机械毕业设计（论文）-儿童自行车结构设计（全套图纸）.pdf

摘要摘要 本文主要针对童车产品领域，以儿童车为主要论述和设计对象。通过搜索 资料，调查研究，以婴幼儿为出发点探索儿童车各方面的特性，从尺度、功能、 色彩、材质等方面总结出产品的特性以及产品的设计要素。通过总结，提出了 儿童车成为帮助宝宝健康成长和提高宝宝智力的好帮手。认为应该根据当前儿 童车所产生的社会舆论，改变学步车的形式，设计消费者更加喜爱，更加人性 化的儿童车产品。 本文研究主要包括以下四个方面的内容：第一部分介绍了著名儿童用品公 司的发展。第二部分介绍了儿童车的发展史以及一些关于选购的指南。第三部分 对儿童车的调研分析研究和发展趋势。第四部分通过调研总结，开始设计儿童车 的一系列过程和成果。 关键词： 儿童、可拆卸、人性化设计，人机设计 摘 要 . 第一章 绪论 . （一） 、儿童车的背景与需求 . （二） 、市场分析 第二章 设计方案的确定 （一） 、创新来源 . （二） 、主要技术要求 （三） 、研究方法 . （四） 、设计过程 . （五） 、亲子车的功能 . 第 三 章 结 构 设 计 （一） 、结构分析 1、设计中的不同点 . 2、车的折叠过程 （二） 关节机构 . 1 、 组 合 机 构 2、前身下部结构 3、车身与鞍座结构 4、传动机构 . 第五章 受力分析 第六章 总结 . 参考文献 . 第一章第一章 绪论绪论 儿童自行车是儿童车之中的一大门类，儿童车包括儿童自行车、儿童推车、 婴儿学步车、儿童三轮车四大类。儿童自行车适用儿童的年龄范围是 48 岁， 选购时结合儿童的年龄和身材高矮，选择合适的尺寸，即鞍座高度在 435 635mm 范围内的自行车，选购车辆时要注意手闸的闸把尺寸。尺寸过大，刹车 时孩子就握不紧手闸，也就刹不住车。所以选购时最好带孩子一起去试一试。另 外制动力不得小于 50n。否则车辆就会刹不住，给小孩带来危害。儿童自行车还 配有保护轮 （平衡轮） ， 它能使骑车者保持平衡， 因此选购时要注意是否配齐 （左 右各一只） ，使用时不要随意拆除，家长在选购和使用时务必要考虑这一点。 儿童自行车的链罩是必不可少的，鞍座最高高度等于或大于 560mm 的儿童 自行车应装一只盘链罩或其它防护装置以遮住链条和链轮上啮合部的外表面， 当 链条全部啮合在链轮上时，盘链罩应在直径方向上超出链条的外侧面，不用盘链 罩而用其它防护装置的，则遮 住范围应延至链轮齿初始进入链条两侧片的那一 点起沿链条量到至少 25mm 处。鞍座最高高度低于 560mm 的儿童自行车应装有 一只链罩，它要完成遮住链条、链轮和飞轮的外表面和边沿，还要遮住链轮以及 链条和链轮啮合处的内表面，以防小孩手指伸入其中受到伤害。因为儿童自行车 不属于用于公路上骑行的，因此在使用时必须要在成人监护下使用，切切不可在 公路上骑行。 （一） 、儿童车的背景与需求（一） 、儿童车的背景与需求 儿童自行车的现状 儿童自行车的需求状况。 现在社会是一个竞争的社会， 儿童自行车的需求状况。 现在社会是一个竞争的社会，很多家长对孩子的 培养 极其重视，有很多家庭是独生子女，家长对儿童的教育， 培养极其重视，有很 多家庭是独生子女，家长对儿童的教育，成长状况尤为重 视，所以一般家庭都 会在孩子需要的时候给小孩买一辆儿童自行车，一方面可 所以一般家庭都会在 孩子需要的时候给小孩买一辆儿童自行车， 以培养小孩的独立能力，另一方面 可以让小孩锻炼身体。 目前， 以培养小孩的独立能力，另一方面可以让小孩锻炼身体。目前，儿 童自行车的 市场比较广， 基本上各个阶层的家庭都能够负担得起。 市场比较广， 基本上各个阶层的家庭都能够负担得起。 儿童自行车的销售状况。 儿童自行车 由于其使用对象的特殊性，儿童自行车的销售状况。 