山地自行车源于美国，是美国青年为了寻求刺激，在摩托车比赛的越野场地上驾驶自行车进行花样比赛而派生发展起来的车型。小型四轮山地自行车的设计时一门专业的学科，国外山地自行车工业发达的国家都在自行车中投入大量人力，物力和财力，也取得了很好的效果。我国虽然被成为自行车生产王国，但在产品设计工作上与国外先进水平相比还存在差距。

小型四轮山地自行车是山地自行车的一类，小型四轮山地自行车的设计涉及到大量的技术问题。本次毕业设计中通过研究小型四轮山地自行车的工作原理，初步确定了自行车车架结构尺寸并对其进行了强度校核，选择了车架材料，确定了车架的焊接工艺，设计计算了链传动，选择了关键零件并做了相关计算，选择了山地自行车的轮胎，并说明了小型四轮山地自行车日常生活中的维护，然后用ug进行了建模，并用CAD进行了修改。

关键词：小型四轮山地自行车；车架材料强度校核；焊接工艺；链传动；ug建模

ABSTRAKT

Mountain bikes from the United States, is seeking to stimulate young americans, in the motorcycle race off-road driving bicycles in the field of pattern match and derived developed models. Small four-wheel mountain bike design as a professional discipline, mountain bike industry developed countries abroad are in bicycle invest a lot of manpower, material and financial resources, also has obtained the good effect. Although China is becoming a kingdom of bicycle production, there is a gap in product design work compared to the advanced level of foreign countries.

Small four-hill mountain bikes are a category of mountain bikes, and the design of small four-wheel-mountain bikes involves a lot of technical problems. This graduation design by studying the principle of small four-wheel mountain bike, preliminarily determines the bicycle frame structure size and the intensity, the selected frame material, determine the welding technology of frame, design calculation of the chain drive, select the key parts and do the related calculation, choose the mountain bike tires, and illustrates the small four-wheel mountain bike maintenance in everyday life, and then use ug to the modeling, with CAD were modified.

Keywords: small four-hill mountain bikes; Strength check of frame materials; Welding process; Chain drive; Ug modeling

