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小型四轮山地自行车的机构设计【优秀毕业课程设计】

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关键词：: 小型山地自行车机构设计山地自行自行车机构

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摘要

机动车数量的激增使中国的交通系统面临巨大压力，车尾气的大量排放使得环境污染日益加剧，整个社会面临着重重矛盾。推广使用自行车作为代步工具是缓解上述矛盾的一种方法；同时，经济的发展使得城乡居民对于生活的品质有了更高的追求，懂得享受生活，慢慢的选择健康体魄又能愉悦身心的自行车运动方式。

在经济发展迅速的今天，人类的环保意识逐日提高，对改善人类生存环境的呼声越来越高，近几十年来，我国再次为自行车的开发和发展投入了大量的人力和财力。这次我设计的是小型四轮山地自行车，主要特点是有良好的平衡和减震作用，我们先采用了UG NX.10画图软件画出它的个个零件从而得到装配图，然后做出模型进行机构的认定。

小型四轮山地自行车开发的投资力度，商品化步伐需要加快。虽然小型四轮山地自行车还没有普遍使用，能源和行驶里程的研制方面至今尚未取得突破性的进展还未能尽如人意。但是小型四轮山地自行车有美好发展前景。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，小型四轮山地自行车正面临着重大的技术突破，有望成为21世纪的重要游乐方式。

关键词：小型；四轮；山地；自行车；机构；

　ＡＢＳＴＲＡＣＴ

The surge in the number of motor vehicles, China's transportation system is facing enormous pressure, a large number of vehicle exhaust emissions, environmental pollution is increasing, the whole society is facing many contradictions. Promote the use of bicycles as a means of transport is one way to alleviate the contradictions; at the same time, the economic development makes the urban and rural residents have higher pursuit for quality of life, to enjoy life, good health and can choose slowly pleasurable cycling way.

In today's rapid economic development, people's awareness of environmental protection to improve daily, more to improve the living environment of mankind more and, in recent years, our country once again for the development and development of bicycle and put a lot of manpower and financial resources. This design is a small four wheel bike, the main characteristics of good balance and damping effect, we first use UG NX.10 drawing software to draw all of its parts and assembly drawings, and then make model identification mechanism.

The investment in small-scale four wheel mountain bike development needs to be accelerated. Although the small four wheeled mountain bikes have not yet been widely used, the development of energy and mileage has not yet made breakthrough progress, and has not been satisfactory. However, the small four wheel mountain bike has a bright future. From the point of view of technical development, after the long and difficult development course, the small four wheel mountain bike is facing a major technological breakthrough, and it is expected to become an important mode of recreation in twenty-first Century.

