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脚踏式滑板车设计【三维UG】【全套7张CAD图纸和毕业论文】【机械专业原创设计】

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摘要
为了解除踏板车在速度和使用人群上所受到的限制，满足人们使用的需要，基于人机工程学的原理和方法，利用人体自身重力作为动力来源，采用踩踏运动方式，设计出结构简单的健身踏步滑板车．该车传动装置主要由主轴系和联动轴系组成，通过链传动保证一定的工作行程和速度，具有足够的强度和稳定性；采用离合装置使主轴的运动灵活、可靠，避免倒车不畅的问题．实际应用表明，该车弥补了传统滑板车和踏步机的不足，集健身、休闲、娱乐于一体，且操作方便，安全可靠，寿命长．

关键词：人机工程学，踏步，滑板车，机械设计

Abstract
In order to lift the scooter in speed and use of the crowd are subjected to the restrictions, meet people 's needs, based on the principles and methods of ergonomics, the use of the body's own gravity as the power source, the pedaling motion mode, a simple design of the time fitness scooter. The vehicle transmission device is mainly composed of a main shaft and a linkage shafting components, through a chain transmission guarantee the working stroke and speed, with enough strength and stability; the clutch device so that the spindle flexible and reliable motion, avoid reversing not the problem of free. Practical application indicates, this car to make up for the traditional scooters and still insufficient, set fitness, leisure, entertainment, and the operation is convenient, safe and reliable, long life.
Key Words: ergonomics, step, scooters, mechanical design

目录
摘要 1
Abstract 2
目录 3
第1章绪论 1
1.1 市场调查 2
1.1.1 前言 2
1.1.2脚踏式滑板车的发展史 3
1.2脚踏式滑板车的设计分析 5
第2章人体工程学与具体设计 9
第3章脚踏式滑板车设计的要点 10
3.1 材料因素 10
3.1.1 下面就几种材料做具体分析 10
3.1.2 材料的选择 14
3.2 结构因素 15
3.2.1 车架 15
3.2.2 前叉 16
3.2.3 车把及位置 17
3.2.4 前轴、后轴和中轴 18
3.2.5 前后轮 18
第4章脚踏式滑板车设计工作原理及传动计算 20
4.1 动力来源 20
4.2 传动装置工作原理 20
4.3人体驱动力计算 20
4.4 轴的设计 21
4.5轴承的选型及校核 22
4.6 链传动的运动特性 24
4.7 链传动的动载荷 25
4.8链传动的受力分析 26
参考文献 28
致谢 29

第1章绪论
随着人们的生活水平的提高，那么人们对于自身的生活品质也会相应提高，一个星期的劳累下来最适宜的放松模式就数健身了，那么人们对于健身房的的黏性就会越来越大。
一、行业现状
1.行业概况
我国行业的发展始于20世纪80年代末，2000年以来，特别是我国加入 WTO和北京申奥的成功，为行业的发展提供了有利条件和发展机遇，生产企业数、全行业工业产值增长迅速。未来欧洲，亚洲和拉丁美洲将是市场的主要增长点，逐渐富裕的人群将会提高自己对健康生活方式的追求，并将成为的主要消费者。
目前，我国生产的室内产品已大量出口到欧美等发达国家，并进入主流市场，有的还直接承担了大批量的国际高端产品的对外加工。有资料显示，国际市场上60%以上的都贴有“中国制造”，但却很少有中国人自己的名牌。其原因是产品在国际市场上竞争力不高，只能为国外公司大量做加工产品。一方面国内企业生产符合国际标准的，另一方面，国内消费者却为国外品牌多掏两三倍钱。这样的尴尬至少表明一点，在国际上叫得响的民族品牌缺失。
2.行业经营状况
目前，我国已有众多生产企业，世界上几乎所有的普通类型，中国企业都在生产，并为大量的境外品牌进行加工，中国制造的在国际市场上占据了约60%的份额，出口交易额达 20亿美元，出口已逐渐成为我国产业发展的方向。市场分为家用以及商用市场两部分。随着北京奥运会的举办成功，这也为行业提供了有利条件和发展机遇。人们对于，特别是家用的需求也日益增加。而家用市场的规模也远较商用市场规模大，且增长快。
消费者分析：国内市场：据一项问卷调查资料，近年来普通家庭想购买健身器的约占43．7％。目前我国约有3亿个家庭，如按1亿个城市家庭计算，则有4300万个家庭有购买需求，按每个家庭平均消费500元计算，则有215亿元人民币的市场需求。而我国国内销售额1996年仅为10亿元，只占市场需求1量的5％—8％，可见国内的消费潜力十分巨大，市场十分广阔。根据这种市场数据显示我们会把目标受众定为中低水平收入者。
存在的问题：
