦洞、雪地等地帶開展。奧地利人利用DH創(chuàng)造出210.4KM/H的世界紀錄。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。進行此項活動時必須佩戴頭盔、護甲等裝備。前叉減震的行程比山地自行車及XC自行車要長。輪胎寬度一般超過2英寸。5.驅(qū)動單車簡化掉傳統(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，他們的共同特點是乘用者為站立姿態(tài)，用雙腳驅(qū)動踏板往復運動，并通過傳動機構將驅(qū)動力傳遞給驅(qū)動輪，Lbike與洛克車不同之處在于前者踏板的轉動軸在腳掌中間，雙腳的腳掌和腳跟分別用力、同步（不是交替）驅(qū)動踏板運動，由于乘用時人對車體的兩側用力均衡，車體運行更加平穩(wěn)?，F(xiàn)今，我國經(jīng)濟基本處于長期較快穩(wěn)定的發(fā)展，有廣闊的資金投入城市化建設，其中有一大部分投入到公益社會文化建設，其中，城市公用自行車既是城市建設的一個重要的投資點。而課題設計的滑板自行車可讓如今越來越淡薄的人與人之間相互拉近彼此距離，符合現(xiàn)今城市建設精神建設的主要需求。相信該課題的研究尤其良好的發(fā)展前景，也有其一定的社會意義與社會價值。簡化掉傳統(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，他們的共同特點是乘用者為站立姿態(tài)，用雙腳驅(qū)動踏板往復運動，并通過傳動機構將驅(qū)動力傳遞給驅(qū)動輪，Lbike與洛克車不同之處在于前者踏板的轉動軸在腳掌中間，雙腳的腳掌和腳跟分別用力、同步（不是交替）驅(qū)動踏板運動，由于乘用時人對車體的兩側用力均衡，車體運行更加平穩(wěn)?，F(xiàn)今，我國經(jīng)濟基本處于長期較快穩(wěn)定的發(fā)展，有廣闊的資金投入城市化建設，其中有一大部分投入到公益社會文化建設，其中，城市公用自行車既是城市建設的一個重要的投資點。而課題設計的滑板自行車可讓如今越來越淡薄的人與人之間相互拉近彼此距離，符合現(xiàn)今城市建設精神建設的主要需課題主要以設計滑板自行車的結構為主，進行一系列課題研究，從運行原理到市場前景進行有力的分析，讓該畢業(yè)設計達到可直接進行生產(chǎn)的階段。填補市場上并排坐自行車缺少的空缺，設計出低成本，耐用，結構人性化，易推廣，外形美觀的成品出來。社會上已有的自行車欠缺并排座設計，而該設計比已有的前后座擁有更大的市場前景與相應的社會意義。并且已有的滑板自行車在平衡問題上仍有欠缺，此次設計力求改變現(xiàn)狀，采取合理的方案，解決乘坐時，若重量過于懸殊的平衡問題，以及驅(qū)動時的省力與人性化問題3。1.5 自行車的設計分析1.5.1 設計流程自行車是對人們活動起輔助作用的工具，首先必須能夠承受人們活動帶來的各種力量和沖擊。設計師在設計初期就應該考慮到自行車對外部沖擊的承受力，否則就不能充分體現(xiàn)自行車的實用功能。因此設計師應在充分了解自行車構造的基礎上進行設計，以達到既美觀又實用的目的。為實現(xiàn)這個目的構筑了如下的設計流程。1概念化階段概念化階段是整體設計的理念和宗旨，是保證今后具體設計得以順利進行的前提條件。對自行車設計概念化進行設定的過程，涉及自行車相關的功能性、構造和材料以及形狀等問題。對于“某種設計為什么應該采取那樣的形狀或構造？”“為什么應該用那樣的材料生產(chǎn)？”等問題，概念化階段都要做出總體的說明。設計的概念化要充分反映設計師的理念和價值，發(fā)揮他們的創(chuàng)造性，所以它不應是其他人的意見，而應該是設計師自己的想法。2體化階段具體化階段是按照在概念化階段設定的設計方案，解決家具的構造、功能和美觀問題并創(chuàng)造出其基本形狀。在這個階段要畫很多草圖、圖樣，做出模型，還要選擇材料，討論自行車的構造以及其他一些細節(jié)問題等。自行車設計的具體化階段就是創(chuàng)造出產(chǎn)品形狀的過程，簡單地講就是做出自行車造型的外觀圖樣，并對其進行論證。3整體外觀階段自行車設計的關鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構的設計上。產(chǎn)品的外觀、自行車的造型以及穩(wěn)定的構造應該既反映設計師的精湛設計，又能實現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是設計家具的重點。為實現(xiàn)這一目標，我們以在具體化階段提出的產(chǎn)品外觀為基準做出了如下的骨架模型?？梢哉f這是為實現(xiàn)自頂向下的設計方式而做出的基本模型。自行車設計的關鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構的設計上。