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折叠式 自行车 结构设计 通过 答辩 全套 cad 三维 图纸

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解决金属切削问题的智能专家系统的开发 乌鲁达大学 ， 机械工程系， 尔萨，土耳其 于 2004 年 9 月 8 日收稿， 于 2005 年 1 月 31 日 接受 2005 年 3 月 21 日可在线 摘 要 在金属切削 方面 ，这些问题需要有良好的分析，以便遇到任何意外的结果之前， 可以 采取 有效的 防范措施。这一 过程 在实现 产品 质量稳定和控制生产总成本 方面起很 重要的 作用。但是，需要 一个 拥有 在 金属切削 方面有大量 经验 和知识的 专家是一项艰巨的任务 。 在本 文 ， 智能专家系统 （ 查 并解决了 在金属切削领域遇 到的三个主要问题 ： 车削，铣削和 钻孔。许多 金属切削 方面的问题都被考虑在内，如在 车削 过程中的工件 内部插入转折点 ， 铝 件 车削 ， 沟 槽车削， 螺纹车削 等工序 ; 在 铣削 方面 面铣，方肩铣，端铣，多用途铣和侧铣 等工序；在 和钻 孔 作业，使用 固定 或可转位钻头钻 孔等。以 给出建议的切削参数 而且能及时 更新 在切削 问题， 产生 原因和补救措施等方面的 数据库， 因此 系统能够处理 的问题数量在 增加。 关键词 ： 金属切削问题 专家系统 具磨损 1、引言 现代制造业的目标是，在组织设施能够进行有效控制，以便能以在较短 生产周期内以较低的生产价格制造出高质量的产品 。为了实现能以较低的价格获得更优质的产品，制造部门格关注采用更好的刀具和高精密的机械等 1。然而，在大多数情况下对于生产要求这是不够的。专业的工作选择正确的工具是重要的，但是为了更高效的制造，刀具磨损也应考虑在内。在文献中，许多出版物上对于不同材料制造的刀具的磨损的确做了很多研究 2。 金属切削是切削碎片的形成过程。虽然切削过程是把金属切削成所规定的形状和大小，但这必须通过定义切削碎片工作来完成。切削碎片的形成意味着一个新的金属界面不断形成并沿刀具材料承受着 非常高的压力和温度 3。所产生的区域成为发生金属扩散和化学反应的理想场所。所有刀具在加工过程中不断变得破旧，并继续这样工作直到它们报废。刀具磨损是不可避免的，如果能了解刀具磨损的时间，程度，类型时，刀具磨损就不再是一个消极的进程。 在不同的金属切削过程中存在着几种不同的磨损机理，相近 不同类型的问题由于这些机制作用的结果而联系交织在一起。如果这些问题能够得到很好的分析，我们就有可 能找到其中每一种问题的正确的解决方案。 在分析金属切削问题时这个问题应当明确界定，而且其可能的原因也应该得到确认。找一个拥有知识 和大量金属切削经验的专家是一项艰巨的任务。今天在金属切削领域，关于解决切削碎片问题的专业设施主要由切削刀具生产企业提供。由于在这一领域工作的人是有限的，因此并不总是能够找到真正需要的专家。在现有专家聘用费用昂贵而且人员稀缺的领域中专家系统一直特别受欢迎。对于解决金属切削问题专家系统将是非常有益的。 2、专家系统在协助发展制造工艺上的应用 基于知识的系统或专家系统是一个体现狭窄领域的知识并解决该领域相关问题的计算机程序。专家系统通常包括两个主要内容，知识基础和推理机制（图 1）。 基础知识包含一个可以表述 为由 则、事实说明、框架、对象、程序和案件组合而成的知识领域。推理机制，是专家系统操纵存储的知识并对遇到的生产问题提出解决方案的一个组成部分 4。 一个人类专家利用知识和推理最终得出的结论，专家系统也是如此。推理在专家系统试图模仿结合人类专家的知识的过程中进行。因此，专家系统的结构或架构有些类似于人类专家的执行情况。因此，专家系统可以比喻成专家。 一个比较明显的问题是规则的收集。人类专家聘用费用高昂，而且并不想要坐下来写关于他们是怎样得出他们结论的那些大量的规则。更重要的一点，他们可 能也无法做到。虽然他们通常会遵循逻辑的路径来得到他们的结论，但是把那些规则放入一套标准之中实际上是非常困难的，并且也许是不可能的。 对于许多人类专家下面这种情况是很可能的。虽然他们开始时有着自己的专业规则，但是在工作中通过自己的工作经验知识来开展自己的工作，并且通过直觉得出正确的解决方案。它们可能都跟随逻辑路径，但是在沿着这逻辑的路径上，他们精神上已经 跳过许多步骤。专家系统不能做到这一点，它需要很清楚的知道各种规则。 专家系统的一个很突出的好处是能够广泛把知识分发给每一个专家，或者可以同时汇总的几个远远相隔 的几个专家的知识。当偶尔的执行任务时专家系统特别有用，而专家每次执行任务时则需要重新学习工作程序。 专家系统是用来规范操作的。如果你有三个机器操作员（或工程师）来执行相同的任务，但是每个人都会做的不同。而专家系统则每次都可以用同样的方式来工作。 这些系统可用于培训员工，指导他们，或进行实际执行如计算任务。专家系统的另一个用途是作为专家辅助您的工作。他们将使您能更准确，更一致，更快，从而为专家能更创意的完成任务而节省了时间。当处理乏味、重复的任务时这是特别有用的。 因此，一旦领域知识被专家系统提取，建设此系统 的过程比较简单。能被发展的专家系统的易用性，导致了刀具广泛应用。在工程，可以找到在各种任务上的应用，包括选料，机械零件，刀具，设备和工艺，信号解释，状态监测，故障诊断，机器和过程控制，机械设计，工艺规划，生产调度和系统配置。最近专家系统所执行的一些具体任务的例子如下： (1)确定和规划离岸结构重要组成部分的检查时间表 5; (2)在设计和评价能源热电厂方面培训技术人员 6; (3)配置输纸机构 7; (4)在有限元分析锻造变形时自动重新啮合 8; (5)存储，检索和修改平面连杆机构设计 9; (6)应用于发动机油产品的添加剂配方设计 10; (7)选择刀具和切削参数 11 有几个潜在的研究领域肯定了专家系统在制造业方面价值 14， 15 et 16在其文章中讨论了关于加工操作规划的系统框架。在此框架中从电子刀具目录和网络环境下的加工实例数据库中提取和组织的加工技术诀窍了发挥了主要作用。在有参考的情况下可以构成加工数据，这些加工数据来自翻查的刀具目录，相关的国际标准，参考教材和手册。 在一般车削和铣削时， 11在专家系统的应用对于解决制造工程师目前所面临的 et 17开发了一种优化棱镜组件加工业务的专家系统。他们描述了一种新的 码方案用于代表待加工得棱镜组件表面。 18在可以作为霍隆的 5 轴曲面加工过程中提出了一个用来选择刀尺寸和工具方向的算法。铣削表面分为三个阶段，即粗加工，半粗加工和精加工。该算法在曲率分析的基础上选择最佳的刀具并且在立方（凹 面上自主的计划刀具路径。本文的主要目 的是建立这种涵盖了主要的金属切削问题的系统，并帮助那些参与金属切削工作的人们提高产品质量。 3、专家系统在解决金属切削问题上的应用 决金属切削问题时应考虑的因素 在金属切削过程中大部分问题是磨损的结果。所有刀具在加工过程中不断变得破旧，并继续这样工作直到它们报废。刀具磨损是不可避免的，如果能了解刀具磨损的时间，程度，类型时，刀具磨损就不再是一个消极的进程。