（1）不集中，宣传力度不够。据了解，目前市场上少有品牌多、品种齐全的销售市场，都为零星分布，这样的现状不利于整个市场的红火；另外，由于目前重视社会团体购买和批发，商家也没有像其他产业一样进行从影视到平面媒体的广告传播。大规模的市场推广就少之又少。（2)不方便，未形成一站式消费。由于市场上可购买的场所多为规模小、品种少，致使消费者选择的余地小。（3）不指导，故询问者乏人。随着技术含量地不断提高，品种越来越齐全，人们在选择器械时势必会遇到一些棘手的问题，这就需要有专业的教练进行有效地专业指导、选购，帮助消费者购买到合适的健身器械，并根据个人的身体情况安排锻炼时间表。但目前市场上的销售人员多为普通服务员，对健身方面的专业知识丝毫不懂。这也在一定程度上影响了市场的走热。
中国工业企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，努力提高产品质量，加强自主研发能力，有关部门应尽快制订出统一的技术安全标准，加强售后服务，只有这样才能在新形势下立于不败之地。
目标：提升的知名度，提升市场份额。
把目标受众定为中低水平收入者
要加强品牌的知名度，在这样一个资讯泛滥热点分散的时代，意见领袖的引导往往会帮助消费者更快更好的获得讯息和信心，明星代言其实就是一种将品牌具体化了的形象和心理感受，在相当程度上起到了意见领袖的作用；同时消费者对明星的喜欢和信任会转移到由他来代言的品牌上；尤其是新品牌，需要让消费者迅速地认知并

内容简介：: /item.htm?spm=a230r.1.10.17.B9UFIv&id=9905301928宁XX大学毕业设计(论文)脚踏式滑板车设计所在学院专业班级姓名学号指导老师年月日 29毕业设计（论文）摘要为了解除踏板车在速度和使用人群上所受到的限制，满足人们使用的需要，基于人机工程学的原理和方法，利用人体自身重力作为动力来源，采用踩踏运动方式，设计出结构简单的健身踏步滑板车该车传动装置主要由主轴系和联动轴系组成，通过链传动保证一定的工作行程和速度，具有足够的强度和稳定性；采用离合装置使主轴的运动灵活、可靠，避免倒车不畅的问题实际应用表明，该车弥补了传统滑板车和踏步机的不足，集健身、休闲、娱乐于一体，且操作方便，安全可靠，寿命长关键词：人机工程学，踏步，滑板车，机械设计AbstractIn order to lift the scooter in speed and use of the crowd are subjected to the restrictions, meet people s needs, based on the principles and methods of ergonomics, the use of the bodys own gravity as the power source, the pedaling motion mode, a simple design of the time fitness scooter. The vehicle transmission device is mainly composed of a main shaft and a linkage shafting components, through a chain transmission guarantee the working stroke and speed, with enough strength and stability; the clutch device so that the spindle flexible and reliable motion, avoid reversing not the problem of free. Practical application indicates, this car to make up for the traditional scooters and still insufficient, set fitness, leisure, entertainment, and the operation is convenient, safe and reliable, long life.Key Words: ergonomics, step, scooters, mechanical design目录摘要1Abstract2目录3第1章绪论11.1 市场调查21.1.1 前言21.1.2脚踏式滑板车的发展史31.2脚踏式滑板车的设计分析5第2章人体工程学与具体设计9第3章脚踏式滑板车设计的要点103.1 材料因素103.1.1 下面就几种材料做具体分析103.1.2 材料的选择143.2 结构因素153.2.1 车架153.2.2 前叉163.2.3 车把及位置173.2.4 前轴、后轴和中轴183.2.5 前后轮18第4章脚踏式滑板车设计工作原理及传动计算204.1 动力来源204.2 传动装置工作原理204.3人体驱动力计算204.4 轴的设计214.5轴承的选型及校核224.6 链传动的运动特性244.7 链传动的动载荷254.8链传动的受力分析26参考文献28致谢29第1章绪论随着人们的生活水平的提高，那么人们对于自身的生活品质也会相应提高，一个星期的劳累下来最适宜的放松模式就数健身了，那么人们对于健身房的的黏性就会越来越大。一、行业现状1.行业概况我国行业的发展始于20世纪80年代末，2000年以来，特别是我国加入 WTO和北京申奥的成功，为行业的发展提供了有利条件和发展机遇，生产企业数、全行业工业产值增长迅速。未来欧洲，亚洲和拉丁美洲将是市场的主要增长点，逐渐富裕的人群将会提高自己对健康生活方式的追求，并将成为的主要消费者。目前，我国生产的室内产品已大量出口到欧美等发达国家，并进入主流市场，有的还直接承担了大批量的国际高端产品的对外加工。有资料显示，国际市场上60%以上的都贴有“中国制造”，但却很少有中国人自己的名牌。其原因是产品在国际市场上竞争力不高，只能为国外公司大量做加工产品。一方面国内企业生产符合国际标准的，另一方面，国内消费者却为国外品牌多掏两三倍钱。