產(chǎn)品的外觀、自行車的造型以及穩(wěn)定的構造應該既反映設計師的精湛設計，又能實現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是設計家具的重點。為實現(xiàn)這一目標，我們以在具體化階段提出的產(chǎn)品外觀為基準做出了如下的骨架模型?？梢哉f這是為實現(xiàn)自頂向下的設計方式而做出的基本模型。從這個骨架模型中，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（Core），傾斜度(Tilt)，底座（Base），扶手（ArmRest）等。這可以由設計師在設計產(chǎn)品并做出草圖的同時，從3個角度，即曲面（Surface），曲線（Curve），基準面（DatumPlane）來表現(xiàn)。這種骨架模型是與上面提到的三個階段中對家具設計的內(nèi)容相聯(lián)系的，用于設計師很少接觸的筋（Rib），凸臺（Boss），體格構造等的設計中。當然這對于沒有相關基本知識的設計師來說幾乎是不可能的事情，但只要是在內(nèi)部開發(fā)過2個以上模型產(chǎn)品的設計師，都可以親自完成模型各部分器具設計4。4檢驗階段通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設計并不是完美的。尤其是自行車與人體結構有著密切的關系，可以說人們對產(chǎn)品設 自行車設計合理性和適用性的評判是很重要的。因此應該對設計進行檢驗。對于自行車的設計來說，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。當然除此之外對Back，即支撐人體背部的器材背部分和ArmRest，即扶手部分的檢驗也是很必要的。對自行車底座（Base）的說明通過以上一系列說明，我們可以了解設計師對產(chǎn)品零部件進行親自設計的整個過程。當然比起專門的零部件設計者來說，他們的設計可能還存在著不足，但是這拓展了設計師的工作領域，重要的是創(chuàng)造產(chǎn)品的設計師通過參與產(chǎn)品的整個開發(fā)過程，可以開發(fā)出更具親和力，符合人體工程學的產(chǎn)品。1.5.2 設計要素1實用性實用性就是泛指滿足人們生活需求開始與發(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。無論是靜負荷類家具或動負荷類家具，都應根據(jù)人體工效學的基本法則，結合人體的生理和心理的需求，設計出合理的家具尺度的和空間分割距離，給消費者創(chuàng)造一種最大限度的舒適和方便以及安全感、視覺美感等，最終回歸到最佳實用效果的目的上來。現(xiàn)代家具賦予人們的美感是，通過人們的視覺、觸覺感官來體會與感應的。而家具的實用性程度，則是通過人們的反復使用、接觸與鑒別驗證的?，F(xiàn)代家具設計師水平的高低，只有通過努力探索、長期實踐與不斷總結，才能使自己的設計作品逐步達到日臻完善的設計追求目的。2 藝術性現(xiàn)代家具已不單純是簡單的日用消費品，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)境的藝術品、裝飾品、是融藝術與實用于一體的一代全新消費品。同時也是直接影響到室內(nèi)陳設藝術效果和現(xiàn)代居室文化品味的重要樂章和主旋律。為此，現(xiàn)代家具設計師就必須從這一高度來認真研究與分析家具設計的要素中的藝術性問題。家具設計過程中，不可或缺地要靈活借用實用美術設計中的一些基本做法，其中如產(chǎn)品外觀形體穩(wěn)定的均衡；線型的諧和與靈氣；裝飾紋樣的生動與形象逼真；五金輔件的格調(diào)的選擇；都需要設計師在實踐工作中，不斷提高自己的實用美術學科修養(yǎng)水平，才能適應當前中國國內(nèi)市場國際化的激烈競爭態(tài)勢。沒有好的產(chǎn)品設計，便沒有較多市場份額的占有。3 工藝性誠如以上所述，當前，我國家具工業(yè)產(chǎn)品的科技制造含量已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，幾代構造特點的不同工藝構造款式的家具，都在不同的陳設環(huán)境與商場中頻煩亮相、爭奇斗妍。發(fā)展最為突出的是板式家具，或稱實木家具。70年代自行車設計宣傳比較多的KD型家具，今天已經(jīng)發(fā)展到具有國際先進水平的RTA型家具。筆者可以斷言，板塊構成，實木裝飾型的新一代板式家具將會在我國家具工業(yè)產(chǎn)品系列中，長期占有一席之地，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上，業(yè)內(nèi)著名學者專家就曾針對中國國內(nèi)家具業(yè)發(fā)展趨勢，明確提出了今后我國家具工業(yè)新產(chǎn)品設計開發(fā)目標應本著“板式家具高檔化，實木家具藝術化，現(xiàn)代家具時裝化，設計手法個性化”的設計理論導向和真知灼見。