单腿自行车的设计论文.doc

山东胜利职业学院毕业设计（论文）单腿自行车的设计论文摘 要此产品属于机械设计领域，是一种助残机械产品。是一辆用于单腿残疾人使用的自行车。实现单腿或下肢有障碍的残疾人使用。此单腿自行车是在传统的自行车的基础上，去除两边的踏脚板及连杆，然后在后面加了一个位置固定杆、双面脚踏杆、外盘齿轮、单链条拉伸弹簧等装置。脚踏杆的上下运动通过连杆上连接的单链条带动外盘齿轮转动，与单链条的拉伸弹簧实现链条的往复运动，并且连杆机构运动可以继续，单腿使用能轻松稳定的驱动，减少单腿使用自行车其踏板不能连续运动的缺点。可以让下肢有障碍的残疾人能像正常人一样骑自行车。此单腿自行车具有成本低、方便使用、装拆容易的优点，因其结构简单、轻松方便，将有着广阔的市场发展前景。并可创造良好的社会效益与经济效益。同时，本设计机构简单，是较为理想的助残设备。关键词：单腿自行车；助残机械；机械设计。 前 言残疾，是一个听起来让人十分害怕的事情，每个人都不希望自己身体的某个部位残疾，但是，每个人从幼年到老年又都会遇到大大小小的残疾。例如，老年人容易得耳聋等症状。据不完全统计，在我国，残疾人约占总人口的10%，其中下肢残疾人又占这里面的3.5%左右，即中国现在大概有455万下肢残疾人。这些下肢残疾人的行走基本上都是靠双拐或轮椅。自行车这种既锻炼身体、又廉价方便的交通工具，对于他们来说只是天方夜潭。对一个残疾人来说，他们不希望别人把自己当作一个残疾人，正常人能做的他们也能做，时常我们会看见不少的单腿残疾人不愿意做轮椅，他们更喜欢利用自己仅有的一条腿做别人能做的事情。所以我们经常看到有单腿残疾人骑自行车的人。或许我们认为这是危险的，但他们认为这是自我的考验，自我价值的证明。所以他们这种精神更值得我们去学习。我们也正是被他们的精神所征服，为此，我们设计了这种简单而轻松的助残自行车。同时希望我们的小创作能为他们的生活带来方便、健康和快乐。此种单腿自行车是在传统自行车的基础上，去除两边的踏脚板及连杆，然后在后面加了一个位置固定杆，双面脚踏杆，外盘齿轮，单链条等装置，能轻松稳定的驱动，减少原本脚踏板不能上升的缺点。非常适合于单腿残疾人骑行。是一种颇为理想的助残器械。目 录第1章 绪 论41.1 自行车的发展史41.1.1自行车的发展简史41.1.2我国自行车的发展史61.1.3我国自行车发展的趋势61.2自行车的种类71.3自行车的特点81.4 自行车运动的优点9第2章 自行车的设计112.1弹簧的设计112.1.1选择弹簧的种类112.1.2选择弹簧的材料112.1.3弹簧的钢丝抗拉极限强度及许用应力122.1.4强度验算142.1.5弹簧的技术要求152.2传动机构的设计162.2.1滚子链的设计202.2.2小链轮的设计242.2.3大链轮的设计252.3外盘齿轮的设计272.4 连杆的设计29第3章 单腿自行车的运动分析31设计总结33参考文献34致 谢35第1章 绪 论自行车（俗称脚踏车、单车、两轮车），是人们日常生活中一种广泛采用的代步工具，也是人们在运动竞赛、健身锻炼、越野旅游和杂技表演等方面的工具。目前，自行车在世界上的拥有量近5亿辆。为此，人们对自行车方面知识的了解更加迫切。1.1 自行车的发展史自行车是一种仅借助于人力（主要以脚蹬）驱动，有两个或两个以上车轮的车辆。自行车是人们许多代步工具之一，只有在骑行时才开始产生价值。但是自行车与其他车辆不同，它的运行是依靠人施加的力量。因此，它是集人体工程学、系统工程学、安全性和价值性于一体的完美体现，骑行时自行车虽然有一定的危险性，然而又必须是稳中求安全，不妨说自行车是人们生活中既灵活又方便的一种较合适的交通工具。1.1.1自行车的发展简史自行车的雏形源于石器时代，而它的真正产生距今只有两百多年的历史。1791年，法国人西弗拉克发明了最原始的自行车。它只有两个轮子而没有传动装置，人骑在上面，需用两脚蹬地驱车向前滚动。1801年，俄国人阿尔塔马诺夫设计出世界上第一辆用踏板踩动的自行车。1817年德国人德雷斯在自行车上装了方向舵，使其能改变行使方向。1839年，苏格兰人麦克米伦制造出木制车轮，装实心橡胶轮胎、前轮小、后轮大、坐垫较低、装有脚踏板和曲柄连杆装置，骑者可以双脚离开地面的自行车。