机械毕业设计（论文）-自行车助学器的研制（全套图纸） .doc

i 中中国国地地质质大大学学长长城城学学院院 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 自行车助学器的研制 系系 别别 工程技术系 学学生生姓姓名名 专专 业业 机械设计制造及自动化 学学 号号 指指导导教教师师 职职 称称 副教授 2015 年年 4 月月 30 日日 i 摘 要 本课题来源于对目前使用非常广泛的自行车辅助轮进行新的改进。儿童式自行车现 在可以说是家喻户晓了，但是此自行车辅助轮大多是不能摆动的较为麻烦，需要对此辅 助轮进行改进，以便初学儿童者方便学骑。现对此儿童的自行车进行大胆改进设计，完 善辅助轮的装置。利用气动驱动连杆带动辅助轮摆动，以此可以在地面上行走也可以脱 开地面，使得初学者逐渐掌握学骑自行车。实现摆动只需按个按钮即可实现。 本次设计对自行车的辅助轮进行改进设计，以此得以论证利用机械结构的改进可以 满足更多的实际应用，显示出新型技术的重要性。 关键词：自行车 辅助轮 气动驱动连 i abstract this topic originates from the bicycle auxiliary wheel on a widely used for new and improved. children bicycle now can be said to be make known to every family, but the electric bicycle auxiliary wheel is mostly not swing relatively trouble, need to auxiliary wheel is improved, so that beginners can learn to ride in children. now this childrens bicycle was bold improvement design, perfect for auxiliary wheel. the use of pneumatic driving auxiliary wheel swing, which can walk on the ground can also be disengaged from the ground, so that beginners gradually mastered learning to ride a bicycle. the swing can be implemented with a click of a button. the design of the auxiliary wheel of the bicycle was improved, so as to improve mechanical structure using argumentation can meet more practical applications, shows the importance of new technology. key words：bicycle; auxiliary wheel ；cylinder to drive the connecting rod 目 录 1、 绪论 i 1.1 前言.1 1.2 儿童车国内发展及趋势.1 1.3 课题设计目的意义、内容及章节安排.3 1.3.1 课题设计目的意义3 1.3.2 本次设计的内容3 1.3.3 本次设计的章节安排3 2、 机械结构设计4 2.1 自行车机身设计4 2.1.1 自行车车架4 2.1.2 轮胎.5 2.2 自行车辅助轮的设计.6 2.3 自行车辅助轮曲柄连杆设计.8 2.3.1 辅助轮曲柄连杆设计8 2.3.2 辅助轮连杆转轴设计9 2.3.3 连杆轴承的选择与校核.10 2.4 辅助轮推动气缸设计10 2.5 本章小结.13 3、 