keywords ：Small scale；four wheel； mountain area； bicycle；mechanism；

摘要 I

1 绪论 1

1.1 研究的背景及意义 1

1.2 国内外四轮山地自行车研究动态及存在的问题 2

1.2.1国内山地自行车研究动态及存在问题 2

1.2.2国外四轮山地自行车研究动态及存在的问题 3

1.3 四轮山地自行车的选择方案 4

1.3.1方案一 4

1.3.2方案二 5

2 四轮山地自行车的概述及工作原理 6

2.1 自行车的概述 6

2.2 四轮自行车的机构分析，组成部分及工作原理 6

2.2.1对四轮自行车的机构分析及特点 6

2.2.2四轮山地自行车的平衡原理 7

2.2.3四轮自行车的组成部分及工作原理 7

3 四轮山地自行车链传动的机构设计 9

3.1 链传动特点及应用 9

3.2 链传动参数的选择 9

3.3 滚子链轮的结构和材料 10

3.4 链轮的失效形式 11

3.5 滚子链传动的设计计算 11

4 机构的认定 13

4.1 材料的购买并准备过程 13

4.2 模型的完成过程 14

4.3 制作过程中遇到的问题 15

5 自行车的组装要求及操作方式 17

5.1自行车的安装注意事项 17

5.2自行车的试验要求 17

6 自行车维护 18

6.1传动系统的维护 18

7 总结与展望 20

参考文献 21

致谢 22

装配图.jpg

设计字数统计.png

内容简介：: 小型四轮山地自行车的机构设计新疆大学矿山机电指导老师：阿达依老师答辩人：加尔克娜依托罕绪论运动仿真四轮山地自行车的链传动机构设计 1 2 3 5 机构的认定运动仿真遇到的问题及总结 4 论研究背景及意义现状。小型四轮车的发展历史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是小型三轮汽车（ 886年发明 )，同年在德国哥特里布戴姆勒制造了世界上第一辆四轮汽车，外观跟现在我们要研究的四轮山地自行车很像的。 21世纪经济发展的猛进机动车数量的激增使中国的个个大城市交通系统面临巨大压力，机动车尾气的大量排放使得环境污染日益加剧，国际原油价格的一路飞升更导致了燃油价格的飞涨，整个社会面临各种重重矛盾。推广使用自行车作为代步工具不但为缓解上述矛盾的一种方法；同时，经济的发展使得城乡居民对于生活的品质有了更高的追求，懂得享受生活，慢慢的选择健康体魄又能愉悦身心的自行车运动方式。世上第一辆四轮汽车我国对于四轮自行车研究和开发仅限于游乐活动也就是四轮运动休闲自行车，携带四轮自行车在风景名胜区骑游，很多景区和大城市都有租给市民和游客玩得四轮观光自行车。选用四轮自行车第一件事要注意的是车身的材料，因为在世界各地的旅行，如果汽车故障，修复焊接材料只有钢材，所以钢铁机构是最适合旅游四轮自行车等。现状生活中的四轮四轮自行车方案的选择方案一：电动式方案二：脚踏式优点：电动机的使用和控制非常方便；具有自起动，加速，制动，反转，止住等能力，能满足各种运行要求；工作效率较高，没有烟尘，气味不污染环境，噪声也较小；运行可靠，价格低廉，结构牢固。优点：简单易用；易学易维修；对鞋子人没有特别的要求；骑行比较安全；骑行车根据自己的需求任意调控速度；平稳性好。缺点：若不小心，脚会容易从脚踏上滑落；可能会出现跳齿；脱链等现象。特点小型四轮山地自行车的特点：是车架结构比较结实，刚性要求比较强，有避震器在路面不平等复杂地面能实现良好减震作用。还有最重要的是有平行双曲柄四连杆机构它能实现较好的平衡，稳定作用和齿轮化解决传动过程中出现的问题，提高了自行车的动力性能从而实现良好的匀速和可加速前进作用。轮山地自行车的链传动机构设计自行车链传动链传动参数选择链轮齿数 2 小轮子齿数条在进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大；链传动圆周力增大，会加速铰链和链轮的磨损。小链轮的齿数也传动比给定时，链轮齿数容易发生跳齿和脱链现象，从另一方面限制了链条的使用寿命。通常限定链轮的最少齿数，一般 7,对于高速传动或承受冲击载荷的链传动， 5,50,一般不大于 114。由于链节数通常是偶数，为使链条和链轮磨损均匀，取链轮齿数为奇数，并尽可能与连节数互质。优先选用 ,链轮齿数系列为： 17,19,21,23,25,38,57,76， 95和 114。传动比 i 传动比过大，链条在小链轮上的包角就会过小，参与啮合的齿数减少，每个轮齿承受载荷增大，加速轮齿的磨损，并且易出现跳齿和脱链现象。一般链传动的传动比 i6,常取i=2 条在小链轮上的包角不应小于 120。 a 中心距过小，单位时间内链条的绕转次数增多，链条曲伸次数和应力循环次数增多，因而增加链的磨损和疲劳。由于中心距小，链条在小齿轮上的包角变小，每个轮齿所承受的载荷增大，易出现跳齿和脱链现象；一般（ 30 50） P，最大取 0 P。链轮由轮齿，轮缘，轮辐和轮毂组成。链轮设计主要是确定其结构和尺寸，选择材料和热处理方式。链轮的材料链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮多，所受的冲击也较大，故小链轮应采用较好的材料制造。