因此，如果对刀具磨损所导致的问题以及其他不利于机械加工业务的有害因素进行了分析，我们就有可能找到其中个个问题的正确解决方案。这将减少 非生产性故障的检查时间，因此，减少了加工时间、非生产性停工时间、加工费用并且提高生产效率。在解决金属切削加工问题时所使用的专家系统的结构图如图 1。通过软件需要考虑的输入列于图 2。 特点 该软件已开发利用 视化编程语言。而建立一个咨询系统的主要困难在获取和研究在解决方案中使用的要素。根据目前在解决金属切削问题上的设计，一旦选中操作类型，对于每个类型的操作的四个主要阶段已经确定： (1)切削数据的建议。 (2)问题的定义。 (3)切割数据评价。 (4)问题的汇总 。 削数据的建议 在加工过程中刀具的正确选择是实现最大的生产力的关键。但是，虽然工具是正确的，如果加工条件不符合标准，特别是在切削参数一般稳定，问题将会出现而且刀具的最佳寿命将无法达成。切削参数不正确，刀柄、夹紧的振动和缺乏刚性这些都是金属切削的主要问题。 除了解决问题该软件对每个操作类型（业务类型如前所述）、每个材料组 (, M ), 每个应用类型（粗，中，完成）、每加工条件类型（好，一般，困难）提供切削数据的建议并且显示如图 4 的可用插入列表。在这里不是为了找到应用 程序的最合适的插入点但是监测金属切削中使用的插入的初始值和切削参数的工作范围（即切削速度，进给量和切削深度）。在这个阶段决定的合适的等级与所选操作，材料组，应用程序等有关。此外，个个材料组的材料清单能够清楚的看到。 推荐切削参数值取自 0，其他厂商的刀具切削参数可作为建议的值。切削数据显示值是在一定的材料硬度和一定的刀具寿命下得到的。对于任何工件材料跟指定的值相比具有不同的硬度值而且如果刀具寿命超过 15 分钟，提供的切削数据应乘以修正系数（见表 1）。 析金属切削问题 目前有在金属切削过程中存在多种不同 /类似的问题。表面上看这些问题有些是相同的，但是很难相区分开来。问题类型的分类已经形成评估加工操作的重要基础，它通过获取刀具等级以及适合切削类型材料类型的正确的加工条件而优化了生产力。正确的工具，良好的出发切削数据，专家的支持下，自己的经验，工件的材料和优质的设备条件是加工成功的重要因素。对各种工具制造商问题清单的聚合进行归类形成了可由软件使用的 用户分析金属切削问题时要么在一个或两个阶段之一：从菜单中直截了当的挑选出定义的问题或者首先检查金 属切削过程中使用的切削数据，之后访问定义的问题。问题定义模块显示问题的清单，包括其可能的原因及补救措施。一旦选定一个问题（例如，后刀面磨损的转折点或在钻深孔是的转头的跳动），一张图片，清楚的提供了问题的界 定和其可能原因的列表。因此一旦选择了可能的原因就确定了相应的补救措施。更多与该问题有关的信息通过点击 “？”获得（图 5）。 削数据评估 在金属切削过程中，大部分的问题是切削数据不合适应用程序的结果。因此，在这些问题直接列出之前，用户被建议检查操作，应用程序和加工条件的切削参数以确定是否切削速度，进给量和切削深度是否与事先插入的长度，厚度和圆角半径相符。切削数据模块检查在运行中的切削参数是否与插入的相符而且这项工作基本上是与理想的切削数据值进行比较，理想的切削数据值是目录值和校正因子的乘积。如果不相符（这意味着切削参数的值不在范围内），用户应修正切削参数。在铣削和钻孔只有切削速度和进给速度值被考虑，在钻孔时钻头直径和钻头中心或周边的等级被考虑在内（图 6）。在图中对中型钢（ L 代表轻型， M 代表中型， H 代表中型铣削操作）面铣的切削参数被评估，由于使用价值远低于由给定硬度和刀具寿命计算的理想值， 则就会显示警告。 一旦切削数据被审查（和纠正），下一个步骤就是访问这个问题的定义模块。由于切削数据被修正，原因列表和补救措施将会不同而且“切削速度过高”或者“进给量太低” 将不会是有关问题产生的根源。 该软件能够在各种业务类型中分析超过 100 多种问题，并对近 200 个问题原因提供补救措施（ 340 补救措施）。他系统中包含的知识有两个主要来源：从事金属切削领域的专家或者来自于技术文件，目录和各种刀具生产公司的手册 21， 22， 23， 24和 25。 题编辑 系统中包含的 知识有两个主要来源：从事金属切削领域的专家或者来自于技术文件，目录和各种刀具生产公司的手册。一个专家系统的成功之处隐藏在像人类专家一样的扩展结构当中。人类专家遇到每一次新的解决方案时都增加了他的知识并且在未来分析时能再利用这些知识。因此， 一个可扩展增长的数据库结构，它能处理每天越来越多的问题。 由于系统有单独的和模块化的知识基础，只要进入到数据库编辑获得知识文件就可以很容易的更新系统。系统包含的信息越多，它能够处理的金属切削方面的问题就越多。 知识库是系统的核心，因此，负责生产、添加、删 除或修改是那些少数人的任务。因此，用户需要知道密码才能进入的知识库。问题编辑允许和问题，原因和补救措施相关的问题，图片和资料档案添加到知识库。此外，还有可能增加新的问题原因或原本已存在知识库中的问题原因的新的补救办法（图 7）。 该系统是多语言，因此它能够处理无论是土耳其文还是英文的金属切削的问题。一旦确定语言被确定，所有程序菜单和问题，原因及补救措施清单都用所选择的语言显示出来。 4、结论 本文介绍了一种为解决各种加工操作任务 中 金属切削问题的专家系统 。 由于在 许多文献中没有很多关 于 此主题 的 工作 也 因为这种类型 的系统可以实现多 种 金属切削业的要求 ， 这里所描述的工作可以 认为是 一件有益的工作 。 在制造业，特别是在小型或中型加工车间 ，切削数据是不正确 是 问题的主要原因。工具一般 以 较低的切削数据运行 来使他们在频繁的启动中能维持较长的寿命。 这就显然是 低效率的利用 金属切削时间。由于系统提供 的便利 之一 便是 评估的切削参数 ， 这将帮助用户 为应用程序 选择合适的速度，进给量 或切削深度。如果切削数据是正确的 而且 金属切削问题 也得到 解决 ， 由于发生故障 而引起 的停顿将缩短，良好的利用发电能力 的目的将可以达到而且 金属 得 切削时间 将会有所减少 。 这 就 意味着生产 成本 将会下 降很多 。 该系统开发 也为了培训从事 金属切削业 的人。 这些照片和有关问题的资料 将会 帮助用户更多 的 认识了解他们。这些图片和信息 收集于应用于 工业 的 各种手册和 研究报告 。 参考文献 1 1994. 2 , , of 004； 25： 5251. 3 P A, A 26(6). 4 O. . An 005； 21（ 2）： 835 X, . A , A, W, in X (), 1994. p. 1818. 6 L, K, a , A. of of on 996. p. 5300. 7 Y, H. of to a of on 996. p. 4956. 8 , , ,. , An to in 6 (1997), 8792. 9 . . A to 1 (1997), 107119. 10 Z ,to 1 (1997), 167172. 11 of an in a J 3 (2001), 306311. 12 V. of 8 (2002), 112. 