辅助轮控制系统设计13 3.1 推动气缸气箱设计.13 3.2 辅助轮动作分析.13 3.3 控制阀选型设计.14 3.4 控制管接头选型设计.15 3.5 本章小结.16 4、 结构设计及三维建模16 4.1 辅助轮结构建模.16 4.2 自行车车身建模.17 4.3 总体装配建模.18 4.4 本章小结.18 结 论19 参考文献19 致 谢20 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 1 1、 绪论 1.1 前言 随着儿童企业环境的建设与规模的发展，各方面的因素都在变化着。儿童的产品越 来越多也多样化，也促使着儿童式自行车企业越来越多，竞争力也越来越强。本文是以 根据儿童自行车学骑的过程，对儿童自行车的辅助轮进行结构改进设计。 1.2 儿童车国内发展及趋势 童车行业潜力发展巨大,是个大有可为的行业。从宏观市场发展及国内环境来看，童 车行业未来几年会有以下几大发展趋势。 其一，市场需求量不断增加。中国经济发展迅速，人们的生活条件不断提高。每个 家庭假设有一个小宝宝，在生活条件允许的前提下，每位家长都会尽最大的努力给小宝 宝提供好的物质基础，衣、食住所、日需品包括儿童玩具。2014 年根据调查显示，中国 现有 6 岁以下儿童数量为 1.2 亿。假如每个父母在儿童身上消费 5000 元进行换算，这个 市场的容量将是 6000 亿元。童车是婴童产品中最为典型和普遍的产品，因此童车的市场 非常开阔。当前最具投资的产业童车将会占据主导产业之一，未来三至五年即将成为中 国最耀眼的主导产业之一。 其二，市场品牌很重要。几年前，童车业价格竞争很大，一些小企业无力招架在市 场中的竞争，在无情的价格战中被迫倒闭，或者被大公司兼并。随着消费需求的偏移， 童车的设计加加工上在不段的更新，由原先的价格竞争转变为现在的价值竞争，消费者 现在不紧注重价格，更注重的质量，商家打开市场的新策略即将是“品牌营销”成为主 导。品牌就是效益，将是童车的市场。童车认知度、满意度及忠诚度都会体现在品牌上， 决定企业在市场上的竞争力也就是品牌。童车企业的重视度越来越体现在品牌上，童车 企业的发展首要考虑的问题就是如何是消费者在众多品牌中现在自己企业的产品，让消 费者更放心、踏实和舒心。总而言之，企业注重品牌化发展将势不可挡。 其三，专业化品牌运作首当其冲。中国童车业不少企业也慢慢成长为具有雄厚实力 的大型企业。他们也认识到了品牌塑造的重要性，但他们有想法没办法，不知道怎么做 品牌。所以童车业的领袖品牌始终没有建立。发育成熟的行业往往已经形成了一个领袖 品牌群落，而发育不太成熟的行业，往往只有一两个领袖品牌在默默耕耘，甚至还没有 出现领袖品牌。如发育已经相当成熟的家电行业已经出现了海尔、美的、长虹、tcl 等领 袖品牌。而童车业除了好孩子这个极具实力的品牌外，至今仍找不到第二个可以遍布全 国、叱诧风云的领导品牌。这显然是不够稳定的 童车业在品牌塑造上处于弱势地位，十分缺乏品牌系统推广和操作的经验，他们认 为品牌策略就是 vi 设计，把巨资投到了企业形象、宣传广告、包装、店堂等方面的设计 上，但他们殊不知这只是品牌塑造的很小以部分。vi 视觉识别，在一定意义上说是传播 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 2 企业经营理念、建立企业知名度、塑造企业形象的快速便捷之途，但是其影响力却不是 很大。童车企业要塑造强势品牌，只是花巨资做 vi 或招聘人才进驻公司服务都很难真正 产生实效。童车企业可以与品牌咨询公司合作，借助品牌咨询公司强大的智囊团有系统、 有规划地实施品牌战略。专业化品牌运作是未来童车业必然的选择。 其四，重视原创设计和产品创新。当前真正考虑到儿童需求的童车还很少，在童车 产品雷同的大形势下，品牌就急需创新设计。浙江平湖举办了以“创新引领童车行 业新飞跃”为主题的中国平湖童车产业发展论坛。