室内动感单车框架的设计

室内动感单车框架的设计摘要当今社会，人们普遍缺乏健身的时间，适当的动力在这个阶段的影响就显得越来越重要。针对这个问题，文章提出了一种新型的多功能动感单车，让你在健身房使用的同时也能达到健身的效果。设计便宜、功能实用的健身器材是我项目的主题。需要注意的是避免市场上单一用途的动感单车，人体健身器材利用率低的问题，同时满足人们的需求。您需要的，除了美观、安全、耐用，工作平稳，便于维护，制造加工方便，成本较低最为重要。多功能动感单车的传动装置为带转动，对其的组成结构和方案选择进行分析，并通过CAD对多功能动感单车框架进行作图，分析其可行性。关键词：动感单车；健身；机械设计；框架；目录第1章绪论 11.1课题背景 11.2研究现状 11.3本设计内容及要求 21.3.1设计内容 21.3.2设计要求 2第2章动感单车总体设计 3第3章框架设计 73.1车架尺寸设计 73.2车架的材料选择 73.3车架焊接要求 83.3.1对施焊的主要要求 83.3.2拟用的焊接设备及辅助装置 83.3.3主要焊接材料 93.3.4焊丝直径 103.3.5焊接电流 103.3.6电弧电压 103.3.7焊接速度 113.3.8焊丝伸出长度 113.3.9CO2气体流量 113.4车架的表面处理 113.5车座和车把的前后上下调节装置 123.5.1车座上下左右调节装置的设计背景 123.5.2车座的前后上下调节装置 123.5.3这款动感单车鞍座调节装置的优缺点 123.5.5这款动感单车车把前后调节装置的优缺点 133.6动感单车方案设计 14第4章动感单车主要计算 154.1功率的计算 154.2传动比 154.3车架的强度与刚度的计算 164.4前后带轮之间的带传动设计 194.4.1同步带介绍 194.4.2同步带的特点 204.4.3同步带传动的主要失效形式 204.4.4同步带传动的设计准则 204.4.5同步带计算选型 214.4.6同步带的主要参数（结构部分） 224.4.7同步带的设计 234.5轴的设计 244.5.1带轮上力的计算 244.5.2材料 244.5.3计算轴的最小直径 244.5.4轴的结构设计 244.6轴的校核 254.7键的校核 254.8轴承的校核 26结论 28参考文献 29致谢 30保定理工学院本科毕业设计PAGE25第1章绪论1.1课题背景动感单车在西欧经济发达国家占有非常大的市场。许多人将他们的动感单车留在家里以备将来使用。在中国，近年来随着城市的快速发展，在偏远地区建立了许多经济开发区。但是公共汽车不会在短时间内穿过田野，人们也不喜欢长时间步行。这就是使旋转自行车成为如此有用的工具的原因。由于折叠后体积小，高层住户可以随身携带，上下两班乘坐电梯。在狭窄的住宅区，旋转自行车可以放在床下，不占用居住面积，节省空间。动感单车单车基本相似,由挡把、车座、踏板、车轮等多个部件组成,车身连接紧密。与一般自行车不同的这样的设计高度可调,使骑行者倍感温馨。上车前,第一件事就是确定座位高度。这个高度在很大程度上取决于一个人站在空中的高度、大腿抬高的高度以及和空气的接触程度。这样骑车时大腿和小腿的角度就不会太小,这样可以减少膝盖的压力,防止损伤膝盖；然后根据支架的位置确定手柄的位置，将手放在手柄的末端，肘部放在手上。最好将双臂伸到身后，紧凑地完成。车把也可以根据骑手的体格升降。随着人们生活条件的改善，人们的健康环保意识已经超越了物质需求。我们对动感单车进行了研究，希望通过这项研究和继续教育，我们能够应用我们所获得的专业知识来解决动感单车设计过程中的重要问题，增加我们对动感单车的知识，拓宽我们的知识和见解。1.2研究现状动感单车起源于欧洲。1892年，法国大亨查尔斯·莫雷尔发明了第一辆动力自行车，一举成名。然后，1895年，法国出现了第一家充满生气的自行车店。然而，过去主要用于军事用途的动感单车现在也有很多公司生产。著名公司有Styria（Autotime）、DursleyPederson（英国）、Seidel&Naumann（德国）等。1850年代，动感单车的发展逐渐放缓，主要是因为机车的普及。然而，由于1962年在英国引入AM（莫尔顿自行车）引发了1860年代运动自行车热潮的复兴。随后，动感单车开始流行，全球数十家公司争先恐后地生产它们.动感单车进入了一个崭新的时代。目前全球有100多家动感单车制造商，而且数量还在不断增长，动感单车市场​​也在不断扩大。在中国，动感单车还处于起步阶段。然而，随着社会的发展，环境和健康问题越来越严重，交通拥堵也给社会带来了很大的问题。