1 绪论 1

1.1 研究的背景及意义 1

1.2 国内外山地自行车研究动态及存在的问题 1

1.2.1国内山地自行车研究动态及存在问题 1

1.2.2国外山地自行车研究动态及存在的问题 2

2 小型四轮山地自行车概述及工作原理 4

2.1 山地自行车的概述 4

2.2 小型四轮山地自行车结构及工作原理 5

3 四轮山地自行车车架材料的选择及结构设计 6

3.1 四轮山地自行车车架介绍及材料的选择 6

3.2 铝合金概述 8

3.2.1铝合金的性能特点 8

3.2.2车架铝合金的研究现状 9

3.3 小型四轮山地自行车车架结构设计 9

3.3.1小型四轮山地自行车车架尺寸设计 10

3.3.2车架强度计算 11

4 小型四轮山地自行车车架焊接工艺 12

4.1 铝合金车架焊接方法的选择 12

4.2 氩弧焊的分类及材质 13

4.3 焊接准备 14

4.4 焊接操作方法 14

4.5 焊后检验 15

5 链传动设计 16

5.1 链传动特点及应用 16

5.2 滚子链结构及链传动的参数选择 16

5.3 链传动的失效形式 18

5.4 滚子链传动的设计计算 18

6 关键零件结构设计及强度计算 20

6.1 弹簧的设计 20

6.1.1弹簧的类型及选择 20

6.1.2弹簧的设计及计算 20

6.2 轴承的选择及寿命计算 21

6.3 十字轴万向联轴器的选择及载荷计算 23

6.3.1 十字万向节选择 23

6.3.2十字万向联轴器载荷计算 24

6.4 传动轴的强度校核 24

7小型四轮山地自行车车轮的选择 26

8 小型四轮山地自行车维护 29

参考文献 30

致谢 31

总装图.gif

自行车中轴.gif

设计字数统计.png

内容简介：: 附件 3 新疆大学本科生毕业论文（设计）中期检查表学生姓名阿布都热合曼吐尔孙学院班级机械工程学院机械 1311班指导教师阿达依老师论文（设计）题目小型四轮山地自行车的设计已完成的任务 1、文献查阅 2、装置的机构示意图 3、初步的结构设计 4、说明书的部分章节（手写）是否符合任务书要求进度基本符合进度要求尚须完成的任务 1、完善关键零件的设计 2、关键零件 3、说明书撰写（电子版）能否按期完成任务是存在的问题和解决办法 1、进度较慢，原因是学生要参加公务员考试； 2、关键知识节点的应用与理解有待提升。填表人日期教研室主任签字：教学副院长（主任）签字：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：阿布都热合曼吐尔孙论文（设计）题目：小型四轮山地自行车的设计专题：四连杆机构的应用设计要求完成的内容： 1）关键零件图 2）完成装配图 3）关键结构的设计 4）文献查阅 5）设计说明书发题日期： 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：页；图纸张数： 2 张指导教师：教研室主任：院长：新疆大学毕业论文 (设计 ) 题目：小型四轮山地自行车的设计指导老师：阿达依老师学生姓名：阿布都热合曼吐尔孙所属院系：机械工程学院专业：机械工程（矿山机电）班级：机械 13 完成日期： 2017 年 5 月 30 日新疆大学毕业论文 (设计 ) 题目：小型四轮山地自行车的设计指导老师：阿达依老师学生姓名：阿布都热合曼吐尔孙所属院系：机械工程学院专业：机械工程（矿山机电）班级：机械 13 完成日期： 2017 年 5 月 30 日声明本人郑重声明，毕业设计论文小型四轮山地自行车的结构设计系本人在阿达依老师指导下独立完成，没有抄袭、剽窃他人成果，由此造成的一切后果由本人负责。声明人：年月日新疆大学毕业论文（设计）任务书班级：机械 1311 班姓名：阿布都热合曼吐尔孙论文（设计）题目：小型四轮山地自行车的设计专题：四连杆机构应用设计要求完成的内容： 1）关键零件图 2）完成装配图 3）关键结构的设计 4）文献查阅 5）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：页；图纸张数： 2 张指导教师：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 摘要山地自行车源于美国，是美国青年为了寻求刺激，在摩托车比赛的越野场地上驾驶自行车进行花样比赛而派生发展起来的车型。小型四轮山地自行车的设计时一门专业的学科，国外山地自行车工业发达的国家都在自行车中投入大量人力，物力和财力，也取得了很好的效果。