来自广东、上海、江苏、浙江、 宁波、义乌等玩具行业、童车产业界的专家、学者和平湖童车行业协会会员单位的代表 共 200 多人参加了论坛。浙江经营管理研究会副秘书长、浙江大学、浙江师范大学客座 教授连云尧则紧紧围绕“创新”主题，从创新能力、动力、实质、思维、方法等各方面 向与会人员作了题为创新引领童车行业再上新台阶的报告。宁波妈咪宝婴童用品制 造有限公司总经理叶伟德与现场企业家们共同分享了产品创新、创牌，以及打造一流企 业的经验与收获。在随后举行的论坛对话板块，企业家们与专家、学者面对面、围绕 “品牌品牌管理竞争” 、 “创新与保护知识产权”两大主题。就如何应对国际玩 具市场对中国一玩具的召回措施，加强内部管理提高童车质量，加强知识产权保护等问 题进行了互相讨论。此会议的召开也说明了童车企业品牌塑造及创新设计的重要性。远 卓品牌机构认为，童车企业应不断寻找市场空白点，进行产品丰满、细化、创新，将创 新设计作为品牌的灵魂。 随着儿童车需求的不断增大，儿童车的特殊性对童车企业提出了更高的要求。中国 童车行业应加快创新步伐，尽快出现更多引领行业潮流的强势品牌，以带动童车行业的 整体发展。知名品牌的崛起将会使消费者在选购童车时更方便、放心，也会给“中国造” 的名牌与国际品牌相抗衡提供支持。 目前我国婴童用品市场是世界范围内公认的最有“前”景、发展最快的市场。在 2011 年中国 012 岁的婴童市场总规模约为 11500 亿元，近几年婴童市场将保持 15%左右 的高速增长，到 2015 年婴童市场可能会达到两万亿元的规模。 随着儿童车需求的不断增大，儿童车的特殊性对童车企业提出了更高的要求。中国 童车行业应加快创新步伐，尽快出现更多引领行业潮流的强势品牌，以带动童车行业的 整体发展。知名品牌的崛起将会使消费者在选购童车时更方便、放心。也会给“中国造” 的名牌与国际品牌相抗衡提供支持。 童车企业要有多元化思维方式，进行系统思考。首先要加强品牌意识，其次要学会 运用超低成本塑造品牌的战略，再次要知道做品牌有多条道路，要挑最适合自己的路。 童车企业要精诚选择，与专业人士合作，或与专业咨询公司合作，通过专业团队获得更 多的智力支持和更完善的系统服务，从而制定出最适合企业品牌发展的战略规划，并有 效实施。 童车企业要不断提高设计能力，根据儿童特征及市场需求，设计出符合消费者需求 的产品，并在此基础上不断创新，使童车功能更强，更具人性化。通俗地说，童车企业 应设计制造出能代表企业的个性化产品，让产品自己开口说话，赢得消费者的“放心” 。 提高设计能力，让产品开口说话。童车企业要做大做强必须塑造自主品牌，而自主 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 3 品牌的塑造最基本的就是自主开发。产品开发是连结技术和市场的关键环节。市场保持 着民族、国家、地域等多种特性。因此，不掌握产品开发能力，就难以把对市场的需求 特点以及对这些特点的理解转化为产品的性能特性。童车企业在抄袭原创时，就没有任 何空间根据市场的条件进行自主设计。相反，若童车企业能进行自主开发，就可以通过 自己对市场的理解而进行创造性的设计，从而开发出符合市场需求特点的产品。 1.3 课题设计目的意义、内容及章节安排 1.3.1 课题设计目的意义 目前中国的儿童车发展近几年趋于较快，儿童车的生产与改进设计有利于儿童车占 有市场的很重要的作用，所以本课题是针对儿童车学习骑自行车的特点对儿童自行车的 辅助轮进行改进设计，这样是属于提高本身设计能力的体现也是对童车进行创新设计的 体现，对本次毕业设计有很大意义。 1.3.2 本次设计的内容 本次设计的任务是新型儿童自行车的辅助轮结构设计。设计的主要内容包括： 1、分析儿童自行车辅助轮的特点，初步拟定改进后的辅助轮的方案。需要解决的是 拟定改进设计辅助轮的方案，分析方案的可能性。 2、对儿童自行车辅助轮改进设计绘制方案图。需要解决的方案的论证及最终确认方 案。 3、对儿童自行车进行三维建模及辅助轮的三维建模。