同年，麦克米伦又将木制自行车改为铁制自行车。1867年，英国人麦迪逊设计出第一辆装有钢丝辐条的自行车。1869年德国斯图加特出现了由后轮导向和驱动的自行车，同时车上采用了滚动轴承、飞轮、脚刹、弹簧等部件。1886年英国人詹姆斯把自行车前后轮改为大小相同，并增加了链条，使其车型与现代自行车基本相同。1887年，德国曼内斯公司将无缝钢管首先用于自行车生产。1888年英国人邓洛普用橡胶制造出内胎，用皮革制造出外胎，以次作为自行车的充气轮胎。从此，基本奠定了现代自行车的雏形。时至今日，自行车已成为全世界人们使用最多，最简单，最实用的交通工具。也许人们应该永远记住这些自行车的发明者们，他们的名字，丝毫不亚于汽车的发明者卡尔.本茨。随着自行车的诞生也兴起了自行车运动。1868年在法国举行了世界上首次自行车比赛，赛程为2。1893年第一届世界业余自行车锦标赛创办，1895年第一界世界职业自行车锦标赛创办，1896年自行车比赛被列为奥运会冲要比赛项目。至尽各类自行车比赛多达几百个，其中尤以行程3900的环法自行车大赛最为著名。自行车诞生于欧洲，但20世纪却在亚洲的中国获得了前所未有的普及和发展。现在中国的自行车产量、消费量、出口量均居世界第一。中国老百姓拥有5亿多辆自行车，年出口达到2000万辆。从某种意义上说，中国是一个自行车王国。每天清晨和落日时分，滚滚车流在中国的城市中移动，这是最为壮观的一道风景，这是一条现在中国流动的长城。 50年代，自行车还是较为稀少的宠物。60、70年代，自行车已经在人们的生活中占有重要位置，缝纫机、手表、自行车被列为三大件，成为一个家庭是否富裕的象征。人们谈论“飞鸽、永久”，不啻于今天人们谈论“捷达、富康”，谁家的自行车丢失了，公安局，派出所会立刻侦破。在以轿车为高官专属的年代，自行车是百姓的自豪。80，90年代，自行车的生产发生了巨大的变化，千篇一律的老样式被五光十色的新式自行车代替。“飞鸽、永久”也不在独享殊荣。山地车、变速车、高档赛车、电力自行车等遍地开花。过去自行车单一的实用功能衍变出娱乐功能，人们不再仅仅是骑车而是玩车。人们对自行车的认识度也远比50年代多。19世纪初，有个德国人用木材制造出了世界上第一辆结构较完整的自行车，当时称做两轮车。后来，经过几十年的不断演变，又由英国人制造出了世界上第一辆以实心胶胎为车轮的钢铁自行车，从而使自行车真正成为一种人们生活中的代步工具奠定了基础，也是自行车发展史上一个重要的里程碑。1.1.2我国自行车的发展史我国自行车作为一种代步工具被人们所接受是在本世纪初。当时，由于经济落后，政府腐败，根本没有能力生产自行车，只有依靠进口自行车整车或进口自行车零不见组装后进行销售，来满足需求。到1936年，天津和沈阳两地开始了自行车的生产。解放前夕，全国仅有天津、沈阳、上海和青岛等地几家自行车整车厂，年产量只有1万多辆，根本满足不了人们的需求。新中国成立以后，我国自行车工业迅速发展。目前，全国自行车整车的芳以达200余家，产量居世界第一，每年生产的自行车已达6千多万辆。社会拥有量已超过5亿辆。在规格和品种上，已形成系列型制造的生产能力，我国已成为世界当之为愧的自行车王国。1.1.3我国自行车发展的趋势目前，由于我国自行车生产的高速发展和社会购买力的不断提高，使自行车的销售量不断增加，市场上的供需矛盾已接近平衡。自行车不但成为城乡人民重要的交通工具，而且也是农村主要的运输工具。随着人们生活水平的日益提高，对自行车的要求也愈来愈高，自行车的用途日趋多种化，除了用于代步和运输之外，还用于越野旅游、运动竞赛、健身锻炼、娱乐游艺和杂技表演等方面。因此，闻名不仅要求自行车款式新颖，造型美观，而且要求其重量轻，强度高，安全可靠，使用寿命长，价格适当。这样对自行车制造的要求，除了从结构上需要不断改进及提高，只有这样，才能赢得消费者的赞誉和喜爱。为此，世界各国对自行车的生产和研究越来越引起重视，新技术、新工艺、新材料和新设备不断地运用到自行车的制造方面来。现在自行车制造和生产队标准化、深度化、系列化、通用化、多样化和高档化及其连续性、高效性、合理性和先进性已成为现代自行车生产厂家的主要特征。