13 V. A, J 990 (1999), 310317. 14 of 9 (1990). 15 1988). 16 An of J 07 (2000), 160166. 17 .A of by a J 3 (1997), 163168. 18 of (1999) (2). 19 62000. 20 72002. 21 2001. 22 29: 0221996. 23 1993. 24 103 1994. 25 1995. *,to be in to of is to 2is of as a of If +90 224 4428176; +90 K. 1 +90 224 4428176; +90 224 7 (2006) - 211 2005 in to at a To a to be in by 1. is in of is be is a is at to to be by a is at 3. it an of to do so to of is a in in of it is a an a of in In a in is A of as in in or in of of is 005 In do on in of of a 004;6059, 005034& it be to to of a in be be is a an a of in in in by of in is it is to an he/is in in an be an is of to to a of as to to to be a to a F . be is o in a of do 212a to do to K. 7 (2006) 102710342. or to An a an 1). be as 212is of an to to 4.A at so an in an in or of a is an an 1. of is of a or to of in a is to it is to or it do it be to a as a is as to to be is to in an of is be to a of of In be a of of of by of an 5; in of 6; 7; a of 8; 9; 0; or 1113to in 14,15et 16 in in in On of be is of K. 7 (2006) 10271034 10292. of 1 on in is of by AD NC et 17 an to a T to be of 18 an as a is in to on of is to of in to A in of in to do so of is K. 7 (2006) 102710343. a if of is if as as it be to of of of of in is 1. by A in a in in is if up to as be of in of a of of ,M ), of of of 4). it is to of in it is to K. 7 (2006) 10271034 1031in of of is of is 4. to of 20, be as as a 5 be by )20 +40 +60 +80 +1001 0 45 K. 7 (2006) 10275. 19B 040 80 80 60 10 15 20of In of to be of to an to of of of is to BS or by or by in to to a is in or in a a of a is is by ? (5)of of to of if in in is 6. a K. 7 (2006) 10271034 1033of of If is no of in is to In in of 6). In of L M H is a 7. to is be of is of 00of in of to 00 340 in in of or of 2125in in of or of of an is in he to in an to a it is to it in is of of a to or to to to to of to be to it is to to or to in 7)is it is is in an of in in of in as a of In in or of at fre - 广东技术师范学院天河学院 本科毕业设计开题报告 题 目： 折叠式自行车的结构设计 系 别 ： 机 电 工 程 系 专 业 ： 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 姓 名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 年 月 日 - 1 - 本科毕业 论文 开题报告 系 别 机电工程系 专业 机械设计制造及其 自动化 班级 姓名 学号 联系方式 题目 折叠式自行车的结构设计 一、 选题背景 （ 社会需求、生产实际的需求及 必要性 等 ） 自行车 价格较为廉价，已然普遍到各家各户， 随着“时尚、运动、健康、绿色、环保”理念的深入人心，自行车类产品的设计、材料、工艺、款式也跟随市场需求，新材料、精加工、巧构思、高品质和高附加值的自行车精品不断涌现。自行车不但成为人们的代步交通工具，而且进入运动、休闲、娱乐、时尚领域，并融入更多的科技、文化元素，成为所有家庭的必备用具。 自行车发展，在使用功能上说变化已很少了，现代自行车的主要 发展在于车架的造型行变化，表面的处理如烤漆、商标的变化使其外观更美；对自车上的每一个零件进行精雕细琢的改进，使其更合理、美观；对自行车的材料上的选用与开发 。由此致使自行车功能上的变化也没有很大的改变。 现今，我国经济基本处于长期较快稳定的发展，有广阔的资金投入城市化建设，其中有一大部分投入到公益社会文化建设， 其中，城市公用自行车既是城市建设的一个重要的投资点。 而 课题设计的 折叠式自行车 可让如今越来越淡薄 的 人与人之间相互拉近彼此距离 ，符合现今城市建设精神建设的主要需求。相信该课题的研究尤其良好的发展前景，也有其 一定的社会意义 与社会价值。 二 、课题 设计 题的内容 本题目 是休闲娱乐类自行车 ,双人并排坐自行车为主要设计对象 ，设计出可同时容纳两个人并排乘坐，并驾驶，动力由两个人共同提供，并且使用寿命长，容易维修，可在路面长时间行驶，安全性能高的自行车。对象多为亲子或者情侣 ，因此应达到省力，美观，可营造出温馨浪漫的气氛。 课题的主体内容有： 通过网络，图书馆，实地考察，进行了解，并综合相关信息。掌握相对的市场行情，确定课题的研究社会意义及社会价值 ， 知晓相关产品的工作原理及设计，从而应用到本课 题之中，做到保证本课题设计成果的时效性与先进性。并又前期调 - 2 - 查的总结，确定设计的主要方向，为接下来的设计 工作 做足准备。 