这样的尴尬至少表明一点，在国际上叫得响的民族品牌缺失。2.行业经营状况目前，我国已有众多生产企业，世界上几乎所有的普通类型，中国企业都在生产，并为大量的境外品牌进行加工，中国制造的在国际市场上占据了约60%的份额，出口交易额达 20亿美元，出口已逐渐成为我国产业发展的方向。市场分为家用以及商用市场两部分。随着北京奥运会的举办成功，这也为行业提供了有利条件和发展机遇。人们对于，特别是家用的需求也日益增加。而家用市场的规模也远较商用市场规模大，且增长快。消费者分析：国内市场：据一项问卷调查资料，近年来普通家庭想购买健身器的约占437。目前我国约有3亿个家庭，如按1亿个城市家庭计算，则有4300万个家庭有购买需求，按每个家庭平均消费500元计算，则有215亿元人民币的市场需求。而我国国内销售额1996年仅为10亿元，只占市场需求1量的58，可见国内的消费潜力十分巨大，市场十分广阔。根据这种市场数据显示我们会把目标受众定为中低水平收入者。存在的问题：（1）不集中，宣传力度不够。据了解，目前市场上少有品牌多、品种齐全的销售市场，都为零星分布，这样的现状不利于整个市场的红火；另外，由于目前重视社会团体购买和批发，商家也没有像其他产业一样进行从影视到平面媒体的广告传播。大规模的市场推广就少之又少。（2)不方便，未形成一站式消费。由于市场上可购买的场所多为规模小、品种少，致使消费者选择的余地小。（3）不指导，故询问者乏人。随着技术含量地不断提高，品种越来越齐全，人们在选择器械时势必会遇到一些棘手的问题，这就需要有专业的教练进行有效地专业指导、选购，帮助消费者购买到合适的健身器械，并根据个人的身体情况安排锻炼时间表。但目前市场上的销售人员多为普通服务员，对健身方面的专业知识丝毫不懂。这也在一定程度上影响了市场的走热。中国工业企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，努力提高产品质量，加强自主研发能力，有关部门应尽快制订出统一的技术安全标准，加强售后服务，只有这样才能在新形势下立于不败之地。目标：提升的知名度，提升市场份额。把目标受众定为中低水平收入者要加强品牌的知名度，在这样一个资讯泛滥热点分散的时代，意见领袖的引导往往会帮助消费者更快更好的获得讯息和信心，明星代言其实就是一种将品牌具体化了的形象和心理感受，在相当程度上起到了意见领袖的作用；同时消费者对明星的喜欢和信任会转移到由他来代言的品牌上；尤其是新品牌，需要让消费者迅速地认知并接受，明星代言是非常快捷的途径。健身俱乐部在健身馆、商务会所等地举办健美舞蹈、人体艺术等活动，并定期在这些地方举办健美派对，赞助当地体育事业。渠道：现在电子商务方兴未艾，人们会逐渐地从传统的消费模式向数字化消费模式转化，网络媒体则是潜在用户获知产品信息的主要来源，我们的网站会与公司建立起关系，实现我们的营销模式。1.1 市场调查1.1.1 前言的设计涉及到功能、造型、材料、结构、技术、艺术等多方面要素，有深厚的理论基础和广泛的应用实践价值，更是一个国家用品设计水平的最好体现。不仅仅用于供人休息，除了提供座位之外，还可以挂放衣物和包之类的东西。是人类坐姿活动不可缺少的用品，根据实用性质的不同，包括多种形态，而且由于材料、结构等的差别，又可以形成许多不同的形式。1.1.2脚踏式滑板车的发展史早的古埃及的黄金扶手器材到当前多种多样的坐具，经历了一个漫长的发展历程，从重象征性、装饰性向重实用性、舒适性发展。发展至当代，虽然各种在设计风格方面的界限已经不那麽分明，但我们仍可以将其归结为以下几种：即波普及后现代主义风格；简约设计风格；有机现代主义风格：高技术派设计风格。的名称始见于唐代，而的形象则要上溯到汉魏时传入北方的胡床。敦煌285窟壁画就有两人分坐在上的图象；257窟壁画中有坐方凳和交叉腿长凳的妇女；龙门莲花洞石雕中有坐圆凳妇女。这此图象生动地再现了南北朝时期器材、凳在仕宦贵族家庭中的使用情况。尽管当时的坐具已具备了、凳子的形状，但因其时没有器材、凳的称谓，人们还习惯称之为“胡床”，在寺庙内，常用于坐禅，故又称禅床。唐代以后，的使用逐渐增多，设计子的名称也被广泛使用，才从床的品类中分离出来。因此，论及器材、凳的起源，必须从汉魏时的胡床谈起。高承事物纪原引风俗通称：“汉灵帝好胡服，景师作胡床，此盖其始也，今交器材是也”。后汉书。五行志一：“汉灵帝好胡服、胡帐、胡床、胡坐、胡饭，京都贵戚皆竟为之。”这两段记载可证，我国古代的出现当在汉灵帝时期（168-189年）。胡床在魏晋南北朝至隋唐时期使用较广，有钱、有势人家不仅居室必备，就是出行时还要由侍从扛着胡床跟随左右以备临时休息之用。胡床在当时用品品类中是等级较高的品种，通常只有家中男主人或贵客才有资格享用。在方人雅士中还多有褒词及生动描述。如南朝梁庾肩吾咏胡床诗曰：传名乃外域，入用信中京。足欹形已正，文斜体自平。临堂对远客，命旅誓出征。何如淄馆下，淹流奉盛明。胡床因其形态特点又有“交床”和“绳床”之称。隋朝称“交床”，是因为隋高祖意在忌“胡”字，器物涉“胡”字者，咸令改之。宋。陶清异录云：“胡床施转关以交足，穿绷带以容坐，转缩须臾，重不数斤。相传明皇行幸频多，从臣扈驾，欲息无以寄身，遂创意如此，当时称逍遥坐”。胡床开始并无靠背，形如今天所见的马扎儿。唐代始有靠背。这种逍遥坐很可能就是带靠背的胡床。胡床最早出现于汉代，比唐明皇早几百年，要说为唐明皇创意显然不妥。所以这里所说的创意，应指增加了靠背。胡床在唐宋时期盛行，宋代尤甚，不过宋时称胡床者渐少，而称其为交器材的逐渐增多了。带靠背的胡床始自唐明皇，还可以从唐代济渎庙北海坛祭器杂物铭。碑阴的记载中得到印证，文中记有：“绳床十，内四”。从这段记载可知在唐代贞元元年已有了的名称。这里所说的“绳床十，内四”是指在十件绳床中有四件是可以倚靠的，显然是为了与另外六件无靠背绳床相区别。可见，的名称虽已出现，在日常生活中可是常见用品，但它还未完全从床概念中分离出来。在唐代的典籍中，把称为床的仍很普遍。唐代著名诗人杜甫在少年行。七绝中写道：马上谁家白面郎，临街下马坐人床。