行星輪增速雙人自行車設計-帶答辯ppt【含三維UG模型】【含4張CAD圖紙】

行星輪增速雙人自行車設計-帶答辯ppt【含三維UG模型】【含4張CAD圖紙】,含三維UG模型,行星,增速,雙人,自行車,設計,答辯,ppt,三維,ug,模型,cad,圖紙 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 前 言 1 1.1 研究背景 1 1.2 自行車的發(fā)展過程 1 1.3 電動自行車的國內(nèi)、外現(xiàn)狀 2 第2章 設計思路及創(chuàng)新目標 3 2.1設計思路 3 2.2擬定設計方向 3 2.3設計任務重點 3 第3章 行星輪增速機構設計 6 3.1 設計動機及其要解決的問題 6 3.2結構與原理 6 3.3增速機構的布置 7 3.4齒輪材料的選取 7 第4章 車體結構設計 9 4.1總設計要求 9 4.2 車架 9 4.3避震前叉 11 4.4車把 12 4.5剎車的選擇 14 4.6坐墊類型選擇 15 4.7外胎的選擇 15 第5章 建模過程 17 5.1草圖曲線以及實體特征的建立 17 5.2增速機構的裝配 19 5.3增速機構爆炸圖的創(chuàng)建 19 第6章 車體受力分析 20 6.1行星齒輪增速雙人自行車的工作原理 20 6.2車體受力分析 20 6.3過程分析以及推導 21 6.4基于有限元分析的車架強度分析 24 第7章 渲染圖及模擬實景圖展示 25 7.1行星輪增速雙人自行車渲染圖展示 25 7.2行星輪增速機構展示 25 結 論 26 致 謝 27 參考文獻 28 （設計） 摘 要 摘 要 本論文是基于傳統(tǒng)雙人自行車進行的創(chuàng)新設計。在設計時依據(jù)人體工學進行了車身造型，采用同類型對比法進行了結構的改進設計，使用有限元分析的方法對主要受力部件進行了靜力學分析，并采用行星輪增速機構使該雙人自行車的速度有較大的提升。本次設計的主要內(nèi)容包括以下幾點： 1.人體工程學----協(xié)調(diào)自行車與人體之間的關系。該自行車的設計尺寸、形狀和功能應遵從多數(shù)人操控習慣等，找到合理角度緩解身體疲勞，使人在操作時更方便，舒適，結構布局更合理，保證自行車效率的同時有著更好的操作舒適度，避免轉向過程中前后輪踏頻不同產(chǎn)生相互碰撞。， 2.在結構設計上選取合理參數(shù)，保正安全性能。確定雙人自行車的部件類型、尺寸、材料等參數(shù)，參照單車的結構選取零件，在設計中盡量將尺寸與單車零件相配合。規(guī)避傳統(tǒng)雙人自行車的現(xiàn)存弊端，使雙人自行車有更加合理、穩(wěn)定、安全的結構。 3.對主要工作部件進行分析。采用方法為有限元分析和擬態(tài)分析，對該雙人自行車不同工作狀態(tài)下、不同路段的工作狀態(tài)進行分析，保證不發(fā)生干涉碰撞，從而保證自行車的力學性能。 本次創(chuàng)新設計相對于傳統(tǒng)雙人自行車在結構有了較大的改變，能夠適用于更多場合，且行星輪增速雙人自行車的市場前景優(yōu)良，面向多元化市場，有較高的極限速度和安全性，互換性較好，便于維護維修，適合在娛樂，競技，體育項目中推廣使用。 關鍵詞： 行星輪增速機構，雙人自行車，連桿式避震 I Abstract Abstract This paper is based on the innovative design of traditional bicycles. In the design, the body is modeled according to ergonomics, the structure is improved by using the same type of comparison method, the static analysis of the main stress components is carried out by using the finite element analysis method, and the speed of the bicycle is greatly improved by using the planetary wheel speed-increasing mechanism. The main contents of this design include the following: 1. Ergonomics - Harmonizing the relationship between bicycle and human body. The design size, shape and function of the bicycle should comply with the control habits of most people, find a reasonable angle to alleviate body fatigue, make people more convenient, comfortable and reasonable in operation, ensure the efficiency of the bicycle while having a better operational comfort, and avoid the collision between front and rear wheel tread frequencies in the steering process. , 2. Choose reasonable parameters in structure design to maintain safety performance. Determine the type, size, material and other parameters of bicycle parts, select parts according to the structure of bicycle, and try to match the size with bicycle parts in the design. To avoid the existing drawbacks of the traditional bicycle, the bicycle has a more reasonable, stable and safe structure. 