滚子链轮的结构和材料链轮常用的材料和应用范围材料热处理热处理后的硬度应用范围 15,20 渗碳，淬火 ,回火 50 6025，有冲击载荷的主，从动链轮 35 正火 160 200正常工作条件下，齿数较多 (链轮 40,50， 570 淬火，回火 40 50剧烈震动及冲击的链数 1520碳，淬火，回火 50 60动载荷及传递较大功率的重要链轮（ z25） 35035火，回火 40 50用优质链条的重要链轮接后退火 140等速度，传递中等功率的较大链轮构的认定材料的购买并准备过程这次总共需要五种零件：车架用的铝合金钢管，铝合金接头，螺丝，减震器弹簧和车轮子。车架和接头都选用铝合金材料的。所有零件根据尺寸在网上买的，因为条件限制没有严格按照实际尺寸够买零件材料，都用标准化的原理结合实际有撒买撒。比如：一，车架 :选用铝合金材料 , 车架实际尺寸： d（厚度） =6D（外径） =30径） =24 手把： d（厚度） =6D（外径） =54径） =48 底座： d（厚度） =6D（外径） =60径） =54 实际买到的实体尺寸： d（厚度） =10D（外径） =25径） =15 每个不锈钢管子长度：总 15m。材料机构的完成过程第一步：铝管子按照设计尺寸用砂轮切割机切好；第二部：初步用接头装配车架并固定；车架的初步装好的车架模型第三部：钻螺丝孔；第四部：弹簧的固定；第五部：装轮子并固定；第六部：总模型的装配固定钻孔过程总模型图总模型图运动仿真到的问题遇到的问题 1 实际跟设计的矛盾 2 没有专业化的设备，零件，技术，资金有限 3 尺寸问题 4 连接过程中的问题 5 误差因素总结从这次设计中得出了一下几点结论： G 进行画图设计工作的基础和流程方法以及理念有了更深的认识。很多的动作也要有相应的机构与之对应，通过这次机构设计，让我又加固和深化了所学的机械理论知识。识很深刻。是我了解到了实际设计的重要性，无论什么原因就算一个小小的尺寸，角度的误差对整个设计带来的严重后果。对学生来说亲自动手，体会实际的重要性。总之而言，这次设计我积累了很多宝贵的经验，为以后的工作打下了结实的基础。最后特别向所有关心和帮助过我的老师和同学表示衷心的感谢！汇报完毕感谢各导师指点新疆大学矿山机电 2013级本科指导老师：阿达依老师答辩人：加尔克娜依托罕学生学号： 20132008901 2 0 1 7 新疆大学毕业设计（论文）题目：小型四轮山地自行车的机构设计学院：机械工程学院专业：机械工程班级：机械工程 2013 指导教师：阿达依学生：加尔克娜依托罕完成时间： 2017 年 6 月 1 日内容： 1、毕业设计（论文）说明书 2、指导记录、中期检查表、答辩记录 3、配图新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）毕业论文（设计）答辩记录表学院：机械工程学院专业：机械工程（矿山机电）班级：机械 13文题目：小型四轮山地自行车的机构设计学好： 20132008901 姓名：加尔克娜依托罕指导教师 :阿达依职称：教授答辩小组名单：乌日开西，海几哲，陈坤，章翔峰，伊里哈木答辩记录： 1. 你怎么没有图？（乌日开西老师提问）答：前段时间忙着做验证模型，而且我没跟老师沟通图事儿，答辩后补画了。 2. 没有刹车设备？（乌日开西老师提问）答：是因为设计上的问题，设计时考虑不全。 3. 没有减速系统？（乌日开西老师提问）答：设计时考虑不全，是我的疏忽大意。 4. 这次设计的工作原理 ?（伊里哈木老师提问）答：这是是脚踏式的当人踩踏板使主动轮运动，主动轮通过链条带动松动轮。答辩时间： 2017 年 6 月 7 日装配模型图新疆大学毕业论文（设计）题目 : 小型四轮山地自行车的机构设计指导老师 : 阿达依老师学生姓名 : 加尔克娜依托罕所属院系 : 机械工程学院专业 : 矿山机电班级 : 机械 13 学号 : 20132008901 完成日期 : 2017 年 6 月 1 号新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）声明本人郑重声明：此毕业设计论文型四轮山地自行车的机构设计是本人在设计指导老师的引导和自己的勤奋努力下独立进行研究取得的成果。由此造成一切责任由本人承担。声明人：日期：年月日新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）新疆大学毕业论文（设计）任务书班级：机械 13 姓名：加尔克娜依托罕论文（设计）题目：小型四轮山地自行车的机构设计专题：四连杆机构应用设计要求完成的内容： 1）传动机构的简易制作 2）机构的认定 3）机构的工程图 4）运动仿真 5）文献查阅 6）设计说明说发题日期： 2016 年 12 月 20 日完成日期 :2017 年 6 月 1 日实习实训单位：地点：论文页数： 2 8 页；图纸张数： 1 张指导教师：阿达依老师教研室主任：院长：新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） I 摘要机动车数量的激增使中国的交通系统面临巨大压力，车尾气的大量排放使得环境污染日益加剧，整个社会面临着重重矛盾。推广使用自行车作为代步工具是缓解上述矛盾的一种方法；同时，经济的发展使得城乡居民对于生活的品质有了更高的追求，懂得享受生活，慢慢的选择健康体魄又能愉悦身心的自行车运动方式。在经济发展迅速的今天，人类的环保意识逐日提高，对改善人类生存环境的呼声越来越高，近几十年来，我国再次为自行车的开发和发展投入了大量的人力和财力。这次我设计的是小型四轮山地自行车，主要特点是有良好的平衡和减震作用，我们先采用了图软件画出它的个个零件从而得到装配图，然后做出模型进行机构的认定。小型四轮山地自行车开发的投资力度，商品化步伐需要加快。虽然小型四轮山地自行车还没有普遍使用，能源和行驶里程的研制方面至今尚未取得突破性的进展还未能尽如人意。