姑且不論上述論點正確與否，但有一點勿庸置辯，現(xiàn)代家具，無論其工藝構成特點與含量如何，企業(yè)為適應國內(nèi)市場國際化的竟爭需要，愈來愈趨向多品種、小批量、短周期的設計與生產(chǎn)方式。為便于家具實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，又要兼顧到這類產(chǎn)品的工藝特殊性，形勢迫使我們家具設計師在完成造型設計的同時，還必須把握與駕馭產(chǎn)品工藝設計一環(huán)的工作。先迸的技術設備是實現(xiàn)造型工藝的具體手段，由于科技的發(fā)展，給復雜的造型工藝提供了可靠保證，設計師匠心獨造和綜合技術，可以創(chuàng)造出新的造型表現(xiàn)形式，傳統(tǒng)的加工方式，技術與造型的關系是同等的，現(xiàn)代家具設計師，則必須是家具工業(yè)生產(chǎn)領域內(nèi)先進設備與高工藝水平加工技藝的熟知者與掌握者。從事專業(yè)設計的工程技術人員，應該是具有新型結構工藝制造學方面的復合型人材，方能挑起歷史賦予我們的重任。4 經(jīng)濟性現(xiàn)代家具設計中，經(jīng)濟性設計亦應是設計師不容忽視的一個重要設計環(huán)節(jié)，這其中也包涵了工藝性設計的外延與內(nèi)涵，諸如加工手段與方法、材料的選擇與構成,工藝程序排列等等。板式家具設計中的單塊構件下料法(配料法)與零部件綜合下料法，前后兩者對比，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用；裝飾貼在材料的應用方法與成本節(jié)約問題。舉一例，毗鄰的兩家工廠設計一種雷同的巴洛克風格的休閑器材，由于其中一家工廠不注重研究產(chǎn)品設計中的經(jīng)濟性沒計內(nèi)容和方法，忽視了物耗成本這一價值規(guī)律，結果是兩家工廠的材料利用率相差3-5%。誠然，這其中不乏含有設計師水平高低之別?，F(xiàn)代家具設計師只有在設計實踐中，將實用性、藝術性、工藝性、經(jīng)濟性(目標成本法則)有機地結合與靈活運用，才能實現(xiàn)不斷推出好的產(chǎn)品,奉獻給廣大消費者有機地結合與靈活運用，才能實現(xiàn)不斷推出好的產(chǎn)品,奉獻給廣大消費者5.第2章 滑板自行車總體方案的確定2.1滑板自行車的構成滑板自行車的整體構成由以下幾大模塊： (1).車身在行駛中，車身的造型對整個行駛的效率有著很大的影響，因為車身的造型直接影響到的是行進的阻力。此處設計的水陸自行車的車體造型也已達到最小阻力位佳，通過流體力學，我們可以針對各種造型在水中行進時所受的阻力進行分析，核定最佳造型設計以達到最佳運動效率。(2).傳動系統(tǒng)通過機械設計我們可以比較確切的分析各種傳動系統(tǒng)的傳動關系進而計算出總傳動系統(tǒng)的傳動效率進行核算。(3).導向機構正常直線行駛時，導向機構應不構成阻力，設計的導向機構應簡單便捷為好。2.2 滑板自行車方案設計目前自行車設計各式各樣，這里的設計主要從傳動系統(tǒng)方面來結合設計。分析以上性能需求，并根據(jù)本設計需要，針對推傳動系統(tǒng)的的設計提出以下方案：1、方案的特點及創(chuàng)新1. 該方案采取大量三角形結構，從而確保該產(chǎn)品的穩(wěn)定性及耐用性2.，可同時驅(qū)動，采用無鏈條設計，齒輪傳動使動力能更好的傳遞，達到省力的效果。 3. 該產(chǎn)品擁有可拆卸人性化設計，提高了該產(chǎn)品的實用性。 4. 轉向由前輪控制轉向，均有可控制方向的轉向盤，并有轉向盤通過皮帶或鏈輪等轉向機構驅(qū)動轉向。2、 設計方案簡圖首先要把我原始的那個圖當作方案一，方案一：該方案是把滑板車的功能體現(xiàn)出來了，自行車方面的功能顯得比較弱，鏈傳動設計固定有問題，輪子設計的太小，無法實現(xiàn)代步的功能。方案二：該在方案一的基礎上做了改進，使得方案一不能滿足的地方代步的功能得到了滿體現(xiàn)出來了，自行車方面的功能顯得比較弱強大。整體顯得比較大氣協(xié)調(diào)，符合青少年使用。折疊的功能，把圖上中的上面的一個螺絲去掉，可以折疊起來，方便人移動，不使用的時候可以減少房屋空間。第3章 人機工程學計算和分析3.1 設計原則自行車的設計尺寸是根據(jù)人體尺寸來設計的,各個部分的定位均參照人體尺寸。人體的主要尺寸:國標GB10000-1988給出身高、體重、上臂長、前臂長、大腿長、小腿長共六項主要尺寸數(shù)據(jù)6。