近几十年来，我国自行车工业虽然发展很快，在国际上也享有一定的声誉。但是，与世界先进水平相比，还存在着一定的差距，主要表现在以下四个方面：首先是品种、规格系列不全，油漆色种少，款式少变化。如：英国现有3000多种，美国有400多种，而我国还不到300种；其次是整车较重，与国外自行车比较，约超重12kg；再次是部分零、部件和内外多极飞轮、反射器和铝合金钳形闸质量不过关，以及电镀、油漆和包装装潢等水平不够高；最后是缺乏市场调查，忽视公关业务。英国兰苓自行车公司（国际部）、海外发展部经理和高级工程师一行，在参观了我国一些自行车制造厂后认为：中国车的差距不大，但油漆和电镀表面还不够精致，车架焊接不理想，外观不美，整车装配的质量较差。如果中国仅满足于国内和发展中国家的市场，那么无须再作达到改进，但要打入发达国家的市场，适应世界自行车的新潮流，则需在品种、结构、款式以及油漆、电镀和装配方面下一番功夫。1.2自行车的种类在我国，自行车的种类很多，为适应社会上不同层次用户的需求，自行车可分成若干种类。通过确定品种、型号和规格的划分，便于人们按自己的爱好，选择各自需要的自行车。所以，自行车从不同角度可以把它们分成若干个具有不同特点的类别。(1)按照车轮直径大小分类轮径710mm（28in）的自行车。轮径680mm（27in）的自行车。轮径660mm（26in）的自行车。轮径610mm（24in）以下的小轮自行车。(2)按照骑行时的轻便程度和载重量的大小分类普通型自行车：骑行平稳，适量载物的自行车。载重型自行车：具有良好的稳定和载重性的自行车。轻便型自行车：情形轻快灵活，自重较轻的自行车。赛车型自行车：比赛用的自行车。运动型自行车：供健身锻炼用的自行车。特种型自行车：特种用途或按照用户要求特制的自行车。(3)按照骑车人的性别分类男式车：采用男式车架的自行车。女式车：采用女式车架的自行车。（4）按照用途分类一般代步的自行车。健身锻炼用的自行车。特殊用途的自行车。1.3自行车的特点(1)普通型自行车普通型自行车，是我国历年来产量最大和社会拥有量最多的一种自行车。起规格有轮径710mm（28in）和660mm（26in）两种。普通型自行车的特点是骑行平稳、安全、可靠，不论在平坦的马路上，还是在崎岖小路上都可以骑行，价格便宜，结构牢固，并能适量载物。普通型自行车的外形结构特点固定式车把，规格较宽，便于保持自行车在运行中的平衡和操纵行驶的方向。车架前倾角较小，前叉翘度较大，这是普通型自行车行驶平稳的重要保证。车圈和轮胎比较宽，外胎宽度为38mm（1.5in），与地面接触的面积比较大，既能提高自行车的平稳性，又能减少行车时的颠簸。车身长，前后轮中心距离大。710mm（28in）普通型自行车的前后轮中心距离为1130mm；26in普通型自行车的前后轮中心距离为1090mm。绝大多数的普通型自行车装有普通车闸。其制动力矩大，制动性能好，结构简单。采用管形双腿衣架，其结构较牢固，而支架采用双支架，停放自行车稳当，载重量较大。(2)普通行自行车的缺点自行车的结构较粗大，各零部件所采用的钢材较厚，所以普通型自行车较重。710mm（28in）普通型自行车的净重为21左右；660mm（26in）普通型自行车的净重为9左右。车身比较长，前后轮中心距离比较长，因此，自行车在行驶时的转弯半径比较大，灵活性较差。采用比较重和宽的软边车圈及轮胎，增加了和地面的摩擦阻力，特别上加大了车轮的转动惯量，因此骑行时比较费力。(3)改进后的普通型自行车的外形结构近年来，为了改善和提高普通型自行车的骑行轻快性能和外形美观，以满足市场的需求，普通型自行车的款式不断地向中、高档自行车发展。其特点是主要零部件（车架、车把、前叉和车轮等），都是采用优质碳钢制造，从而减重量，又提高了强度。另外，这类自行车还装有先进美观的零部件，例如变速装置、清脆悦耳的转铃，轻型镀铬的管形衣架和单支架。自重轻，装有重量轻的硬边车圈及外胎，使车轮的转动惯量小，减少了与地面的摩擦阻力，所以骑行时十分轻快。我国生产的中、高档普通型自行车有凤凰牌PA14型、PA18型；永久牌PA13型；飞鸽牌PA22型等。载重型自行车载重型自行车简称载重车。目前，国内只有轮径710一种。载重型自行车主要用来增加骑车人所带货物的重量而设计定型的一种自行车。