但是小型四轮山地自行车有美好发展前景。从技术发展的角度来看，在走过了漫长而艰难的发展历程之后，小型四轮山地自行车正面临着重大的技术突破，有望成为21 世纪的重要游乐方式。关键词：小型；四轮；山地；自行车；机构；新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） in of s is a of is is of as a of is to at of to In s s of to to of in of a of is a of we to of in to be of a of of is a it is to an of in 新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）录摘要 . I 1 绪论 . 1 究的背景及意义 . 1 内外四轮山地自行车研究动态及存在的问题 . 2 . 2 . 3 轮山地自行车的选择方案 . 4 . 4 . 5 2 四轮山地自行车的概述及工作原理 . 6 行车的概述 . 6 轮自行车的机构分析，组成部分及工作原理 . 6 . 6 . 7 . 7 3 四轮山地自行车链传动的机构设计 . 9 传动特点及应用 . 9 传动参数的选择 . 9 子链轮的结构和材料 . 10 轮的失效形式 . 11 子链传动的设计计算 . 11 4 机构的认定 . 13 料的购买并准备过程 . 13 模型的完成过程 . 14 制作过程中遇到的问题 . 15 5 自行车的组装要求及操作方式 . 17 . 17 . 17 6 自行车维护 . 18 . 18 7 总结与展望 . 20 参考文献 . 21 致谢 . 22 新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 1 页共 28 页 1 绪论究的背景及意义小型四轮车的发展历史比燃油汽车更长，世界上第一辆机动车就是小型三轮汽车（ 1886 年发明 )，同年在德国哥特里布戴姆勒制造了世界上第一辆四轮汽车，外观跟现在我们要研究的四轮山地自行车很像的。 21 世纪经济发展的猛进机动车数量的激增使中国的个个大城市交通系统面临巨大压力，机动车尾气的大量排放使得环境污染日益加剧，国际原油价格的一路飞升更导致了燃油价格的飞涨，整个社会面临各种重重矛盾。推广使用自行车作为代步工具不但为缓解上述矛盾的一种方法；同时，经济的发展使得城乡居民对于生活的品质有了更高的追求，懂得享受生活，慢慢的选择健康体魄又能愉悦身心的自行车运动方式。图上第一辆三轮汽车图上第一辆四轮汽车处于世纪之交的今天，人类对能源和环境需求越来越大，要求尽快改善人类生存环境的呼声越来越高。近几十年来，我国再次为自行车的开发和发展投入了大量的人力和财力，采取了鼓励自行车行业发展的政策，在行业的努力和国家相关政策的推动下自行车市场得到了进一步的发展和提升，人们对自行车的概念发生了变化并开始重视。比如：据 2015 年的统计在我国 13 亿人口中， 78%的家庭拥有自行车，据不完全统计，我国拥有的自行车总数达俩等；随着经济的发展生活水平的提高人们绿色环保意识的加强，对生活方式有了很多变化，人们越来越学会享受生活喜欢旅行从而几乎每个景区有了又节能环保又健康体魄的四轮旅游自行车。小型四轮山地自行车开发的投资力度，需要加快小型四轮山地自行车的商品化步伐。虽然小型四轮山地自行车还没有普遍使用，能源和行驶里程的研制方面至今尚未取得突破性的进展还未能尽如人意。但是小型四轮山地自行车的美好前新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 2 页共 28 页景仍然激励着人们锲而不舍地开发新型小型四轮山地自行车，改善其性能。本文选择小型四轮山地自行车作为研究对象，具体而言，本文的研究重点是：全减振四轮山地自行车的骑行动态性能，并平衡性能。选择这样的研究内容是基于以下方面的考虑：首先，四轮山地自行车骑行路况恶劣，各种性能指标要求较高，其动态骑行性能更是整个四轮山地自行车性能的关键；其一，全减振四轮山地自行车是近年来出现的新型山地自行车，其悬挂系统技术含量高，获得的成果科技附加值多，且全减振四轮山地自行车与有良好发展势头的电动自行车这两者悬挂系统间可供相互借。内外四轮山地自行车研究动态及存在的问题内山地自行车研究动态及存在问题在我国对于四轮自行车研究和开发仅限于游乐活动也就是四轮运动休闲自行车，携带四轮自行车在风景名胜区骑游，很多景区和大城市都有租给市民和游客玩得四轮观光自行车。选用四轮自行车第一件事要注意的是车身的材料，因为在世界各地的旅行，如果汽车故障，修复焊接材料只有钢材，所以钢铁机构是最适合旅游四轮自行车等。图轮旅游用的自行车自行车的种类也有很多种，比如：赛车，儿童车，普通车，三地车等，中国作为自行车王国对自行车有很长研究历史。对于其他的比如山地自行车，越野车及其它类型自行车动力学分析方面， 1991 年唐山工程技术学院的王子良、黄永强根据随机振动理论建立了自行车骑行系统动力学模型，按荐评价方法对该模型进行分析计算； 1994 年郑州七一三所的丁思远利用锤击法对自行车车架作结构动态特性分析，并根据分析结果重新设计了车架结构； 1995 年郑州轻工业学院的杨向东、贺跃进设计了有机形态的碳纤维自行车车架，对车架的强度、刚度、减振性能进行了试验分析； 1995 年天津轻院的李亚平、王仲和天津，宋桂林用有限元法对自行车车架的内力进行了计算，并用试验进行了验证；之后，李亚平、殷安琪和王延汉又利用结构振动理论对车架与前叉系统进行了振新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 3 页共 28 页动特性分析，计算了前叉的动应力，为前叉断裂的问题的研究提供了理论依据；2001 年北京工业大学的王建华、杨文通等基于运动自行车车架结构的参数化设计，开发了专用的计系统。 