下表是我國成年人人體主要尺寸和坐姿人人體尺寸(摘自GB10000-1988中國成年人人體尺寸7):主要尺寸男(1860歲)女(1555歲)百分位數(shù) 5 50 95 5 50 95身高158316781775148415701659體重kg485975425266上臂長289313338262284308前臂長216237258193213234大腿長428465505402438476小腿長338369403313344376坐姿尺寸男(1860歲) 女(1555歲)坐高858908958809855901坐姿頸椎615657701579617657坐姿眼高749798847695739783坐姿肩高557598641518556594坐姿肘高228263298215251284坐姿大腿112130151113130151坐姿膝高456493532424458493小腿加足383413448342382405坐深421457494401433469臀膝距515554595496529570坐姿下肢9219921063851912975表 我國成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸設計要點：1. 座的形式與尺度及其功用有關2. 座材的尺度必須參照人體測量學數(shù)據(jù)確定3. 身體的主要重量應由臀部坐骨結節(jié)承擔4. 座材前緣處，大腿與自行車之間壓力應盡量減小5. 腰椎下部應提供支承，設置適當?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?shù)挠捕?，使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨結節(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18。3.2 人機工程設計1、人與支撐部件的關系 圖1-1 人-車界面關系 支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構架。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，實現(xiàn)自行車的功能。從人機關系來看，鞍座、車把和車架等的位置和大小，以及它們間的相互關系，與騎車人的位置和肌肉的動作有著性的設計參數(shù)8。2、人與動力接受部件關系 動力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動力是靠騎車人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運動的力使曲柄轉動而產(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系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運動與曲柄轉動之間的能量轉換問題。3、人與傳動部件關系 傳動部件主要是滾珠、鏈條和鏈輪。人的作用力是通過鏈條和鏈輪傳動而帶動后輪轉動，從而使自行車前移。傳動部分的設計關鍵是要有較高的傳動效率和可靠性，且有易操縱的變速機構。保證較高的傳動效率，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)是實心的。車輪一方面把騎車人的肌肉力量，有效地轉換為同地面接觸而向前運動的力；另一方面將騎車人的握力轉換為與接地部分所產(chǎn)生的剎車阻力。在設計自行車的各部分尺寸、車閘及變速器等時，應該著眼于騎車人一動力一傳動一工作的連貫性，才可能設計出同騎車人手的大小或握力相適應的閘把、剎車力適當?shù)能囬l，才不會發(fā)生剎車阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象9。3.3 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。現(xiàn)主要分析下述幾點：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、氣管等的長度與身高成比例，從而以骨關節(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。但實際上因每個人身體素質(zhì)不同，常有20以上的偏差。2人的下肢肌力 自行車騎行的原動力，主要是騎車人的下肢肌力。人騎車時，骨骼肌肉內(nèi)部的化學能轉換為肌肉收縮的機械能。自行車腳蹬的轉動就是通過腿肌收縮出力而完成的，一般說腿肌長的人比腿肌短的人有利。肌肉收縮時產(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 ，通過一定訓練的人可提高到65N19。 