这种自行车除了骑车人重量之外，还可以承载150货物，其主要适用于市郊农村的消费者。载重型自行车结构特点后轴部件加粗加厚，后车轮的辐条也较粗，采用10号和12辐条，前后车轮均采用重磅软边轮胎。1.4 自行车运动的优点自行车是克服心脏功能毛病的最佳工具之一。世界上有半数以上的人是死于心脏病的，骑单车不只能藉腿部的运动压缩血液流动，以及把备注从血管末梢抽回心脏，事实上却同时强化了微血管组织，这叫“附带循环”。强化血管可以使你不受年龄的威胁，青春永驻。除此之外，习惯性的单车运动，更能扩大你的心脏。否则血管愈来愈细，心脏愈来愈退化，到了晚年，你就会体验到它所带来的烦恼，那时你会发现，自行车运动是多么的完美。 单车是需要大量氧气的运动，曾经有个老年人以d时间，完成了460的单车旅行。他说：“老年人1周至少要有次运动，使心脏强化起来，恢复正常功能。你要使心脏激烈跳动，但不可过久。如此它将能适应紧急状况，如赶车或抵抗困境。” 单车运动同时也能防止高血压，有时比药物更有效。还能防止发胖、血管硬化，并使骨骼强半。自行车使你不必用药物来维持健康，而且毫无害处。 自行车是减肥的工具，根据统计，75重的人，每小时以15.29的速度，骑117.48时，可减少半公斤体重，但必须每天持之以恒。 单车运动，不只可以减肥，还使你的身段更为匀称迷人。即运动减肥，或边节食边运动的人，身材比只先靠节食减肥的人来得更好，更迷人。我不知道如何来描述“更迷人”，但事实上，运动所带来的结实肌肉，和单车运动所练成的细小足踝，比令人憔悴、青筋突起的节食，总好看多了吧！ 适当的运动能分泌一种荷尔蒙，这种荷尔蒙使你心胸开朗、精神愉快。从经验中，可知道单车运动就能产生这种荷尔蒙。 事实上因为踩单车压缩血管，使得血液循环加速，大脑摄入更多的氧气，因此你吸进了更多的新鲜空气。骑过一阵子之后，你会觉得脑筋更清楚。 骑着这种靠本身体力去踩的双轮脚踏车，你会感觉十分自由且令人畅快无比。它不止是一种减肥运动，更是心灵愉悦的放逐。第2章 自行车的设计2.1弹簧的设计2.1.1选择弹簧的种类弹簧是一种弹性元件，由于它具有刚度小、弹性大、在载荷作用下容易产生弹性等特性，被广泛地应用于各种机械、仪表及日常用品中。随着使用场合的不同，弹簧在机器中所起的作用也不同，其功能主要有缓冲和吸振 例如汽车的减震簧和各种缓冲器中的弹簧；储存及输出能量 如钟表的发条等；测量载荷 如弹簧秤、测力器中的弹簧；控制运动 如内燃机中的阀门弹簧等；弹簧的类型很多，如圆柱螺旋弹簧（圆柱螺旋拉伸弹簧和圆柱螺旋压缩弹簧）、圆锥螺旋弹簧、碟型弹簧、蜗卷螺旋弹簧、多股螺旋弹簧、开槽碟型弹簧、膜片弹簧、环形弹簧、片弹簧、板弹簧、发条弹簧、扭杆弹簧等。在一般机械中最常用的是圆柱形螺旋弹簧。此处的弹簧承担着拉动单链条回复到原来位置的重要作用，因圆柱螺旋拉伸弹簧特性呈线性，刚度稳定，结构简单，制造方便，应用较广，在机械设备中多用作缓冲，减震，以及储能和控制运动等，所以在设计时采用圆柱螺旋拉伸弹簧，圆柱螺旋弹簧按所受载荷的情况分为三类类受循环载荷作用次数在110次以上的弹簧；类受循环载荷作用次数在110110次范围内及受冲击载荷的弹簧；类受静载荷及受循环载荷作用次数在110次以下的弹簧。考虑到此自行车的性能和使用寿命我们选择第类。考虑到方便安装和加载，其端部做成圆钩环。2.1.2选择弹簧的材料弹簧的材料主要是热轧和冷拉弹簧钢。弹簧钢采用中高碳成分以保证强度，通过淬火和中温回火的热处理，以满足高弹性极限，疲劳极限和足够韧性的要求。弹簧工作时表面层的应力最大，如果表面脱碳、贫碳，会使表面强度降低，寿命大大缩短。因此，尺寸较大或承受动载荷的重要弹簧，一般均应用弹簧钢制造。为了进一步提高弹簧的使用寿命，可以采用喷丸处理进行表面强化，采用形变热处理提高强韧性。常用的弹簧钢有65、65Mn、60Si2Mn、50CrVA等,弹簧丝直径在810mm以下时，弹簧用经过热处理的优质弹簧钢丝（如65Mn、60Si2Mn等）经冷卷成型制造，然后经低温回火处理以消除内应力。制造直径较大的强力弹簧时常用热卷法，热卷后须淬火、回火处理。