3. The main working parts are analyzed. The finite element analysis and pseudo-state analysis are used to analyze the working conditions of the bicycle under different working conditions and different sections of the road, so as to ensure that no interference collision occurs, thus ensuring the mechanical properties of the bicycle. Compared with the traditional bicycle, this innovative design has a great change in structure, and can be applied to more occasions. Moreover, the market prospect of planetary wheel speed-increasing bicycle is excellent, facing the diversified market, it has higher limit speed and safety, good interchangeability, easy maintenance and maintenance, and it is suitable for promotion and use in entertainment, sports and sports. Key word：Planetary wheel acceleration mechanism, double bicycle, connecting rod shock absorber III （設計） 第1章 前言 第1章 前 言 1.1 研究背景 隨著科技不斷進步，社會不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各式各樣的代步工具，載人工具，它使人們在許許多多的地方留下了自己的腳印。隨著時間的遷移人們的出行工具層出不窮，如今已經(jīng)有各式各樣的交通工具，自行車、電動車、火車、汽車、飛機成為人們重要的出行工具。牛和馬在歷史的演變過程中，成為當時的主要出行手段。隨后演變出馬車、牛車、轎子，在中華民族有著千年的歷史，并且象征著一個人的身份地位，直至新中國才退出歷史舞臺。工業(yè)革命飛速發(fā)展，人們的生活中不斷隨著各種發(fā)明而改變著，自行車、火車、汽車和飛機相繼被人們所熟知。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，他們已經(jīng)擴展到世界各地。在這個飛速發(fā)展的當下，代步工具層出不窮，例如雙翼滑板、電動滑板、平衡車等 。在水路上，它們是由一 個簡單的木筏進化而來的，到出現(xiàn)木船、鐵船、快艇、艦艇、潛水艇、航母等格式各樣的工具也不斷被發(fā)明研發(fā)。 雖然科技在不斷發(fā)展，但是部分技術仍屬于空白階段，導致代步工具停滯不前，被傳統(tǒng)思路困擾！我們迫切需要在技術上的革新與進步，填補技術空白，更新代步工具。將要設計的是可以將兩個輸入功率相加后輸出一個功率的技術，并應用在雙人自行車上面，解決踏頻相同的問題，在保證安全性的前提下，大幅度提升極限速度，滿足部分人群對雙人自行車的速度要求。 1.2 自行車的發(fā)展過程 現(xiàn)今時代飛速發(fā)展，自行車行業(yè)迅猛發(fā)展，在自行車被發(fā)明及使用的兩百多年的歷史中，將玩具式的木馬到如今各式各樣的自行車，用途也越來越多元化。1790年，法國人Siffrak發(fā)明了最原始的，需要雙腳蹬地才能前進的。1801年，俄國人設計了第一輛腳踏車。1817年，德萊斯開始制造木制雙輪車。1839年，麥克米倫把木頭變成了鐵。1840年鐵匠麥克米倫將前軸放在曲柄上，然后將曲柄和腳踝與連桿連接起來，人們真正雙腳離開地面。1861年，米肖的父親和兒子在前輪上安裝了旋轉踏板，在前輪上安裝了鞍座。他們把它命名為“自行車”，并在1867年的巴黎博覽會上展出。從此自行車這個名字被世界知曉。在1867年的同一年，麥迪遜設計了第一輪帶鋼絲輪輻的自行車。1869年，第一輛由后輪驅動的自行車出現(xiàn)在德國，有腳制動器、飛輪、彈簧、軸承和其他部件。1887年，德國曼內(nèi)斯公司首次使用無縫鋼管進行生產(chǎn)。1888年，英國的鄧洛浦是由橡膠制成的內(nèi)胎和皮革制成的外胎。在歐洲出生的自行車在20世紀在亞洲獲得了前所未有的發(fā)展和普及，時間的推移讓最初的競技娛樂工具演變?yōu)榻煌ê托蓍e體育工具，自行車發(fā)展歷程如圖1-1。