解决的是运用 solidworks 三维设计软件对儿童自行车的结构和辅助轮的结构进行三维设计绘图。 4、对儿童自行车辅助轮结构进行装配图的设计及主要零件的设计。解决的是运用 autocad 软件对装配图进行绘制和主要零件图进行绘制。 5、总结设计，编写设计说明书。 1.3.3 本次设计的章节安排 本次设计的辅助轮主要目的是为了儿童在学习骑自行车的时候能够从开始学习到最 终能够脱离辅助轮的过程，所以辅助轮需要设计能够随意打开和放下，所以我们需要设 计的辅助轮需要自动打开和放下的动作。主要设计的章节安排为： 第二章为辅助轮机械结构设计，第三章为辅助轮的控制设计，第四章为辅助轮及机 身各部结构的三维建模。 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 4 2、 机械结构设计 2.1 自行车机身设计 本次设计的儿童自行车辅助轮结构设计，自行车的车身基本按照儿童自行车的标准， 根据儿童学骑自行车的特点，儿童基本自行车车身长度 1100mm 左右，座椅高低大约 550mm 左右，两车轮的直径标准为 380mm，扶手高度为 700mm，车身主体采用碳钢材质制 作。其余大都形状均按照成人自行车的框架设计。 悬架是自行车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递 作用在车轮和车架之间的力和力扭，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并 衰减由此引起的震动，以保证自行车能平顺地行驶。 典型的悬架结构由弹性元件、导向机构以及减震器等组成，个别结构则还有缓冲块、 横向稳定杆等。弹性元件又有钢板弹簧、空气弹簧、螺旋弹簧以及扭杆弹簧等形式，而 现代轿车悬架多采用螺旋弹簧和扭杆弹簧，个别高级轿车则使用空气弹簧。根据自行车 两侧车轮运动是否相互关联，自行车悬架分为非独立悬架和独立悬架两大类。 非独立悬架的结构特点是两侧车轮安装在一根整体式车桥上，车轮连同车桥一起通 过弹性元件与车架(或车身)相连。车身的相对稳定性较差。但这种悬架结构简单，制造 方便，在载重自行车上被广泛应用。 独立悬架的结构特点是两侧车轮各自单独地通过弹性元件与车架(或车身)相连，并 且采用断开式车桥。若一侧车轮相对于车架(或车身)的位置发生变化时，另一侧车轮不 受影响。这种悬架结构复杂，但车身的平稳性和高速行驶的稳定性较好，因此在轿车和 小客车上得到普遍采用。 我所设计的儿童自行车，其所行驶的实际情况都比较好，并且车速比较低。故为使 其结构简单，成本低，所以前轴采用麦弗逊式独立悬架，因为它结构简单，应用最为广 泛，成本也较低，又能满足车一定的舒适性；后轴采用钢板弹簧非独立悬架，最简单最 便宜而又实用的悬架。 2.1.1 自行车车架 车架的作用是承受载荷，包括自行车自身零部件的重量和行驶时所受的冲击、扭曲、 惯性力等。现有的车架种类有大梁式、承载式、钢管式及特殊材料一体成型式等。 大梁车架的原理很简单：将粗壮的钢梁焊接或铆合起来成为一个钢架，然后在这个 钢架上安装引擎、悬架、车身等部件，这个钢架就是名副其实的“车架” 。 大梁式车架 的优点是钢梁提供很强的承载能力和抗扭刚度，而且结构简单，开发容易，生产工艺的 要求也较低。致命的缺点是钢制大梁质量沉重，车架重量占去全车总重的相当部分；此 外，粗壮的大梁纵贯全车，影响整车的布局和空间利用率，大梁的厚度使安装在其上的 座厢和货厢的地台升高，使整车重心偏高。也称作整体式或单体式车架。针对大梁式车 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 5 架质量重、体积大、重心高的问题，承载式车架的意念是用金属制成坚固的车身，再将 发动机、悬架等机械零件直接安装在车身上。这个车身承受所有的载荷，充当车架，所 以准确称为“无车架结构的承载式车身” 。 