经上步骤确定 课题设计的双人并排坐自行车要点在 ： 达到省力，轻松驾驶 便维修 料耐用，便于普及 人注目，适合各年龄阶层 经由上述要点确定相关设计方案， 不同的问题采取不同的应对方案： a. 采用三轮或四轮驱使机构，保证自行车的运行平稳 b. 对于人 体工程学，将经过严密的重心计算，确定合理的结构，参考已有的自行车进行机构设计 c. 采用合理的结构设计，控制车身大小，注重细节设计，多用自然圆角过度， 轮胎设计合理，保证行驶平稳，适当增加吸振机构 d. 调查市场上常见的自行车 ，参考其材料选择，确定相应的材料，要求成本低与坚固耐用耐磨，并且普及 e. 利用网络媒体，学习概念自行车设计，设计出适应该车对象的外观，并注重外表配色多样化 通过相关的资料以及之前步骤的准备，以及已经确定到的方案，进行结构设计，精密计算，合理优化。 分析设计的受 力，以及重心是否合理，以及力的计算，确定省力结构，借助人体工程学，拟定外形结构，并做好车辆传动比的计算以及生产成本的计算，做出各个零件设计 （部分标配件直接确定标配尺寸即可）。在零件选择上，尽量采取标配件为主，以减少生产成本，提高利润及普及率。 该步骤使产品外形基本确定 ，说明书基本完成。 4最终检验计算 对产品进行最终安全性计算，以及成本估算。 人性化外观设计，确保能够吸引人眼球。推算产品前景，并进行包装性设计。 题的目的 课题主要以设计 折叠式自行车 的结构为主，进行一系列课题研 究， 从运行原理到市场前景进行有力的分析，让该毕业设计达到可直接进行生产的阶段。 填补市场 - 3 - 上双人并排坐自行车缺少的空缺，设计出低成本，耐用，结构人性化，易推广，外形美观的成品出来。 社会上已有的 折叠式自行车 ，而该设计比已有的前后座拥有更大的市场前景与相应的社会意义。并且已有的 折叠式自行车 在平衡问题上仍有欠缺，此次设计力求改变现状，采取合理的方案，以及驱动时的省力与人性化问题。 题的 意义 现今人类 已经不再满足于物质上的需要，开始追求精神层面的享受。于是，自行车也在不仅仅止于 交通运输工具的功能，开始有了其 他精神上的享受功能。本课题就休闲娱乐方向的自行车 折叠式自行车 ，有其一定的社会先进性。从而避开自行车行驶中的平衡问题以及驱动问题等，降低设计难度，提高工作效率及节约设计成本。但是，这却大大降低了双人自行车原有的拉近人与人之间距离的意图， 原本自行车双人 或者多人 设计，便旨在要增加人与人之间的交流接触，促进人与人之间的互动，从而达到其相应的意义。而且该设计并排座则是在 前后座的基础上更进一步的表现出双人设计的意义，对于其主要的使用群体，情侣及亲子之间的互动，有着比前后座更高的互动力 ，能更好的营造出温馨浪漫的场景。 折叠式自行车 在现今市场上依旧比较少见，其原因主要在于其市面已有结构设计部分不合理，使用的稳定性不高。并且其价格也比同为双人的前后座自行车要高，至此导致 市面上多为 折叠式自行车 自行车较为少见。此次课题设计，力求设计出优于市面原有的产品，完善 折叠式自行车 的缺点，真正意义上的让 折叠式自行车 推广出来。 此次的课题研究是个人能力一个综合运用，丰富设计经验，也是对自我能力的一次全面展示。 通过计算各个零部件的设计，全面的运用了专业所学的知识，遇到问题，努力思考，排除问题的过程中， 让正要步入社会的我得到一次很好的综合训练， 锻炼了自我的设计能力。而设计出的产品因为有其先进性及实际应用性，若资金许可，可接投入生产，达到从设计到实际生产的历程。 三 、 课题研究现状 行车的发展历史 - 4 - 自行车是人类发明的最成功的一种人力机械之一，是由许多简单机械组成的复杂机械。清朝康熙年间，黄履庄潜心研制了自行车。清朝野史大观记载：“黄履庄所制双轮小车一辆，长三尺余，可坐一人，不须推挽，能自行。行时，以手挽轴旁曲拐，则复行如初，随住随挽日足行八十里。”由此可见，他制造的自行车，前后各有一个轮子，骑车人手摇轴旁曲拐，车就能前进，这是史料最 早记载的自行车。黄履庄以后大约 100 年，法国人西夫拉克 1790 年才制成了木制自行车 。 真正具有现代形式的自行车是在 1874 年诞生的。英国人罗松在这一年里，别出心裁地在自行车上装上了链条和链轮，用后轮的转动来推动车子前进。但仍然是前轮大，后轮小，看起来不够协调，不稳定。 1886 年，英国的约翰 塔利，是一位机械工程师，从机械学，运动学的角度设计出了新的自行车样式，为自行车装上了前叉和车闸，前后轮的大小相同，以保持平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶车轮。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许 多生产自行车部件用的机床，为自行车的大量生产和推广应用开辟了宽阔的前景，因此他被后人称为“自行车之父”。斯塔利所设计的自行车车型与今天自行车的样子基本一致了。 1888 年，爱尔兰的兽医邓洛普，从医治牛胃气膨胀中得到启示，他把家中花园里用来浇水的橡胶管粘成圆形，打足了气，装在自行车轮子上，前往参加骑自行车比赛，居然名列前茅，引起了人们极大的兴趣。充气轮胎是自行车发展史上一个划时代的创举，它增加了自行车的弹性，不会因路面不平而震动；同时大大地提高了行车速度，增大了车轮与路面的摩擦力。这样，就根本上改变了自行车的 骑行性能， - 5 - 完善了自行车的使用功能。 同样是 1888 年，英国考文垂市的约翰 塔利生产出了第一辆现代自行车 “安全”自行车。其主要特点是采用菱形车架结构，使得车身有更高的刚度和强度，后轮用链条驱动，并通过前叉直接把握方向。 1925 年以后 世界自行车产量已达 200 万辆，其中英国占 50%，成为当时主要的输出国。其后自行车得到广泛的发展，结构上也有了改进和提高。 第二次世界大战 后 ，汽车工业高速发展，自行车生产受到影响。 行车的原理 上图为普通自行车的基本结构图，从而我们可以了解到自行车的基本运作原理。 运作时，由鞍座与车头支撑起骑乘者 ，依靠骑乘者腿部的往复运动，带动脚踏板，再由曲柄带动飞轮，通过链带动后轮链轮 带动后轮整体进行旋转，又因为车胎为橡胶材料，与地面有较大摩擦，后轮旋转带来的与地面向后的摩擦力 ，从而驱使整辆单车 向前运动。 行车的发展现状 公路单车 - 6 - 用来在平滑公路路面上使用的车种，由于平滑路面阻力较小，公路自行车的设计更大考量高速，往往使用可减低风阻的下弯把手，较窄的高气压低阻力外胎，挡位较高，且轮径比一般的登山越野车都大，由于车架和配件不需像山地车一样需要加强，所以往往重量较轻，在公路上骑行时效率很高。由于车架无需加强又往往采用简单高效的菱形设计，公路车是最为优美的自行车。 健身单车 健康、时尚、新概念 全新理念设计的健身自行车，最 主要的特点就是 手脚双动力 ，时速可达 40km/h；做功方式多、健身效果好。骑行本自行车时，手脚可同时对自行车驱动做功，也可单独用手或脚驱动做功。采用脚拉脚蹬直线式、手拉摆杆摆动式做功方式，既提高了自行车的行驶速度，又锻炼了腿部肌肉、臂部肌肉。获得多项国家专利，适应于中老年人作代步健身的交通工具之用，也可适应于年轻人作旅游娱乐之用。 死飞单车 - 7 - 死飞车起源于场地 自行车，飞轮是固定的，向前踩车子向前，向后踩则车子向后，后有一些另类的自行车爱好者利用废弃的场地车作为工作交通工具，其在城市可以快速穿行，且价格低廉，同时需要一定的骑行技术，一般小偷无法偷走。