不通姓名粗豪甚，指点银瓶索酒尝。设计这里所说的床，虽反映不出是否为带靠背的，但可以肯定决不会是睡眠用的卧具。“器材”，也作“倚”。起源较早，但不是指供人坐的。其原为一种树木的名称，又名“山桐子”、“水冬瓜”，木材可做用品。唐代以前的“器材”字还有一种解释，作“车旁”讲，即车的围栏。其作用是人乘车时有所依靠。后来的，其形式是在四足支撑的平台上安装围栏，其制当是受车旁围栏的启发，并沿用其名而称这种坐具为“”了。从现存资料看，唐代已有相当讲究的了。如郎余令历代帝王像中唐太宗所坐的为四直腿，束腰，上侧安托角牙，棱角处起线，这种装饰在明清时期称为“混面双边线”。坐面上在后部立四柱，中间两柱稍高，上装弧形横梁，两端长出部分雕成龙头，扶手由后中柱通过边柱向前兜转搭在前立柱上。扶手与坐面中间空当嵌圈口花牙。扶手尽端亦雕成龙头，与后背搭脑融为一体。坐面附软垫、衬背。这在当时应是十分精制的了。唐代卢楞枷六尊者像中描绘的更具代表性，它用四支铃杵代替四足，两侧有横枨连接，扶手前柱和器材边柱圆雕莲花，扶手和搭脑上拱，两端上翘并装饰莲花，莲花下垂串珠流苏，整体造型庄重华贵。镶金坠玉的用品在当时寺院中体现了高僧的尊贵与神圣。五代至宋，高型坐具空前普及，的形式也多起来，出现靠背器材、扶手器材、圈器材等。同时根据尊卑等级的不同，的形制、质料和功能也有所区别。五代至两宋时期的用品大体保留着唐代遗风，只是高型用品较前更加普及了。高型用品的使用在民间形成时尚，居家必备高型桌器材，这从当时的绘画中可见一斑。如宋代张择端清明上河图中的市肆小店，无不陈放各式高型用品。宋代会昌九老图中描绘的圈器材也是前代没有品种。在近年发掘的宋代墓葬中还有以石、陶制作的用品模型或在墓室墙壁用砖砌成或雕成各式用品，其中表现墓主夫妇对坐在上的场面最为普遍。如河南方城出土的石器材残件、河北井径县柿庄七号宋墓墓室砖雕桌器材、柿庄二号墓墓室壁画对坐图中的桌器材、洛阳涧西宋墓墓室的砖雕用品等。这说明等高型坐具不仅在人们日常生活中普遍使用，还被人微言轻殉葬用器。宋代流行一种交器材，等级高于其它，稍有身份的家庭都置备交器材，供主人和贵客使用。1.2脚踏式滑板车的设计分析1.2.1设计流程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对外部冲击的承受力，否则就不能充分体现的实用功能。因此设计师应在充分了解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。对设计概念化进行设定的过程，涉及相关的功能性、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，解决用品的构造、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，讨论的构造以及其他一些细节问题等。设计的具体化阶段就是创造出产品形状的过程，简单地讲就是做出造型的外观图样，并对其进行论证。3计用品阶段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、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，这就是设计用品的重点。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（Core），倾斜度(Tilt)，底座（Base），扶手（ArmRest）等。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（Surface），曲线（Curve），基准面（DatumPlane）来表现。这种骨架模型是与上面提到的三个阶段中对用品设计的内容相联系的，用于设计师很少接触的筋（Rib），凸台（Boss），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。尤其是与人体结构有着密切的关系，可以说人们对产品设设计计的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。对于的设计来说，的大腿底座（Base）部分能否稳定地支撑人体体重是很重要的。当然除此之外对Back，即支撑人体背部的器材背部分和ArmRest，即扶手部分的检验也是很必要的。对底座（Base）的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。1.3.2 设计要素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。现代用品不但要可靠、适用、安全，更重要的是满足它的使用功能与舒适度。无论是静负荷类用品或动负荷类用品，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，设计出合理的用品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。现代用品赋予人们的美感是，通过人们的视觉、触觉感官来体会与感应的。而用品的实用性程度，则是通过人们的反复使用、接触与鉴别验证的。现代用品设计师水平的高低，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。2 艺术性现代用品已不单纯是简单的日用消费品，用品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，现代用品设计师就必须从这一高度来认真研究与分析用品设计的要素中的艺术性问题。用品设计过程中，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，我国用品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用品，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用品，或称实木用品。