我国虽然被成为自行车生产王国，但在产品设计工作上与国外先进水平相比还存在差距。小型四轮山地自行车是山地自行车的一类，小型四轮山地自行车的设计涉及到大量的技术问题。本次毕业设计中通过研究小型四轮山地自行车的工作原理，初步确定了自行车车架结构尺寸并对其进行了强度校核，选择了车架材料，确定了车架的焊接工艺，设计计算了链传动，选择了关键零件并做了相关计算，选择了山地自行车的轮胎，并说明了小型四轮山地自行车日常生活中的维护，然后用用关键词：小型四轮山地自行车；车架材料强度校核；焊接工艺；链传动；新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） is to in in of as a in a of is a of is a in to of a of of a of by of of of do in ug to AD of Ug 疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计）录 1 绪论 . 1 究的背景及意义 . 1 内外山地自行车研究动态及存在的问题 . 1 . 1 . 2 2 小型四轮山地自行车概述及工作原理 . 4 地自行车的概述 . 4 型四轮山地自行车结构及工作原理 . 5 3 四轮山地自行车车架材料的选择及结构设计 . 6 轮山地自行车车架介绍及材料的选择 . 6 合金概述 . 8 . 8 . 9 型四轮山地自行车车架结构设计 . 9 . 10 . 11 4 小型四轮山地自行车车架焊接工艺 . 12 合金车架焊接方法的选择 . 12 弧焊的分类及材质 . 13 接准备 . 14 接操作方法 . 14 后检验 . 15 5 链传动设计 . 16 传动特点及应用 . 16 子链结构及链传动的参数选择 . 16 传动的失效形式 . 18 子链传动的设计计算 . 18 6 关键零件结构设计及强度计算 . 20 簧的设计 . 20 . 20 . 20 承的选择及寿命计算 . 21 十字轴万向联轴器的选择及载荷计算 . 23 字万向节选择 . 23 . 24 动轴的强度校核 . 24 7 小型四轮山地自行车车轮的选择 . 26 8 小型四轮山地自行车维护 . 29 参考文献 . 30 致谢 . 31 新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 1 1 绪论究的背景及意义世界自行车行业的发展是从传统的自行车运输工具到运动型、山地型和休闲型。在美国、欧洲、日本等发达国家的自行车更为常见的运动、健身、休闲和娱乐产品。日本计显示，自行车保持 106 万套的世界需求，自行车的年营业额是 500 亿美元。由于工业的特点和劳动力成本的因素，过去 15 年全球自行车制造业主要有产业制造业优势的国家和地区转移。到 2013，中国仍然是世界上最大的自行车生产基地，汽车生产厂，零部件生产厂分别达到 500以上，超过 700，世界上五大生产商是中国的主要基地。随着世界各地的人们收入的增加，生活水平的提高，促进了人类对于保护环境意识的重视，对自行车的全球需求将进一步扩大，随着自行车结构的进一步升级，行业参与者带来更大的利润空间，中国自行车行业的发展前景将更加广阔。一般小型四轮山地自行车最大的特点是它拥有减震器和优质钢、铝合金或碳纤维来打造车身从而达到良好的减震和平衡作用。一般骑山地自行车，不用关心自行车的重量，所以小型四轮山地自行车结构是强大的。但它也不是对轻，如轻钢或铝或碳纤维车身可以使整个车身的重量轻，但一般而言，除非它是参加比赛使用专业赛车水平山自行车，重量的车本身是不太受欢迎的。最初的阻尼系统安装在山地自行车的目的，主要是为了配合下坡比赛时碰撞。在越野山地自行车设计中，是在山坡上爬的越快越好，不关心下坡或满足特殊条件的不均匀表面，职业选手的山地自行车很轻。多功能四轮山地自行车既是山地自行车又是城市自行车，是两者自行车融合的设计。为了增强我国大陆地区自行车企业新产品的自主研发能力，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：小型四轮山地自行车的结构设计。选择这样的研究内容是基于以下方面的考虑：首先当代社会四轮山地自行车非常受人们的喜爱，研究成果一旦获得应用，经济效益十分可观；其二，四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；其三全减振四轮山地自行车是近年来出现的新型山地自行车，需要对其进行更进一步优化。