隨著自行車不斷發(fā)展進步的還有雙人自行車，也被稱為協(xié)力車，但是雙人自行車的發(fā)展卻沒有單人自行車好，也沒有各式各樣的比賽，究其原因是雙人自行車的踏頻相同導致的，我們要解決這一問題讓雙人自行車更好的服務人類。 1.3 電動自行車的國內(nèi)、外現(xiàn)狀 隨著時間的遷移，人們對于事物的認知不斷被刷新著，生活水平也與之前有著極大的變化，人們所追求的東西在不斷變化?？萍嫉娘w速進步，新鮮事物的更替，各式各樣的車出現(xiàn)在人們的視野。人們對新鮮事物的獵奇心理與網(wǎng)絡技術的普及，使得很多人開始關注各種類型、樣式、功能的代步工具發(fā)展與研究。國外發(fā)展自行車較早的國家有日本以及德國等國家，近年來，美國、越南等國家發(fā)展也較快。自行車在全球的潛在市場很大，并呈擴大趨勢。國外的自行車主要的作用是輕松代步及休閑健身，可在大型的停車場和旅游區(qū)里使用。自行車運動市場前景廣闊，包括體育裝備、專業(yè)工具、維修護理、自行車訓練還有復合產(chǎn)品騎車旅游、休閑運動等都是以競技比賽為核心的，需要進行市場的拓展，發(fā)展更多平臺。除了帶動經(jīng)濟和社會效益之外，自行車比賽項目及其平臺還具有更多沒有發(fā)現(xiàn)的價值和更多等待挖掘的東西。國內(nèi)的自行車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)日益成熟，不斷進步、發(fā)展，雙自行車也伴隨著其不斷的發(fā)展，但是有了更高端的追求同時，本身待解決的問題卻遲遲未能解決，雙、多人自行車由于車身過長且踏頻相同的問題一直屬于游玩代步的娛樂工具之一，雖被賦予了一定的商業(yè)價值，但并非同單人自行車一樣是以賽事平臺為核心，發(fā)展受到了很大的限制，只有不斷發(fā)展創(chuàng)新，為了滿足時代的要求，它在市場上更具競爭力，解決同樣的節(jié)奏問題極為重要，因此這項研究是非常必要的。 23 （設計） 第2章 設計思路及創(chuàng)新目標 第2章 設計思路及創(chuàng)新目標 2.1設計思路 基于將兩個動能相加后輸出一個動能的這一思路，進行了一系列的假設與實驗。為了解決兩個不同動力系統(tǒng)同時輸出在一個曲軸上時，輸出轉矩只由多個輸入轉矩中的最大值決定。為實現(xiàn)這一想法，目前只能使用行星輪增速機構。 2.2擬定設計方向 設計一款具備雙人自行車基本功能且具有獨特增速方式的車輛，采用鋼材料作為車體車架，機車結構設計巧妙，外形布局合理。行星輪增速機構解決踏頻相同，它針對市場現(xiàn)有自行車進行了極大的改良與優(yōu)化，有很大市場價值與前景，可以作為競賽車輛開展競技比賽，比較適合在娛樂，競技，體育項目中推廣使用。 2.3設計任務重點 任務說明：對行星輪增速機構、外置變速系統(tǒng)進行設計，同時依據(jù)人體工程學對車身整體做了造型設計。該設計使得雙人自行車，在保證安全的前提下能高速行進，并能夠應對多種復雜路面，功能更完備，性能更可靠。 2.3.1創(chuàng)新目標 1.解決踏頻相同問題。 2.提高速度并保證安全可靠。 3.規(guī)避突發(fā)情況，提高容錯率。 4.可以參加競技比賽。 2.3.2創(chuàng)新點 1.行星輪增速機構 行星輪增速機構是一種獨立的機構，可以將兩輸入的扭矩相加后并輸出的裝置，最大限度的將兩扭矩相加，使雙人自行車快速前進。在保證了實現(xiàn)了功能的情況下不破壞車體的結構，使得在保障駕駛者駕駛過程中有較高的速度并且安全穩(wěn)定有了更加可靠的保障。零部件設計緊湊且具有美感，大大提升了容錯率。 圖2-1 行星輪增速機構 2.采用連桿式避震前叉 很早以前就有了連桿式避震前叉這種發(fā)明，且隨著應用的范圍的不斷擴寬，在結構形式上有了多種多樣的演變，且已經(jīng)被證實更夠實現(xiàn)接近于零摩擦的超低阻力。經(jīng)過理論、仿真、模擬從而確定連桿式避震前叉能有效防止避震時遇到大顛簸的過量下沉，而且可以將傳統(tǒng)避震的J字回彈路徑變?yōu)榇怪被貜棥? 3.碟式剎車 碟式制動器也叫盤式制動器。將車輪連接的制動盤和盤片邊緣的制動鉗分為普通盤式制動器和通風式制動器兩種。碟剎的制動器非常堅固，類似于汽車或高端摩托車。即使在雨天和泥濘的條件下，盡管制動力明顯減小，但工作狀態(tài)仍然良好。  （設計） 第3章 車體結構設計 第3章 行星輪增速機構設計 行星輪增速機構是一種將兩輸入的扭矩疊加并輸出的增速機構。該裝置的主要組成部分由外殼、太陽輪、行星輪、軸心、牙盤、軸承。該裝置的運動原理為兩輸入扭矩帶動增速機構內(nèi)的齒輪傳動，通過齒輪傳動，行星輪旋轉，扭矩最終在牙盤上輸出。 3.1 設計動機及其要解決的問題 為了解決兩動力系統(tǒng)同時輸出在一個曲軸上，輸出值只與輸入最大值有關的問題，提出一種可以將兩動力系統(tǒng)提供的扭矩相加后輸出的機構，稱之為行星輪增速機構。此機構結構相對簡單、傳遞效率相對較大、且傳動精確、由于裝置較為穩(wěn)定所以壽命也較為可靠。 目前市場上的雙人自行車不能解決踏頻相同問題，但行星輪增速機構能解決。一直以來駕駛者無法發(fā)揮全部實力，以至于無大型、正式的雙人自行車比賽。而增速機構使兩不同動力系統(tǒng)同時輸出在一個曲軸上，輸出轉矩只由上限輸入決定的問題得到解決。且增速機構不僅僅可以用在雙人自行車上，有很大的發(fā)展空間！未來此機構會用在更多的領域，例如新能源和混合動能車輛、能源發(fā)電、人力飛機等等領域。 