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、持續(xù)時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)時間長，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）20。 4人的腳踏速度 自行車運動是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關系。健康人的心臟跳動為70 次min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉動較為合適。設計時以這一常用速度來確定相關設計參數(shù)。5人的平衡機能 騎車人本身的平衡機能是影響自行車性能的重要因素，如果缺少平衡機能，哪怕是運動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能，卻可掩蓋自行車設計上的某些缺陷。 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，為了長時間施閘而不致使手有疼痛的感覺，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，也有自行車結構因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負擔過大，騎車姿勢不合適，以及體重對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。3.4 自行車設計結構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械因素有機地結合起來，以使人一車協(xié)調(diào)。為此，著重分析與人體相關的結構要素10。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)。利用速比關系可取得騎行時所必要的功率和必要的速度。速比要合適，如果太小，無論人的肌力有多大，由于不能充分提高轉速，所以就得不到大的輸出功率。也由于速比小，在限定的曲柄轉速下，得不到必要的騎行速度（后輪轉速）。速比過大時，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，希望肌肉的負擔約為最大肌力的10% ，按此選擇速比和曲柄轉速，可得到比較好的效果。2曲柄長度傳統(tǒng)的自行車設計，一般從杠桿原理考慮比較多，對人研究少，認為曲柄越長越有力。曲柄過長后，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）。這樣勢必加長車架，影響了正確的坐車姿勢，使人感到臀部痛。若能按人的身長或下肢長來考慮曲柄長度，則可使人省力和舒適。通常曲柄長度的基準，取人體身長的 110 ，也相當于大腿骨長的 12 。3 三接點位置正確的騎車姿勢，是由騎車人和自行車三個接點位置決定的，如圖1-4(a）中所示的鞍座位置 A 、車把位置B 、腳蹬位置C 。按三點調(diào)整法，AB 和AC 約等，一般 AB = ( AC 一 3 ) cm , A點略低于B點，約為5cm 。 圖1-3 影響自行車的機械因素4 鞍座位置鞍座裝得過低，騎行時雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時間長了就會感到疲軟無力；鞍座裝得過高，騎行時腿部的肌肉拉得過緊，腳趾部分用力過多，雙腳也容易疲勞。騎車時適當?shù)挠昧Σ课皇悄_掌。設計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度確定下來，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，行駛較慢的車，鞍座位置要向后移動，否則都不利于騎行，如圖1-4 ( b ）、（ c ）所示11。5 車閘設計時，閘把開擋、力率和閘把力要與人手的大小和握力相適應。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。如果閘把力到達某一程度不發(fā)生剎車作用，繼而又驟然生效，說明這種車閘設計不良。在緊急情況下操縱時，理想的施閘力和減速度見表1-1 。 圖1-4自行設計的結構要素 表1-1理想的施閘力和減速度21閘把施閘力/N相對握力%減速度說明6035050010701000.1g0.6g0.8g控制下坡速度全剎車緊急全剎車注：g=9.8m/s23.5人-車動態(tài)特性分析 1 動態(tài)穩(wěn)定性 自行車的穩(wěn)定是行駛過程中的穩(wěn)定，是一種動態(tài)平衡的穩(wěn)定性。