承载式车架由钢经冲压、焊接而成，对设计和生产工艺的要求都很高，这也是中国 目前的车身设计开发难以突破的大难点。成型的车架是个带有座舱、发动机舱和底板的 骨架，我们所能看到的光滑的自行车车身则是嵌在骨架上的覆盖件。 承载式车架是目前轿车的主流，因为这种结构将车架和车身二合为一，重量轻，可 利用空间大，重心低，而且冲压成型的制造方式十分适合现代化的大批量生产。但是除 了开发制造难度高外，刚度不足也是承载式车身的一大缺陷。 钢管式车架就是用很多钢管焊接成一个框架，再将零部件装在这个框架上。它的生 产工艺简单，我所设计的自行车车架也是钢管式车架，它结构简单，便于自由设计，生 产工艺简单，有利于降低自行车的制造成本。 2.1.2 轮胎 我所设计的自行车选用的是子午线轮胎。现在用的最为广泛的就是子午线轮胎，它 的性价比是最高的。 子午线轮胎的优点是：附着性能好，胎面滑移小，对地面单位压力也小，因而滚动 阻力小，使用寿命长。胎冠较厚且有坚硬的带束层，不易刺穿；行驶时变形小。 它的缺点是：因胎侧较薄，胎冠较厚，在其与胎侧的过渡区易产生裂口。侧面变形 大，导致自行车的侧向稳定性差，制造技术要求高，成本也高。 基本的自行车车身外框架如下图所示： 图 2-1 儿童自行车车身及整体结构图 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 6 2.2 自行车辅助轮的设计 普通儿童自行车辅助轮主要是一种自行车后辅助轮，其包含冲击板、辅撑板、缓冲 弹簧、两固定片、抵撑片、调整螺丝、迫紧螺帽、辅助轮、螺栓及止松螺帽，冲击板贯 设两长椭圆孔、一小螺孔、两大螺孔，辅撑板设置两大螺孔，末端往下延伸一具有穿孔 的连接段，缓冲弹簧由弹簧圈两末端各延伸一相互垂直的抵脚，固定片一侧面凹设压制 槽，且上下段各贯设一固定孔，抵撑片上端转折段设一穿孔，下段转折段设一调整螺孔， 辅助轮中心贯设一枢结孔；可确保使用安全及延长整体使用寿命。根据以往经验有款辅 助轮是利用本身辅助轮加可调弹簧，利用弹簧可以伸缩调节升降。辅助轮弹簧强度可以 调整以适应不同的使用者；当儿童学骑者逐渐适应骑乘方式后可调降弹簧强度，使儿童 逐渐适应骑乘的摇摆状况。同时可以将辅助轮提高离开地面，如同拆掉一般，这样可以 更快地帮助儿童学习骑乘自行车，这样发挥了辅助轮的功效。 图 2-2 自行车辅助轮 图 2-3 弹簧式自行车辅助轮 由于这种自行车辅助轮是靠弹簧来伸缩调节辅助轮的升降，毕竟调节时是靠着强度 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 7 来调节，并没有起到完全能够智能控制的效果，本次设计对自行车的辅助轮进行大胆改 进设计。从学骑儿童自行车的儿童来说，学骑是个过程而已，辅助轮应该是随时可以任 意自由摆动，通过手动按钮来智能控制将非常好。本次提出用气动控制曲柄连杆带动辅 助轮的摆动，即可实现辅助轮的随意摆动及抬高和降落。 图 2-3 辅助轮摆动过程 为了实现辅助轮的打开和放下的动作，机械上面有很多可以实现，比如曲柄连杆机 构、曲柄摇杆机构、偏心轮结构等，靠这些机构实现的话都需要有原动力，我们首先考 虑的是使用原动力是电机带动，本次设计我们取消了电机来带动，毕竟本身儿童自行车 再加上随车电源的话成本会很高，所以本次设计考虑使用气动驱动曲柄连杆机构。这样 可以减少了电源的使用，在车载使用车载气箱来储存一定的空气，利用气缸驱动曲柄连 杆使得辅助轮实现打开放下的动作，具体步骤的简图如下： 图 2-4 气缸驱动辅助轮摆动 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 8 2.3 自行车辅助轮曲柄连杆设计 2.3.1 辅助轮曲柄连杆设计 根据辅助轮的摆动，则曲柄连杆的摆动就可得出， 图 2-5 自行车助学器 已知上图按标准的辅助轮摆动一定角度即可得出辅助轮需要摆动后的高度。 辅助轮连杆主要承受连杆臂的重力和往复惯性力所产生的交变载荷，因此，在设计 时应首先保证连杆具有在足够的疲劳强度和结构钢度。