3.2結構與原理 為了能使兩動力輸出相加后同時輸出在一個曲軸上，使兩軸心屬于同軸狀態(tài)，兩側同時旋轉，一側齒輪傳動e，另一側為其提供支撐并能旋轉a，保證齒輪的旋轉通過齒輪的嚙合傳遞到雙齒輪軸c的一側，通過軸傳遞到另一側齒輪，輸出到行星輪b上，由行星輪b作為輸出，傳遞到機構外。結構如圖3-1。 3.3增速機構的布置 增速機構是將踏板產(chǎn)生的動力傳遞給后輪，使其獲得相應的轉速，是傳動系統(tǒng)中的外置部件。根據(jù)市場中雙人自行車樣式可將增速機構放在座椅的后方，使用較長的鏈條傳遞扭矩；也可以放在兩踏板中間的上方，減少鏈條的距離，減少鏈條滑落。經(jīng)過驗證放在兩踏板中間上方，震動較少，且鏈條不會因為過長而容易滑落。本設計的增速機構采用將增速機構放在了兩踏板中間的位置，兩踏板上鏈條連接機構的輸入牙盤，經(jīng)由增速機構、牙盤、鏈條、后輪軸傳遞到后輪上。 3.4齒輪材料的選取 在機械傳動零件中，使用各類齒輪傳動無疑是運用最為廣泛的，而且是現(xiàn)代機械中極為重要的傳動部件。齒輪之間的嚙合傳動，讓兩軸間的扭矩傳遞并可以改變其運動的模式和運動速度。齒輪的傳動比恒定不變且效率高，壽命也相對較長，因而得到了廣泛的應用。在機械的設計及其制造的過程中，每個零件的性能、耐用度、工作條件情況都要考慮，并且要求材料要有好的加工性能和良好經(jīng)濟性，來達到提高生產(chǎn)力和減少零件成本消耗的目的。齒輪的材料選擇極為重要，不恰當?shù)倪x擇會讓零件的損傷或者失效更快到來。因而選擇齒輪材料可以大大影響增速機構的性能，不容忽視。 3.4.1滿足材料的工藝性能 金屬材料的加工工藝嚴謹復雜，且對于技術要求較高，齒輪的加工制作必須要經(jīng)過鍛造、切削、熱處理。要求材料必須在滿足技術性能的前提下注意材料的工藝及力學性能。在一般情況下，碳鋼最為符合要求。合金鋼也較為合適因為其強度和淬火。但是不論是什么材料經(jīng)過改動熱處理、工藝、加工，都可以提升金屬材料的性能，從而得到經(jīng)濟性比較好的齒輪。 3.4.2材料的經(jīng)濟性要求 所謂材料的經(jīng)濟性，是指在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，為實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化而進行的最低消費。也就是說在達到使用性能、使用壽命的同時降低材料成本、加工成本。對于機構齒輪的材料，我們需要從以下幾方面考慮： 首先對于經(jīng)濟性的價格是最為主要的，齒輪材料的價格是我們最為看重的，只有降低價格并找到最合適的材料才能達到經(jīng)濟性要求。碳鋼和鑄鐵的價格相對于其他材料的價錢相對的較低，且有著很好的加工性能，在一般情況下，是非常好的齒輪材料。且從國內(nèi)的金屬供應和金屬資源角度來看，進口材料的數(shù)量與昂貴材料的數(shù)量應盡可能的降低，常用的降低材料的使用量方法如圖3-2。 其次生產(chǎn)加工過程中盡量降低成本的消耗。不同的材料及其不同的加工工序和加工方法都是不盡相同的，可通過改變金屬的熱處理方法使材料達到相應要求降低制造加工的價格。多個齒輪的材料盡量只選擇一種且可以用同種加工方法從而降低加工成本，或者改進過程等途徑，突破傳統(tǒng)以提高效率，降低此過程成本。 總之，在選擇齒輪材料時必須從實際出發(fā)，考慮多種因素，了解國內(nèi)行情，保證質(zhì)量的同時盡量降低產(chǎn)品成本。熱處理技術水平現(xiàn)今大不相同，成本不高，硬齒面齒輪較好。根據(jù)增速機構的使用情況和負載情況，選用45鋼或者40Cr較為合適 （設計） 第4章 車體結構設計 第4章 車體結構設計 4.1總設計要求 1.功能齊全，布局合理 2.強大的性能的同時具有較好的安全性 3.操作舒適、便捷、實用 4.方便維護維修保養(yǎng)工作的進行 5.有一定競技性能，良好的市場價值 4.1.2設計規(guī)格 產(chǎn)品尺寸：2445*970*560mm 車高：970mm 車寬：560mm 座高：900mm 產(chǎn)品重量：40kg 產(chǎn)品材質(zhì)：鉻鉬鋼 制動類型：碟式剎車 輪胎尺寸：26英寸 減震方式：連桿式避震前叉 4.2 車架 4.2.1車架材料的選擇 一個自行車的靈魂就在車架的設計上，輕、硬、韌的車架是最完美的狀態(tài)。作為競賽車輛時車手都會選擇重量較輕的車架，這樣才能更加省力，現(xiàn)在最輕的車架已經(jīng)可以在4-kg以內(nèi)了，需要沒有破損和彎曲的安全問題就要足夠高剛性，這意味著框架應該足夠堅硬。有時剛性較差的鋼架可能沒有安全問題，但車架的強度很差，因此騎乘人踩踏時也會覺得車子很重。堅固的框架，但強度不夠的自行車仍然是不合格的。市場中的車型眾多，材料也不盡相同，對于一個車架有很多標準，對于雙人自行車來講要滿足要求、達到標準的車架材料有：鋁合金、碳纖維、鈦合金和合金鋼。 鋁合金：現(xiàn)今的很多物品都是這種材料制成的，就像窗框，大部分都是這種材料，因為它足夠輕，也足夠硬，但是卻有一個短板讓人難以接受，作為車架時地面的每一點震動都會傳遞上來，雖然舒適度下降，但是價格很便宜卻是相對于其他車架都低的，且樣式較多這也是大眾青睞的原因。 鈦合金：鈦合金已經(jīng)走進我們的生活，在很多工藝品中也能看到鈦合金的身影，因為其優(yōu)越的性能和良好的彈性的同時有著較輕的重量。且不容易被腐蝕氧化，強悍到甚至不能進行噴涂，有著優(yōu)秀的性能的同時價格也高的離譜。 碳纖維：人們平時聽說有碳纖維汽車的第一印象就是輕，輕是碳纖維最大的特點，而且綜合性能優(yōu)良，可以改變其化學式提高彈性、鋼性、形狀等等一系列的特性，然而作為車架卻有一個致命的缺點，那就是它的壽命，在5年以后它的化學式開始分解，如果不知道它的出廠日期就會有極大的危險。