人们迫切需要智能实用的汽车。动感单车正好满足这些要求。越来越多的人选择电动自行车作为长途代步工具，不仅减少了污染，不怕堵车，而且携带和停放方便。在木里旅游，很多人都会把自己的转轮自行车放在汽车后备箱里，边开车边拿出来。这种健康的生活方式吸引了很多人。因此，动感单车在我国具有广阔的发展前景。1．便携化设计动感单车必须满足轻便灵活的特性，因为它在日常生活中经常携带。我们需要考虑重力通知的稳定性、适用性和合理性。为了更好地满足设计要求，必须合理设计产品的外形。在设计动感自行车的过程中，折叠后需要遵循通常的形状，传动齿轮折叠后可以隐藏在车身内。不仅美观，而且携带方便。2．人性化设计随着人们对产品要求的提高，设计动感单车时，应考虑产品适应人与环境的要求。附件和功能性身体部位必须符合动物的设计要求。同时，它必须具有适合人体解剖结构的独特外观和形状，提升使用者的舒适度。1.3本设计内容及要求1.3.1设计内容专题讨论如下：（1）根据室内动感自行车的设计目标和要求，确定总体设计方案；（2）比较各种设计方案的优缺点后，根据室内动感单车的活动特点和设计要求确定设计方案。经过分析室内电动自行车的活动度和功率；（3）基于不同负载室内动力自行车的实际前提，进行活动分析，确定一致性的基本参数；（4）通过分析室内动感单车运动轨迹，合理选择最科学的设计方案，确定相关参数；（5）确定室内动感单车装置的整体结构设计，绘制设计图纸。1.3.2设计要求（1）图纸绘制规范，满足图纸绘制要求。（2）图纸完备，要求装配图中的每一个零件都要绘制图纸（标准件除外）（3）零件图3张（4）编写设计说明书1份（5）设计说明书撰写满足保定理工学院规范（6）我的主要目的就是要设计一种价格低廉，而且能够满足需求，并且具有实用性的运动器材，在此过程中要特别留意，以免出现类似于市面上那种单一运动器材的使用效率低下的情况；在符合人民需求的同时，还要求外形优美、安全可靠、工作顺畅；易于维修，易于生产和操作。第2章动感单车总体设计1．设计原则动感单车的设计尺寸是根据人体的尺寸设计的，各部位位置参考身体大小而定。人体主要的测量数据：国家标准GB10000-1988规定了6项主要测量数据,分别是出生身高、体重、上臂臂长。。根据我国成年人的主要人体坐姿人体大小而定《中国成年人人体尺寸数据相关性研究》[1]一书中的数据，进行下述分析计算。2．人机工程设计（1）人与支撑部件的关系[2]它的主要支撑部件包括车架、前叉、车座和车把，是一款充满活力的脚踏车框架。支撑件固定好其他部分，保证单车的整体性和功能性。从人体工程学的角度来看，与车手的姿势、肌肉运动有关的设计参数是鞍座、车把和位置和尺寸，以及它们之间的关系。（2）人体和动力的承重部位主要有踏板和曲柄。动力是由两踏板曲柄施加在骑车人下半身的扭矩产生的。为了使工作舒适，必须坐人的体质和纺纱和物理努力的纺纱元件之间的大小关系，能量转化人体腿部肌肉的收缩和起动问题之间运动的研究。（3）人与传动部件关系传动部件包括滚珠、皮带和皮带轮。纺纱过程由动力带驱动，主动轮由后轮驱动。变速器设计的一个重要部分是变速器和传动系的效率和可靠性。确保高传输效率以应用一定的功率和更大的输出功率。（4）人与工作部件关系工作部分是一个轮子钢圈和轮胎。虽然大多数轮胎会收缩，但有些是实心的。一方面，有效地将骑行者的车轮肌肉力量转化为向前行进的均匀空气接触力；而车手的抓地能力则在与地面接触中转化为制动力。在测量旋转的自行车部件、制动器和传动装置时，应注意骑手与动力传输之间的关系，并设计制动器或制动杆，使制动力与骑手的手或握把的大小相匹配。避免错误。3．影响动感单车性能的人体因素经分析得出下述几点人体因素对动感单车性能与体验，有重大影响[3]。（1）人的体格因素；（2）人力下肢肌力；（3）民众输出功率；（4）人类脚的速度；（5）人体平衡功能；（6）人的手和抓地力；（7）人的疲劳。4．动感单车设计结构要素分析除了上述人为因素外，还有许多机械因素会影响动感单车的功能，如图2-2所示。动感单车要想发挥出最佳性能，就需要人的因素和机械因素的有机结合，使单车和谐。为此，他专注于分析与人体相关的结构元素。（1）速比齿数比和直径比需一致，一般控制在2.3-4.0之间，方可得到所需功率和速度。速比的恰当应用，可提高输出功率，速比过小则无法完全提升速度，再加之曲柄转速的限制，无法达到所需驱动速度，（后轮速度）。速比太大时，所需要的踩踏力量也会增大，过大的踩踏力量容易使人加速体力消耗。为保持骑行时长，肌肉负荷应为最大肌力的10%左右，在此基础上，通过选择速度与曲柄转速的比值，可获得更好的效果。