70年代设计宣传比较多的KD型用品，今天已经发展到具有国际先进水平的RTA型用品。笔者可以断言，板块构成，实木装饰型的新一代板式用品将会在我国用品工业产品系列中，长期占有一席之地，其发展前景也是举足轻重的。早在1995年的用品杂志编委年会上，业内着名学者专家就曾针对中国国内用品业发展趋势，明确提出了今后我国用品工业新产品设计开发目标应本着“板式用品高档化，实木用品艺术化，现代用品时装化，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，现代用品，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、短周期的设计与生产方式。为便于用品实现工业化生产，又要兼顾到这类产品的工艺特殊性，形势迫使我们用品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，现代用品设计师，则必须是用品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 经济性现代用品设计中，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。板式用品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8-10%。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。目前，中国内先进企业的管理方法中提出的目标成本管理法，也包容了上述经济性设计内容。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3-5%。诚然，这其中不乏含有设计师水平高低之别。现代用品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,奉献给广大消费者第2章人体工程学与具体设计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。例如,尺寸远大于人上身长,一般是 440450mm之间。人体的主要尺寸:国标GB10000-1988给出身高、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GB10000-1988中国成年人人体尺寸):主要尺寸男(1860岁)女(1555岁)百分位数 5 50 95 5 50 95身高158316781775148415701659体重kg485975425266上臂长289313338262284308前臂长216237258193213234大腿长428465505402438476小腿长338369403313344376坐姿尺寸男(1860岁) 女(1555岁)坐高858908958809855901坐姿颈椎615657701579617657坐姿眼高749798847695739783坐姿肩高557598641518556594坐姿肘高228263298215251284坐姿大腿112130151113130151坐姿膝高456493532424458493小腿加足383413448342382405坐深421457494401433469臀膝距515554595496529570坐姿下肢9219921063851912975表我国成年人人体主要尺寸和坐姿人体尺寸设计要点：.尺度必须参照人体测量学数据确定第3章脚踏式滑板车设计的要点3.1 材料因素材料是实现脚踏式滑板车设计的物质基础，离开了材料及辅助材料的材性与工艺，其设计只能是一种抽象存在，无法体现其存在的意义和价值。就其主要构件车架而言，脚踏式滑板车车架的材料有已往使用的铬铝钢以外、还有铝、钛、碳纤、镁等不断出现新材料。其中钢制的车架最便宜，不过重量也最重，表面的油漆脱落后便有生锈的危险，所以平时在保养上要下功夫。再高级点就是铝合金，重量较轻，但是需要较粗的管径才能达到与钢管相同的强度，为大部分登山车所采用。表面抛光后整台车呈现银白色，很好看。碳纤维车架的特点是可以一体成型，不需要焊接，不过每个车架需要特殊的模具制造，成本也很高。钛合金不但重量轻，不生锈，强度高，材料特性最佳，不过原料昂贵，加工困难。3.1.1 下面就几种材料做具体分析1. 铬钼钢(FeCrMo)图3-1铬钼钢车架在脚踏式滑板车的100年历史当中，铁素材是刚性与重量方面都均衡的理想素材。(如图3.1)铁制车架的最大特征是可在各种成份，各种粗细厚薄的铁管中，任意选择所需要的铁管进行加快。因此可以选择最适合于的尺寸、刚性、骑感的车架，这对于数毫米的差异也敏感的老车手来说是很有好处的。它的最大的缺点是比起其它的素材重(过去)。但是最近的铁素材车架经过热处理，把薄的管道做成粗的管来使用，其重量不会输给轻的合金。2. 铝合金(A1-Mg-Si，AlZnMg一(Cu)用铝合金制作的车架。轻而价格低是它的优点。但是从轻来说，当前与铁素材比较相差并不大。老车手对它的反应是虽轻但易弯曲。虽然经过多次改进，但是始终克服不了杨氏弹性模量低的缺点。最近的铝合金车架，为了提高杨氏弹性模量，加大管道外径，使用扁平管，或者对铝管进行热处理等，制造出轻而有刚性的车架，这种最新的铝合金车架对车手来说，具有足够的轻量与刚性。铝合金是纯铝中加入Mg，zn，si，cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点，加入其他金属后显著提高了机械性能。铝合金车架的优点(1)可以制作重量轻的车架铝的比重轻但不够硬，为了增强强度把它制成合金并施予热处理。热处理采用时效析出增强法，简单地说，在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时，会引起时效析出，若没有经过这个程序的车架，也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。