且如果車架有磕碰，在外表也是看不出來的，這樣會出現(xiàn)很大的安全隱患。 合金鋼：這種材料曾經(jīng)作為過自行車的車架，卻很快被淘汰了，因為它容易生銹。時間的浪潮不斷推進，自行車的涂料解決了這一問題。合金鋼回歸舞臺，并憑借現(xiàn)代合金鋼在剛性、彈性、機動性、穩(wěn)定性、價格等方面的優(yōu)越在車架中取得不可替換的地位。但卻因為重量被人嫌棄。雖說此材料比較便宜。但是，較好的重鋼和鉬酸鹽鋼框架比普通合金鋼貴一點。 鋼 鋁 鈦 碳 強度 優(yōu)秀 中等 優(yōu)秀 良好 騎感 優(yōu)秀 中等 優(yōu)秀 良好 壽命 良好 中等 優(yōu)秀 較差 防銹 中等 良好 優(yōu)秀 優(yōu)秀 成本 中等 較差 優(yōu)秀 良好 重量 較差 中等 良好 優(yōu)秀 表4-1 自行車四類車架綜合性能對比 車架材料總結：我們希望的雙人自行車是各項都能夠有保障的，鈦合金毫無疑問是最好的選擇，但是由于鈦合金價錢過高，且在加工過程中的耗資過大，并不是最好的選擇。打造一個舒適度好、安全系數(shù)高、壽命長、強度大的雙人自行車，合金鋼是非常好的。鋼材的防銹和重量一直是不討喜的原因，但是近年來涂料解決了這一缺點，并且雙人自行車本身載重較大改變車架材料并不能起到提升速度的作用?，F(xiàn)今的加工技術已經(jīng)使得鋼材不會顯得笨重，早在20世紀90年代前鉻鉬鋼就是自行車車架的主流材料，近年來的加工及涂料技術已經(jīng)使鉻鉬鋼有飛躍性的突破，充分發(fā)揮了其優(yōu)勢，使得鉻鉬鋼鋼架成為受大眾喜愛的車架材料。 4.2.2車架材料的抽管加工 抽管技術是使厚度較厚的鋼管變薄，并且強度不變的情況下重量減輕。從而使車架輕巧、穩(wěn)定、安全、舒適。目前鉬鉻合金鋼管拔制工藝名稱有以下幾種： 扣式（一泵）或叫做二次元，兩管壁厚。 雙頭對接（二次泵管）或叫做三次元，三種管壁厚度。 三次對接（三次拔管）或叫做四次元，四種壁厚。 4.2.3車架的結構設計 自行車的車架是必不可少的重要組成部分。它需要具備應對惡劣環(huán)境、天氣、溫度等外界變化的基本職能，需要使車體的載重遠遠高于兩駕駛者的體重。由于車子在前進時會應對多種路面及各種突發(fā)情況，因此，車架還需要：強度絕對可靠，經(jīng)久耐用；結構便于人體發(fā)力，形狀易于控制。 在自行車的發(fā)展過程中，各種設計理念都不盡相同，品牌或者集團對于車架的設計都是不同的，將根據(jù)框架的類型、品牌和目的進行定向。車架的幾何角度不同則會有巨大的差距。例如，兩種不同類型，大小不同的自行車如何復制幾何位置都會有不同的騎行感受。這些參數(shù)直接影響著自行車的騎行體驗，雖然變化不直觀，但對使用者操控感的影響卻是極大的。 4.3避震前叉 前叉位于自行車的前部，是導向系統(tǒng)的重要組成部分。伸縮式前叉的上端與車把固定連接，與車架的前受前管形成同心約束，前叉的下端與前輪的軸心同軸和軸向限位。駕駛者扭轉車把從而帶動前叉，進行同步轉動，從而達到改變和控制自行車行駛方向。 a。伸縮式前叉：雖然是最受歡迎的前叉但卻有著極高的摩擦。伸縮式的前叉軟硬直接影響避震的回彈力度、舒適程度。對于騎乘者來講，找到一個舒適的硬度并不難，深受大家喜愛的伸縮式前叉無疑單人自行車最好選擇。但是雙人自行車有所不同，如果伸縮式前叉偏硬時，有良好的操控性，但減震能力和舒適性就會大打折扣，而過軟的突然遇到很大顛簸時就會出現(xiàn)收縮極限的情況，同時操控性就會下降。雙人自行車由于車身過長負載較重，因此較硬的前叉會使減震效果大幅降低，較軟的前叉會使回彈較慢。 b.連桿式前叉：是一種較為獨特的避震前叉，有著極低的摩擦。它能有效地調(diào)整車輪振動路徑和過度下沉。連桿式前叉有著極為優(yōu)秀的小避震處理能力和較好的大避震回彈速度，并不會像看上去那樣的笨重，相反卻是很靈活，可以很放心的高速通過障礙物。這是因為它在避震期間前軸距會變長，形成垂直回彈，如圖4-3，這與縮短前半軸距，垂直回彈的伸縮式前叉截然不同。 由于雙人自行車負重較高，所以傳統(tǒng)的伸縮式前叉很容易出現(xiàn)舒適性差或者收縮極限的情況，而連桿式前叉面對小顛簸有很好的舒適性，面對大顛簸收縮回彈較快且有效控制下沉過量的問題。雖然伸縮式前叉被大眾所青睞，但是針對于雙人自行車而言它的缺點較為明顯，但是連桿式前叉有效的規(guī)避了這一問題，獨特的結構設計提供了舒適安全的騎乘體驗。 4.4車把 4.4.1車把材料選擇 鋁合金與碳纖維的對比：大多數(shù)碳纖維把手比鋁把手輕約百分之二十至四十。碳纖維可以通過改變碳纖維的排列方式、改變剛性彈性等數(shù)值變化來改變，從而設計出更適合于某一類型自行車車把的結構。與鋁合金在安全問題上的制造標準相同，但是價格貴，碳纖維部分損傷無法目測，受到?jīng)_擊時鋁合金比碳纖維更加結實。當然，其他材料包括鋼管車把和鈦合金車把。由于成本高且操控性與鋁合金車把有所不同所以選擇了大部分人選擇的鋁合金車把。 在同條件下為了保證騎行者的騎行安全是第一要務！考慮使用體驗，可控性、危險情況、沖擊等，所以最終選擇更加安全輕巧且性價比更高的鋁合金車把。 4.4.2車把類型選擇 車把類型的選擇對于車手的體驗有著很直接感受，不同的車把會影響車子的性能、控制、靈活性，是關乎騎手的舒適與安全的轉向及操縱關鍵部件。車把的類型有很多種，都根據(jù)個人習慣來添加副把，提升體驗緩解疲勞，目前自行車車把主要有四種類型： a.直把公路操控性靈活，更容易控制方向，舒適性一般，多用于一般騎行和比賽車把的特點是短，操作靈活，重量輕。發(fā)力，重心略微靠前，前輪抓地力能夠更好，車把的一般距離在560-580毫米之間，穿過狹窄區(qū)域相對容易。