（2）曲柄长度传统的动感单车设计普遍比较强调杠杆原理,较少进行人工研究,认为曲柄越有力。过长的曲柄使踏板不会与前翼子板发生碰撞,必须加上从中轴到前轴(DistanceFrontheart)的距离。这会拉长车架，影响正确的骑行姿势，并使您的屁股酸痛。如果曲柄的长度可以根据身体的长度或小腿的长度来考虑，既省力又舒适。大多数曲柄长度的标准是人体长度的1/10，也相当于股骨长度的1/2。（3）三点正确的骑行姿势是由骑车人在A座位置与旋转自行车的三个连杆位置配合,如图2-3(a)。根据三点调整法,AB和AC差不多,一般AB=(AC-3)CM,A点稍低,5cm左右。（4）鞍位座垫高度太低，骑车时会长时间弯曲双腿，腿部肌肉无法伸展，时间过长就会产生一种呆滞、无力的感觉；座椅高度过高，会造成腿部肌肉在乘坐时过于紧张的拉伸，脚趾承受的压力太大，双脚会感到疲倦。骑行时合身的部位就是脚底。常用的提高鞍座位置的方法是使腋窝中心接近鞍座中心，让中指能够碰到滑轮的中心轴线。考虑人体各部分的比例关系，只需测量腋窝中心到中指的距离，便可大致确定马鞍高度。对于速度快的车，鞍座必须朝前；对于慢速车，鞍座必须倒置，否则难以骑行，如图2.1(b)、(c)所示。图2.1自行设计的结构要素（5）车闸在设计、打开和关闭刹车杆时，必须调整刹车杆的力度，以适应手的握把的大小。对于灵敏度较高的刹车，制动力随刹车杆上的作用力而呈比例上升的状态。如果刹车杆力达到一定程度，没有刹车效果，发动机突然熄火，说明刹车设计不好。紧急情况下的理想制动力和加速力见表2.1。表2.1理想的施闸力和减速度闸把施闸力/N相对握力%减速度说明6035050010701000.1g

0.6g

0.8g控制下坡速度全刹车

紧急全刹车注：g=9.8m/s25．人-车动态特性分析（1）动态稳定性动感单车在行驶过程中保持着一种静态平衡稳定性，这种稳定性被称为动感单车稳定性。静态稳定性涉及到车辆在转弯时的直行平稳性以及前、后、左、右方向上的稳定性。稳定性是安全骑行的关键特征。（2）力学特性自行车翻山的前提是侧向力（向心力平衡）和自行车总重量（人车重量）的力线必须通过接触点轮胎和地面。尽管这是关于骑手的，但更重要的是自行车的形状必须具有与这些机械性能相匹配的结构。（3）转向特性动感单车旋转时可能出现三种情况：人体与身体处于同一角度。即自行车在骑车人身体上的一致的情况下,可以转弯,这叫中心倾斜转动；当骑车人的倾斜角度大于汽车的倾斜角度时，当前转弯称为倾斜；车的倾斜角度比车的倾斜角度小，现在转弯叫外倾旋转。6．动感单车的构成动感单车的整体构成由以下几大模块：（1）身体在行驶过程中，车身的外观对整体的行驶效果影响很大，因为它直接影响到行驶的续航能力。这里设计的水陆两用摩托车的车身造型也是以最小的阻力实现的。我们可以通过流体力学分析水中各种形状运动时的阻力，并就最佳运动效率的最佳设计达成一致。（2）传动系统该动力自行车还包括动力调节机构，动力调节机构包括飞轮、传动轴主动轮和传动链条。传动链的两侧是从动齿轮和从动齿轮，从动齿轮和飞轮的两侧是传动轴。螺栓穿过框架并压在驱动轴上，使驱动轴和驱动滑轮与驱动链啮合。（3）发展机制导向机构在正常直线行驶时不能形成障碍，设计的导向机构应该是既简洁又方便的导向机构。第3章框架设计3.1车架尺寸设计根据自行车车架的设计方法设计动感单车的车架尺寸1．前叉角度设计（1）当前管倾角为71时,良好的管倾角范围较宽,较好的管倾范围则较小,最小的角度大约是65,即车架前管的倾斜角度大致在65~71度范围内。选择前叉并将前叉倾斜角度调整为71度。（2）当前叉挠度在30~80m范围内的时候，配合其他尺寸，感觉整车良好。2．中轴高度：中心轴是一种传输装置，可以承载骑手的部分重量。中心轴线的高度为中心轴线至水平平面的长度。最好是选择一辆中轴线较低的车，因为它可以减轻整个车的重心，从而提高车的稳定性。轴高为85毫米。3．车架高度立管端部与立管平行时，立管端部至中间接头中心位置的距离为框架高度。通常车架的高度与车轮直径成比例，除非车轮直径较小的自行车。一般的脚踏车的高度是560毫米，轻便脚踏车的框架高是530毫米，而梁女士脚踏车的框架高是540毫米。脚踏车的框架高度应该在305-800毫米之间，建议以5或者0的整数结尾。由于健身单车属于室内体育项目，且放置位置是固定的，所以框架高度为700毫米。4．车架长度前管和与上管平行的间距,就是车架的长度。动感单车车架长度选择为633mm。