儿童自行车由于其使用对 象的特殊性，所以小城 镇和农村相对使用量较小，大部分的销售额集中在大中 城市， 镇和农村相对使用量较小，大部分的销售额集中在大中城市，销售目标 主要是 大中城市，通过调研，我们发现， 大中城市，通过调研，我们发现，在 西安市不管各个大超市还是儿童自行车的 销售点，销售商的生意都不错，销售 量相当可观，由此可见， 销售点，销售商的生意都不错，销售量相当可观，由 此可见，目前自行车相当 有市场前景。 有市场前景。 市场上销售的儿童自行 车的类型。 市场上销售的儿童自行车的类型。 通过我们在网上和市场上查找了的一些 资料显示， 现在国内比较热销的几种型号的产品主要有： 好孩子牌儿童自行车， 资料显示， 现在国内比较热销的几种型号的产品主要有： 好孩子牌儿童自行车， 孩子乐牌儿童自行车，上海智多星牌儿童自行车，新潮牌儿童自行车， 孩子乐 牌儿童自行车，上海智多星牌儿童自行车，新潮牌儿童自行车，森夏牌 儿童自 行车，好来喜儿童自行车，新中华牌儿童自行车，依舟普通儿童自行车， 儿童 自行车，好来喜儿童自行车，新中华牌儿童自行车，依舟普通儿童自行车， 永 久蓝猫儿童自行车，都市贝贝儿童自行车，等十几种儿童自行车。每种童车 永 久蓝猫儿童自行车，都市贝贝儿童自行车，等十几种儿童自行车。 根据轮子直 径的不同主要分为十二寸 十四寸，十六寸，十八寸， 根据轮子直径的不同主要 分为十二寸，十四寸，十六寸，十八寸，二十寸五种 规格，适合不同年龄段的 儿童。 规格，适合不同年龄段的儿童。 市场上销售的儿童自行车的性能。 市场上销售的儿童自行车的性能。 目前儿童自行车基本上具备成人自行车 的大部分功能，同时还添加了一些吸引儿童的创新点， 的大部分功能，同时还 添加了一些吸引儿童的创新点，在色彩以及形状等方面 进行了一些改进，基本 上可以满足儿童的需求。市场上见到的童车一般都安装 进行了一些改进，基本 上可以满足儿童的需求。 了前后刹车，防水车铃，前置购物网篮，后置超大工 具箱， 了前后刹车，防水车铃，前置购物网篮，后置超大工具箱，后轮均配置 了安全 附轮等，以适应初学的儿童，有的童车还配有避震装置，以满足舒适度 的要求。 附轮等，以适应初学的儿童，有的童车还配有避震装置，以满足舒适 度的要求。 （二） 、市场分析（二） 、市场分析 儿童自行车的市场价格。 儿童自行车的市场价格根据尺寸的大小和质量的 好坏价格也不尽相同。 好坏价格也不尽相同。市场上见到的童车价格范围一般 为 120 400 元， 其 中 120 200 元之间的车子属低档次， 200 300 元 之间的属中档次， 元之间的车子属低档次， 元之间的属中档次， 元之间的属 高档次的车子。 300 400 元之间的属高档次的车子。 3 6. 消费者所能接受 的儿童自行车的价格。 大部分消费者所能接受的市场价格 消费者所能接受的儿 童自行车的价格。 元之间。 在 200 400 元之间。 分析原因：主要是由童车的性价比所决定： 分析原因：主要是由童车的性 价比所决定： 120 200 元范围内的童车质量 不是很有保证，外形及结构也 不是很吸引儿童及家长的眼球， 不是很有保证，外形及结构也不是很吸引儿童 及家长的眼球， 200 400 元 范围内的童车质量一般差不多并且价格也可接 受， 范围内的童车质量一般差不多并且价格也可接受， 400 元以上的童车质量 没 问题但价格有点高，由于童车适用于一定年龄段的儿童，小孩可能骑不了多 久 问题但价格有点高， 由于童车适用于一定年龄段的儿童， 就搁置起来，性 价比显然不是太高， 就搁置起来，性价比显然不是太高，虽然有一定市场但是 在市场上不是很占优 势。 总结上述可得： 元之间的童车最具有优势。 总结上述可得： 200 400 元 之间的童车最具有优势。 市场上的儿童自行车存在的问题 通过调查发现市场上销售的童车存在的主 要问题是安全问题。调查结果显示， 通过调查发现市场上销售的童车存在的主 要问题是安全问题。