如果上面的車把是配套的，那么當站著的踏板搖桿加速的時候就很方便了。唯一的缺點是車把長度有限，操作角度不大，自行車顯示的動作“輕柔”。但不影響實際體驗；把位較高，騎行姿勢也相對舒適，但是相對于其它類型把握持方式單一，但配合副把就會大幅緩解單獨姿勢的肌肉疲乏，直把適合大多數(shù)的操作習慣與身體情況。 b.雁把操控性好，騎行姿勢很舒服，常用在山地越野車等激烈車種上面，也被稱為“雁翅”，因為看起來很像大雁的翅膀。一般來說，重型自行車上鵝柄的特點是距離長、管徑粗、經(jīng)常采用冷拔變徑管工藝，以及復雜的加工和熱處理工藝。獨特的車把讓它應用到動作較大的車上，例如雙人回轉或者降速的車輛。通常長度在640毫米以上，但是一些長為610毫米的也常用于山區(qū)越野車。 c.彎把有多種握持姿勢，使身體前傾提高速度，但視野變小無法很好的觀察周圍環(huán)境，一般用在專業(yè)比賽中有一定局限性，它主要用于公路自行車車把。但是現(xiàn)在也慢慢走進大眾視野中好處是更容易把握好車頭 使行駛速度更快 身體前傾也更方便于掌控車子 增大手掌與車把手的摩擦力 但是由于身體前傾 眼睛不能很好的觀察四周的環(huán)境 所以對于新手來說有一定挑戰(zhàn) 而且如果不慎摔倒彎把會抵住身體 可能會對身體造成不必要的損傷 建議技術不精或是年紀偏大的人不要選擇。 d.蝴蝶把操控性略差，但舒適性非常好，它經(jīng)常用于長途旅行自行車。因為車把的形狀酷似蝴蝶，所以人們叫他蝴蝶把。車把的形狀相對于其他為奇怪，像汽車的方向盤，因為有很多不同的角度彎曲，所以可以降低騎車時的運動疲勞，可以使用多種姿勢騎行，運動時對人體造成損傷會很大程度降低。 綜合考慮以上幾種車把的特性由于直把操控性好，綜合性能較好，能有效控制突發(fā)事件的發(fā)生幾率，保證安全騎行，且適合大部分人的操作習慣，所以直把較為合適。 4.5剎車的選擇 剎車不僅僅是用來制停的，更重要的是用來控制車速，高速行駛中的自行車如果遇到特殊狀況不能及時減速那后果將是致命的！剎車時靠車輪摩擦地面。剎車的種類有很多種： a．C夾：重量輕、反應快。 b．V夾：結構簡單、便宜、制動力最好。 c．吊剎：制動力強。 a、b、c三種剎車方式都有共同的缺點，如長時間的工作會發(fā)生爆胎、碳纖維輪廓會發(fā)生燒框、制動力受天氣和路面條件影響較大、在雨天很容易沾上泥沙且此時剎車會傷害輪框。 d．碟剎：碟剎的工作原理雖然與以上三種類似，但是卻是在輪轂處加裝了一個與車輪同步的剎車盤，卡鉗夾緊從而達到制動的目的。天氣原因對制動影響小、散熱快不會影響制動效果、長時間工作不會發(fā)生爆胎、不影響輪框，但是價格較貴、重量略高、不容易維修。 綜合以上考慮且為了人身安全著想，使用盤式剎車更為合適。如果a、b、c三種剎車在遇到細砂、泥等污染了車輪，其制動性能將受到一定程度的影響，且砂石會在車圈與剎車片之間留下劃痕，大大降低了安全保障。盤式制動器的最初設計是為了確保制動性能，以免污染影響制動器的性能。碟剎片是金屬燒結體，且碟片較高不會輕易碰到泥沙，所以在雨天和泥漿中，雖然剎車效率下降了，但是工作情況依然良好，相比a、b、c的橡膠制動強。此外，由于盤式制動盤由鋼制成并且通常是穿孔的，因此作為下坡制動器的熱量的增加和衰減比其他制動器更好。雙人自行車較重，則慣性也較大，不能有效的制動直接影響駕駛者的安全，選擇最安全可靠的降低出錯的幾率，選擇碟剎是最合適的。 4.6坐墊類型選擇 1.窄而細的硬座椅墊這種窄而硬的坐墊在設計用于高速的運動自行車中很常見。當騎車速度較快的時候需要利用自身體重發(fā)力，此時的坐墊如果過大會摩擦腿部影響動作。軟墊不能穩(wěn)定地支撐機體對踩踏效率的影響，臀部像被困在沙發(fā)上一樣，軟墊和臀部的快速接觸摩擦過多就會產(chǎn)生疼痛感，所以較窄較硬的硬墊更適合快速踩踏。你就越能看到很多比賽中的賽車者經(jīng)常離開墊子，或者只碰一小塊區(qū)域來穩(wěn)定身體，此時是重量落在了腳上以達到最大的輸出功率。 2.寬而軟的舒適坐墊舒適坐墊更常見于入門級或休閑導向自行車設計的緩慢行駛。將坐墊設計的寬大就可以使其有更大的支撐面積，就不會很痛了。軟座墊可以提供更好的舒適性，因為胎面的隨意方向不需要考慮寬軟座墊不適合高速胎面的因素。輕輕松松地撫摸踏板時候，腳幾乎沒有承擔你的體重，此時體重都在你的屁股，由于負擔過重，硬墊的重量太小而無法支撐臀部就會產(chǎn)生疼痛的感覺，而寬大的座椅因為受力面大，不會產(chǎn)生疼痛感。 4.7外胎的選擇 常見的自行車外胎主要分為以下6類： a.越野山地輪胎：外胎齒深結構明顯，齒距較大，抓力好，有一定的減震效果，擋泥等特性，屬于綜合技能和全能產(chǎn)品。主要用于山地越野。 b.休閑外胎：相對于深齒結構外胎，齒深明顯小很多，外胎線要小得多，主要用于城市周邊地區(qū)和鄉(xiāng)間小路還有湖泊附近，屬于多用途休閑型山地外胎。 c.城市用光頭山地車外胎：這是一款只注重速度的外胎，阻力很小，使他能非常快速的進行加速，短時間讓山地車的速度達到極限。 d.多用途半光頭山地外胎：既具有山地外胎的抓地性能，又具有光頭外胎的小阻力，所以，它的各項能夠55開，是一款抓地力與速度兼具的外胎。 e.長距離山地車外胎：它的設計結合了光頭設計和山地半輕型設計，更耐用，維修方便，對于任何道路條件都可以滿足更合適的要求，是長途自行車的首選之一。 f.山地越野外胎：齒紋分布廣，跨度大，行駛阻力較大，全力沖刺也很難高速前進，比較適合碎石較多的路面。 根據(jù)本自行車的定位所以選擇多用途半光頭輪胎，在保證安全的情況下能高速行駛且能應對大多數(shù)路段。原因有以下幾點：1。越野山地輪胎加速不快，且是針對于惡劣環(huán)境的輪胎所以不能選擇此輪胎。