2002 年，东南大学的董晓马、汪凤泉根据随机振动理论与立了山地自行车全悬架骑行振动模型，对山地自行车为减振系统参数进行了优化，并将优化前后的性能加以对比；陈正升对减振山地自行车后悬架机构进行了分析与设计，并设计了相应的分析与设计计算机程序证明了参数优化的有效性等。近年来上海交大的何其昌、范秀敏等以交互式自行车模拟器为研究对象，使骑车者在虚拟环境中获得真实骑自行车过程中的全身心感受，建立了路面骑行者自行车系统模型，研究了系统在复杂路况下运动的稳定性和振动响应特性。这些都是我国对山地自行车的研究和开发，对于四轮山地自行车因为结构复杂开发并发展，我国还需要进一步研究，做工量大所以还没有普遍应用，四轮的也就双人四轮山地自行车的设计思路和需要解决的问题较高并复杂，主要是比起普通自行车四轮自行车有较好的减震和平衡作用，这些如何来实现的等，还需要设计链传动并它需要克服力等。综上所述，国内针对四轮山地自行车动态骑行性能方面的研究不多，部分研究中建立的动力学模型过于简单，且所做研究大多集中在自行车的结构设计方面。外四轮山地自行车研究动态及存在的问题加利福尼亚大学校的授及其研究团队从 80 年代初至 90 年代末一直从事自行车相关研究，主要工作如下： 1981 年研究车把承受的载荷时，将人体上臂和小臂处理为刚体而不是集中质量； 1983 年研究了承受路面激励时，公路自行车车架主要零部件承受载荷情况； 1985 年研究了骑行者坐姿下车架所受载荷的试验测量方法和仿真分析方法； 1990 年研究了一种便携式数字信号采集处理系统，用来测量自行车在骑行过程中鞍座、车把和蹬车处的载荷； 1993 年研究了骑行者在站立姿态下车架所受载荷的试验测量方法和仿真分析方法； 1994 年建立骑行者自行车系统模型，采用试验和仿真两种方法，分析在不平坦的路面上骑行时山地自行车车架所受的载荷情况，比较了骑行者状态处于坐驶和站立两种姿势的状况； 1994 年提出了对于车型的杠杆式单臂悬架结构，铰链点越高，对因骑行者引起的能量损失越显著； 1996 年用建立骑行者自行车系统动力学模型，用仿真方法分析骑行者引起的能量损失与减振弹簧、阻尼减振器、铰链位置等参数的关系； 1997 年以悬架系统能量损失最小为目标，对铰链的位置进行优化，对骑行状况脚蹬运动、弹簧和阻尼参数以及链条参数进行灵敏度分析。新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 4 页共 28 页 2002 年建立了骑行者自行车系统动力学模型，根据两种不同车型的自行车和四种路面情况，分别用实验和仿真计算方法分析了系统的动态特性。 2004 年研究了山地自行车人机交互的动力学行为； 2004 年提出一种试验方法，测量山地自行车在跳跃和下落过程中参数变化情况； 2005 年用键合图方法建立了人和全减振山地自行车模型，研究了系统在跳跃、碰撞和崎岖路面等大振幅运动时的动力学行为。此外其它一些研究部门也进行了自行车相关研究：意大利的用和试验方法对车架进行模态分析，研究车架结构对模态参数的影响，并对车架结构进行优化设计；加拿大的分析了全减振山地自行车各关键点的受力情况，并根据不同的情况合理的布置传感器，测量骑行者在真实的崎岖路面上骑行时车架的受力情况；之后，通过模态试验方法分析人对自行车模态参数的影响，以及模态参数与自行车骑行过程中车架振动强度之间的关系。由以上叙述可见，国外关于山地自行车在理论和试验方法的研究上均取得了相当成就，建立了多种用于分析山地自行车动力学性能的动力学模型，设计开展了一系列分析山地自行车性能的试验，尤其是加利福尼亚大学的授，他们的研究成果给以后的研究奠定了的基础。轮山地自行车的选择方案案一电动机式：电动机又称为引擎，是一种能够把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。电动机主要由定子与转子组成，电动机的工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。图动机式四轮自行车新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 5 页共 28 页优点：电动机的使用和控制非常方便；具有自起动，加速，制动，反转，止住等能力，能满足各种运行要求；工作效率较高，没有烟尘，气味不污染环境，噪声也较小；运行可靠，价格低廉，结构牢固。缺点：直流电动机制造比较贵，结构复杂，有碳刷；使用维护不方便，故障多，寿命短，保养维护工作量大；复杂的结构限制了直流电动机体重和重量的进一步减少，尤其是电刷和换向器的滑动接触造成了机械磨损和火花。案二脚踏式：脚踏有四种分别为传统脚踏，高级脚踏，带胶套的脚踏，自锁脚踏等。传统脚踏：是最常见的自行车脚踏，它是人们最容易学会成本低悠闲的运动方式，通常见于儿童自行车，城市车等，材料一般为橡胶或硬塑料。高级脚踏 :用于山地自行车，和主要用于城市骑行，没有明显公路车或路行车特征的一类自行车。我们这次设计的四轮山地自行车。所以用高级脚踏：图踏式四轮自行车优点：简单易用；易学易维修；对鞋子人没有特别的要求；骑行比较安全；骑行车根据自己的需求任意调控速度；平稳性好。缺点：若不小心，脚会容易从脚踏上滑落；可能会出现跳齿；脱链等现象。