强度不足的话，连杆杆身就会发 生断裂，造成严重事故。同样，连杆刚度不足的话，曲柄连杆机构在运作的时候也会带 来不规则影响工作。 假如连杆材料膨胀系数比衬套材料的小，则随工作时温度降低，过盈减小，连杆头 断面中的应力也减小。故必须进行疲劳强度计算。 连杆头和衬套应该为过盈配合，在两零件的配合表面，连杆头所受的径向压力由于 压入过盈及受热膨胀为： mpa dd dd edd dd e d d t 1 1 )( p 2 1 2 1 2 1 2 1 22 1 22 1 式中：衬套压入时的过盈，；mm 一般青铜衬套，取，0015 . 0 0002 . 0 d1mm0176. 0220.0008 其中：工作后连杆温升,约； t c 150100 连杆材料的线膨胀系数，对于钢 ；)/1 (100 . 1 5 c 衬套材料的线膨胀系数，对于青铜；)/1 (108 . 1 5 c 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 9 、连杆材料与衬套材料的伯桑系数，可取；3 . 0 连杆材料的弹性模数，钢 10； empa10 2 . 4.e 5 衬套材料的弹性模数，青铜； e mpa 5 102 . 2e 计算连杆头承受的径向压力为： 3 . 0 22 2 . 24 22 2 . 24 102 . 2 1 3 . 0 2 . 24734.30 2 . 24734.30 102 . 4 1 2 . 24 100 . 18 . 1120 2 . 240176 . 0 p 22 22 522 22 5 5 ）（ 16.74n 由径向均布力引起连杆头外侧及内侧纤维上的应力，可按厚壁筒公式计算，p 外表面应力 63.54 2 . 24734.30 2 . 242 74.16 d 2d p 22 2 22 1 2 d a 2 /mmn 内表面应力 37.71 2 . 24734.30 2 . 24734.30 865.31 d dd p 22 22 22 1 22 1 d i 2 /mmn 的允许值一般为，校核合格。 i 和 a 150100 2 /mmn 2.3.2 辅助轮连杆转轴设计辅助轮连杆转轴设计 在连杆与主传动轴部位连接处有一连杆转轴。 在设计中连杆轴质量没有特殊作要求，从经济性和实用性上进行考虑选择材料的时 候，故选用 45 号钢。对 45 号钢进行调质处理。其基本形状如图所示； 图 2-6 自行车助学器 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 10 2.3.3 连杆轴承的选择与校核连杆轴承的选择与校核 由于连杆轴 2 轴径为 20mm，根据连杆头厚度尺寸，选择连杆头两端轴承为 6001 轴承。 其基本参数为主要是额定载荷： c =12800n， =66500n，e=0.23,y =2.5,，假定轴承的寿命为 3 年，每天r 0r c1 2 4.4y 工作 10 小时，一年工作 300 天，所以轴承的基本额定动载荷可按一下公式进行计算： c= 0 hmd r nt f f f pc f f 其中：c基本额定动载荷计算值，n； p当量动载荷，按式计算，为轴承所受径向载荷， ra pxfyf r f 轴向动载荷： x 为径向动载荷系数； y 为轴向动载荷系数； 寿命因数，按表 7-2-8 选取； h f 速度因数，按表 7-2-9 选取； n f 力矩载荷因数，力矩较小时=1.5,力矩较大时=2; m f m f m f 冲击载荷因数,按表 7-2-10 选取; d f 温度系数,按表 7-2-11 选取; t f 轴承尺寸及性能表中所列基本额定动载荷; 0r c 由表查得=1.19,=0.366,=1.5,=1.2（中等冲击）,=;1.0； h f n f m f d f t f 因为轴向载荷=0，即，所以当量动载荷 a f/ ar ffe 1 0 r pxyf 即， 1r pyf2.5 2436860920p 1.19 1.5 1.2 60920309228.26 0.366 hmd nt f f f cp f f ,所以此轴承选的合适,能满足要求。 