動態(tài)穩(wěn)定性影響到自行車騎行中的動作，包括直進穩(wěn)定性和前后左右方向的穩(wěn)定性，見圖 1-5(a）。顯然，穩(wěn)定性對安全行駛是必不可少的特性。 2力學特性 自行車行駛在平地上轉彎的條件是側向力（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輪胎與地面的接觸點。這當然與騎車人有關，但更重要的是自行車的造型要有適合這種力學特征的結構形式。 3 轉向特性 自行車轉彎時可能有三種情況： 圖1-5 人-車系統(tǒng)動態(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，自行車就可以轉彎，即所謂中傾旋轉，見圖1-5(b) ；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角大時，此時的轉彎即所謂內(nèi)傾旋轉，見圖（c）；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角小時，此時的轉彎即所謂外傾旋轉，見圖(d)。第4章 滑板自行車機械部分計算4.1 功率的計算1、輸入功率的計算人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢、持續(xù)時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)時間長，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。自行車運動是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關系。健康人的心臟跳動為70 次min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉動較為合適。設計時以這一常用速度來確定相關設計參數(shù)。但本次設計內(nèi)容為一休閑式娛樂工具，故對體力要求不能有過多要求。我們根據(jù)腳踩蹬的力量來計算在娛樂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3040N,娛樂情況下我們估算為30N，踩蹬速度適當?shù)娜?轉/秒12，故本次設計的人的輸出功率為（180mm為一般自行車的踩踏杠的長度）。2、 傳動效率查機械設計手冊得：踩踏關節(jié)的損失：=0.97鏈傳動的損失：=0.96滾動軸承：=軸系效率：=0.98 由以上算出的總的傳動效率：=0.83所以明輪的輸出功率為4.2 傳動比根據(jù)傳動比的一般分配原則，我們應該使各級傳動的承載能力接近相等，考慮到在騎乘自行車時一般分配的傳動比為2.5左右，為了適應和習慣在陸地上的運動習慣及降低生產(chǎn)成本，我們這里就優(yōu)先選用鏈傳動比為2.5的傳動比。4.3 前后鏈輪之間的鏈傳動設計4.3.1 設計要求確定鏈條型號、鏈節(jié)數(shù)、排數(shù)、鏈輪齒數(shù)、鏈輪結構、材料、幾何尺寸、中心距、壓軸力、潤滑方式、張緊裝置已知設計條件：低速平穩(wěn)運轉，傳遞功率,主動鏈輪轉速，從動鏈輪轉速，傳動2.5。4.3.2 設計過程（1）選擇鏈輪齒數(shù)、在17-114之間選取齒數(shù)。 （2）計算當量的單排鏈的計算功率根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動的功率修正為當量的單排計算功率 ，查機械設計表9-6得 ，查機械設計圖9-13得 ，由于是單排鏈，所以 故 （3）確定鏈條型號和節(jié)距 鏈條型號根據(jù)當量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉速由機械設計圖9-11得到。然后由機械設計表9-1確定鏈條節(jié)距p 。 確定鏈條型號為：08A 確定鏈條節(jié)距為：12.7 （4）計算鏈節(jié)距和中心距初選中心距，按下式計算鏈節(jié)數(shù)將圓整為偶數(shù)鏈傳動的最大中心距為：式中，為中心距計算系數(shù)，查機械設計表9-7得=0.24907（5）計算鏈速，確定潤滑方式根據(jù)鏈速V，查機械設計圖9-14得，潤滑方式為定期人工潤滑13（6）計算鏈傳動在軸上的壓軸力 有效圓周力N 壓軸力=1.10x59.49=65.439 N（7）設計總結鏈輪大鏈輪小鏈輪齒數(shù)4518分度圓直徑()181.4373.41齒頂圓直徑()18680.00齒根圓直徑()173.5165.49分度圓弦齒高()3.004.00齒側凸緣直徑()164.2558.71節(jié)距()12.7軸間距()623.148鏈長()1270鏈節(jié)數(shù)()130鏈速()0.57鏈號08A4.4 軸的設計4.4.1 鏈輪上力的計算軸上傳遞的功率=X0.96X0.97X0.97=30.63 w轉矩=9550000=9550000x30.63/150=1950110N.mm4.4.2 材料可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。