选择弹簧材料主要根据弹簧的工作条件，弹簧承受的载荷类型，是否受冲击载荷以及弹簧材料的许用应力等因素考虑，同时也应考虑弹簧制造的工艺性。考虑到弹簧应用到此自行车时需满足较高的疲劳强度，较好的弹性，所以选用经过热处理的优质碳素弹簧钢丝60Si2Mn.经冷卷成型制造，然后经低温回火处理及消除内应力。弹簧的直径:式中-许用切应力,根据、类载荷按表11-2-6选取。或按表11-2-20选取。,一般初假定8) =。初步选定弹簧的直径2.1.3弹簧的钢丝抗拉极限强度及许用应力查机械设计手册（第四版第3卷）可得，油淬火回火硅锰合金弹簧钢丝用60Si2MnA钢制造，取钢丝直径3.5查表11-2-4可得:考虑到自行车的行程和使用寿命，去弹簧受载循环载荷作用次数在次范围内，所以查机械设计手册可得:拉伸弹簧的许用切应力MPa初定弹簧承受的最大拉力为340N；最小拉力为140N；工作行程 12mm； 弹簧外径：mm；载荷作用次数 次；弹簧材料 油淬火回火优质碳素合金钢丝；端部结构 圆钩形；初定弹簧刚度P =16.67N/mm；工作极限载荷因是类载荷，所以1.25，取N，但考虑到此弹簧为拉伸弹簧，应将表11-2-19中值乘以0.8，为了直接查表，今将425除以0.8，则=531.25；材料直径及弹簧中径D查机械设计手册表11-2-19选取；，由于弹簧材料为油淬火回火碳素弹簧钢丝B类，所以其MPa。现将从表11-2-19中查得的及按照表11-2-18进行修正有效圈数 ，取整值16；弹簧刚度 ；最小载荷下的变形量 ；最大载荷下的变形量 ；极限载荷下的变形量 ；弹簧外径 弹簧内径 自由长度 最小工作载荷下的长度最大工作载荷下的长度工作极限载荷下的长度螺旋角因为节距所以 展开长度弹性特性验算实际极限变形量最大工作载荷 实际极限载荷 下图为设计的弹簧图2-1 弹簧工作图2.1.4强度验算对于受循环载荷的重要弹簧（、）应进行疲劳强度验算，受循环载荷次数少或所受循环载荷的变化幅度小时，应进行静强度验算，当两者不易区别时，要同时进行两种强度的验算。疲劳强度按下式进行安全系数 =-弹簧在脉动循环载荷下的剪切疲劳强度，对于高优质钢丝、不锈钢丝、铍青铜和硅青铜参照表11-2-16选取；-最大工作载荷所产生的最大切应力，-最小工作载荷所产生的最大切应力，-许用安全系数，当弹簧的设计计算和材料试验精确度高时，取，当精确度低时，取按下式计算安全系数式中 -弹簧的屈服极限；-许用安全系数，与疲劳强度验算的选取相同。共振验算 对高速运转中承受循环载荷的弹簧，需进行共振验算，其计算公式为；其中-弹簧的自振频率，-强迫机械振动频率；-弹簧材料直径；-弹簧有效圈数对于减振弹簧，按下式进行计算：-重力加速度，；-弹簧刚度； -载荷2.1.5弹簧的技术要求1冷差弹簧一般在成行后进行去应力退火，其硬度不予考核。根据使用要求也允许不进行应力退火。2需淬火回火处理的冷卷弹簧，淬火次数不得超过二次，回火次数不限，其硬度值在4252HRC范围内选取。特殊情况下其硬度可扩大选取范围到55HRC。3经淬火、回火处理的冷卷弹簧，单边脱碳层的深度，允许比原材料标准规定的脱碳层深度再增加材料直径的0.25。4热卷弹簧成行后，必须进行均匀的热处理，即淬火、回火处理。5热卷弹簧淬火、回火后的硬度，一般为388HBS461 HBW，或41.548HRC，单边脱碳层的深度允许为原材料标准规定的深度再增加材料直径的0.5。6热卷弹簧表面应进行防锈处理。7凡弹簧表面镀层为锌、硌镉时，电镀后应进行去氢处理。8弹簧表面应光滑，不得有肉眼可看见的有害缺陷，但允许有深度不大钢丝直径公差之半的小伤痕存在。2.2传动机构的设计图2-2 链传动示意图链传动是一种具有中间挠性件(链条)的啮合传动,它同时具有刚、柔特点,是一种应用十分广泛的机械传动形式,如图所示,链传动由主动链轮、从动链轮和中间挠性件(链条)组成,通过链条的链节与链轮上的轮齿相啮合传递运动和动力。与带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象,因而能保持平均传动比准确;链传动不需很大的初拉力，故对轴的压力小;它可以像带传动那样实现中心距较大的传动，而比齿轮传动轻便得多,但不能保持恒定的瞬时传动比;传动中有一定的动载荷和冲击,传动平稳性差;工作时有噪声,因此，链传动不适合高速传动。