内外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 1991 年唐山的工程技术学院王子良 , 黄永强根据随机振动理论建立系统动力学模型 ,通过荐评价方法分析模型 ;基于自行车的结构动态特性的新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 2 分析车架 ,车架的结构重新根据分析结果设计。 1995年郑州轻工业学院杨向东，他设计了有机碳纤维自行车车架，对车架的强度、刚度、阻尼性能测试分析 ;后来，陶浩和段红杰使用超级有限元软件包分析车架的车架。 ,1995年天津轻院的李亚平 ,王钟和宋桂林与有限元法对自行车的车架内力进行了计算 ,并用实验验证了 ;后来 , 李亚平、殷安琪和王延汉使用振动结构理论对车架系统进行了振动特性分析 ,计算了前叉的动态应力 ,为前叉断裂问题的研究提供了理论依据； 2002年 ,东南大学 , 董晓马根据随机振动理论和立了山地自行车全减震自行车骑振动模型 , 对山地自行车为减振系统参数进行了优化 ,并优化前后的性能加以对比证明参数优化的有效性。在山地自行车及其它类型自行车结构与机构设计方面， 1990 年西北轻工业学院的刘云霞、马中兴等对自行车在正常骑行状况下的承载进行了测试与分析，得出“骑行者自行车”传递系统载荷的统计数据；之后，沈义明、晏恒等以车架重量最小为目标对车架结构进行了优化设计，并对车架刚度、强度进行了校核；1990 年华南理工大学的严军、丁德通过试验和计算的方法对车架和前叉进行了静力强度和疲劳强度分析； 2000 年台湾国立中山大学机械工程研究所的许正和，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； 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 年研究了骑行者新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 3 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； 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。接下来的几年，美国空军学院以 C. 做工作的基础上，继续以山地自行车为研究对象开展了进一步的研究工作。 1986 年，同发表了一篇文章，从能量的角度来研究了铰链力矩与蹬车频率之间的关系。 2004 年研究了山地自行车人机交互的动力学行为； 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。另外一支团队是德国人，所做工作如下： 1994 年研究带有悬架系统自行车动力学模型建立； 1998年研究了骑行者所受振动强度的试验与仿真； 1999 年研究了带有悬架系统自行车振动舒适性的仿真计算； 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。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。新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 4 2 小型四轮山地自行车概述及工作原理地自行车的概述自行车制造业多年来一直是传统产业。随着经济的快速发展造成了严重的环境污染 ,如交通拥堵、资源枯竭、自行车再次成为全世界特别是发达国家人们喜欢的交通工具、健身、娱乐等休闲。世界自行车行业的重心是步行交通工具像运动型休闲型、山地型类型转换 ,在欧洲 ,美国 ,日本和其他发达国家 ,自行车是一种很常见的体育、健身、娱乐和休闲产品。中国是一个自行车王国，目前国内自行车的数量约为 5亿，随着人们生活水平的迅速提高，国内的时尚，体育休闲娱乐，交通工具的自行车需求急剧增长。对自行车每年全世界的需求量都是巨大的，日本的统计数据显示，全世界自行车的需求量大约在 1亿台的水平，每年自行车的营业额大约是亿美元。不仅自行车王国，中国是自行车制造大国，现在中国已经成为世界上最大的自行车制造基地，国际五大自行车制造商基地在中国。自行车分为五类 :山地自行车、公路自行车车、城市自行车车、沙滩车和小轮车。四轮山地自行车的车身相对稳定 ,轮胎宽 ,平衡性能好 ,有好的减震的优点 ,能适应山上或其他复杂地形的特点 , 一般带有前避震或者前后避震系统 ,可靠性要求高 ,车辆的各种组件的安全可靠性高 ,当前帧更多使用铝合金或碳纤维材料。