4.4.3 計算軸的最小直徑查機械設計表15-3可取=120，由于軸的直徑小于100mm，且由3個鍵槽，故將軸徑增加15%，即d=x(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm將軸徑圓整為標準直徑，取d=10 mm4.4.4 軸的結構設計1、軸的外形結構2、根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度。（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)裝配關系，計算得L56=L89=383 mm 。（4）、3處為一定位軸肩，故取d23=d910=16 mm，根據(jù)裝配關系，計算得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。通過查機械設計手冊的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預緊，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)裝配關系計算得出，L34=L1011=40 mm。至此已經(jīng)確定了軸的各段長度和直徑。4.5 軸的校核需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通?？沈炈銈鲃虞S中點處撓度（誤差%3）.當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應進行鍵側擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑或當量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見【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，在同一平面上進行代數(shù)疊加，不在同一平面上進行向量疊加14。：通過受力分析，最大撓度：查【1】表3-12許用撓度； 。4.6 鍵的校核鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為：4.7 軸承的校核、軸軸承的校核軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負荷為19.5KN, 由于該軸的轉速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據(jù)設計要求，應該對軸未端的滾子軸承進行校核15。軸傳遞的轉矩 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： 因軸承在運轉中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，【4】表13-6查得載荷系數(shù)，取，則有： 軸承的壽命計算:所以按軸承的受力大小計算壽命 故該軸承6206能滿足要求。、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。第5章 三維模型的設計5.1 車把組件導向系統(tǒng)由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。5.2 車架車架是構成滑板自行車的基體聯(lián)接著滑板自行車的其余各個部件并承受騎者的體重及滑板自行車在行駛時經(jīng)受各種震動和沖擊力量，因此除了強度以外還應有足夠的剛度，這是為了在各種行駛條件下，使固定在車架上的各機構的相對位置應保持不變，充分發(fā)揮各部位的功能。車架結構可由設計人員創(chuàng)新，但與其他部件相關的安裝尺寸，應嚴格控制16。在車架加工過程中，或多或少地存在加工精度問題，從后視方向觀察車輪，兩輪也不在同一平面上，使騎行產(chǎn)生“沉重”的感覺。車架立管與水平面之間的夾角稱之立管傾角。立管延長線和鞍座上表面的交點為鞍座的位置。一般情況下，騎車人股關節(jié)的位置大致地與鞍座位置一致。對于騎車人來說，下肢的關節(jié)相對中軸中心的位置，是決定下肢肌肉群的肌力有效利用的一個關鍵，即踏力和踏速能否獲得最佳的配合的一個關鍵。隨著踏速的提高，如果股關節(jié)的股骨運動角范圍不相應地縮小，由于肌肉運動速度跟不上，下肢肌力就不能充分發(fā)揮。在膝關節(jié)也存在同樣情況。