3.2车架的材料选择健身自行车车架采用一定的材料,经过一定的加工过程,制作而成的自行车车架。一件好的作品，必须使其在功能、造型、材料等方面达到完美的结合。因此，在对材料进行选择的时候，要对材料的产品的结构形式、产品所需的性能进行全面的考虑。,还有加工过程等等。一辆动感单车是否足够稳定、耐用,能应付高强度的肢体动作和使用频率,都要看车架的材质和做工,健身单车车架用料以钢为主。它的主要优势包括：刚性好，管道在长期使用中具有弹性（吸收冲击），管道连接形式多样，可切削性好，易于焊接，不需要热处理、费用相对价格低廉等。此款健身脚踏车选用宽80毫米、厚70毫米的方形钢管切割,焊接。较厚的管壁厚度能够提供较强的稳定性能,钢管壁厚度为3mm。钢管材质材质。3.3车架焊接要求3.3.1对施焊的主要要求（1）质量检测：焊接完成后一定要进行质量检测,严格控制焊接工艺、材料等各个环节。焊接应具有足够的强度，并采用具有250YPM偏心率的凸轮,四次冲击后,每一处的焊缝不得出现裂纹、断裂、脱焊现象。（2）准确度和精度：焊接的角度、长度、高度、外形一定要准确,保证车架的几何形状,保证车架的外观质量。（3）热影响区控制：焊接时一定要控制好,以免出现变形过度、破损开裂等问题。（4）表面处理：焊接后的表面一定要经过充分的打磨和处理,这样才能保证光滑,平整,美观。（5）焊后车架的变形应较小,可保证各部件与主管的几何位置及相关尺寸的公差:免于施焊后的校正校正工作负担。动感单车车架的焊接焊接质量和稳定性,同时也要充分考虑车架的几何形状和外观质量,以保证车架在骑行过程中的卓越性能。3.3.2拟用的焊接设备及辅助装置主要的设备由焊机（焊接电源、控制系统等）、送丝机构、焊枪、供气装置等几部分构成。（1）焊机NBC一200型，其技术数据符合产品要求。焊机NBC一200型是一种通用CO2气体保护半自动焊机，可用于0.5~6毫米厚度的薄板和碳钢和合金钢的焊接，具有节能、效率高、结构简单、使用方便、操作简单等优点，还可以进行全位置焊接，在焊后工件变形少，焊缝成形好，无焊渣。因此，这种焊机是一种较为理想的焊接设备。该焊机主要包括两个部件：NBC-200焊接电源，以及一把拔丝焊枪。其中，与使用硅整流型直流电源的旋转式电源相比，表现更佳,不会产生噪音,结构简单。电源的技术数据如表3.1所示。表3.1电源技术参数电源电压工作电压调节范围焊接电流调节范围整流方式调压方式380（V）14V~30V40A~200A三相桥全波抽头控制系统则是对空气的供应、送丝、电源的控制。以下是控制步骤：（2）送丝机构送丝电机需要提供稳定的转速和动力，送丝轮需要有足够的摩擦力，与焊枪的配合也需要完全恰当，这样才能保证在焊缝中准确送出焊丝,达到优质的焊接效果。根据选用的焊丝直径(φ0.8m),选用内径φ1.5mm的弹簧钢丝软管,长度取2.5m左右。（3）焊接枪采用的是手枪型。在使用之前，先在喷嘴内、外表面抹上一层硅油，这样可以更容易地去除飞溅的物质。（4）供气系统包括钢瓶和辅助供气装置等.辅助空气供应设备有：电热预热器，干燥器，减压器，3.01-1浮标式流量计等,这些设备需要能够可靠地协同工作,以保证气体压力和流量控制准确,以达到最佳的焊接效果。在使用过程中,也需要对供气系统进行定期的检查和保养,以保证其稳定可靠的运行,这样才能保证焊接的质量。选择流量调节范围为0~15L/min的气门。3.3.3主要焊接材料（1）CO2气体液态CO2是用整个瓶子（80%体积）的压力为5至7MPa的钢瓶来充入的。CO2气体中含有大量的水和蒸汽，这些水和蒸汽是影响焊接质量的重要因素，水和蒸汽含量过高会导致焊接过程中出现气孔。为确保焊缝的质量，对CO2气的纯度要求大于99.5%，含水量和含氮量小于0.1%。但是，实际购买的CO2气体通常不能达到这一要求，并且含有很高的水分。所以，在施焊之前，现场应采取以下处理方法：a.将新灌的气瓶倒置放水（放水完毕，气瓶仍为正）：将钢瓶中的水倒出后，再将其放置2-3分钟。b、当瓶中的压力降至980kPa后，瓶即停止使用。那是由于瓶中有液态的二氧化碳。在CO2完全挥发之后，压力降低到980kPa,CO2气体中的水分含量是CO2气液共存时的3倍左右，若持续工作，极有可能导致焊接时出现气孔。另外，为了使CO2气中的水份更少，在供气系统中加入了干燥装置。（2）焊丝材料需要所采用的焊丝工艺性能良好，机械性能良好，可减少焊接过程中的氧气含量，防止出现气孔等。焊丝中所含的脱氧剂，如硅，锰，铝等含量应充足。为了降低飞溅，焊丝中的碳含量不能超过0.1%。