公路车，俗称跑车，具有超轻的车身、较窄的轮胎、小的风阻、快的速度和多用与公路赛。城市汽车的特点是轻便、快速、舒适，许多车座椅都有衬垫，而且车架材料通常是铝合金。沙滩车的特点 :超级舒适，但更重，适合在沙滩上骑行，或在城市漫步。一个小的轮子或性能的车，一个超级强壮的，但是沉重的身体，主要用于极限运动性能。图地自行车图越野自行车新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 5 型四轮山地自行车结构及工作原理小型四轮山地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、车把转向杆、车把，转向连杆等部件组成，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、传动轴、飞轮、链条、曲柄、脚蹬、中轴、链轮等部件组成，脚踏力通过脚蹬、曲柄、链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动，使自行车持续前进。安全装置主要包括车铃、反射装置、车灯等，确保行车安全。自行车车架是自行车部件中基本结构，是自行车和骨架的主体，其他部件直接或间接安装在车架上。车架结构类型多， ,现有的车架材料主要是钢铁、铝合金、碳纤维 ,合金 ,坑合金、钛合金，镁合金等。轮由金属轮子 ,橡胶轮胎、花鼓 (花 )和辐条 ,一般辐条，轮圈采用合金或不锈钢 ,车轴使用镀镍黄铜 , 外胎一般为轮聚氨酷泡沫 ,橡胶 ,等。通常飞轮内螺纹的方法固定后轴右段 ,与链轮保持在同一个平面上 ,通过自行车的链条和链轮传动系统。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。新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 6 3 四轮山地自行车车架材料的选择及结构设计轮山地自行车车架介绍及材料的选择自行车依靠人的自己的驱动力和骑自行车技术 ,自行车架在驾驶的过程中受冲击载荷的重要的结构 ,并且可以直接影响驾驶者舒适 ,安全驾驶 ,骑自行车速度等。车架可以说是是自行车的灵魂。该车架应承载人的重量和冲击载荷，要求材料具有一定的硬度和强度。同时，材料的制备和后续的变形、焊接或热处理工艺和设备相对简单、容易。在露天的天气中也有自行车暴露在外面，这种材料应具有良好的耐腐蚀性能。弹性模量是应力与应变的比值，以及弹性变形阶段材料的应力与应变正比的关系。所以弹性模量可以被视为判断目标材料产生弹性变形难易程度 ,弹性模量越大 ,使材料的弹性变形有一定需要更多的压力 ,这是材料刚度较大 ,下表显示了车架材料和近年来出现的一些新材料弹性模量。每一帧杨氏模量的模量和密度表 3山地自行车车架材料杨氏弹性模量及密度自行车的车架材料杨氏弹性模量（密度（ g/ 络铟钢 200 207 合金 69 79 116 合金 80 130 纤维 70 200 合金 41 47 料的密度是决定自行车重量的最重要因素之一，而一些车架材料的密度与上面的密度相同。它的密度小到可以使一个较轻的车架，同时考虑到抗拉强度、弹性率和弹性模量等因素的影响。比较表中材料的密度、铝合金、碳纤维和镁合金的密度不太大。金属材料的变形和断裂称为金属的强度，材料可以拉段最大应力称为材料的抗拉强度，表显示了一些车架材料的抗拉强度。其中，铁、铁合金、超硬铝和铬钼钢都是抗拉强度相对好一点。表 3自行车各车架材料的抗拉强度自行车车架材料热处理抗拉强度（有热处理 834 6061铝合金无热处理 100 有热处理 246 7005铝合金有热处理 345 7075铝合金无热处理 230 有热处理 597 纯钛有热处理 597 新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 7 续表 3 有热处理 685 6 无热处理 980 有热处理 1160 (1)铬钼钢车架的优缺点铬钼钢车架的缺点主要体现在 :耐蚀性是不好的 ,如果没有足够的表面处理 ,或在使用的过程中材料表面的伤口 ,容易生锈 ,最终导致失败 ,车架 ;材料疲劳性能不好 ,同样大小的影响和各种材料 ,铬铝钢应力大 ,细管材料疲劳损伤的原因造成的车架 ,钢的密度是有点太密集 ,而在这一代是不可能通过其他方式来减肥 ,但是很难减少钢车架的重量克以下。 (2)铝合金车架的优缺点铝合金的密度较低，比强度高，可制作质量小的车架。