山地越野外胎與它的情況相同。2.城市用光頭山地車外胎由于只注重公路與速度的提升，并沒有考慮安全性，雙人自行車的容錯率要低，所以為了安全考慮不能選擇此類外胎。3.休閑式外胎多用于鄉(xiāng)間小路，長途山地車外胎多用于長途旅行，綜合性能都是屬于比較好的，但是由于此雙人自行車為娛樂競速類自行車，所以選擇多用途半光頭更為適合，使雙人自行車能應對更多的情況。 （設計） 第5章 輪轂電機的建模過程 第5章建模過程 5.1草圖曲線以及實體特征的建立 5.1.1增速機構齒輪的繪制 使用【草圖】命令，繪制出機構的大概位置，及其輸入牙盤。如圖5-1。 使用【拉伸】，從過濾器中選擇區(qū)域邊界曲線，選擇拉伸區(qū)域，完成輸入牙盤的制作。如圖5-2。 使用【GC工具箱】再【圓柱齒輪建模】選擇創(chuàng)建齒輪，完成齒輪的創(chuàng)建。如圖5-3。 并連續(xù)使用此命令做出多個齒輪，同時用此命令中的齒輪嚙合，使各部分齒輪進行嚙合。如圖5-4。 使用【草圖】繪制一個旋轉架并使用【拉伸】命令。如圖5-5。 再次使用GC工具箱繪制內(nèi)嚙合齒輪和外嚙合齒輪，使用【草圖】繪制出輸出牙盤，完成增速機構內(nèi)部結構的繪制。如圖5-6。 5.1.2增速機構外殼的繪制 創(chuàng)建【草圖】繪制出外殼邊界曲線。如圖5-7。 使用【拉伸】命令，對稱拉伸后使用【邊倒圓】命令后【抽殼】移除面，邊界距離為3mm。如圖5-8。 再次使用【草圖】及【拉伸】命令為增速機構提供支撐以及限位。如圖5-9。 新建組件，插入【草圖】繪制支撐。如圖5-10。 并使用【拉伸】命令使之與外殼完全吻合，并使用拉伸命令，騰出孔位。如圖5-11。 再次【新建】組件，使用【投影曲線】，【拉伸】后，再在殼體外側使用【邊倒圓】，完成外殼蓋的繪制。如圖5-12。 圖5-12 5.2增速機構的裝配 5.3增速機構爆炸圖的創(chuàng)建 （設計） 第6章 車體受力分析 第6章 車體受力分析 人在駕駛自行車時會有不同的狀態(tài)，車子在不同的路況下也會有不同的工作狀況，因此對于所設計的自行車進行受力分析是非常必要的。根據(jù)不同的運行狀態(tài)根據(jù)力學的一些基本原理，人階段對車子進行詳細的受力情況的分析，從而得到處于不同狀態(tài)時車體與車輪的力學特性。 6.1行星齒輪增速雙人自行車的工作原理 雙人自行車是一輛人力自行車.，配合行星輪增速機構，實現(xiàn)扭矩相加后并輸出在后輪上。它的結構與原理并不復雜，難以理解，可以將其理解成為將兩人力的輸出加在同一個裝置上，再由裝置輸出動力，輸出在雙人自行車的后輪。兩人踏動踏板，踏板帶動與之連接的曲軸，曲軸使牙盤轉動，牙盤的轉動使與其嚙合的鏈條動作，鏈條帶動增速機構的兩輸入扭矩的牙盤，牙盤驅動行星輪增速機構內(nèi)齒輪嚙合傳動，最終輸出在輸出的牙盤上，輸出齒盤的鏈條驅動后輪齒盤，牙盤帶動內(nèi)變速花鼓，經(jīng)過花鼓內(nèi)齒輪系的變化后輸出在后輪上，使雙人自行車前進。 6.2車體受力分析 自行車車體受力情況對于設計極為重要，可以針對受力情況對車體進行合理的設計。根據(jù)理論與實際情況以及日常的生活經(jīng)驗可以知道自行車的不同狀態(tài)有五種：靜止狀態(tài)、啟動狀態(tài)、爬升轉態(tài)、下坡狀態(tài)和剎車狀態(tài)。 狀態(tài)一：靜止狀態(tài)；兩駕駛者坐在自行車上并且保持不動，自行車與駕駛者的重量與地面給予的支撐力保持平衡狀態(tài)，此時的合力是為零的。 狀態(tài)二：啟動狀態(tài)，此時車輪的速度將略大于車輛的速度，屬于增速狀態(tài)，是后輪的驅動作用使得雙熱自行車向前行駛。在接觸面上車輪相對于地面是在不斷的向后運動，摩擦力相反，使得自行車向前行駛。前輪的摩擦力向后是被動輪。 狀態(tài)三：勻速運動狀態(tài)；當雙人自行車勻速前進時此雙人自行車的各個方向力屬于平衡的狀態(tài)，并且合力為零。雖然合力為零但是仍向前運動，此時的后輪與前輪相對于地面向后運動，摩擦力是向前的，并且重量與地面的支撐力處于平衡狀態(tài)，此時將各個方向力相加等于零。 狀態(tài)四：下坡狀態(tài)，駕駛者的體重與車身自重相對于地面的分力是自行車前進主要動力來源。此時后輪的速度小于車速，后輪相對于地面向前運動且摩擦力方向向后，前輪的摩擦總是向后的，運動方向卻是向前的。 狀態(tài)五：剎車狀態(tài)，有著不同的剎車狀態(tài)，可以同時使用前后兩剎車，也可以單獨使用。不同的剎車狀態(tài)產(chǎn)生的剎車狀況也是不同的，前剎制動快速，但也有可能會出現(xiàn)車身不穩(wěn)的情況，后剎制動速度慢但制動平穩(wěn)，震動不大，同時剎車制動迅速也較為穩(wěn)定，但是在雨雪天氣中會發(fā)生打滑，應視情況決定制動方式 6.3過程分析以及推導 狀態(tài)一：啟動 1、后輪 后輪作為驅動輪，是整個車身向前運動的主要動力源。如圖 當后輪開始作為活動輪旋轉時，車輪向后移動，摩擦力向前，摩擦力推動車體前進。 2、前輪 啟動時，自行車的前輪相對于地面向前移動，因此前輪上的地面摩擦是向后的。無論垂直方向的力如何，只有水平方向受力分析 狀態(tài)二：勻速前進 當自行車在勻速向前走的時候，車子的受力是平衡的，驅動力與摩擦力都相互的抵消掉了，前后輪的摩擦力的方向是完全相反的但是大小是相同的。 狀態(tài)三：勻速爬坡 爬坡時可以將所受的力分解為水平方向的分力和豎直方向的分力。 狀態(tài)四：下坡 下坡時后輪速度小于車速，所以后輪隨著汽車向前移動，在這一點上，兩個輪子都是從動輪。在車輪與地面的接觸點，摩擦方向后，前輪總是向后。