链传动主要用于要求工作可靠,两轴相距较远,不宜采用传动,要求平均传动比准确但不要求瞬时传动比准确的场合.它可以用于环境条件较恶劣的场合,广泛用于农业、矿山、冶金、运输机械以及机床和轻工机械中。链传动适用的一般范围为:传递功率P100KW，中心距6m,传动比,链速,传动效率为0.950.98。按用途的不同链条可分为传动链、起重链和拽引链.用于传递动力的传动链又有齿形链和滚子链两种.齿形链运转较平稳,噪音小,又称为无声链.它适用于高速(40),运动精度较高的传动中,但缺点是制造成本高,重量大,所以我们选用滚子链传动。链传动的失效形式(1)链板疲劳破坏由于链条松边和紧边的拉力不等,在其反复作用下经过一定的循环次数,链板发身疲劳断裂.在正常的润滑条件下,一般是链板首先发身疲劳断裂,其疲劳强度成为限定链传动承能力的主要因素。(2)滚子和套筒的冲击疲劳破坏链传动在反复起动、制动或反转时产生巨大的惯性冲击,会使滚子和套筒发生冲击疲劳破坏。(3)链条铰链磨损链的各元素在工作过程中都会有不同程度的磨损，但主要磨损发生在铰链的销轴与套筒的承压面上.磨损使链条的节距增加，容易产生跳齿和脱链.一般开式传动时极易产生磨损,降低链条寿命。(4)链条铰链的胶合当链轮转速达到一定值时,链节啮入时受到的冲击能量增大,工作表面的温度过高,销轴和套筒间的润滑油膜被破坏而产生胶合.胶合限制了链传动的极限转速。(5)静力拉断在低速(),重载或严重过载的场合，当载荷超过链条的静力强度时导致链条被拉断。链传动的润滑润滑对于链传动是十分重要的，合理的润滑能大大减轻链条铰链的磨损，延长其使用寿命，润滑方式大致可分为人工定期润滑、滴油润滑、油浴润滑、飞溅润滑和油泵润滑五种。润滑方式可根据链速和链节距的大小来选择。自行车上的链传动润滑一般是人工定期润滑。链传动的布置链传动的布置合理与否，对传动的工作性能和使用寿命有很大的影响。布置时，链轮应处于同一水平面内，两轴平行，一般应彩水平或接近水平布置，并使松边在下。链传动的张紧链传动张紧的目的主要是为了避免链的垂度过大，啮合是链条上下颤抖，同时也可增加啮合包角。常用的张紧方法有靠调整中心距张紧；附加张紧装置。当中心距不可调时，可安装张紧轮。张紧轮一般压在松边靠近小轮外侧处。张紧轮可以是链轮，也可以用无齿的辊轮，其大小应与小链轮接近。设计时应注意的事项按照不同的工况，选用相应的标准链条，这是基本原则，但是由于具体的工况的多样性与复杂性，而且标准的覆盖面总是有限的。因此必要时也可在规格、尺寸、参数符合标准的同时，对某种标准链条的性能提出某些较高的要求，并以此向链条厂咨询协商订货。设计时应尽量采用标准链条,若遇到标准链条不能满足设计需要时,有时要进行非标准链条的设计.此时要尽量查找国内外有关标准,参照标准提供的尺寸参数,改选较好的材质等。链传动是利用中间挠性件链条和链轮轮齿的相互啮合传递运动和动力的。它具有带传动和齿轮传动的优点，其缺点是瞬时传动比变化，因为链节与链轮相啮合时，可看成是链节挠在多边形的链轮上。链的节距P伊于愈大，链轮齿数愈少，则链速的不均匀性及附加的动载荷越大。设计链轮时，在满足链传动传递功率的前提下，应尽可能选用较小的节距和较多的齿数。链传动安装时，两链轮轴的平行度至关重要，特别是速度较高的链传动及多排链传动，其两轮轴线的平行达不到规定精度时，会使链与链轮啮合状况恶化，并将加大冲击与振动。对于传递动力的链传动，当链速较高时，其润滑就成为重要的问题，应采用推荐的润滑方式进行润滑，否则，它将严重影响链的寿命。设计开式链传动时，应加防护罩或防护装置。滚子链和链轮的概述我国目前使用的滚子链的标准为GB/T1243-1997,分为A、B两个系列,常用的是A系列,滚子链由内链板、外链板、套筒、销轴和滚子组成。内链板与套筒、外链板与销轴均为过盈配合;套筒与销轴、滚子与套筒间均为间隙配合.内、外链板交错连接而构成铰链。相邻两滚子轴线间的距离称为链节距,用P表示,链节距P是传动链的重要参数。国际上链节距均采用英制单位,我国标准中规定链节距采用米制单位(按转换关系从英制折算成米制)。对应于链节距有不同的链号,用链号乘以25.4/16所得的数值即为链节距。