铝合金车架长时间使用外观较为稳定，在大自然环境中表面极易发生氧化生成致密的氧化膜，且该氧化膜几乎是无色的，不影响美观，又可避免内部材料进一步被腐烛。与其它车架材料相比，铝合金的弹性模量小，培制车架受到同等的应力时发生的应变小，抵抗车架使用过程中疲劳破坏的能力更高。同时铝合金的可加工性能优异，生产技术较为成熟，适合进行工业化大批量化生产。相对于其它的运动自行车材料，锡的价格最低，生产加工性能最好，具有明显的优势。因此，铅是运动自行车车架使用最广泛的材料。铝制车架的缺点主要是铝的冲击吸收性能较差，使用铝材制作的硬尾车架将把骑行过程中大多数的颠簸震动传递到骑行者的身体上，使得铝制车架乘坐起来颠簸幅度较大，乘骑的舒适感较差。另外，铝合金车架傳接完成后，需进行热处理，否者材料强度不够。（ 3）镁合金车架的优缺点镁合金车架的优点主要在以下三个方面。首先，镁合金具有高强度、弹性模量，比钢和铝合金低，但几乎与三种材料的硬度相同，强度比铝合金好，钢几乎是一倍。因此，采用镁合金车架设计，通过表面处理，改变截面，可使镁合金的性能降低，降低不利因素，使镁合金车架性能得到改善。其次，镁合金能吸收冲击和振动，振动性能优良。镁合金的性能是合金钢的两倍，而硬铝的性能是合金的两倍。这种性能特点使镁合金车架的骑行舒适性特别好。第三，生物相容性和良好的接触、镁合金和人体的生物相容性都很好，车架和人体接触是最无害的。镁合金车架的缺陷是材料性能较差，加工性能差，加工成本高。特别的是，镁的电负性非常大，而标准的电极电位则是耐烛性特别差。。在潮湿的空气中，很容易产生腐蚀，而表面会产生一层薄薄的氧化膜。这个薄层是松散的，，耐烛性很差，而脆性是很大的，需要增加其他的过程来保护金属表面。镁合金的收缩新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 8 率非常大，镁或镁合金的收缩率降低到室温，镁合金的收缩率降低到室温。镁合金铸造和冷却收缩率大，铸造合金特别容易收缩气孔，材料具有低、高的灵敏度，镁合金加工性能差，加工性能差，制造成本非常高。（ 4）铁合金车架的优缺点铁合金的强度高，可以用来制作强度大且质量小的车架。耐腐烛性能优异，在一般的常规使用环境中不发生腐烛。欽合金车架骑感好，钱还可以制做优质避震器弹簧。同时铁合金具有形态记忆功能车架在长年的使用过程中不容易发生变形，铁制车架适合于长时间的使用。铁合金车架的主要缺点是价格高昂。铁在自然界存在的形态为二氧化钛，提炼及其加工过程极其复杂，设备、防护措施、技术要求高。钛合金的溶炼极其困难，因为铁在高温下与空气中氧亲和力极强，和空气接触后立刻变为，而大脆而硬，该部分的性能将大幅度降低。并且，铁制车架的燥接必需在隔离的条件下进行。由于以上种种原因铁车架价格昂贵，加工困难，不适合一般消费群体，更不适合大批量生产。合金概述合金的性能特点铝合金是以铝为基体的合金总称。纯铝的密度小（ P=只有铁密度的 1/3，熔点低（ 660。 C），铝的微观结构为面心立方体，故具有很高的塑性，易于加工，但强度很低。铝经过合金化之后，保持了纯铝的可塑性、低密度优异的阳极氧化着色性能、优良的导电热性能、良好的耐腐烛性能等，可以根据需要制造多种性能特点的材料，铝中常见合金元素有桂、镁、铜、锌、铬、猛等。纯铝强度低，但可以通过合金化及其它处理获得高强铝合金，其强度可以接近或超过优质钢材。因此铝合金已成为有色金属中工业应用最广泛的一类结构材料。铝合金的性能优良，因此被广泛应用于建筑装饰、交通运输、航天航空、机械电子等领域。根据能否通过热处理强化，变形铝合金又可分为两种：热处理可强化型铝合金和热处理不可强化型铝合金。热处理可强化型铝合金可以通过固溶、时效等热处理手段来提高其力学性能，可分为锻铝、硬铝、超硬铝和特殊铝合金等；热处理不可强化型铝合金无法通过热处理的方式来提高其力学性能，只能通过变形加工的方式来实现合金的强化，主要包括防锈铝、工业用纯培、高纯铝等。目前车架铝合金材料应用最多的是 6061 合金， 6061铝合金是耐腐烛、强度、挥接性、热处理工艺性等综合性能比较好的材料。 7005 合金也常用来制做自行车车架，它的强度比高，在室温下放置会发生常温时效，这在一定程度上可以改善它的性能。但是这种 7005 铝合金的冷加工成形、焊接、热处理都比较困难。新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 9 7075是特超硬铝，广泛应用于航空工业，但是它的辉接难度大、耐腐烛性差（会发白），多应用于高强度的非燥接零件上，较少用于制做自行车车架。