因此选用的是H08M2SIA型号的焊丝，在焊丝的表面进行了一次镀铜处理，这样既能起到防锈蚀的作用，又能提高焊丝的导电性，增加了焊接的稳定性。在使用时，应完全除去线材上的油污。3.3.4焊丝直径焊丝的直径一般由焊件的厚度，焊接的部位，以及焊接的效率来决定。对于薄、中厚度板材的整个焊缝，通常使用中直径为1.6mm（简称细丝CO2气保焊）的焊丝。线径的选取请参考下表：表3.2焊丝直接的选择焊丝直径（mm）0.5~0.80.8~1.01.0~1.21.2~1.61.61.6~2.02.0~2.5熔滴过渡形式短路过渡细颗粒过渡短路过渡细颗粒过渡短路过渡细颗粒过渡细颗粒过渡可焊板厚（mm）0.4~32~42~82~122~12＞8＞10施焊位置各种位置平焊、横角各种位置平焊、横角平焊、横角平焊、横角平焊、横角根据框架的焊接要求（框架采用了短路过渡.同时使用细焊丝），以上表为依据，最后确定了焊丝的直径为φ0.8mm。3.3.5焊接电流焊接电流的数值主要取决于送线量。焊丝的送丝率较高，焊接电流较大。焊道的熔化程度受焊接电流的影响较大。在60-250安培下，采用短路过渡方式进行焊接，其熔深通常为1-2毫米；仅当温度高于300A时，熔深才显著增加。若电流太大，则极易将管道的壁面击穿。60-100A的焊接电流初选。3.3.6电弧电压在短路情况下，电弧电压可以用下列公式来计算：U=0.04I+16±2(V)U=0.04这时，焊接电流通常小于200A，焊接电流与电弧电压的最佳匹配值如下表所示3.3。可以看出，在焊接电流为60-100A的情况下，在焊接电压为18-20V的情况下，可以满足焊接电流与电弧电压的最佳匹配值。在200安培大于200安培时，按下面的公式计算电弧电压。U=0.04I+20±2(V此时，为细颗粒过渡。表3.3CO2焊短路过渡时焊接电流和电弧电压的最佳配合值焊接电流（A）70~120130~170180~210220~260电弧电压（A）平焊18~21.519.5~2320~2421~25仰焊和立焊18~1918~2118~22——3.3.7焊接速度在半自动焊接中，有经验的焊工的焊接速度在18米/小时至36米/小时之间；在自动焊机上，焊速可达到150米/小时。可将焊接速度定为：15一40m/h。3.3.8焊丝伸出长度通常情况下，焊丝的外伸长度是其外伸长度的10倍，并且随着焊接电流的增大而增大。因为选择中间线0.8毫米，所以可以确定出线长度在8-10毫米之间。3.3.9CO2气体流量对于200A以下的薄板进行焊接，CO2的流量一般在10-25L/min之间。对于200A或更高厚度的板材，CO2流速在15升/分至25升/分之间。粗丝大规格的自动焊接在25升/分至50升/分之间。由于焊接电流很小，最后选择了8-15L/min的CO2气体流量。3.4车架的表面处理框架焊接完毕后，应对框架进行去毛刺和抛丸。在此基础上，对整体框架进行了防腐处理，并涂上了多层液体喷漆。能达到很好的抗腐蚀作用，并能使油漆有光泽感。最后就是给整个框架上蜡了。3.5车座和车把的前后上下调节装置3.5.1车座上下左右调节装置的设计背景健身自行车自行车基本相似,包括几个部分的手柄、坐垫、踏板、轮子，将整个身体紧紧地连在了一起，形成了一个整体。其构造应能作较大幅度的调节，使骑车者感到更舒服,这点和普通自行车不同。但现有的健身自行车都是通过调节座椅高低来实现的。不过调节座椅高度只是解决了蹬车的扶靠的舒适性就解决不了。需要有一种可以前后调节的车座,这样可以调节车座与把手之间的距离,这样就可以调节扶靠的舒适度,这样健身自行车就可以适用于各种身材的人群。3.5.2车座的前后上下调节装置坐管前后上下调节装置的组成如图所示：（1）坐管。坐管由两部分组成可上下移动的部分和可前后移动的部分。上下移动部分在坐管的前后两侧打有12个直径12mm的通孔，通过改变插销与通孔的位置来实现上下移动。在前后移动部分上设有梯状凸台，且中间设有滑槽。（2）坐垫前后移动上滑块。滑块块2形状与调节板1上的梯形凸台相符，且中部设有凸块与滑槽相符。（3）上下滑块紧固螺母（选用JB/T80073-1999钩形螺栓BM12×60)。通过人力扭动使得上滑块与下滑快固定或松开。（4）坐垫前后移动下滑块。下滑快形状与调节板1中长方体相符。3.5.3这款动感单车鞍座调节装置的优缺点（1）优点：这个产品的上下调节距离可以达到242毫米，而前后调节范围则为110毫米，能够满足不同年龄段用户的需求。这种鞍座的调节装置在车座调节板上设置了固定块，可以通过在立管调节块的滑槽内滑动来实现调节，调节到适当的位置后再使用快紧扳手锁紧，非常方便易用，相较于现有技术有着明显的优势。