滚子链的标记方法为:链号-排数链节数 国家标准代号。例如:A系列滚子链,节距为19.05,双排,链节数为100,其标记方法为： 12A-2100 GB/T1243-1997链轮轮齿的齿形应便于链条顺利地进入和退出啮合,使其不易脱链,且应该形状简单,便于加工.国家标准GB/T1243-1997规定了滚子链链轮端面齿形,齿形有两种形式:二圆弧齿形和三圆弧齿形。常用的为三圆弧齿形。当传递功率较大时,可采用双排链或多排链.当多排链的排数较多时,各排受载不易均匀,因此实际运用中排数一般不超过4。链条在使用时封闭为环形,当链节数为偶数时,正好是外链板与内链板相接,可用开口销或弹簧卡固定销轴,若链节数为奇数,则需采用过渡链节,由于过渡链节的链板要受附加的弯矩作用,一般应避免使用,最好采用偶数链节。2.2.1滚子链的设计已知条件取自行车的平均车速,人的重量为60,地面摩擦系数,忽略自行车自身重量。则传递功率P=;小链轮的转速大链轮的转速;载荷性质为平稳载荷;传动比;经过大量观察并检测选择小链轮的齿数;大链轮的齿数取值45;设计功率(为工况系数,因是平稳载荷,所以这里取=1.0;为传递功率)特定条件下单排链条传递的功率;链条节距:根据、由图12-2-1(机械设计手册单行本12-105页)选取,验算小链轮轴孔直径,查机械设计手册表12-2-6可得;初定中心距一般取=(30-50),今取=40=4012.7=508以节距计的初定中心距节;链条节数节;链条长度;计算中心距实际中心距(一般取a=(0.002-0.004)链条速度;有效圆周力水平或倾斜的传动静强度校核在低速(重载链传动中,链条的静强度占主要地位,如果仍用额定功率曲线选择计算,结果常不经济.因为额定功率曲线上各点相应的条件性安全系数n为820,远比静强度安全系数大.当进行耐疲劳强度和耐磨损工作能力计算时,若要求的使用寿命过短,传动功率过大,也需进行链条的静强度验算.链条静强度计算式式中 -静强度安全系数;-链条极限拉伸载荷(抗拉载荷),N。-有效圆周力,N-离心力引起的力,N,-链条质量,-链条速度, -悬垂力,N,在和二者中取大值者;-系数,见机械设计手册12-104页；-链传动中心距 ,;-两轮中心连线对水平面倾角；-许用安全系数,一般取48；若以最大尖峰载荷代替时,则=36;若速度较低,从动系统惯性小,他太重要的传动或作用力的确定比较困难时,可取较小值。耐疲劳工作能力计算当链条传递功率超过额定功率、链条的使用寿命要求小于15000时,其疲劳寿命的近似计算法如下。本算法仅适用于A系列标准滚子链,对B系列和加重系列可作为参考。设为链板疲劳强度限定的额定功率,为滚子套筒冲击疲劳强度限定的额定功率，P为要求的传递功率,则在铰链不发生胶合的前提下对 已知链传动进行疲劳寿命计算如下当时 则当时, 则式中-使用寿命；-小链轮齿数；-小链轮转速；-多排链排数系数，见表12-2-5机械设计手册（单行本、机械传动）12-108页；-工况系数，见表12-2-3；-链长，以节数表示。耐磨损工作能力计算当工作条件要求链条的磨损伸长率（即相对伸长量）明显小于3%或润滑条件不符合图12-2-8的规定要求方式而有所恶化时，可按下列公式进行滚子链的磨损寿命计算： 式中磨损使用寿命，；链长，以节数表示；链速，；小链轮齿速；传动比；许用磨损伸长率，按具体条件确定，一般取3%；滚子链销轴直径，磨损系数，见（机械设计手册12-109页）图12-2-4；节锯系数，见表12-2-10；齿数-速度系数，见图12-2-5；铰链的压强，；铰链的压强按下式计算： （MPa）式中工况系数，见表12-2-3； 有效拉力（即有效圆周力），N，见表12-2-2；离心力引起的拉力，N，见式（12-2-1）；悬垂拉力，N，见式（12-2-1）；铰链承压面积，；滚子链销轴直径，；套筒长度（即内链节外宽），当使用寿命T已定时，可由式（12-2-6）确定许用压强，用式12-2-7进行铰链的压强验算，即 (MPa)抗胶合工作能力计算由销轴与套筒的胶合限定的滚子工作能力（通常为计算小链轮的极限转速）可由下式确定。本公式仅适用于A系列标准滚子链。 式中小链轮不发生胶合的极限转速，； 节距，；小链轮齿数；单排链的有效圆周力，N。