有7075标志的脚踏式滑板车零件(如XTR曲柄等)，严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效，因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理，通过热处理其强度可以增加5倍。 (2)长时问使用外观不怎么变化铝本身是很容易受腐蚀的金属，在空气中几乎不存在没有被氧化的铝，放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈昵?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。铝合金车架的缺点(1)铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道，或者改变形状如crossover管、padded管等。(2)需要进行热处理必需进行热处理，否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管，多数情况是管道厂家指定热处理条件。3. 钛、钛合金(Ti，TiAV)美国在60年代首次使用钛合金来制作白行车车架。钛合金给人的印象是轻而硬。早期的钛合金车架，作为比赛用车，刚性不足，其车架不适合于长距离赛车，也不是适用于所有的比赛，只适合用在山岳，或者Big reces，Time traial等需要轻型车的特定的场合。钛金属给一些人错觉，贵而稀有，实际上钛是地球上埋藏量丰富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，价格才较贵。钛合金车架的优点(1)可以制作轻量而强度大的车架纯钛金属的强度更高。在钛金属中添加铝和钒，弹性更高(和铝比较)，也有利于设计。(2)不生锈：钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀。例如，不同种类的合金接合在一起时，成为电极状态，电位差使局部通电引起腐蚀。对此现象采取的措施是用脂膏等来绝缘(混有金属粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等)。这种金属粉末防止脂膏流失，即使流失后也用来防止紧密接触。这种金属粉末有导电性也不要紧，接触后被较小的荷重破坏掉。这种现象称为粘住，它和烘焙是不同的。粘住、咬合：金属之间通过腐蚀来接合的现象。烘焙接合：加工金属时所产生的热量来溶融接合。钛合金车架的缺点价格高。钛在自然界以二氧化钛的形态存在，提练及加工过程复杂，技术要求高，并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难，因为钛和氧的亲和力极强，和空气接触后马上变成二氧化钛，而二氧化钛硬而脆，该部分的强度会不断下降。因此用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是：(Tig：钨、惰性气体的略语)用钨电极及氩气体进行弧焊接。钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛车架价格很贵。近来有些铝合金车架比钛合金车架价格贵，这说明钛合金车架的价格下降了。其因是冷战结束后军费缩小，钛的用量少了；优秀的技术员开始用钛来制作车架：制作钛车架的成本降低等原因。4. 碳纤维(CERP)碳纤维车架的特征是轻、不弯曲、冲击吸收性好，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。脚踏式滑板车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。图3-2 COLNAGO牌的碳纤维车架碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。(如图3-2)非常轻，但它是具有方向性的材料(拉伸强但容易断)，因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。但成本太高。碳纤维车架的优点(1)可以制作重量轻的车架碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非常轻，这是它的密度和强的拉伸强度构成的。捷安特的碳纤维车架非常轻，2000年的型号1.2kg重。(2)冲击吸收性好碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿，或者特殊的弹簧等被用在各领域。利用它的吸收冲击力优异的性能，制作不用避震器的脚踏式滑板车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大，有的很硬，因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。碳纤维车架的缺点(1)复杂的应力计算构成碳纤维车架的是碳纤维，它的特点是拉伸强度强，但剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性)，根据计算把碳纤维片重叠成型。加工技术各厂家各异，应选择有经验可靠厂家的是很重要的。 (2)老化使用树脂因此会不会老化? 这是一个存在的课题，它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂家的技术。最好不要放置在阳光下。5. 镁合金镁的比重很轻(1.74)，约铁的1/5，钛的2/5，铝的2/3。它是不容易腐蚀的活性金属。它广泛用在各种领域里，如照相器及电脑的外框、车辆的车圈等配件。通过合金化耐腐蚀性也得到进一步提高。镁合金车架的优点(1)可以制造重量轻的车架它比铝密度低，可以制造轻的车架。杨氏弹性模量稍微低些，但是可以用加粗管直径及椭圆化等方法来解决。使用铝合金的目的仅仅是为了减轻重量，将来可能会被镁合金取代? 