这些特点使得它在英美等国家的自行车爱好者中很快流行开来，并成为一种街头文化。各大自行车品牌也进行跟进，开发及推广死飞车车种，使之在大众中普 及开来，成为都市最流行的自行车款式。纯粹的死飞车需要一定的技术，并有危险性，所以这些厂商开发的产品，是死飞和活飞两用的，并装有刹车，以保证安全。 速降单车 速降自行车，也称落山自行车。英文简称 一种极具挑战性的活动。骑手利用特制的 行车在山坡上滑翔，甚至坠山来寻求刺激。活动多在山脊、矿洞、雪地等地带开展。奥地利人利用 造出 的世界纪录。速降自行车的车架角度与山地自行车有所区别，零件与山地自行车一样都为英制单位。进行此项活动 时必须佩戴头盔、护甲等装备。前叉减震的行程比山地自行车及 行车要长。轮胎宽度一般超过 2 英寸。 驱动单车 简化掉传统的脚蹬子和车座的自行车，车的体积更小，更加便于携带，如洛克车、 们的共同特点是乘用者为站立姿态，用双脚驱动踏板往复运动，并通过传动机构将驱动力 传递给驱动轮， 洛克车 不同之处在于前者踏板的转动轴在脚掌中间，双脚的脚掌和脚跟分别用力、同步（不是交替）驱动踏板运动，由于乘用时人对车体的两侧用力均衡，车体运行更加平稳。 四、课题设计方案 - 8 - 案的特点及创新 1. 该方案采取大量三角形结构，从而确保该产品的稳定性及耐用性 到省力的效果。 3. 该产品拥有储物箱等人性化设计，提高了该产品的实用性。 4. 转向由前轮控制转向，并有通过 链 轮带等转向机构驱动转向。 计方案简图 六、设计主要步骤 第一章 绪论 第二章 自行车的运动原理 第三章 结构设计 第四章 检验计算 第五章 总结 七 、 论文提纲 （详细说明） 第一章 绪论 第二章 自行车的运动原理 第三章 结构设计 - 9 - 第四章 检验计算 第五章 总结 五 、预期 结果 （是否能达到任务书要求） 预期产品设定： 1. 可同时搭乘至少两人，并由二人提供产品运行动力 2. 二人均可以操纵行驶方向，并且保证车的平稳转向 3. 产品自带储物箱或者后备箱，可允许少量载重 4. 链轮驱动，省力，易驾驶易上手，乘坐驾驶舒 适 5. 体积合理，可确保道路安全行驶 6. 结构较为简单便于维修，产品耐用 7. 生产成本低，易于推广 8. 设有可拆卸防雨棚 设计成果 1. 开题报告（包含文献综述），外文资料的翻译 2. 完成装配工程图、主要零件工程图 3. 完成设计说明书 六、进度计划 序号 任务名称 开始时间 结束时间 1 选题 2 查阅中、外文献资料，外文资料翻译，确定系统设计方案 3 开题 4 进行毕业设计 5 中期检查 6 上交毕业设计正稿打印版及电子材料，毕业设计及设计说明书光盘，完成毕业答辩 毕业答辩 七、参考文献 1何灿群人体工学与艺术设计 长沙湖南大学出版社， 2004 - 10 - 2阮宝湘 /郡祥华工业设计人体工程 北京机械工业出版社 3 王三明主编 机械原理与设计课程设计 北京机械工业出版社， 2005 4业产品造型设计程序与实例 第 一 版 5. 沈法，王庆斌，杨足，丁熊计算机辅助产品造型设计表现技法 一版 6虹产品设计 一版 7全忠，曲远方产品造型设计材料与工艺 一版 8品造型设计手册 一版 9人机工程学 西安电子科技大学出版社 11 月 10人机工程学应用 上海人民美术出版社 7 月 11丁玉兰人机工程学第三版 北京理工出版社 , 2005 12 邹慧君主编 机械原理 北京高等教育出版社 1999 13 申永胜主编 机械原理教程 北京 、 清华大学出版社 1999 14 张伟社主编 机械原理 西北工业大学出版社 2001 15 邹慧君主编 机械原理课程设计手册 高等教育出版社 1998 16 赵松年主编 现代机械创新产品分析与设计 2000 17 杨家军主编 机械系统创新设计 华中理工大学出版社 2000 18 张春林主编 机械创新设计 机械工业出版社 1999 19 机械设计手册编委会 机械设计手册新版 2， 3 卷 机械工业出版社， 2004 20卜炎主编 机械传动装置设计手册（上册） 机械工业出版社 1999 指导教 师意见： - 11 - 指导教师签名： 年 月 日 教研室审核意见： 教研室主任签名： 年 月 日 备注：本开题报告须装入学生的毕业设计（论文）档案袋存档。 1 宁学 毕业设计 (论文 ) 折叠式 自行车的设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 2 摘 要 本题目是 折叠式 自行车， 休闲娱乐类自行车 ,为主要设计对象，设计出可 折叠式 ，动力由两个人共同提供，并且使用寿命长，容易维修，可在路面长时间行驶，安全性能高的自行车。对象多为亲子或者情侣，因此应达到省力，美观，可营造出温馨浪漫的气氛。 折叠式 自行车 在现今市场上依旧比较少见， 其原因主要在于其市面已有结构设计部分不合理， 使用的稳定性不高。 ，至此导致市面上多为 折叠式 自行车 较为少见。此次课题设计，力求设计出优于市面原有的产品，完善 折叠式 自行车 的缺点，真正意义上的让 折叠式 自行车推广出来。 关键词： 自行车 ， 折叠式 自行车 ， 健身 ， 机械设计 3 4 5 6 7 is as a by to or be to a in is is of is of is on to a to of 目 录 摘 要 . 录 . 1 章 绪论 .课题研究背景 . 10 题研究目的 . 10 题的意义 . 11 类发展现状 . 12 自行车的设计分析 . 16 第 2 章 人体工程学与自行车设计 .计原则 . 21 机工程设计设计 . 23 响自行车性能的人体因素 . 24 行车设计结构要素分析 . 26 一车动态特性分析 . 29 第 3 章 折叠式自行车总体方案 .叠式自行车的构成 . 31 叠式自行车方案设计 . 32 第 4 章 折叠式自行车机械部分计算 .率的计算 . 33 动比 . 34 后链轮之间的链传动设计 . 34 计要求 . 34 计过程 . 34 的设计 . 37 轮上力的计算 . 37 料 . 37 9 算轴的最小直径 . 37 的结构设计 . 37 的校核 . 38 的校核 . 39 承的校核 . 40 第 5 章 三维图的设计 . 论 .考文献 . 谢 .0 第 1 章 绪论 课题研究背景 自行车价格较为廉价，已然普遍到各家各户， 随着“时尚、运动、健康、绿色、环保”理念的深入人心，自行车类产品的设计、材料、工艺、款式也跟随市场需求，新材料、精加工、巧构思、高品质和高附加值的自行车精品不断涌现。自行车不但成为人们的代步交通工具，而且进入运动、休闲、娱乐、时尚领域，并融入更多的科技、文化元素，成为所有家庭的必备用具。 自行车发展，在使用功能上说变化已很少了，现代自行车的主要发展在于车架的造型行变化，表面的处理如 烤漆、商标的变化使其外观更美；对自车上的每一个零件进行精雕细琢的改进，使其更合理、美观；对自行车的材料上的选用与开发 。由此致使自行车功能上的变化也没有很大的改变。 现今，我国经济基本处于长期较快稳定的发展，有广阔的资金投入城市化建设，其中有一大部分投入到公益社会文化建设，其中，城市公用自行车既是城市建设的一个重要的投资点。