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可折叠 自行车 设计 10 CAD 开题

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折叠自行车的设计开题报告一、选题的背景与意义： 折叠自行车，英文名字是folding bicycle。通常来说，在车架部分设置有车架折叠关节，此装置可以将自行车的前轮及后轮对折。然后立管折叠关节可以改变自行车的高度。折叠后，自行车在长度及面积上，较折叠之前都会减少45%以上。在折叠的过程中，不会用到外来工具，用手动的方式即可将自行车折叠。展开时，锁紧固定横梁上的折叠机构便可以折叠骑行。 折叠自行车有很多优点。1.有着超长的寿命，由于折叠后体积变小，可以放在家中或者汽车后备箱里，减少了日晒雨淋及被偷盗的风险。2.骑乘方便，无需借助任何工具，手动即可调整把手，坐垫的位置。由于轮盘飞轮的尺寸比加大，频率相同时，速度会超过大轮径普通车辆。3.一车多用，交通，休闲皆适宜。在假日中，可以将其放在汽车后备箱，这样不仅享受到了汽车的便利，还可以感受到大自然中骑行的乐趣。目前，在经济发达的欧美国家中，折叠自行车占有很大的市场。很多人们都在家中备放折叠自行车，以备后用。而在我国，随着近年来我国城市建设速度很快，边远地区有很多经济开发区建筑，但是在短时间内没有公交车深入，人们又不喜欢长时间的步行，所以，折叠自行车便成为非常方便的工具。由于它折叠后体积小，高层住户在上下班坐电梯时可拎带，在住宅狭小的民居中，可将折叠自行车放置于床下，不占居住面积，节省空间。 另一方面，人们生活水平的提高，健康与环保的意识已经超越了物质需求，作为短途的代步工具，具备其他交通工具不可替代的功能。是学生党，上班族，老年人的理想选择。根据发达国家自行车的发展经验来看，我国处于经济高速发展和轿车大量进入民居家庭的时代，自行车产业也会出现更大的机遇，折叠自行车以其独一无二的特点，明显符合我国人民的需要，所以，前景非常广阔。 我们进行折叠自行车这项研究，希望利用所学的专业知识来解决折叠自行车设计过程中的相关问题，丰富自身对于折叠自行车的理解，并从这项研究和学习中提升自身知识水平与见解。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 设计可折叠自行车，完成总体设计，使之满足以下要求 1.折叠自行车教普通自行车重量轻。2.折叠后体积变小。3，折叠后便于可用手拎，便于携带，不费力。4.展开后，轮距尽可能多地变大，稳定性良好，车身尺寸合理，可调整，适用人群范围大。5.折叠与展开方式简单明了，操作程序应尽可能地不复杂。6.保证可以达到或稍低于正常自行车的骑速。7.材料质量良好，安全稳定8.拥有较为丰富的色彩。 解决的主要问题：1. 设计传动机构。目前主要的传动机构包括连杆传动机构，涡轮蜗杆动机构，凸轮传动机构，齿轮传动机构，链传动机构，带传动机构等等。目前，在自行车领域中，链传动及齿轮传动应用较为广泛。2. 选择合适的折叠器。我们在大梁及车把折叠时，需用到折叠器。目前现有市场的折叠器多为钢扣，插销等形式的折叠器。使用时，先扣紧，然后再用小凸轮机构锁死。这些折叠器普遍存在一个问题，就是折叠操作时间长，费时费力。个别折叠器重量较大，不规则，零件松动容易脱落。设计一个操作简单，轻巧灵便的折叠器是必要的。3. 车体的几何尺寸计算车体几何尺寸计算在设计中占有很大的比重。通过查找资料及计算，确定自行车的各项参数及整体尺寸。首先选择合理的原始数据，然后计算并确定设计参数。原始数据可能包括立管长度，下管与立管的交点，前叉倾角与前叉翘度，前管长度，传动中心距及传动速比等。4. 车体的强度计算当车体的几何尺寸确定后，接下来便是校核车身强度，利用静应力相似分析法计算弯矩，剪力，轴力等，由内力算出危险截面的应力。保证安全强度。三、研究的方法与技术路线：研究方法： 根据设计要求，确定折叠自行车的总体设计方案，选择合适的传动机构及折叠器。计算车身的几何尺寸并校核车身强度。绘出折叠自行车的二维CAD图纸及三维建模并检验。 技术路线： 借助文献资料，CAD，Solidworks等软件完成我的毕业设计。