新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 6 页共 28 页 2 四轮山地自行车的概述及工作原理行车的概述自行车制造作为传统的产业，已有多年历史。随着经济的快速发展造成了严重的环境污染，由于环境保护、交通拥堵、资源损耗，人们生活水平的提高对绿色环保意识的加强等问题，自行车再次成为了世界各国尤其是发达国家居民钟爱的交通、健身、娱乐等休闲工具，世界自行车产业的重心正在从传统代步型交通工具向运动型休闲型、山地型转变，在欧洲、美国、日本等发达国家，自行车是一种很普遍的运动、健身、娱乐休闲产品。中国是自行车的王国，目前国内保有自行车数量大约五亿，随着国内人们生活水平的快速提高，对于娱乐时尚、运动休闲、代步工具于一体的自行车需求急剧增加。每年全世界的自行车需求量巨大，日本数据统计显示，全世界自行车需求的规模约保持在亿台的水平，自行车的年交易额约为亿美元。中国不仅是自行车王国，更是自行车制造大国，目前中国己成为世界上最大的自行车制造基地，国际前五大自行车厂商的主要基地均在中国。自行车按用途不同可以分为五大类：山地车、公路车、城市车、沙滩车、小轮车。其中四轮山地车自行车具有车身较稳、轮胎较宽、平衡性能好，有较好的减震抗震等优势，能适应山地或其它复杂地形的特点，一般带有前避震或者前后避震系统，对各个零部件的安全可靠性要求高，整车可靠性高，目前的车架材料多选用铝合金或碳纤维。公路车俗称跑车，特点是车身超轻，轮胎较窄、风阻小，速度快，多用于公路比赛，目前此类车架多为碳纤维。城市车的特点为车身轻，速度快，骑行舒适，很多坐垫杆带有避震，车架材料一般为铝合金。沙滩车特点：超级舒适，但车身较重，适合在海滩边骑行，或城市漫游。小轮车或称表演车，超级结实，但车身重，主要用于极限运动表演，小轮车比赛，车架材质多为铁质。轮自行车的机构分析，组成部分及工作原理四轮自行车的机构分析及特点机构是相对运动构件的组合体，它能独立的完成给定运动。机械是机器和机构的组成，机器和机构的区别在于机器能完成给定的功能，机构是机器的组成部分。虽然机构的形式和结构各不相同，但是通过大量的分析可以看出，机构是具有相对运动的构件组合体，总的来说，机构是由构件和运动副等要素组成。机构的运动跟所包含的构件的数目，运动服的数目，类型及运动副之间的相对位置有关，与各构件的实际形状无关。小型四轮山地自行车的特点：是车架结构比较结实，刚性要求比较强，有避新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 7 页共 28 页震器在路面不平等复杂地面能实现良好减震作用。还有最重要的是有平行双曲柄四连杆机构它能实现较好的平衡，稳定作用和齿轮化解决传动过程中出现的问题，提高了自行车的动力性能从而实现良好的匀速和可加速前进作用。轮山地自行车的平衡原理第一：四轮自行车有平行四连杆结构跟着主动件左右摆动跟人体始终保持平行；第二：防螺效应：旋转物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的惯性，也就是说转动中物体的轴心会极力保持原来所指的方向。防螺效应的防螺转动的稳定性是跟速度有关，而是成正关系，自行车的四轮充当了四个防螺，为了自行保持车的平衡提供了一臂之力。第三：人车系统的关系就是消除支撑点变化所带来的不稳定。自行车的重心垂直于支撑点的话，根据牛顿第一定律自行车应该会匀速运动下去，因为不受外力影响自行车也不会到理想化。第四：人自行车平衡机制：车辆转弯时产生的离心力其所形成的力矩方向与车轮偏转方向相反，强迫使车轮偏转后自动回复到原来的位置。轮自行车的组成部分及工作原理自行车的车架，把手，轮胎，脚踏，刹车，链条等 25 个部件中基本部件缺一不可，其中车架是自行车的骨架，它所承受的重量最大，按照各部件的工作特点大致可分为导向系统，驱动系统，制动系统。自行车整车主要包括：车架、导向系统、传动（驱动）系统和安全装置四大部分。车架是构成自行车的最基本结构体，为自行车的主体和骨架，其他部件均直接或间接地安装在车架之上，因此车架是自行车上最重要的部件之一。导向系统：由前轮、前轴、前叉、车把等部件组成，乘骑者可以通过车把来改变行驶的方向并保持车身平衡。传动（驱动）系统：由后轮、后轴、飞轮、链条、曲柄、脚蹬、中轴、链轮等部件组成，脚踏力是通过脚蹬、曲柄、链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动，使自行车持续前进。通常飞轮以内螺纹旋转的方式固定在后轴右端，同链轮保持在同一平面，并通过链条与链轮连接在一起，组成自行车的驱动系统。中轴部件的左右曲柄上装配脚蹬部件，脚踏部件是将平动力转化为转动力的装置，骑行自行车时，脚踏部件首先获得脚踏力，之后由脚踏轴转动曲柄，牙盘，中轴，链条和飞轮，从而后轮转动，使得自行车不断前进。制动系统：它由车闸部件组成，骑乘者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速，停使，确保行车安全。新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 8 页共 28 页安全装置：主要包括制动器，车闸车铃、反射装置、车灯等，确保行车安全。在组成自行车的零部件中，车架是构成自行车的最基本结构体为自行车的主体和骨架，其他部件均直接或间接地安装在车架之上。车架的结构类型多样，现行车架材质主要有钢铁、铝合金、碳纤维、钦合金、坑合金、镁合金等。车轮的组成包括金属轮圈，橡胶外胎，车轴（花鼓）和辖条，一般福条和轮圈均采用合金或不锈钢，车轴多使用镀镍黄铜，外胎一般为轮聚氨泡沫、橡胶等。