而课题设计的 折叠式 自行车可让如今越来越淡薄的人与人之间相互拉近彼此距离，符合现今城市建设精神建设的主要需求。相信该课题的研究尤其良好的发展前景，也有其一定的社会意义与社会价值。 题研究 目的 课题主要以设计 折叠式 自行车 的结构为主，进行一系列课题研究，从运行原理到市场前景进行有力的分析，让该毕业设计达到可直接进行生产的阶段。填补市场上双人并排坐自行车缺少的空缺，设计出低成本，耐用，结构人性化，易推广，外形美观的成品出来。 11 社会上已有的双人自行车欠缺并排座设计，而该设计比已有的前后座拥有更大的市场前景与相应的社会意义。并且已有的 折叠式 自行车在平衡问题上仍有欠缺，此次设计力求改变现状，采取合理的方案，解决双人乘坐时，若重量过于悬殊的平衡问题，以及驱动时的省力与人性化问题。 题的意义 现今人类已经不再满足于物质上的需要，开始追求精神层面的享受。于是，自行车也在不仅仅止于交通运输工具的功能，开始有了其他精神上的享受功能。本课题就休闲娱乐方向的自行车 折叠式 自行车，有其一定的社会先进性。先进市场上，出现的双人自行车，多位前后座设计，从而避开自行车行驶中的平衡问题以及驱动问题等，降低设计难度，提高工作效率及节约设计成本。但是，这却大大降低了双人自行车原有的拉近人与人之间距离的意图，原本自行车双人或者多人设计，便旨在要增加人与人之间的交流接触，促进人与人之间的互动，从而达到其相应的意义。而且 该设计并排座则是在前后座的基础上更进一步的表现出双人设计的意义，对于其主要的使用群体，情侣及亲子之间的互动，有着比前后座更高的互动力，能更好的营造出温馨浪漫的场景。 折叠式 自行车在现今市场上依旧比较少见，其原因主要在于其市面已有结构设计部分不合理，使用的稳定性不高。并且其价格也比同为双人的前后座自行车要高，至此导致市面上多为双人前后座自行车较为少见。此次课题设计，力求设计出优于市面原有的产品，完善 折叠式 自行车的缺点，真正意义上的让 折叠式 自行车推广出来。 此次的课题研究是个人能力一个综合运用，丰富设计经验，也 是对自我能力的一次全面展示。通过计算各个零部件的设计，全面的运用了专业所学的知识，遇到问题，努力思考，排除问题的过程中，让正要步入社会的我得到一次很好的综合训练，锻炼了自12 我的设计能力。而设计出的产品因为有其先进性及实际应用性，若资金许可，可接投入生产，达到从设计到实际生产的历程。 类 发展现状 自行车是人类发明的最成功的一种人力机械之一，是由许多简单机械组成的复杂机械。清朝康熙年间，黄履庄潜心研制了自行车。清朝野史大观记载：“黄履庄所制双轮小车一辆，长三尺余，可坐一人，不须推挽，能自行。行时，以 手挽轴旁曲拐，则复行如初，随住随挽日足行八十里。”由此可见，他制造的自行车，前后各有一个轮子，骑车人手摇轴旁曲拐，车就能前进，这是史料最早记载的自行车。黄履庄以后大约 100年，法国人西夫拉克 1790 年才制成了木制自行车 。 公路单车 用来在平滑公路路面上使用的车种，由于平滑路面阻力较小，公路自行车的设计更大考量高速，往往使用可减低风阻的下弯把手，较窄的高气压低阻力外胎，挡位较高，且轮径比一般的登山越野车都大，由于车架和配件不需像山地车一样需要加强，所以往往重量较轻，在公路上骑行时效率很高。由于车架无需加强 又往往采用简单高效的菱形 13 设计，公路车是最为优美的自行车。 健身单车 健康、时尚、新概念 全新理念设计的健身自行车，最 主要的特点就是 手脚双动力 ，时速可达 40km/h；做功方式多、健身效果好。骑行本自行车时，手脚可同时对自行车驱动做功，也可单独用手或脚驱动做功。采用脚拉脚蹬直线式、手拉摆杆摆动式做功方式，既提高了自行车的行驶速度，又锻炼了腿部肌肉、臂部肌肉。获得多项国家专利，适应于中老年人作代步健身的交通工具之用，也可适应于年轻人作旅游娱乐之用。 死飞单车 14 死飞车起源于场地 自行车，飞轮是固定的，向前踩车 子向前，向后踩则车子向后，后有一些另类的自行车爱好者利用废弃的场地车作为工作交通工具，其在城市可以快速穿行，且价格低廉，同时需要一定的骑行技术，一般小偷无法偷走。这些特点使得它在英美等国家的自行车爱好者中很快流行开来，并成为一种街头文化。各大自行车品牌也进行跟进，开发及推广死飞车车种，使之在大众中普及开来，成为都市最流行的自行车款式。纯粹的死飞车需要一定的技术，并有危险性，所以这些厂商开发的产品，是死飞和活飞两用的，并装有刹车，以保证安全。 速降单车 速降自行车，也称落山自行车。英文简称 一种极具挑战性的活动。骑手利用特制的 行车在山坡上滑翔，甚至坠山来寻求刺激。活动多在山脊、矿洞、雪地等地带开展。奥地利人利用 造出 的世界纪录。速降自行车的车架角度与山地自行车有所区别，零件与山地自行车一样都为英制单位。进行此项活动时必须佩戴头盔、护甲等装备。前叉减震的行程比山地自行车及 行车要长。轮胎宽度一般超过 2 英寸。 驱动单车 15 简化掉传统的脚蹬子和车座的自行车，车的体积更小，更加便于携带，如洛克车、，他们的共同特点是乘用者为站立姿态，用双脚驱动踏板往复运动，并通过传动机构将驱动力传递给驱动轮， 洛克车 不同之处在于前者踏板的转动轴在脚掌中间，双脚的脚掌和脚跟分别用力、同步（不是交替）驱动踏板运动，由于乘用时人对车体的两侧用力均衡，车体 运行更加平稳。 现今，我国经济基本处于长期较快稳定的发展，有广阔的资金投入城市化建设，其中有一大部分投入到公益社会文化建设，其中，城市公用自行车既是城市建设的一个重要的投资点。而课题设计的 折叠式 自行车 可让如今越来越淡薄的人与人之间相互拉近彼此距离，符合现今城市建设精神建设的主要需求。相信该课题的研究尤其良好的发展前景，也有其一定的社会意义与社会价值。 简化掉传统的脚蹬子和车座的自行车，车的体积更小，更加便于携带，如洛克车、 ，他们的共同特点是乘用者为站立姿态，用双脚驱动踏板往复运动，并通过传动机构将 驱动力传递给驱动轮， 洛克车 不同之处在于前者踏板的转动轴在脚掌中间，双脚的脚掌和脚跟分别用力、同步（不是交替）驱动踏板运动，由于乘用时人对车体的两侧用力均衡，车体运行更加平稳。 现今，我国经济基本处于长期较快稳定的发展，有广阔的资金投入城市化建设，其中有一大部分投入到公益社会文化建设，其中，城市公用自行车既是城市建设的一个重16 要的投资点。而课题设计的 折叠式 自行车 可让如今越来越淡薄的人与人之间相互拉近彼此距离，符合现今城市建设精神建设的主要需 课题主要以设计 折叠式 自行车 的结构为主，进行一系列课题研究 ，从运行原理到市场前景进行有力的分析，让该毕业设计达到可直接进行生产的阶段。填补市场上双人并排坐自行车缺少的空缺，设计出低成本，耐用，结构人性化，易推广，外形美观的成品出来。 社会上已有的双人自行车欠缺并排座设计，而该设计比已有的前后座拥有更大的市场前景与相应的社会意义。并且已有的 折叠式 自行车 在平衡问题上仍有欠缺，此次设计力求改变现状，采取合理的方案，解决双人乘坐时，若重量过于悬殊的平衡问题，以及驱动时的省力与人性化问题。 自行车 的设计分析 自行车 是对人们活动起辅助作用的工具， 首先必须能够承受人们活动带来的各种力量和冲击。