钛和镁的研究课题稍不同，这两种金属今后仍然会活跃下去。(2)加工性好镁制车架加工不会差。切粉的燃烧、爆炸等能够通过合金元素来回避的话，剪断、溶接性可能不会差。和钛比较起来加工性好。镁合金车架的缺点生产镁车架的厂商都说耐腐蚀性好。但是这方面的资料当前还很少，耐腐蚀性好到何种程度难于判断。镁是剧烈氧化的金属，不小心操作错了很容易爆炸，纯镁一般不能使用，添加其他金属(铝、锌、锰等)制成合金来使用，制成的镁合金强度、机械性能都得到提高。有些人曾经使用过镁合金制用具，如摩托车的曲柄套等、他们说：虽然用了很久，但是很好，不会象铝般发白。3.1.2 材料的选择已经介绍了几种脚踏式滑板车材料，总地来说，骑感好的是铬钼钢制的、要轻的是铝制的，冲击吸收性最好的是碳纤维。钛合金制的上述各种性能都不是最好的，但是为什么对它感兴趣呢? 因为它是有前途的金属。1铬钼钢已经使用了很久，对它的研究也最多，除非有什么突破，铬钼钢的前途可想而知的了。使用适正厚度的管道时重量是会增加，但是不容易引起金属疲劳，这种车能带给车手极佳的骑感。单纯地追求薄壁的管道的现在，铬钼钢应该走自己的道路，充分发挥其优势，否则很可能被其他材料淘汰。2白行车用铝管，当前的设计方针很危险，铝是没有疲劳极限，为了降低应力应该增加厚度。但是为了单纯地谋求薄壁，使用强勒的新合金来制作车架。从外观来看这些制品使人引起很不错的错觉，但是疲劳寿命将是如何呢? 铝管的薄壁程度已经到了极限，不可能再薄下去。结果它的命运将和铬钼钢一样。今后铝制脚踏式滑板车向那一个方向发展呐? 我认为可能会成为比赛专用脚踏式滑板车的素材。若用铝制脚踏式滑板车来练习，一定会感觉到性能的降低显著。3碳纤维制脚踏式滑板车是有前途的，通过应力计算会找到最适合的加工条件。另外是信心问题。当前尚存在各种问题。4钛管还有发展的余地，强度可能会超过铬钼钢，现在己能制造1.5k的车架，钛必定会夺去铝的“轻量王”的宝座。另外，钛不需要涂漆，可减少这部分的重量(20409)。综合种种因素，考虑到设计初衷的理念：娱乐、休闲、时尚、旅游、便携，结合材料的特性，选择钛镁合金材料作为其主要构件材料。3.2 结构因素本次脚踏式滑板车设计运用圆形形态组合原则，受到“新锋锐”(New Edge)理论及圆周运动规律的启发，其整体构架由平面倒角板材(车身部位)与直线金属管材(脚踏式滑板车车头碗组、座杆等部件)以及塑料、橡胶部件(脚踏式滑板车坐垫、车把手、脚踏板)(如图3-3)；车架分为前部和后部，前部为转向部分，以简洁的弧线为贯穿，后部为驱动部分，由于后部的特性受力较大，则对后半部分进行加固；其传动方式仍然保留原有的链条式传动，配备单速或速度调节器。为贯穿，其传动方式仍然保留原有的链条式传动，配备单速或速度调节器。就整车结构来说，以点、线、面式的组合结构为主，配上直线构架、倒角支架板材以及富有动感的弧线，整体造型圆滑、线条简洁，藉由连结中央圆盘组合，且车架钢性强。另外，可利用在圆盘移动时折叠整车，实现便携的功能。我所设计的脚踏式滑板车的造型设计如下图3-3：图3-3 车体造型3.2.1 车架车架是构成脚踏式滑板车的基体联接着脚踏式滑板车的其余各个部件并承受骑者的体重及脚踏式滑板车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架结构可由设计人员创新，但与其他部件相关的安装尺寸，应严格控制。在车架加工过程中，或多或少地存在加工精度问题，从后视方向观察车轮，两轮也不在同一平面上，使骑行产生“沉重”的感觉。车架立管与水平面之间的夹角称之立管倾角。立管延长线和鞍座上表面的交点为鞍座的位置。一般情况下，骑车人股关节的位置大致地与鞍座位置一致。对于骑车人来说，下肢的关节相对中轴中心的位置，是决定下肢肌肉群的肌力有效利用的一个关键，即踏力和踏速能否获得最佳的配合的一个关键。随着踏速的提高，如果股关节的股骨运动角范围不相应地缩小，由于肌肉运动速度跟不上，下肢肌力就不能充分发挥。在膝关节也存在同样情况。实验证明:高速脚踏式滑板车股关节相对中轴的位置应该前移，即立管倾角增大。反之，股关节位置后移，立管倾角减小。如图3-4：图3-4 车架3.2.2 前叉前叉有三个作用。第一个作用是支承前轮所受的重量，第二个作用是将车把转向动作传送到前轮，使脚踏式滑板车能按骑者的意愿方向行驶；第三个作用是前义下端压有弯度，能促使脚踏式滑板车有自己向前直驶的性能，减轻骑车者操纵强度，并起一些缓冲作用。前叉装在车架前管内，能在管内灵活转动，前叉的上端与车把紧固地连结在一起，下端与前轴连接，与前轮以前轴为中心自由转动，组成转动机构。如图3-5：图3-5 前叉3.2.3 车把及位置车把是连接着前叉，可转动前叉，在使用性能上主要是操纵脚踏式滑板车的行驶方向，并作为骑车者的扶手，支承着一部分骑车者的重量，在车把上安装着制动手把和车铃，控制制动和信号。车把因装在脚踏式滑板车正前方，要求美观合适，必须能承受一定的颠簸撞击性能。车把和鞍座的位置影响了骑车人上半身的姿势。车把的水平位置离地高度约等于骑车人股骨的长度。如果车把位置太高，会增加车架长度；过低，将妨碍车把的转向。车把的垂直位置应略高放鞍座，如果长期骑行车把位置低于鞍座位置的脚踏式滑板车，对身体是不利的。如图3-6。综上所述，中轴、鞍座和车把三者的位置称为车架的三支点，支配着骑车人的姿势，对脚踏式滑板车的出力性能影响很大，是脚踏式滑板车设计工作的重要课题。关龄车架三支点的研究，除考虑出力性能外，还要考虑骑车人的疲劳程度、身体局部疼痛，驾驶方便程度和安全性能等因素。如图3-7：3-7 车把图3.2.4 前轴、后轴和中轴前轴是承受由前叉传来的脚踏式滑板车本身及骑车者的部分(约40% )重量，并通过前花盘、辐条、车圈及轮胎，将重量传落地面和推动前轮旋转前进的支承，必须有足够的强度和转动的灵活性能。后轴有三个作用，第一个作用是承受由立管和平叉传来的脚踏式滑板车本身及骑车者的一大部分(约60 )重量，并通过后花盘、链条、车圈及轮胎，将重量传落地面；第二个作用是推动前轮旋转前进；第三个作用是驱动全车前进的主动轴承。