通常飞轮以内螺纹旋转的方式固定在后轴右端，同链轮保持在同一平面，并通过链条与链轮连接在一起，组成自行车的驱动系统新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 9 页共 28 页 3 四轮山地自行车链传动的机构设计传动特点及应用链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成。工作原理是通过链轮轮齿与链条链接的啮合来传递运动和动力。链传动的特点：链传动无弹性滑动和整体打滑现象；平均传动，传动效率较高；轴上的径向压力较小；链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；链传动的制造安全精度要求较低，成本低。链传动的缺点：只能实现平行轴之间链轮的同向传动；运动时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿，工作时有噪声；不宜用在载荷变化很大，高速和急速反向的传动中；适用场所：链传动主要用在要求工作可靠，两周相距较远，工作环境恶劣等场所。传动链类型及特点：可以分为滚子链和齿型链。滚子链结构及链传动的参数选择：由滚子，套筒，销轴，内链板，外链板组成。内链板与套筒之间，外链板与销轴之间为过盈配合；滚子套筒之间，套筒与销轴之间为间隙配合。滚子链传递功率范围： 100下；链速： 15m/s ；最大传动比 : 8 图传动的 3 2 链传动参数的选择 (1) 链轮齿数轮子齿数少会增加运动的不均匀性和动载荷，链条在进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大；链传动圆周力增大，会加速铰链和链轮的磨损。小链轮的齿数也不宜取的太大。在传动比给定时，，大链轮齿数相应增大，会容易发生跳齿和脱链现象，从另一方面限制了链条的使用寿命。新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 10 页共 28 页通常限定链轮的最少齿数，一般 7,对于高速传动或承受冲击载荷的链传动， 5,50,一般不大于 114。由于链节数通常是偶数，为使链条和链轮磨损均匀，取链轮齿数为奇数，并尽可能与连节数互质。优先选用 ,链轮齿数系列为： 17,19,21,23,25,38,57,76， 95 和 114。 (2) 传动比 i 传动比过大，链条在小链轮上的包角就会过小，参与啮合的齿数减少，每个轮齿承受载荷增大，加速轮齿的磨损，并且易出现跳齿和脱链现象。一般链传动的传动比 i 6,常取 i = 2条在小链轮上的包角不应小于 120。 (3) 中心距中心距过小，单位时间内链条的绕转次数增多，链条曲伸次数和应力循环次数增多，因而增加链的磨损和疲劳。由于中心距小，链条在小齿轮上的包角变小，每个轮齿所承受的载荷增大，易出现跳齿和脱链现象；一般 = （ 3050） P，最大取 =80 P。子链轮的结构和材料链轮由轮齿，轮缘，轮辐和轮毂组成。链轮设计主要是确定其结构和尺寸，选择材料和热处理方式。链轮的材料链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮多，所受的冲击也较大，故小链轮应采用较好的材料制造。表 3轮常用的材料和应用范围材料热处理热处理后的硬度应用范围 15,20 渗碳，淬火 , 回火 50 6025，有冲击载荷的主，从动链轮 35 正火 160 200正常工作条件下，齿数较多 (z25)的链轮 40,50， 570 淬火，回火 40 50剧烈震动及冲击的链数 1520碳，淬火，回火 50 60动载荷及传递较大功率的重要链轮（ z25） 3505火，回火 40 50用优质链条的重要链轮接后退火 140等速度，传递中等功率的较大链轮新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 11 页共 28 页轮的失效形式 (1) 链轮的疲劳破坏链在运动过程中，其上的各个元件都在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会因疲劳而断裂；套筒，滚子表面将会因为冲击而出现疲劳点蚀。因此，链条的疲劳强度就成为决定链轮传动承载能力的主要因素。 (2) 链条铰链的磨损链条在工作过程中，铰链中的销轴与套筒间隙不仅承受较大的压力，而且还有相对传动，导致铰链磨损，其结果使链节距增大，链条总长度增加，从而使链的松边垂度发生变化，同时增大了运动的不均匀性和动载荷，引起跳齿。 (3) 链条铰链的胶合当链条速度较高时，链节受到的冲击增大，铰链中的销轴和套筒在高压下直接接触，同时两者相对传动产生的摩擦热，从而导致胶合。因此，胶合在一定程度上限制了链传动的极限转速。 (4) 链条的静力破坏当链条速度较低时（ V s），如果链条负载不增加而变形持续增加，即认为链条正在被破坏。导致链条变形持续增加的最小负载将限制链条能够承受的最大载荷。