设计师在设计初期就应该考虑到 自行车 对外部冲击的承受力，否则就不能充分体现 自行车 的实用功能。因此设计师应在充分了解 自行车 构造的基础上进行设计，以达到既美观又实用的目的。为实现这个目的构筑了如下的设计流程。 1 概念化阶段 概念化阶段是整体设计的理念和宗旨，是保证今后具体设计得以顺利进行的前提条件。对 自行车 设计概念化进行设定的过程，涉及 自行车 相关的功能性、构造和材料以及形状等问题。对于“某种设计为什么应该采取那样的形状或构造？”“为什么应该用那样的材料生产？”等问题， 概念化阶段都要做出总体的说明。设计的概念化要充分反映设 17 计师的理念和价值，发挥他们的创造性，所以它不应是其他人的意见，而应该是设计师自己的想法。 2 体化阶段 具体化阶段是按照在概念化阶段设定的设计方案，解决家具的构造、功能和美观问题并创造出其基本形状。在这个阶段要画很多草图、图样，做出模型，还要选择材料，讨论 自行车 的构造以及其他一些细节问题等。 自行车 设计的具体化阶段就是创造出产品形状的过程，简单地讲就是做出 自行车 造型的外观图样，并对其进行论证。 3 整体外观 阶段 自行车 设计的关键是将重点放在符合整体的外观和核心 架构的设计上。产品的外观、自行车 的造型以及稳定的构造应该既反映设计师的精湛设计，又能实现人们对舒适的要求，这就是设计家具的重点。为实现这一目标，我们以在具体化阶段提出的产品外观为基准做出了如下的骨架模型。可以说这是为实现自顶向下的设计方式而做出的基本模型。自行车 设计的关键是将重点放在符合整体的外观和核心架构的设计上。产品的外观、 自行车 的造型以及稳定的构造应该既反映设计师的精湛设计，又能实现人们对舒适的要求，这就是设计家具的重点。为实现这一目标，我们以在具体化阶段提出的产品外观为基准做出了如下的骨架模型。可以 说这是为实现自顶向下的设计方式而做出的基本模型。 从这个骨架模型中，我们不仅可以看到体现着产品概念的外观，还可以获得产品各种配件位置和连接的信息，如核心架构（ 倾斜度 (底座（ 扶手（ 。这可以由设计师在设计产品并做出草图的同时，从 3 个角度，即曲面（ 曲线（ 基准面（ 表现。这种骨架模型是与上面提到的三个阶段中对家具设计的内容相联系的，用于设计师很少接触的筋（ 凸台（ 体格构造等的设计中。当然这 对于没有相关基本知识的设计师来说几乎是不可能的事情，但只18 要是在内部开发过 2个以上模型产品的设计师，都可以亲自完成模型各部分器具设计。 4 计检验阶段 通过以上各阶段步骤完成的产品设计并不是完美的。尤其是 自行车 与人体结构有着密切的关系，可以说人们对产品设 自行车 设计合理性和适用性的评判是很重要的。因此应该对设计进行检验。对于 自行车的设计来说， 自行车 的大腿 底座（ 分能否稳定地支撑人体体重是很重要的。当然除此之外对 支撑人体背部的 器材 背部分和 扶手部分的检验也是很必要的。 对 自行车 底座（ 说明通过以上一系列说明，我们可以了解设计师对产品零部件进行亲自设计的整个过程。当然比起专门的零部件设计者来说，他们的设计可能还存在着不足，但是这拓展了设计师的工作领域，重要的是创造产品的设计师通过参与产品的整个开发过程，可以开发出更具亲和力，符合人体工程学的产品。 计要素 1 实用性 实用性就是泛指满足人们生活需求开始与发展的。现代家具不但要可靠、适用、安全，更重要的是满足它的使用功能与舒适度。无论是静负荷类家具或动负荷类家具，都应根据人体工效学的基本法则，结合人体的生 理和心理的需求，设计出合理的家具尺度的和空间分割距离，给消费者创造一种最大限度的舒适和方便以及安全感、视觉美感等，最终回归到最佳实用效果的目的上来。现代家具赋予人们的美感是，通过人们的视觉、触觉感官来体会与感应的。而家具的实用性程度，则是通过人们的反复使用、接触与鉴别验证的。现代家具设计师水平的高低，只有通过努力探索、长期实践与不断总结，才能使自己的设计作品逐步达到日臻完善的设计追求目的 。 19 2 艺术性 现代家具已不单纯是简单的日用消费品，家具产品作为一种文化现象发展到今天，它已经是现代人类生活中调剂居室环境 的艺术品、装饰品、是融艺术与实用于一体的一代全新消费品。同时也是直接影响到室内陈设艺术效果和现代居室文化品味的重要乐章和主旋律。为此，现代家具设计师就必须从这一高度来认真研究与分析家具设计的要素中的艺术性问题。家具设计过程中，不可或缺地要灵活借用实用美术设计中的一些基本做法，其中如产品外观形体稳定的均衡；线型的谐和与灵气；装饰纹样的生动与形象逼真；五金辅件的格调的选择；都需要设计师在实践工作中，不断提高自己的实用美术学科修养水平，才能适应当前中国国内市场国际化的激烈竞争态势。没有好的产品设计，便没有较多市场 份额的占有 。 3 工艺性 诚如以上所述，当前，我国家具工业产品的科技制造含量已经发生了巨大变化，几代构造特点的不同工艺构造款式的家具，都在不同的陈设环境与商场中频烦亮相、争奇斗妍。发展最为突出的是板式家具，或称实木家具。 70年代 自行车 设计 宣传比较多的 天已经发展到具有国际先进水平的 者可以断言，板块构成，实木装饰型的新一代板式家具将会在我国家具工业产品系列中，长期占有一席之地，其发展前景也是举足轻重的。 早在 1995 年的家具杂志编委年会上，业内着名学者专家就曾针对中国国内家具 业发展趋势，明确提出了今后我国家具工业新产品设计开发目标应本着“板式家具高档化，实木家具艺术化，现代家具时装化，设计手法个性化”的设计理论导向和真知灼见。姑且不论上述论点正确与否，但有一点勿庸置辩，现代家具，无论其工艺构成特点与含量如何，企业为适应国内市场国际化的竟争需要，愈来愈趋向多品种、小批量、短20 周期的设计与生产方式。为便于家具实现工业化生产，又要兼顾到这类产品的工艺特殊性，形势迫使我们家具设计师在完成造型设计的同时，还必须把握与驾驭产品工艺设计一环的工作。先迸的技术设备是实现造型工艺的具体手段，由于科 技的发展，给复杂的造型工艺提供了可靠保证，设计师匠心独造和综合技术，可以创造出新的造型表现形式，传统的加工方式，技术与造型的关系是同等的，现代家具设计师，则必须是家具工业生产领域内先进设备与高工艺水平加工技艺的熟知者与掌握者。从事专业设计的工程技术人员，应该是具有新型结构工艺制造学方面的复合型人材，方能挑起历史赋予我们的重任。 4 经济性 现代家具设计中，经济性设计亦应是设计师不容忽视的一个重要设计环节，这其中也包涵了工艺性设计的外延与内涵，诸如加工手段与方法、材料的选择与构成 ,工艺程序排列等等。板式家具设 计中的单块构件下料法 (配料法 )与零部件综合下料法，前后两者对比，后一种方法可节约原料 8其中，同样也包括人造板材类型的选择与应用；装饰贴在材料的应用方法与成本节约问题。 举一例，毗邻的两家工厂设计一种雷同的巴洛克风格的休闲 器材 ，由于其中一家工厂不注重研究产品设计中的经济性没计内容和方法，忽视了物耗成本这一价值规律，结果是两家工厂的材料利用率相差 3诚然，这其中不乏含有设计师水平高低之别。现代家具设计师只有在设计实践中，将实用性、艺术性、工艺性、经济性 (目标成本法则 )有机地结合与灵活运用，才能实 现不断推出好的产品 ,奉献给广大消费者 有机地结合与灵活运用，才能实现不断推出好的产品 ,奉献给广大消费者 21 第 2 章 人体工程学与 自行车 设计 计原则 自行车 的设计尺寸是根据人体尺寸来设计的 ,各个部分的定位均参照人体尺寸。