四、研究的总体安排与进度：2015年11月10日-2015年11月24日 网上选题2015年11月25日-2016年1月24日 开题报告 文献阅读2016年1月25日-2016年3月2日 论文框架 结构设计2016年3月3日-2016年4月13日 完成中期部分论文2016年4月14日-2016年5月16日 修改报告 完成论文并答辩五、主要参考文献：1 蒋旻昱 折叠自行车设计探讨 上海海事大学 包装工程 2013062 程宪春 朱志伟 孙淑红 折叠自行车设计研究 长春大学 中图分类号：TB47 文章编号：1001-3563（2007）07-0161-03 200706013 陈恳 对折叠自行车的设计开发与思考 业界经纬4 杜周勃 折叠车的调查与分析 长安大学工程机械学院 商品与质量 2011085 梁莉 黄晓茹 折叠式自行车折叠器的设计 深圳大学 机电与控制工程学院 机械设计与研究2007专刊6 杨浒 车架折叠机构位置设计 国家轻工业自行车质量监督检测常州站7 李九成 折叠自行车车体的几何计算 安阳自行车二厂8 匡焱 折叠自行车的创新设计与研究 黄冈职业技术学院 行家论坛9 张镇生 杨仲民 自行车车体的强度研究 西北轻工业学院学报10岳从风 自行车的强度研究 沈阳机电学院学报11 Michael.T.Sutherland，Calgary Folding bicycle constructed from plate frame elements Nov.24.200812 Mihelic,Miko， Folding bicycle apparatus and method Jun.14.2004指导教师审核意见：指导教师签名：年 月 日 一.折叠自行车概述1.折叠自行车简述折叠自行车是一种可以改变自身大小体积的便携式交通工具。通过车身上的折叠器，缩小车身大梁的体积，前轮和后轮叠在一起然后再调整车身上的支撑钢管，降低车身的高度，脚踏板可可以折叠。折叠后，体积缩小至原体积的55%左右。折叠后，可放置于汽车后备箱，可手提至地铁车厢中，轻巧灵便。2折叠自行车的特点如果站在使用者的角度考虑，那么折叠自行车需要满足以下特点。（1）较轻的质量。（2）自行车折叠后，体积变小，形状规则，便于安放和提取。（3）折叠后可用手拖行。（4）使用时，展开后轮距应尽量地变大，拥有良好的纵向稳定性，合理的车身尺寸，给予骑行者轻松舒适的骑行环境，拥有较大的调整范围以便于满足更多人群的需要。（5）车速应尽量等同于普通自行车骑行时的车速。（6）折叠，展开应方便，不需借用外部工具，不需费很大力。（7）材料质量良好，拥有绝佳的安全性能，折叠铰链要有较高的加工精度以保持长时间骑行的稳定性。（8）丰富的色彩。3 折叠自行车的分类根据折叠方式的不同，折叠自行车大致分为以下几类。（1） 车架大梁折叠式自行车目前来看，市场上最主要的折叠方式便是车架大梁折叠，通过折叠器，将大梁在脚踏板的中央对折，使前后轮并在一起，脚踏板可以竖立放置，座管及头管上有伸缩装置，可以改变折叠自行车的高度，从而达到减小自行车体积的目的。这种折叠方式多采用铰链链接，铰链链接是曲面之间互相接触，属于低副。倘若设定承受载荷相同，铰链所承受的压力相对较低，故可以传递较大的力。大梁在自行车中起着支撑作用，铰链链接可以满足强度需求。车架大梁折叠自行车体积较大，折叠后体积略高于原体积的50%，重量相对于其他类折叠自行车较重，不便携带，通常置于汽车后备箱，火车等地。由于体积与普通自行车相似，车轮仍选择大轮（或略小于普通车轮），可以保证舒适度。（2） 前后叉折叠式自行车 前后叉折叠属于一种新型的折叠方式。相对于车架大梁折叠，前后叉折叠式自行车在折叠后，体积更小，车轮依然可以在地面滚动，便于人们手拎携带。但是，前后叉折叠方式特殊，稳定性一般，载重较低。由于为了折叠后体积变得更小，故采取安装小轮。同时，由于轮径偏小，速度相对于普通自行车较慢，骑行略费力，道路适应能力低下（地面粗糙度要很小才适合），骑行舒适度一般。（3） Strida折叠自行车这种折叠方式与前后叉折叠相似。不同的是，此款折叠自行车采取的是特殊前后叉结构，前后叉在两个平面。这样折叠后，自行车的前轮和后轮不用前后紧贴，而是并排放置，更减小了自行车折叠后的体积。与前后叉折叠式自行车相似，车轮可在地面滚动，便于拖行。同样由于折叠方式，采取小轮安装，车速较慢，道路适应能力底下，骑行舒适度一般。(4)旅行箱式折叠自行车旅行箱式折叠自行车是目前为止，在全球范围内最彻底的折叠方式，开启和折叠会在十几秒内完成。折叠后，形状规则，自行车可以像行李箱一样自由拖动，重量轻，约8-9kg，时速可达20km。(5)A-bike折叠自行车A-bike折叠自行车由英国设计师克莱夫辛克莱尔伯爵设计，由于展开后，车身呈A字型，故称为A-bike，它的车架由强化玻璃纤维制造，重量仅5.5公斤，折叠后体积可缩小为0.03立方米，被称为世界上最轻的自行车。