这个鞍座的设计使得车把体与车座的距离可以轻松地调整，这样就可以让不同身材的人都能够适用于健身自行车。这种鞍座调节装置可以有效地稳定鞍座，减少骑行健身自行车时鞍座的晃动，从而提高骑行的舒适度和安全性。（2）缺点：这种调节装置的加工工艺相对于传统健身自行车的鞍座调节装置更为复杂，需要进行多道工序，包括切割、刨床加工、铣床加工、钻床加工以及焊接。由于加工过程较为繁琐，成本相对较高，并且需要使用较多的材料，因此与现有的健身自行车调节装置相比稍微有些重量。车把的前后调节装置如图所示：（1）车把前后移动上滑块。滑块块1形状与调节板2上的梯形凸台相符，且中部设有凸块与滑槽相符。（2）车把前后调节板。车把的前后调节板分为两个部分，一个可以上下移动，另一个可以前后移动。竖管的前后两侧分别装有一块前后调节板，板上各有6个直径为12mm的通孔，通过调整插销与通孔的对应位置来实现竖管的上下移动。该部件具有梯形凸起，其前后均设有凸台，并在中央设置了一条滑槽（3）车把前后移动下滑块。下滑快形状与调节板1中长方体相符（4）上下滑块紧固螺母（选用JB/T80073-1999钩形螺栓BM12×60)。通过人力扭动使得上滑块与下滑快固定或松开。3.5.5这款动感单车车把前后调节装置的优缺点（1）优点：这个产品的上下调节距离可以达到110mm,前后调节范围有110mm,能够满足不同年龄段用户的使用要求。与现有技术相比，这种车把的前后调节装置通过在前后调节板上设置固定块，可以通过在立管调节块的滑槽内滑动来实现调节，调节到适当的位置后再使用快紧扳手锁紧，非常方便易用，相较于现有技术有着明显的优势。这种车把可方便地调节车把体与车座的距离，这样就可以让不同身材的人都能够适用于健身自行车。这种车把调节装置可以有效的稳定车把，减少骑行健身自行车时车把的晃动，从而提高骑车的舒适性和安全性。（2）缺点：这种调节装置的加工工艺相对于传统健身自行车的车把调节装置更为复杂，需要进行多道工序，包括切割、刨床加工、铣床加工、钻床加工以及焊接。由于加工过程较为繁琐，成本相对较高，并且需要使用较多的材料，因此与现有的健身自行车调节装置相比稍微有些重量。3.6动感单车方案设计目前，旋转自行车设计的种类很多，这里的设计主要结合传动系统设计。对以上功自需求进行了分析，并根据这些没计需求，提出了以下推力传动系统的特点和设计1.方案采用大量三角结构，保证产品的稳定性和耐用性2.皮带传动，使动力更好的传递，达到省力的效果。3.人性化的产品设计提高了产品的适用性。第4章动感单车主要计算4.1功率的计算1．输入功率的计算个人功率输出将根据骑手的大小、力量、骑行位置、持续期与传动装置有所改变。成年男性最大的力输出在0.7匹马力(0.51千瓦)左右，不过只能维持10秒左右的时间。持续时间变长则力量大幅下降。若需1小时，大约只需要1.0-0.7马力（0.07-0.15千瓦）。动态骑行非常有节奏，它的节奏通常与人的心率有关。健康人的心率为每分钟70次，拍脚一般以每分钟60次为宜。在设计过程中，使用这个共同的速度来确定一致的设计参数。不过这个项目的内容是一个消遣娱乐工具，对体力要求不高。我们根据踩踏力计算自由（大部分自由）条件下的功率输出。以此为参照点，普通人踩动感单车所需的力在30-40N左右，休闲预算为30N，正确的踩踏速度设置为1rpm。因此，项目人员的结果是：P1=2×（180mm为一般动感单车的踩踏杠的长度）。2．传动效率查《机械设计手册》得：踩踏关节的损失：=0.97带传动的损失：=0.96；滚动轴承：=0.97；轴系效率：=0.98.由以上算出的总的传动效率：η=η1×η2所以明轮的输出功率为：Ps=η×P1=4.2传动比作为齿轮拆分的一般规则，各级齿轮的负载能力应相近，考虑到通常在骑固定自行车时分配齿轮比，适应和适应水上运动习惯约为2.5以降低生产成本此处首选传动比传动比2.5。4.3车架的强度与刚度的计算材料力学强度分析方法不能完全反映受力情况，因为框架是三者中尺寸相近的箱形构件。如今，框架在进行初始设计计算时,只能简化为许用应力极低的简易梁,粗略计算得出的中框应力值与实测中框架的应力值比较接近,所以这个方法的大致计算还是可以接受的。但是,因为那里的应力,应力是不能精确计算出来的。车架的强度及刚度计算：1．集中载荷如对锻造液压机砧座的窄边，可以视为一个集中载荷，其应力的简图4.1如下所示：图4.1集中载荷受力简图简支梁在图中的跨径是指支柱的窄侧或宽侧的中心距离，这取决于砧的安放位置。最大弯矩：Mmax最大挠度：ƒ各符号代表意义同前。