人体的主要尺寸 :国标 出身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共六项主要尺寸数据。 下表是我国成年人人体主要尺寸和坐姿人人体尺寸 (摘自 国成年人人体尺寸 ): 主要尺寸 男 (18 60岁 ) 女 (15 55岁 ) 百分位数 5 50 95 5 50 95 身高 1583 1678 1775 1484 1570 1659 体重 8 59 75 42 52 66 上臂长 289 313 338 262 284 308 前臂长 216 237 258 193 213 234 大腿长 428 465 505 402 438 476 小腿长 338 369 403 313 344 376 坐姿尺寸 男 (18 60岁 ) 女 (15 55岁 ) 坐高 858 908 958 809 855 901 坐姿颈椎 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 22 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 我国成年人人体主要尺寸和坐姿人体尺寸 设计要点： 1. 座的形式与尺度及其功用有关 2. 座 材 的尺度必须参照人体测量学数据确定 3. 身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担 4. 座 材 前缘处，大腿与 自行车 之间压力应尽量减小 5. 腰椎下部应提供支承，设置适当的靠背以降低背部紧张度 6. 器材 垫必须有足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力均匀地分布于坐骨结节区域 组成自行车的功能是供人骑行 ，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图 1 23 机工程设计 设计 1、人与支撑部件的关系 图 1 支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。 2、 人与动力接受部件关系 动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫， 即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。 24 3、 人与传动部件关系 传动部件主要是滚珠、链条和链轮。人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。 4、 人与工作部件关系 工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力；另一方面将骑车人的握力转换为与 接地部分所产生的刹车阻力。在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。 响自行车性能的人体因素 影响自行车性能的人体因素很多，如图 1示。现主要分析下述几点： 1人的体格因素 以身高 H 为基本因素，其他身体的能力与 H 成比例，并有与 手 臂、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产生的力矩、 步幅等，都取决于 肉、大动脉、骨骼的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与 活量、血液量、心脏容量等都可看成与 格对出力性能的影响，从理论上讲，弹跳能力与 H 成比例，速度能力与 功能力和 实际上因每个人身体素质不同，常有 20以上的偏差。 2人的下肢肌力 25 自行车骑行的原动力，主要是骑车人的下肢肌力。人骑车时，骨骼肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉 收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米 40通过一定训练的人可提高到 65N 。 图 1响自行车性能的人体因素 3人的输出功率 人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为 力（ ，能持续 10果持续时间长，其值要小得多，持续 大约只有 4人的脚踏速度 自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的26 心脏跳动为 70 次 一般脚踏以 60r/奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。 5人的平衡机能 骑车人本身的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕是运动性能很好的自行车也不能平稳行驶；若人有很好的平衡机能，却可掩盖自行车设计上的某些缺陷。 6人的手和握力 影响刹车性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的大小和握力都不相同。据试验，为了长时间施闸而不致使手有疼痛的感觉，希望只用最大握力的 10左右便能得到必要的减速度。 7 人的疲劳 人体疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素，其产生原因有人体因素，也有自行车结构因素。疲劳和 疼痛一般是由于部分肌肉负担过大，骑车姿势不合适，以及体重对鞍座的体压分体不合适等引起的。此外，影响出力因素还有人的最大摄氧量。 行车设计结构要素分析 影响自行车性能的因素除了上述人的因素外，还有许多机械因素，如图 1了获得自行车较佳的性能，必须把人的因素与机械因素有机地结合起来，以使人一车协调。为此，着重分析与人体相关的结构要素。 1速比 大小链轮的齿数比，与链轮直径比相一致，一般控制在 用速比关系可取得骑行时所必要的功率和必要的速度。速比要合适，如果太 小，无论人的肌力有多大，由于不能充分提高转速，所以就得不到大的输出功率。也由于速比小， 27 在限定的曲柄转速下，得不到必要的骑行速度（后轮转速）。速比过大时，要求的踏力也大，容易使人疲劳。为了保持不疲倦的持续骑行，希望肌肉的负担约为最大肌力的10% ，按此选择速比和曲柄转速，可得到比较好的效果。 2曲柄长度 传统的自行车设计，一般从杠杆原理考虑比较多，对人研究少，认为曲柄越长越有力。曲柄 过长后，为了不使脚蹬碰到前泥板，不得不加大中轴至前轴的距离（前心距）。这样势必加长车架，影响了正确的坐车姿势，使人感到臀部痛 。若能按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度，则可使人省力和舒适。通常曲柄长度的基准，取人体身长的 1 10 ，也相当于大腿骨长的 1 2 。 3 三接点位置 正确的骑车姿势，是由骑车人和自行车