本计算式是按规定的润滑方式（图12-2-8）在大量试验基础上建立的。高速转运时，特别要注意润滑条件2.2.2小链轮的设计最大和最小齿槽形状 最小齿槽形状滚子定位圆弧半径最大齿槽形状最小齿槽形状最大齿槽形状最小齿槽形状 齿沟圆弧半径齿沟半角 工作段圆弧中心的坐标工作段圆弧半径工作段圆弧中心角齿顶圆弧中心的坐标齿形半角 齿顶圆弧半径 工作段直线部分长度注：齿沟圆弧半径允许比上式计算的大0.0015基本参数及主要尺寸计算基本参数 链轮齿数Z：Z1=19；配用链条的节距：P=12.7; 配用链条的滚子外径： 配用链条的排距：; 分度圆直径; 齿顶圆直径 齿根圆直径 分度圆弦齿高；齿侧凸缘（或排间槽）直径：2.2.3大链轮的设计齿侧圆弧半径 最大齿槽形状 最小齿槽形状滚子定位圆弧半径最大齿槽形状最小齿槽形状 滚子定位角最大齿槽形状 最小齿槽形状 齿槽形状齿沟圆弧半径 齿沟半角 工作段圆弧中心的坐标工作段圆弧半径工作段圆弧中心角齿顶圆弧中心的坐标齿形半角齿顶圆弧半径 工作段直线部分长度注：齿沟圆弧半径允许比上式计算的大0.0015基本参数及主要尺寸计算基本参数 链轮齿数Z=45；配用链条的节距P=12.7;配用链条的滚子外径;配用链条的排距;分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径分度原弦齿高；齿侧凸圆直径2.3外盘齿轮的设计因外盘齿轮不需要与其他齿轮进行啮合，只需和单链条进行链传动。所以，确定外盘齿轮的尺寸范围有较大的灵活性。现决定外盘齿轮的齿数，其齿槽形状、基本参数和主要数据如下齿侧圆弧半径 最大齿槽形状最小齿槽形状滚子定位圆弧半径最大齿槽形状最小齿槽形状 滚子定位角最大齿槽形状 最小齿槽形状 齿槽形状齿沟圆弧半径 齿沟半角 工作段圆弧中心的坐标工作段圆弧半径工作段圆弧中心角齿顶圆弧中心的坐标齿形半角齿顶圆弧半径 工作段直线部分长度注：齿沟圆弧半径允许比上式计算的大0.0015基本参数 链轮齿数Z=21；配用链条的节距P=12.7;配用链条的滚子外径;配用链条的排距;分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径分度原弦齿高；齿侧凸圆直径：2.4 连杆的设计连杆是单腿自行车的关键的设计部件，承担着传递力矩、使自行车安全前进的重要作用，所以，连杆的选材及结构尺寸是否合理对整个自行车来说至关重要。查机械设计手册（中国林业出版社）比较了各种工业用钢及其性能后，考虑到此连杆要承受连续的变动载荷，且应有较高的综合力学性能，故选用45钢。它可以用于制造齿轮、键轮、轴、键、销等各种机械零部件，且有较好的综合力学性能和切削加工性。其力学性能为屈服点应力；抗拉强度：伸长率 断面收缩率： 考虑到此连杆所承受的力及骑行时的舒适性，现定连杆的直径：；水平长度；垂直高度；为使其美观大方且容易加工制造，转弯处设计成圆弧形，半径。校核连杆刚度因为对于塑性材料，其失效时的应力即极限应力等于其屈服点应力，考虑到载荷估计的准确程度、应力计算方法的精确程度、材料的均匀程度以及构件的重要性等因素，为了保证构件安全可靠地工作，应使它的最大工作应力与材料失效时的极限应力之间留有适当的强度储备，一般把极限应力除以大于1的安全因数，所得结果即为许用应力各种不同工作条件下的构件安全因数的选取，可以从有关工程手册中查到。对于塑性材料，一般取；对于脆性材料，一般取；因45钢属于塑性材料，今取；取MPa，所以MPa为了保证连杆安全正常 。 连杆上的轴力：连杆横截面的正应力为MPa图2-3 连杆故圆截面连杆的强度足够。第3章 单腿自行车的运动分析这种自行车与其他自行车的不同之处就是传动机构和连杆的设计。我们是在传统的自行车（不包括变速自行车）的基础上，于大链轮外面加了一个与之同轴的外盘齿轮，在外盘齿轮外又安装了一个连杆，如图31所示。为了更便于单腿人使用这种自行车，我们特别把踏板设计成双踏板踏杆，可以很方便的适用于左腿或者右腿骑车。连杆一端固定于原自行车的车架上，另一端安装脚踏板。在外盘齿轮上安装一根链条进行链传动，链条一端固定于连杆上，另一端与拉伸弹簧相连，弹簧的另外一端与车架连接。前进时，