0r c 2.42.4 辅助轮推动气缸设计辅助轮推动气缸设计 该辅助轮的推动气缸的计算需要根据辅助轮的重量，气缸需要克服辅助轮的重量， 辅助轮推动气缸作水平直线运动时，主要克服的是摩擦阻力和惯性力，因此，气 缸所需要的驱动力应由摩擦阻力和惯性力来确定。 fff惯摩驱 式中 摩擦阻力，应包括辅助轮与连杆间的摩擦阻力，活塞与密封装置处的 f摩 摩擦阻力； 气缸在启动过程的惯性力。其大小可按以下公式计算； f惯 tg v g f 总 惯 其中辅助轮移动部件的重量（牛顿）； g总 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 11 g重力加速度（ 9.8 米/秒 2）； 启动或制动前后的速度差（米 /秒）；v 启动或制动所需的时间（秒）。t 摩擦力的计算： 不同的配置和不同的导向截面形状，其摩擦阻力是不同的。要根据具体情况进行 估算。图 3-5 是气缸推动的伸缩辅助轮受力示意图，本设计是圆形气缸。 图 3-5 伸缩连杆的示意图 在垂直方向，可近似认为 fn=g总=29.4n。 导杆所受到的水平方向的摩擦力 f摩=fn 其中 摩擦系数，气缸导向杆的材料为钢，取=0.2。 将有关数据代入进行计算 f摩=fn =0.229.4=5.98n 惯性力的计算： 本设计要求气缸平动时 v=0.2m/s，在计算惯性力的时候，设置启动时间 =0.1s，启动速度v=v=0.2m/s。t =6n tg v g f 总 惯 1 . 09.8 .20.429 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 12 气缸所需的驱动力 f驱= f摩+ f惯=5.98+6=11.98n 气缸的理论驱动力 f=1/4d2p 其中 d气缸活塞杆的直径（米）； p气缸的工作压力（帕）。 根据设计技术参数 d=10mm，p=0.5mpa 代入数据进行计算得 f=1/4d2p=1/43.14（0.01）20.5106 =39.3 n 由计算的结果可知 ff驱 即气缸提供的理论驱动力大于气缸实际所需的驱动力，因此，气缸的缸径选择为 圆形气缸的缸径 20。 本次设计的气缸为 smc 品牌，具体选型参数见样本截图。 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 13 图 3-6 气缸数据图 2.5 本章小结 本章主要针对新型自行车进行车身及轮胎设计，按照儿童学骑的标准进行尺寸设计。 辅助轮结构采用气缸推动连杆摆动辅助轮结构设计，对气缸进行了选型计算，对连杆进 行了设计计算，也包括了连杆轴承的校核计算。 3、 辅助轮控制系统设计 3.1 推动气缸气箱设计 在本次设计中的气缸驱动连杆摆动辅助轮的结构中，气缸所需的空气需要供给，我 们设计一气箱来供给气缸所需的空气，由摆轮摆动得出气缸的行程为 62mm，由气缸的缸 径为 20mm。 则气缸走一次满行程所需的空气为 222 (10 )0.620.001vr h 升 我们本次设计的气箱尺寸为 100mmx80mmx55mm，该气箱内容积为 0.44 升，这样气箱可以满足气缸走 0.44/0.001=440 次，也就是该气箱充满气后我们的 气缸满行程可以走 440 次。当然为了气缸和气箱内空气能循环使用，将气缸的进气口和 排气口与气箱的出气口和排气口连接起来，这样可以使得空气循环使用。 3.2 辅助轮动作分析 辅助轮的摆动动作其实合成为曲柄连杆的摆动，再延伸为气缸的伸缩即可带动连杆 驱动辅助轮的摆动，具体的设计计算在前面章节已经介绍过，这里不再累述，具体的摆 动图如下： 中国地质大学长城学院 2015 届毕业设计 14 图 3-6 助学器伸缩装置 3.3 控制阀选型设计 由于气缸的动作，我们需