架铝合金的研究现状目前，大多数材料采用的材料是合金、铝合金、耐腐蚀、强度、焊接性能好，是一种综合性能。铝合金常用于自行车架，其强度高，在室温下会失效，在一定程度上提高了其性能。但是，冷加工、焊接和热处理是很困难的。它广泛应用于航空工业，但很难焊接，对腐蚀的耐腐蚀能力较低，对高强度零件的耐蚀性更强，自行车车架也更少。随着社会的发展，资源和环境的问题，人们对自行车的需求，传统的铝合金材料无法满足市场的需求，尤其是在高端自行车市场。具体性能是铝合金自行车架 (主要的山地自行车模型 )重，高标准安全可靠性测试难以通过。例如，在目前欧盟车架水平受力可靠性测试的标准中，为了保证车架的安全性和可靠性，需要在车架内，车架头管的梁管和焊接接头添加补强片。增加一个坚固的补强片以增加生产时间的成本，严重影响车架的外观，降低产品的定位、品牌形象和市场竞争力表 3典型铝合金力学性能合金及状态抗拉强度 /服轻度 /伸率 /度 606186 145 12 60 606141 214 12 69 可见，优化车架结构对于改善招合金车架的安全可靠性有一定效果，但这种方法无法从根本上改善铝合金车架的安全可靠性，且不适应瞬息万变的车架市场需求。 6061 铝合金工艺技术相对成熟，通过优化焊接和热处理工艺，车架安全可靠性可提升的空间有限。铝合金车架的焊接和热处理制度复杂，其焊接和热处理难度大的问题并没有得到有效解决。型四轮山地自行车车架结构设计图 3型四轮山地自行车车架结构新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 10 型四轮山地自行车车架尺寸设计四轮山地自行车中车架是最主要也是最重要的部件，车架结构设计的好坏，直接关系到自行车的使用及性能。通常来说评判一个车架的好坏，除了考虑其是否重量轻，强度高之外，还应考虑其是否具有较高的承载能力，抗负荷能力，抗震能力，等等。在车架设计时主要考虑三个因素：（ 1）车架材料的选择：稳定性能好，质量轻，耐骑；（ 2）车架几何形状：根据车架用途，功能而定；（ 3）车架尺寸：与人体各部位尺寸相适应为了确保运动者体能，技术的充分发挥，应使自行车各部分尺寸完全适合运动者身材，因此按运动者特有的身材设计车架非常重要。设计车架是根据订车着的身高腿长，臂长，上身长及自行车用途（公路车还是山地车，山地车是爬坡型还是速降型，等等）来确定车架的大小和主要几何尺寸。当车架作用确定以后，车架设计的第一部是确定车架尺寸大小，车架尺寸是车架中轴与上管及座管的交点处之间的距离，是车架设计最基本的参数，车架的尺寸大小与订车者跨步高度（简称跨高 S）直接有关系，跨高是指车座顶面与地面的高度或骑车者跨步与地面的高度。车架尺寸的确定公式为：车架尺寸 =S*果车架的上管是倾斜的，应先将长管假设为水平的再测量中轴与上管及座管的延长线交点处之间的距离。取 165青年人跨高为 900 车架尺寸 =S*00*49座到手把距离用示，两轮之间的距离用示，车架总长度用： 06080架总长度为 530 3四轮山地自行车车架尺寸新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 11 架强度计算最大弯曲正应力即为如下： = ;1 (3式中：最大弯曲正应力，单位为 :最大弯矩，单位为 KN/m 为抗截面系数，单位为 3 车架结构简化成一个粱，一段为鞍座位置，受到载荷记为 1；另一端为车把位置，受到载荷记为 2,则 1=m60%0060%88N 2= m40%00 40%92N 计算支反力，由平衡方程： =1 L+2 L=m = 计算抗截面系数 : =,332 (1-4)= =0;63 (3最大弯曲正应力为： = = /063=材料力学附录 ;1=412为 25，50,一般不大于 114。由于链节数通常是偶数，为使链条和链轮磨损均匀，场取链轮齿数为奇数，并尽可能与连节数互质。优先选用 ,链轮齿数系列为： 17,19,21,23,25,38,57,95，114, （ 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 i6,常取 i=2 条在小链轮上的包角不应小于 120。 a （ 1）中心距过小，单位时间内链条的挠转次数增多，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。（ 2）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 0=（ 30 50） P，最大取 080P。