调查结果显示， 大型超市、商场所销售的童车比较讲求品 质，但价格也普遍偏高， 大型超市、商场所销售的童车比较讲求品质，但价格 也普遍偏高，而市场摊位 出售的童车，价格比商场低，但质量不敢让人恭维。 对于童车安全要求， 出售的童车，价格比商场低，但质量不敢让人恭维。 对于童车安全要求， 国家 有关方面在年制定了 标准 “ 标准 有关方面在 年制定了 gb 标 准 “ 童车安全要 求” 但是有些童车达不到这些标准，主要存 在以下几方面的问题： 1 ）有 。但是有些童车达不到这些标准，主要存在以下 几方面的问题： （ 些儿童自行车的刹车闸把同手柄之间，闸把尺寸过大，孩子 就握不紧，也就刹 些儿童自行车的刹车闸把同手柄之间，闸把尺寸过大， 孩子 就握不紧， 不住车子，下坡的时候不够安全； （ 儿童自行车的链条没有全链 盒罩住， 不住车子，下坡的时候不够安全； 2 ）儿童自行车的链条没有全链盒 罩住， 容易把手指夹住； （ 刹车太紧小孩子的握力不够；车子的平衡性有问 题等。 容易把手指夹住； 3 ）刹车太紧小孩子的握力不够；车子的平衡性有问 题等。 儿童自行车的安全隐患已成人们普遍关注的问题。 儿童自行车的安全隐 患已成人们普遍关注的问题。 总结 通过对儿童自行车的市场调研， 通过对儿童自行车的市场调研， 我 们得出以下结论： 我们得出以下结论： 儿童自行车的市场比较大； 儿童自行 车的市场比较大； 市场上的童车性能基本上能满足儿童的需求； 元价格范围内 的童 市场上的童车性能基本上能满足儿童的需求； 200 400 元价格范围内 的童 4 车由于其高性价比占的市场份额比较大；太复杂的功能对儿童这个特殊 的消费 车由于其高性价比占的市场份额比较大； 群体没有多大的意义，童车质 量对其市场占有率将有很大的影响。 群体没有多大的意义，童车质量对其市场 占有率将有很大的影响。 第二章第二章 设计方案的确定设计方案的确定 （一） 、创新来源（一） 、创新来源 本设计主要是在现有的折叠自行车的基础上作出改良与创新。 设计出可折叠 式亲子自行车。 设计初衷是希望能让大人跟小孩一起游乐， 更能保护小孩的安全， 现有的折叠自行车折叠后的体积都比较大， 所以要首先在合理的构造的前提下思 考如何在减少折叠后的体积这一点上下手，不只是简单的的直线伸缩，还利用各 种的机构，在传统的载人自行车的基础上去掉了后座，这样子就能够更加扩大节 省材料和体积的可能性，为我们的创新设计创造更大的思维空间。本设计在结构 上做了很大程度上的改进，外形也有了很大的突破。折叠后比以往的设计体积更 小，折叠方式更方便，重量更轻。 然后大人的单车与小孩的单车又能快速组合 与分离。 （二） 、主要技术要求（二） 、主要技术要求 1、采用现代设计方法完成各部分的设计； 2、使用该设备能实现展开后安全正常行使，折叠后便于携带等功能， 3、要求总体结构尺寸最小化，关键零部件强度、刚度足够； 4、动作安全可靠，工作时运动平稳； 5、亲子车可快速组合与分离。 6、主要技术参数 最大展开尺寸：1284.67*550*1180.76 传动比：脚踏一圈与车轮转动圈数之比，1:4 最小折叠尺寸：750*450*800 最大承重：100kg 最高时速：40km/h 设计重量：7.5kg 刹车线：1.5mm 不锈钢（固定螺钉设计，取消圆孔下部的螺纹，不锈钢材料。 强度增加一倍） 。 车轮直径：12 寸（外胎 310 毫米）与 16 寸（外胎 400 毫米） （三） 、研究方法（三） 、研究方法 设计这一折叠自行车可以从查阅现有的文献资料中对现有自行车的机构进 行了解分析，理解现有折叠自行车工作原理及运转方式。 对研发部所提供的自 行车实物尽心观察，分析各零部件的功能以及尺寸。 借鉴优良的设计，把已掌 握的基本机械设计知识运用到折叠自行车的设计与创新中去。 理论与实际相结 合，不一味的寻求另类和创新，决定设计成可拆装亲子车。 （四） 、设计过程（四） 、设计过程 通过观察市场上的折叠自行车与儿童车在一般的折叠自行车设计中发现其 中存在的问题有：折叠之后占用空间大和车身重量比较重，这样设计只在名义上 做到折叠，实际折叠之后占用的空间减小量不大，自行车车的重量却与非折叠式 自行车的重量差不多， 有的设计选用的材料强度好但比较稀有加上零部件采用非 标准件， 价格便不是一般人能接受的， 以及有些折叠自行车虽然结构精巧， 但是， 由于传动部件也随车身的要求而缩小，传动比小，给使用者带来很大的麻烦。所 以此类设计只达到美观以及方便运输的目的， 而没有达到大众化且携带方便使用 轻松的目的。 针对这些问题， 我们找到目前折叠自行车设计中的可以改善的空间。 而亲子车在市场上就更少了，所以研究设计亲子单车还是有一定的市场的，现在 主要就是如何在折叠单车上改进使得 2 辆可以快速组合与分离， 这是本课题设计 的重点所在。 （五） 、亲子车的功能（五） 、亲子车的功能 1.可以是独立的单车 2.可以组合成为亲子车 3.可以在中间放个菜篮子亲子一起去购买买菜 4.可以在中间放个货架变成了小型货车 5.可以一个人骑，也可以 2 个人一起骑 6.后座采用高弹性材料，使后座变得更加舒适 第三章第三章 结构设计结构设计 （一） 、结构分析（一） 、结构分析 1、车身设计： 本设计最大卖点在于能将 2 辆单车组合起来变成亲子车， 也可以将他们分开 成独立的单车。这样无论是卖点还是实用性都很强。 本车分大单车和小单车,小单车采用 12 寸的车轮，大单车采用 16 寸的车轮。 （二）（二） 关节机构关节机构 1、组合机构、组合机构 2、前身下部结构 3、车身与鞍座结构 4、传动机构 五五.受力分析受力分析 5.1、人一自行车系统人一自行车系统 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- 1 来进行 分析。 1人与支撑部件关系 图 1- 1 人- 车界面关 系 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。 3 人与传动部件关系 传动部件主要是滚珠、链条和链轮。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。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。 5.2、影响自行车性能的人体因素、影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- 2 所示。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 h2、 h3 成比例的特性。如手手 臂、腿、气管臂、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 h 的大小。肌肉、大动脉、骨骼的截面积以及肺泡的表面 积等都可看成与 h2 成比例。肺活量、血液量、心脏容量等都可看成 与 h3 成比例。体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 h2 成比例，作功能力和 h3 成比例。但实际 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- - 50n ， 通过一定训练的人可提高到 65n 。 图 1- 2 影响自行车性能的人 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 0.7 马力（ 0.51 kw ) ，能持续 10s 左右。如果持续时间 长 ， 其 值 要 小 得 多 ， 持 续 lh ， 大 约 只 有 1.0- 0.7 马 力 （0.07- 0.15kw）。 4人的脚踏速度自行车运动是