由于折叠方式，A-bike采用小轮安装，路面适应能力较差。若要保持较高的车速，需设计多级传动。另外，车身不可安装变速系统，骑行较费力。4.折叠自行车连接件的应用（1）铰链结构：铰链结构是面与面的接触，是低副链接，可以承受较大的载荷。但是在运动过程中，可能出现惯性力失衡的现象，从而使机构的动载荷增加，稳定性变差，只适用于低速场合。(2)偏心凸轮：曲面接触，结构紧凑，润滑性能及摩擦性能较为优秀，适用性强。（3）轴承：轴承可以使轴无法平动，只能转动。轴承起支撑作用，主要承担径向载荷。所以轴承提高了轴的承载能力，提高材料的强度。但是在转动过程中，极易因摩擦而产生磨损，从而导致稳定性变差。二折叠自行车在国内和国外的情况折叠自行车起源于欧洲，在1892年，法国富豪Charles Morel发明第一台折叠自行车，一时名声大噪，随后1895年，法国出现第一家折叠自行车专卖店，不过当时折叠自行车多用于军事用途，随后很多公司均纷纷效仿生产折叠自行车，已知的企业有Styria（奥地利）Dursley-Pederson(英国)，Seidel&Naumann（德国）等。19世纪50年代，折叠自行车发展渐缓，主要是因为机车盛行。不过在19世纪60年代，折叠自行车的热情死灰复燃，引爆的原因是因为1962年面市的英国AM车（Moulton Bicycle）。随后，折叠自行车变得流行，世界各国数十家企业竞相生产，折叠自行车进入了一个新的时代。目前，世界上生产折叠自行车的厂家超过100家，且不断增加，折叠自行车的市场也越来越大。而在我国，折叠自行车仍处于起步阶段。不过随着社会的发展，环境与健康问题日益严重，拥堵的交通给人们也带来了极大的困扰，人们迫切地需要一种灵巧轻便的交通工具。而折叠自行车恰好满足这些要求。越来越多的人在短途代步时选择折叠自行车，不仅减少环境污染，不惧交通拥堵问题，而且携带，停放都很方便。在假日旅游中，很多人都将折叠自行车放入汽车后备箱，骑行时再取出。这种健康的生活方式吸引了很多人。所以，折叠自行车在我国有着良好的发展前景。三折叠自行车的设计趋势1.便携化设计由于折叠自行车在生活中经常携带，所以它应该满足轻巧，灵便的特点。并且要考虑稳定性，贴合性及重力传递合理性。为了更好地实现设计需求，应该合理设计产品形态。在折叠自行车规划设计的过程中，应该尽量保持折叠后具有规则的形态，传动装置折叠后可以隐藏于车体内部。不仅为了美观，也是为了便于携带。2.人性化设计随着人们对产品要求的提高，设计折叠自行车时，应考虑产品适应人与环境的要求。无论是辅助部分，还是功能主体部分，都应该达到人性化的设计要求。同时，要有个性化的造型及符合人体结构的造型，提升使用者的舒适度。例如，旅行箱式折叠自行车，相对于车架大梁折叠式自行车，就显得轻松许多，不过更理想的情况是可以考虑将折叠自行车设计成手推车等，使之融入到日常生活里。参考文献：1 蒋旻昱 折叠自行车设计探讨 上海海事大学 包装工程 2013062 程宪春 朱志伟 孙淑红 折叠自行车设计研究 长春大学 中图分类号：TB47 文章编号：1001-3563（2007）07-0161-03 200706013 陈恳 对折叠自行车的设计开发与思考 业界经纬4 杜周勃 折叠车的调查与分析 长安大学工程机械学院 商品与质量 2011085 梁莉 黄晓茹 折叠式自行车折叠器的设计 深圳大学 机电与控制工程学院 机械设计与研究2007专刊6 杨浒 车架折叠机构位置设计 国家轻工业自行车质量监督检测常州站7 李九成 折叠自行车车体的几何计算 安阳自行车二厂8 匡焱 折叠自行车的创新设计与研究 黄冈职业技术学院 行家论坛9 张镇生 杨仲民 自行车车体的强度研究 西北轻工业学院学报10岳从风 自行车的强度研究 沈阳机电学院学报11 Michael.T.Sutherland，Calgary Folding bicycle constructed from plate frame elements Nov.24.200812 Mihelic,Miko， Folding bicycle apparatus and method Jun.14.2004 指导教师意见： 指导教师签名：年 月 日 XXXXXX设计(XXX) 折叠自行车的设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要 折叠自行车，通常来说，在车架部分设置有车架折叠关节，此装置可以将自行车的前轮及后轮对折。然后立管折叠关节可以改变自行车的高度。