因此，后轴必须具有比前轴更大的强度，并需保持轴承转动灵活。同时为了调整链条的松紧度，后轴必须能前后调整，并能在合适的位置上紧固而保持不动。和前轴一样。中轴是传动机构，承受骑车者的脚踏力量。传动力遥过脚蹬、曲柄、链条、链轮传到后轮，驱动全车前进。参照前轴。3.2.5 前后轮前后轮总称车轮，一个作用是承受脚踏式滑板车本身和骑车者的全部重量，另一个作用是车轮旋转推动脚踏式滑板车前进及转向，因此必须具有足够的强度，以免在行驶中受到震动发生折断，同时要求车轮须圆正，可保持在旋转时平稳，此外车轮结构要有适当弹性，以增强避震性，提高骑行者的舒适性。胎冠的厚度和胎肩的厚度越大，滚动阻力系数越大。胎冠的花纹呈线型、细条型、帘线的支数细，其滚动阻力系数往往较小，多用于运动车。普通车对路面的抓着力、雨天的刹车力、防止侧滑能力、耐久性等有较高需求，往往采用块形花纹和帘线支数粗的轮胎，而其滚动阻力相应也增大。因此，设计人员应根据具体的车型选用相应的轮胎。图3-13轮子第4章脚踏式滑板车设计工作原理及传动计算4.1 动力来源动力来源于人体自身的重力，当使用者双脚交替踩踏滑板车左、右两踏板时，重心产生偏移，从而实现重力势能与动能的连续转换，以产生滑板车运动持续的驱动力，人和车体便可向前连续稳定地滑行4.2 传动装置工作原理在人体自身重力作用下拉动左(或中)链条向下运动，然后经过两条路线传递运动：一条是通过左(或右)飞轮将运动传递给主轴，再通过大链轮将运动传递给后轴，从而驱动后轮前行；另一条是通过左(或右)链轮将运动传递给联动轴，再通过右(或左)链轮将运动传递给右(或左)飞轮由于左、中两根链条经过左、右飞轮后，与左、右链轮的连接方向相反，因而产生向上的拉力，从而带动右(或左)踏板向上运动。4.3人体驱动力计算估算驱动功率最小为0.19kW，估算的牵引力约为265N。4.4 轴的设计图4-1轴受力分析图由静力平衡方程求得支反力为以梁的左端为坐标原点，选取坐标系如图4.9a所示。集中力F作用于C点，梁在AC和CB两段内的剪力或弯矩不能用同一方程式来表示，应分段考虑。在AC段内取距原点为x的任意截面，截面以左只有外力，根据剪力和弯矩的计算方法和符号规则，求得这一截面上的和M分别为（a） (b)这就是在AC段内的剪力方程和弯矩方程。如在CB段内取距左端为x的任意截面，则截面以左右和F两个外力，截面上的剪力和弯矩是 (c) (d)当然，如用截面右侧的外力来计算会得到相同的结果。由(a)式可知，在AC段内梁的任意截面上的剪力皆为常数，且符号为正，所以在AC段(0xa)内，剪力图是在Xz轴上方且平行于x轴的直线（图3-4）。同理。可以根据（c）式作CB段的剪力图。从剪力图看出，当a10rmin),可按基本额定动载荷计算值选择轴承，然后校核其额定静载荷是否满足要求。当轴承可靠性为90、轴承材料为常规材料并在常规条件下运转时，取500h作为额定寿命的基准，同时考虑温度、振动、冲击等变化，则轴承基本额定动载荷可按下式进行简化计算。C基本额定动载荷计算值，N；P当量动载荷，N；fh寿命因数；1fn速度因数；0.822fm力矩载荷因数，力矩载荷较小时取1.5，较大时取2；fd冲击载荷因数；1.5fT温度因数；1CT轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N；查表得，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。在本输送装置中，可以假设轴承只承受径向载荷，则当量动载荷为：P=XFr+YFa查文献3的表6-2-18，得，X=1，Y=0；所以，P=Fr=1128N。由以上可得：本输送机中的轴承承受的载荷多为径向载荷，所以选取深沟球轴承，查文献的附表，并考虑轴的外径，选取轴承6305-RZ，其具体参数为：内径d=25mm，外径D=62mm，基本额定载荷，基本额定静载荷，极限速度为10000r/min，质量为0.219kg。然后校核该轴承的额定静载荷。额定静载荷的计算公式为：式中：基本额定静载荷计算值，N; 当量静载荷，N；安全因数;轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷，查文献3的表6-2-14知，对于深沟球轴承，其当量静载荷等于径向载荷。查文献3的表6-2-14知，安全系数则轴承的基本额定静载荷为：由上式可知，选取的轴承符合要求4.6 链传动的运动特性由于链是由刚性链节通过销轴铰接而成，当链绕在链轮上时，其链节与相应的轮齿啮合后，这一段链条将曲折成正多边形的一部分。该正多边形的边长等于链条的节距p，边数等于链轮齿数z，链轮每转过一圈，链条走过zp长，所以链的平均速度v为=式中：、分别为主、从动链轮的齿数；、分别为主、从动链轮的转速，r/min。链传动的平均传动比因为链传动为啮合传动，链条和链轮之间没有相对滑动，所以平均链速和平均传动比都是常数。但是，仔细考察绞链链节随同链轮转动的过程就会发现，链传动的瞬间传动比和链速并非常数我们知道，链条由刚性链板通过铰链连接而成。当链条绕在链轮上时，其形状如图所示：在主动链轮上，铰链A正在牵引链条沿直线运动，绕在主动链轮上的其他铰链并不直接牵引链条，因此，链条的运动速度完全有铰链A的运动所决定。铰链A随同主动链轮运动的线速度方垂直于AO，与链直线运动方向的夹角为。因此，铰链A实际用于牵引链条运动的速度为式中。为主动链轮的分度圆半径，m。因为是变化的，所以即使主动链轮转速恒定，链条的运动速度也是变化的。当=时，链速最低；当=0，链速最高，是主动链轮上的一个链节所对的中心角。链速的变化呈周期性，链轮转过一个链节，对应链速变化的一个周期。链速变化的程度与主动链轮的转速和齿数有关。转速越高、齿数越少，则链速变化范围越大。在链速变化的同时，铰链A还带动链条上下运动，其上下运动的链速也是随链节呈周期性变化的。在主动链轮牵引链条变速运动的同时，从动链轮上也发生着类似的过

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