實驗證明17:高速滑板自行車股關節(jié)相對中軸的位置應該前移，即立管傾角增大。反之，股關節(jié)位置后移，立管傾角減小。5.3 前輪組件5.4 后輪組件5.5 座椅組件支撐人體，應該符合人機工程，座椅的大小適合青少年屁股大小，應該做成長三角結構，注意周邊圓角處理。5.6 鏈條組件驅(qū)動（傳動或行走）系統(tǒng)由腳蹬、中軸、鏈輪、曲柄、鏈條、飛輪、后軸、后輪等部件組成。人的腳的蹬力是靠腳蹬通過曲柄，鏈輪、鏈條、飛輪、后軸等部件傳動的，從而使自行車不斷前進5.7 整車截圖把各個部分組合在一起構成了整車結構如下圖。總結經(jīng)過幾個月的努力，通過這次的畢業(yè)設計，我對機電一體化系統(tǒng)設計方案的擬定有了一定的認識，機械傳動部件的選用原則，機械傳動部件設計計算方案的原理等方面都有了一定的認識。并且在指導老師和同學的幫助下完成了此次滑板自行車的畢業(yè)設計，從最開始查找各種關于本次畢業(yè)設計的資料到確定總體方案，機械傳動部件的選型，最后到撰寫說明書，這是一個學習的過程，更是一個實踐的過程。此次設計，我認為最重要的事情就是讓我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學習，時刻學習；做事要嚴謹、認真，細致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。在大學四年當中，我接觸和吸收了大量機械知識，通過此次的畢業(yè)設計設計，讓我能有機會把學到的理論知識用到實踐中。在今后的學習生活中，這次畢業(yè)設計的經(jīng)歷將起到重要幫助作用，通過設計使我更加接近生產(chǎn)實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關機械設計方面的知識。新型滑板自行車設計參考文獻1何燦群人體工學與藝術設計 長沙湖南大學出版社，20042阮寶湘/郡祥華工業(yè)設計人體工程 北京機械工業(yè)出版社 2005.05 3 王三明主編機械原理與設計課程設計 北京機械工業(yè)出版社，20054.閆衛(wèi)工業(yè)產(chǎn)品造型設計程序與實例.機械工業(yè)出版社，2003.2，第一版5. 沈法，王慶斌，楊足，丁熊計算機輔助產(chǎn)品造型設計表現(xiàn)技法.人民郵電出版社，2002.9，第一版6.張展，王虹產(chǎn)品設計.上海人民美術出版社，2002.1，第一版7.王玉林，蘇全忠，曲遠方產(chǎn)品造型設計材料與工藝.天津大學出版社，1994.12，第一版8.程能林，產(chǎn)品造型設計手冊.機械工業(yè)出版社，1994.8，第一版9.朱序璋.人機工程學.西安:西安電子科技大學出版社.1999年11月10.劉春榮.人機工程學應用.上海:上海人民美術出版社.2004年7月11丁玉蘭人機工程學第三版 北京理工出版社, 200512 鄒慧君主編機械原理 北京高等教育出版社199913 申永勝主編機械原理教程 北京、清華大學出版社199914 張偉社主編機械原理 西北工業(yè)大學出版社200115 鄒慧君主編機械原理課程設計手冊 高等教育出版社199816 趙松年主編現(xiàn)代機械創(chuàng)新產(chǎn)品分析與設計 200017 楊家軍主編機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計 華中理工大學出版社200018 張春林主編機械創(chuàng)新設計 機械工業(yè)出版社199919 機械設計手冊編委會機械設計手冊新版2，3卷 機械工業(yè)出版社，200420卜炎主編機械傳動裝置設計手冊（上冊） 機械工業(yè)出版社1999 致 謝本次畢業(yè)設計涉及的全部內(nèi)容是在指導老師XX老師的悉心指導下完成的。感謝XX老師給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、平易近人的作風和認真負責的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學到了許多的專業(yè)知識和相關的設計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導。當然還有本院其他老師的指導。在此我向各位給予我指導的老師表示忠心的感謝和致敬。讓我從這次設計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、平易近人的作風和認真負責的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學到了許多的專業(yè)知識和相關的設計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。感