子链传动的设计计算 (1) 传递功率 P: P = FV= 980 8=7840N (3(2) 主动轮转速： 150r/ i = (3则 150/ 60r/ (3(3) 选择链轮齿数 1,2：取 76 2 0 (3(4) 计算当量的单排链计算功率 P = 17840 =3136N (3(5) 确定链条型号和节距 P：由表 9知，因新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 12 页共 28 页节距 P =12A ,P= 6) 计算链节数和中心距 : 初选中心距 0= (30 50)P = 40 762，节数 0： = 2 0 + 1:22 +(2;12 )2 0(3= 2 76:322 + (76;302 )2 = 240 + 53 + 为了避免使用过度链接，应将计算出的链节数 0圆整为 0=82 (7) 链传动的最大中心距为： =1p 2- (1 +2) (3由表 9：因 1 2;1= 82;3046 = (3所以 1 = =1p 2- (1 +2) =282(76+30) (3=164 =8) 计算链速 V：确定润滑方式平均链速： V= 1 1601000 = 3060000 = （ 3 所以润滑方式为定期人工润滑。 (9) 链传动用在轴上的压轴力 : 压轴力可近似取为 = = 980127N （ 3计）第 13 页共 28 页 4 机构的认定 4 1 材料的购买并准备过程这次总共需要五种零件：车架用的铝合金钢管，铝合金接头，螺丝，减震器弹簧和车轮子。车架和接头都选用铝合金材料的。所有零件根据尺寸在网上买的，因为条件限制没有严格按照实际尺寸够买零件材料，都用标准化的原理结合实际有撒买撒。比如： (1) 车架 :选用铝合金材料 , 车架实际尺寸： d（厚度） =6D（外径） =30径） =24 手把： d（厚度） =6D（外径） =54径） =48 底座： d（厚度） =6D（外径） =60径） =54 实际买到的实体尺寸： d（厚度） =10D（外径） =25径） =15 每个不锈钢管子长度：总 15m。按照设计的尺寸用砂轮切割机切好的铝管子 : 图尺寸切好的铝管子 (2) 接头：选用的材质是铝合金，实际买到的尺寸 : d（厚度） =6D（外径） =31径） =25适合配套直径 D=25螺丝固定的。我买到的接头种类多，有七种。有 135 度的弯头15 个， 180 度的直接头 10 个， 90 度的直角接头 15 个， T 字形接头 10 个，十字形接头 5 个， K 字形接头 5 个， Y 字形接头 5 个，总共 65 个接头。新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 14 页共 28 页图合金接头 (3) 弹簧 :设计选用的材料是碳素钢，弹簧钢丝直径 d=6弹簧中径 8弹簧内径 2 弹簧外径D=64弹簧总圈数 n=10(圈 ) ，有效工作圈数 (圈 ) 。因为条件有限在淘宝上买没有标准尺寸就按标准化的原理买的，图震器弹簧图行车轮子 (4) 轮子：前后各两个总共有四个轮子，因为资金和条件有限买了 12 寸直径 d=28厘米的小轮子。 (5) 螺栓：装弹簧时需要直径 d=八个螺栓图栓型的完成过程第一步：铝管子按照设计尺寸用砂轮切割机切好；新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 15 页共 28 页第二部：初步用接头装配车架并固定；图车架图步装好的车架模型第三部：钻螺丝孔；第五部：装轮子并固定第四部：弹簧的固定；第六部：总模型的装配固定；图总事物图作过程中遇到的问题实际组装跟设计的矛盾设计和我们实际组装做出来的模型效果不大一样，没办法按原设计组装。第一：是没有专业化的设备，零件，技术，资金有限，第二：尺寸问题，最大的尺寸问题就是设计的角度跟制作过程中的角度误差太大。制作过程中我们用的接头最大的角度 135 度的，实际是 165 度所以出了差错，按实际尺寸切好的管子长的长，短的短，很乱。第三：因为不能焊接都需要用接头来固定，接头和管子都有误差装的时候存在缝隙方向有点歪，因为接头质量不好拧紧时容易松掉，不好拧，容易滑死不能死顶住所以有的用胶带绑住了。第四：我们组装的跟设计不一样，因为我们组装的只是个验证模型。把自行车的模型大概做出来，实际组装弹簧时需要用螺丝拧紧固定，所以我们先按尺寸切好铝管子然后用钻头钻螺丝孔。自行车组装起来的总模型总 10 公斤左右。吸取的经验在这次做模型的过程中学会了很多，无论做出个什么都严格按照设计精度要新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 16 页共 28 页求来完成，一个尺寸一个角度的不对对整个设计造成很严重的错误所以不管做什么都严格设计要求精度来完成。新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）第 17 页共 28 页 5 自行车的组装要求及操作方式行车的安装注意事项安装前检查所有部分：小型四轮山地自行车和行走机构，是否有腐蚀损坏，是否有整个构件的变形形状的车架梁的局部变形，如果零件生锈损坏，应该跟机构分开，把零件用煤油清洗，减少对部件的损伤程度，修理或更换，然后装配。车架的安装：在安装现场躺平，然后小型四轮山地自行车悬挂在铸钢的翼下，悬挂，应该使车轮和铸钢翼下 3隙内表面，开口销必须是好的。如果小型四轮山地自行车和升降车架，你应该先用直径 15 18难的麻或棉绳将车可靠捆扎在铸钢或稍不小的部分，使它不能沿铸钢。用自行车安装的各种工具，如手提升机（绞车），吊索，复合滑轮，车架与桅杆应事先严格的质量检验，证实了这些工具安全可靠的情况下，可以使用。安装车架自行车时，安全系数不得小于 5，也就是说，如果提升车架的根，熊在张力绳的工作尽最大的可能，然后选定的破断力应小于 5s。固定轴自行车车架（的头）必须连接车架

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