二，滚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 5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 (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（ 8000；拉压弹性模量为 E/d=4 207500 20500； d4 ,200000；推存使用温度： 120 C。特性及用途：强度高，性能好，适用于做小弹簧；簧的设计及计算最大工作载荷为 00 g=980N,最小工作载荷 0g=490N,弹簧工作行程为 S=40弹簧属类载荷，簧外径 D=6 1）选择材料选用碳素弹簧钢丝表 19r=G=80000N/ b与 d=6b=1340 =340=536 N/ (6(2)按强度计算求弹簧钢丝直径 d 新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 21 因为 D=42 故： 28 (6由式 22 d=1.6=806588 = (6可见，查表 16d=7估计相符合。（ 3）按变形计算求弹簧有效工作线圈 n 11 = 22 = 2;12;1 =980;49049 =49049=10 (610 110 490=49mm 980490 =402=80 所以取为 40： n = 8 =80800007 8 980729 = (6按表 19 n =7 圈 (4) 求工作极限载荷 )=70N/由式（ 19得： 382= 367085 =1967 N (6(5) 求工作极限载荷 =2 2 = 1967980 = (6(6)求工作极限载荷 , , = = (6 (7)求弹簧的几何尺寸弹簧钢丝直径： d=7簧中径： 5簧内经： 258簧外径： D=D2+d=35+7=42 效工作线圈： n=7圈总圈数： n1=n+2=7+2=9圈节距： p=d+f,=7+承的选择及寿命计算一，轴承用途：依靠主要元件的滚动接触来在支承转动零件的。二，滚动轴承的特点：具有启动所需力矩小，旋转精度高，选用方便等优点。三，基本结构：由内圈，外圈，滚动体和保持架等 4部件组成。内圈用来和新疆大学机械工程学院本科毕业论文（设计） 22 轴劲装配，外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴劲回转，外圈固定，但也可以用于外圈回转而内圈不动，或是内外圈同时回转的场合。当内，外圈相对传动时，滚动体即在内，外圈的滚动间滚动。轴承内，外圈上的滚道，有限制滚动体沿轴向位移的作用。保持架的主要作用是均匀的隔开滚动体。如果没有保持架，则相领滚动体转动时将会由于接触处产生的相对滑动速度而引起磨损。保持架有冲压的和实体的两种。冲压保持架一般用低碳钢板冲压制成，它与滚动体间有较大的间隙。实体保持架用铜合金，铝合金或塑料等材料经切削加工制成，有较好的定心作用。轴承内，外圈和滚动体，一般用高碳铬轴承（如渗碳轴承钢（如造的，热处理后硬度一般不低于 60于一般轴承的这些元件都经过 150以通常当轴承的工作温度不高于 120件的硬度不会下降滚动轴承的主要类型及选择拟选滚动轴承的类型选择轴承类型时主要看轴承所承受载荷的大小，方向，性质。因为自行车承受较轻，中等的载荷，优先选用球轴承，而且自行车受径向载荷和选用角接触球轴承。轴承的转速 1）与滚子轴承相比较，球轴承有较高的极限转速，故在高速时应优先选用球轴承。 2）在内经相同的条件下，外径越小，则滚动体就越小，运动时滚动体加在外圈滚道上的离心力也就越小，因而也就更适于在更高的转速下工作。故在高速时，宜选用相同内径而外径较小的轴承。 3）保持架的材料与结构对轴承转速的影响极大，实体保持架比冲压保持架允许高一些的转速，青铜实体保持架允许更高的转速。 4）推力轴承的极限转速均很低。当工组转速高时，若轴向载荷不大，可以采用角接触球轴承承受纯轴向力。 5）若工作转速略超过样本中的极限转速，可以选用较高公差等级的轴承，或者选用较大游隙的轴承。滚动轴承的尺寸选择（一）滚动轴承的失效形式及基本额定寿命滚动轴承的正常失效形式是内外圈滚动或滚动体上的点蚀破坏。轴承点蚀破坏后，在运转时通常会出现较强烈的震动，噪声，发热现象。除了点蚀以外，轴承还可能发生其他多种形式的失效。（ 1）润滑油不足使轴承烧伤；（ 2）润滑油不清

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