2．均布载荷一般是对砧座宽边或模锻，镦粗等情况，受力简图如下图4.2中所示：图4.2下车架集中载荷受力简图最大弯矩为：Mmax=PL/4－qL1²/8式中：q均布力，q=P/L1(N/cm)；L1均布力分布宽度（cm）。若设L1=2/3L,则最大挠度为：ƒmax=11/648×PL³/EJ+KPL/6GF最大弯矩为：Mmax=Pɑ/2最大剪力为：Qmax=受力分析车架I-I截面受力图及剪力弯矩图。均布载荷：q=P/b因为,得到：图4.3车架受力图在I-I截面上弯矩为：M=截面(Ⅱ-Ⅱ)剪力：Q=截面Ⅱ-Ⅱ强度计算如下：截面宽度：b=12cm；截面高度：h=12cm截面积：f=b⋅ℎ=504c面积重心至x轴距离：Y=6cm截面对x轴静面矩：S=f⋅Y=3024c静面矩S与面积重心至x轴距离乘积S⋅Y=18144cm4各截面积的惯性矩J重心至x轴的惯性矩ℎ截面对x轴的惯性矩Jx=J0截面对x轴的惯性矩J=Jx−ℎ受压截面和受拉截面弯曲应力相等为最大应力τmax在中心横断面及截面Ⅱ-Ⅱ上。式中：Q-截面Ⅱ-Ⅱ剪切力：Q=B-简化截面宽度：b=42cmH-简化截面高度：h=12cm代入得：由此可得，在截面Ⅱ-Ⅱ上剪切强度小于许用剪切强度，安全。4.4前后带轮之间的带传动设计4.4.1同步带介绍同步带是一种结合了皮带、链条和齿传动优点的新型塑料传动带。它由与工作表面上的齿轮啮合的锯齿状凹槽驱动，一层具有高抗拉强度和低延伸率的坚固纤维或金属材料，在带材和锻件之间滑动时提供机动性和稳定性，从而保证了主室滑轮传送过程中，从动车轮滑移是步骤驱动器之间没有差别。图4.4同步带传动皮带传动装置位于皮带锯齿的内圆周上，与各皮带轮的组成相对应。它结合了皮带、链条和齿轮传动的优点。转动并接合齿轮以报告功率。皮带传动，齿轮比精确，防滑恒速，传动平稳，吸振降噪，齿轮比范围一般可达1:10。4.4.2同步带的特点（1）传动精准，运行稳定，传动比固定。（2）齿轮平稳传动，缓冲效果好，噪音小。（3）传动效率0.98，明显节能（4）易维护，无需调整地平，成本低。（5）速度系数可达10，线速度高达50m/s，功率传输范围广，从几瓦到几百千瓦。（6）适用于距离较远的传输，平均可达10米以上。4.4.3同步带传动的主要失效形式在同步带传动中常见的失效形式有如下几种：（1）同步带的承载绳断裂破坏在操作过程中，由于脊髓损伤而使输送带断裂，是一种常见的失效方式。失效的原因是功率传递，在承载缆绳的过载过程中出现了带子，而造成了主机的断线。（2）同步带的爬齿和跳齿图4.5同步带承载绳断裂损坏4.4.4同步带传动的设计准则同步带传动主要的故障模式包括：（1）皮带支架绳子断了（2）步带漏动、跳齿问题（3）齿面损耗因此，同步带传动方案具有高抗拉强度且不易打滑，保证钢丝绳不断裂。4.4.5同步带计算选型（1）设计功率功率的表达式如下Pd=KA×式中：-需要传递的名义功率；-工作情况系数，按工作情况系数根据《机械设计》中的表格计算，选取=1.7。P（2）确定带的型号和节距根据同步带传动的设计功率PD和小带轮的转速N1，所用皮带的型号和节距可根据同步带选型表确定。其中，Pd=0.63kW，n1=61rpm。同步带选用型号为H:，节距为：Pb=8.00mm（3）选择小带轮齿数Z1、Z2这应该由同步带上最小允许的齿数来确定。有关详细信息，请参阅《机械设计》确定小皮带轮上的最小齿数为14。实际齿数应该大于这个数据初值Z1=34，即大带轮齿数为：Z2=i×Z1=2.5×Z1=50。故Z1=20，Z2=50。（4）确定带轮的节圆直径d1，d2小带轮节圆直径d1=Pbz1/π≈86.53mm（5）验证带速v由公式v=πd1n1/60000计算得，v=其中，vmax=40m/s由《机械设计》查得。（6）同步带带长及其齿数确定=（7）基本额定功率的计算P可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。所以同步带的基准额定功率为=（8）计算作用在轴上力=4.4.6同步带的主要参数（结构部分）（1）同步带的节线长度在同步带传动中，吊绳中心线的长度应该是恒定的，也就是维持中心线的位置，它的圆周等于皮带的标称长度。这是一个节线的长度，它是。同时，同步皮带的间距也是一个很重要的参数。再者，带节线长度太短，会影响带齿与轮之间的正常啮合,这一点需要引起高度注意。要求生产的同步带在规定范围内的节线长度限制偏差。（2）带的节距Pb按第三图所示,在此基础上，将同步皮带上两个相邻齿轮上的相应点所测得的大致长度，称为同步皮带的齿距。