其受力情況與車體爬坡時情況類似，參照爬坡時受力分析。 后輪沿著汽車的方向向前移動。其轉速小于車速，兩個輪子都是從動狀態(tài)。在滑下的過程中，車身的摩擦力為：與運動方向相反的阻力方向。 垂直于斜面方向受力平衡： 平行于斜面方向（以向下為正）： 狀態(tài)五：剎車 在比較粗糙的地面上前進時時：如果只使用剎車種的前制動器，很容易前翻，因為整車的重心會比較高。如果只使用后制動器就會不會讓重心升高，也不會發(fā)生前翻。且自行車與地面接觸的摩擦力相對較大時更容易前進。 如果人體可以與自行車的位置不會發(fā)生改變的情況下，在高速前進的狀態(tài)下突然制動前置剎車更容易讓人前翻。在摩擦力比較小的路況上如冰面，雪后路面等，前輪與后輪是不在同一線路上行駛時，制動會很容易出現(xiàn)打橫，尤其雙人自行車更是如此，因為前后輪的的軸心較遠。 1.使用前剎前后輪受力的對比分析，受力情況如圖6-4所示： 此時機車整體的受力分析如圖6-5所示： 2.使用后剎時，剎車安裝于后輪處，以后輪為研究對象，緊急剎車時后輪一般會向前行駛一段距離，受到地面向后摩擦的影響，自行車停止前行 當前輪作為研究對象時，前輪會在后輪的驅動下向前被動滾動前進，同時會受到地面和車輪向后滾動的摩擦。前后輪的受力情況及整車受力情況如圖6-6所示 此時整車的受力分析如圖6-7所示 6.4基于有限元分析的車架強度分析 有限元分析是利用近似數(shù)學方法進行分析和仿真。將被求解的物體看成一個獨立物體，對其添加約束后，進行受力問題的求解。利用的物理系統(tǒng)很像數(shù)學的方法模擬，這種數(shù)值分析方法是克拉夫教授提出來的，生動地描述為“有限元法=瑞利-里茲法+分段函數(shù)”。也就是說，有限元法是瑞利-里茲法的局部化。在20世紀60年代初就有了這種結構力學的方法，發(fā)展至今應用也變得極為廣泛，是一種很實用的，很快的將函數(shù)定義在簡單的幾何形狀上的方法，這也是它的比其他方法優(yōu)秀的原因之一。 車架的受力分析采用有限元分析，車架的材料選擇鋼材，將前立柱與后輪軸為固定約束，在兩座椅位置上各施加500N的力，求解得出車架的最大承受力 （設計） 第7章 渲染圖及模擬實景圖展示 第7章 渲染圖及模擬實景圖展示 7.1行星輪增速雙人自行車渲染圖展示 7.2行星輪增速機構展示 （設計） 結論 結 論 在本課題的設計過程中，我對于自行車有了更深的了解，得到了知識的積累，對自行車有了新的體驗，慢慢開始認識各類零件，了解人體與機械之間的關系，經(jīng)歷了幾個月的時間，在這個學習的過程之中，我發(fā)現(xiàn)只有真正的踏入實踐之中才能將理論與實踐相結合。在不斷的研究學習過程中遇到了許許多多的問題與疑問，在老師的耐心幫助和指導下都一樣一樣的解決了，這個自主學習的過程非常漫長讓我感受頗多，在這個過程中真正的讓我自身學習和進步，這個過程是極為可貴的非常珍貴。 此次課題的行星輪增速雙人自行車其結構簡單明了，操作方式與普通雙人自行車無較大差異，外觀改變較大，相對于市面的雙人自行車更具有吸引力，有更加快的速度，會深受自行車愛好者的喜愛。主要進行了以下方面的設計： 1.行星輪增速機構的設計； 2.行星輪增速機構的三維建模； 3.雙人自行車結構及減震前叉的設計； 4.車體的受力分析； 此次設計工作就是為了針對于市場上大部分產(chǎn)品做出調(diào)整與改進，使雙人自行車有更好的發(fā)展空間，本次調(diào)整有以下幾個方面： 1.提高自行車最大行駛速度； 2.雙人自行車傳統(tǒng)減震前叉的升級； 3.提高舒適性及安全； 這些方面是現(xiàn)今市場上雙人自行車主要存在的問題，只要得到有效的改善才能跟緊時代的腳步，不被拉下差距，更好的創(chuàng)新與改進才能讓我們的文明更加升華。 （設計） 致謝 致 謝 大學生活匆匆而過，轉眼間已臨近畢業(yè)。過去幾個月的畢業(yè)設計雖然辛苦但非常充實，也希望以此為我的大學生活畫上一個圓滿的句號。 圓滿的完成了畢業(yè)設計,心中有太多的感謝。 首先要感謝的是我畢業(yè)設計的指導老師唐老師，唐老師是一個非常講究效率的人，對待事情認真負責。從畢業(yè)設計的開題到整個畢業(yè)設計結束，唐老師把每一個階段時間都規(guī)劃的非常細致，每個時間段都要完成任務，督促我一步步的完成設計內(nèi)容，而不是拖到最后急于求成，使我能夠輕松的完成設計內(nèi)容，同時，唐老師也讓我學到了很多畢業(yè)設計之外的東西，為即將步入社會的我增添了一份信心。 總的來說，這次設計讓我在理論知識的學習以及實際動手操作等實踐方面得到依次較好的提高，鍛煉了我多角度思考問題、合理解決問題以及對新事物的創(chuàng)新的能力，減少了剛剛畢業(yè)的學生與專業(yè)技術人員的距離，為我以后從事機械行業(yè)奠定了良好的基礎。同時也讓我了解目前我們這個專業(yè)所處的位置。 最后非常感謝大連海洋大學對我的培育，母校指引了我人生的方向，使我更好的融入到社會，也讓我學到了更多的理論知識，使我能夠用知識武裝自己。也正是因為母校，我才能夠認識這些在我迷茫時給我指明道路的人，我想帶著這份信心、帶著這份力量，一定能在未來創(chuàng)造出更好的成績。臨近畢業(yè)，我想借此機會，對幾年來指引我人生道路，照亮我前進方向的各位機械工程系的恩師們說一聲：未來我不會讓你們失望，我會帶著大海大的精神，一路向前。 （設計） 參考文獻 參考文獻 [1]成大先.機械設計手冊.北京：化學工業(yè)出版社，1993，26～34 [2]聞邦椿.機械設計手冊 [M].3版.北京：機械工業(yè)出版社，2010，1. 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