折叠后，自行车在长度及面积上，较折叠之前都会减少45%以上。在折叠的过程中，不会用到外来工具，用手动的方式即可将自行车折叠。展开时，锁紧固定横梁上的折叠机构便可以折叠骑行。 折叠自行车有很多优点。1.有着超长的寿命，由于折叠后体积变小，可以放在家中或者汽车后备箱里，减少了日晒雨淋及被偷盗的风险。2.骑乘方便，无需借助任何工具，手动即可调整把手，坐垫的位置。由于轮盘飞轮的尺寸比加大，频率相同时，速度会超过大轮径普通车辆。3.一车多用，交通，休闲皆适宜。在假日中，可以将其放在汽车后备箱，这样不仅享受到了汽车的便利，还可以感受到大自然中骑行的乐趣。关键词：自行车，折叠式自行车，健身，机械设计 AbstractFolding bicycle, generally speaking, the frame section is provided with a folding frame joints, this means you can bike front and rear wheel fold. Then fold the riser joints can change the height of the bicycle. After folding bike on the length and area than before folding will decrease more than 45%. In the folding process, not used external tool to manually folding bike way. When expanded, the folding mechanism lock fixed on the beam can be folded riding.Folding bike has many advantages. 1. has a long life due to smaller size when folded, it can be placed in the home or in the car trunk, the sun and rain and reduce the risk of being stolen. 2. riding convenience, the handle can be adjusted without using any tools, hand, seat position. Since Roulette flywheel than increase the size, frequency is the same, the speed will be more than the ordinary large wheel diameter vehicle. 3. a multi-purpose vehicle, transportation, leisure are appropriate. In the holiday, you can put it in the car trunk, so that not only enjoy the convenience of a car, you can also feel the pleasure of riding in nature.Keywords: bicycles, foldable bicycles, fitness, mechanical design29目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1 选题的背景与意义11.2 折叠自行车概述11.2.1 折叠自行车简述11.2.2 折叠自行车的特点21.2.3 折叠自行车的分类21.2.4 折叠自行车连接件的应用31.3 折叠自行车在国内和国外的情况31.4 折叠自行车的设计趋势41.4.1 便携化设计41.4.2 人性化设计4第2章 自行车总体设计52.1 设计原则62.2 人机工程设计72.3 影响自行车性能的人体因素92.4 自行车设计结构要素分析112.5 人一车动态特性分析132.6 折叠式自行车的构成142.7 折叠式自行车方案设计15第3章 折叠式自行车主要计算163.1功率的计算163.2 传动比163.3 前后链轮之间的链传动设计173.3.1 设计要求173.3.2 设计过程173.4 轴的设计193.4.1链轮上力的计算193.4.2材料193.4.3计算轴的最小直径193.4.4轴的结构设计193.5轴的校核203.6键的校核203.7 轴承的校核21第4章 三维图的设计234.1 车把组件234.2 车架234.3 前轮组件244.4 后轮组件244.5 座椅组件254.6 链条组件254.7 整车装配26结 论27参考文献28致 谢29第1章 绪论1.1 选题的背景与意义 折叠自行车，英文名字是folding bicycle。