节距是区分同步区不同车型的一个重要参数。节距也决定了正时皮带轮齿各部位的大小,因此节距要大一些会导致各带段尺寸增大，负载能力也随之提升。在同步带系列中不同节距也被用于识别同步带型号。此外，同步带梯形齿的尺寸可参见《机械设计》，而螺距则是由锻模控制而成。（3）皮带的齿根宽度带子两侧齿的交点与齿底轮廓的距离，以S表示，称为带根宽宽的芯部宽度使牙体抗剪切及抗弯能力增加，从而允许更大的切削载荷。图4.6带的标准尺寸齿圆角半径大小对齿轮与砂粒啮合有着显著的影响。由于同步带传动中，带齿和带轮的啮合是非熔合齿的嵌合体，导致齿轮的齿的上角必然重叠,从而造成齿面的干扰与磨损。为保证齿口啮合光滑,减少齿尖磨损,建议选用齿尖半径较大者为宜。但和根系圆角半径一样,过大的上部圆角半径也会减少有效的带齿间接触面积。因此,我们需要寻求一个平衡点,让圆角半径的牙齿的咬合起到最好的作用。（4）带的齿根圆角齿根转角半径r的大小，与齿根在应用齿形过程中受力的集中程度有一定的关系。齿根具有较大的圆角半径，能减小齿面受力的集中程度，使带子的承受力得到提高。但凸轮角不能半径过大，不然皮带就会被损坏。轮齿有效接触的面积不大，所以一定要选择一个合适的数值来进行设计。（5）扇形齿顶辐条圆角（6）齿形角带齿与轮齿的咬合也因梯形带齿面的角度大小而受到很大的影响。如果齿距角度过小，纵截面带齿大致呈矩形，运输时带齿无法顺利滑入链轮槽内，易发生磕碰。但过大的齿角容易使皮带齿从链槽中滑出，从而使皮带齿从链齿中跳过。4.4.7同步带的设计在同步带中，梯形齿和圆弧齿是同步带最常见的。梯形齿同步带的传动精度高，价格低廉，特别适用于转速较低，传动功率较小的应用场合。在这里选用梯形带。带的图形如图3.6。图4.7同步带4.5轴的设计4.5.1带轮上力的计算轴上传递的功率=转矩=955000030.63/150=1950110N.mm4.5.2材料可选轴的材料为45钢，调质处理。4.5.3计算轴的最小直径d=7.066(1+0.15)=7.0661.05=8.1259mm将轴径圆整为标准直径，取d=10mm4.5.4轴的结构设计轴的外形结构图4.8轴的外形结构取d78=38mm，L78=11mm。初选深沟球轴承D6204，其尺寸为dDB=204714，故d45=d910=204.6轴的校核检查负载在传动轴薄壁部分的横向偏转。检查倾角时，如果支架类型相似，当齿轮箱安装位置倾角小于极限值时，检查支架反力最大时支撑点的倾角。根据规定，不需要检查变速箱位置的倾斜角度。检查齿轮偏度时，用最大力检查，但大部分传动轴的中点偏差都可以检查（误差<%3）。可假定直径相同，采用统一口径计算，当各轴段直径无明显差异，计算精度不高时。一般情况下，计算花键轴传动轴只对抗弯刚度进行验证，还必须计算花键轴对锁紧一侧的挤压。计算弯折刚度可取也可取当径。通常，轴成为简支梁，挠度和倾斜计算在集中负荷下见《材料力学》。各应用负载挠度、斜率的识别与计算，然后将它们放在一起。注意标记的目标符号。代数栈具有统一的单位长度，而向量栈则没有。强度分析后得到：T=9.55×10最大挠度：ω=−1535.7×426×I查《材料力学》许用挠度[y]=0.03×4=0.12mm；YB＜[y],所以合格4.7键的校核键和轴的材质均为钢，根据【4】表6-2所查到的许用挤压应力[σp]=100~120MPa,取其中间值，[σp]=110MPa。所述键的工作长度l=L-b=22mm-8mm=16mm，所述键与轮所述榖键槽的接触高度k=0.5h=0.5×7mm=3.5mm。由[4]式（6-1）可以得到σT-传递的转矩，N·m；k-键与轮毂键槽的接触高度，k＝0.5h，此处h为键高度，mml-键的工作长度，mm，圆头平键l＝L-b，L为键的工称长度，mm，b为键的宽度，mmd-键的直径，mm；[σp]—键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，见【4】表6-2；

QUOTE[σp]−键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa,键【4】表6−4.8轴承的校核1．轴轴承的校核轴传递的转矩：T=9550受力2．根据受力分析和受力图可以得出轴承的径向力为:图4.9轴承受力分析图在水平面：在水平面：3．因为在运行过程中，轴承有中度的冲击载荷，并且因为它没有受到轴向力，[4]表13-6查得载荷系数ƒp，取ƒp=1.2，则有：P=4．轴承的寿命计算：所以按轴承的受力大小计算寿命：L