通常来说，在车架部分设置有车架折叠关节，此装置可以将自行车的前轮及后轮对折。然后立管折叠关节可以改变自行车的高度。折叠后，自行车在长度及面积上，较折叠之前都会减少45%以上。在折叠的过程中，不会用到外来工具，用手动的方式即可将自行车折叠。展开时，锁紧固定横梁上的折叠机构便可以折叠骑行。 折叠自行车有很多优点。1.有着超长的寿命，由于折叠后体积变小，可以放在家中或者汽车后备箱里，减少了日晒雨淋及被偷盗的风险。2.骑乘方便，无需借助任何工具，手动即可调整把手，坐垫的位置。由于轮盘飞轮的尺寸比加大，频率相同时，速度会超过大轮径普通车辆。3.一车多用，交通，休闲皆适宜。在假日中，可以将其放在汽车后备箱，这样不仅享受到了汽车的便利，还可以感受到大自然中骑行的乐趣。目前，在经济发达的欧美国家中，折叠自行车占有很大的市场。很多人们都在家中备放折叠自行车，以备后用。而在我国，随着近年来我国城市建设速度很快，边远地区有很多经济开发区建筑，但是在短时间内没有公交车深入，人们又不喜欢长时间的步行，所以，折叠自行车便成为非常方便的工具。由于它折叠后体积小，高层住户在上下班坐电梯时可拎带，在住宅狭小的民居中，可将折叠自行车放置于床下，不占居住面积，节省空间。 另一方面，人们生活水平的提高，健康与环保的意识已经超越了物质需求，作为短途的代步工具，具备其他交通工具不可替代的功能。是学生党，上班族，老年人的理想选择。根据发达国家自行车的发展经验来看，我国处于经济高速发展和轿车大量进入民居家庭的时代，自行车产业也会出现更大的机遇，折叠自行车以其独一无二的特点，明显符合我国人民的需要，所以，前景非常广阔。 我们进行折叠自行车这项研究，希望利用所学的专业知识来解决折叠自行车设计过程中的相关问题，丰富自身对于折叠自行车的理解，并从这项研究和学习中提升自身知识水平与见解。1.2 折叠自行车概述1.2.1 折叠自行车简述折叠自行车是一种可以改变自身大小体积的便携式交通工具。通过车身上的折叠器，缩小车身大梁的体积，前轮和后轮叠在一起然后再调整车身上的支撑钢管，降低车身的高度，脚踏板可可以折叠。折叠后，体积缩小至原体积的55%左右。折叠后，可放置于汽车后备箱，可手提至地铁车厢中，轻巧灵便。1.2.2 折叠自行车的特点如果站在使用者的角度考虑，那么折叠自行车需要满足以下特点。（1）较轻的质量。（2）自行车折叠后，体积变小，形状规则，便于安放和提取。（3）折叠后可用手拖行。（4）使用时，展开后轮距应尽量地变大，拥有良好的纵向稳定性，合理的车身尺寸，给予骑行者轻松舒适的骑行环境，拥有较大的调整范围以便于满足更多人群的需要。（5）车速应尽量等同于普通自行车骑行时的车速。（6）折叠，展开应方便，不需借用外部工具，不需费很大力。（7）材料质量良好，拥有绝佳的安全性能，折叠铰链要有较高的加工精度以保持长时间骑行的稳定性。（8）丰富的色彩。1.2.3 折叠自行车的分类根据折叠方式的不同，折叠自行车大致分为以下几类。（1） 车架大梁折叠式自行车目前来看，市场上最主要的折叠方式便是车架大梁折叠，通过折叠器，将大梁在脚踏板的中央对折，使前后轮并在一起，脚踏板可以竖立放置，座管及头管上有伸缩装置，可以改变折叠自行车的高度，从而达到减小自行车体积的目的。这种折叠方式多采用铰链链接，铰链链接是曲面之间互相接触，属于低副。倘若设定承受载荷相同，铰链所承受的压力相对较低，故可以传递较大的力。大梁在自行车中起着支撑作用，铰链链接可以满足强度需求。车架大梁折叠自行车体积较大，折叠后体积略高于原体积的50%，重量相对于其他类折叠自行车较重，不便携带，通常置于汽车后备箱，火车等地。由于体积与普通自行车相似，车轮仍选择大轮（或略小于普通车轮），可以保证舒适度。（2） 前后叉折叠式自行车 前后叉折叠属于一种新型的折叠方式。相对于车架大梁折叠，前后叉折叠式自行车在折叠后，体积更小，车轮依然可以在地面滚动，便于人们手拎携带。但是，前后叉折叠方式特殊，稳定性一般，载重较低。由于为了折叠后体积变得更小，故采取安装小轮。同时，由于轮径偏小，速度相对于普通自行车较慢，骑行略费力，道路适应能力低下（地面粗糙度要很小才适合），骑行舒适度一般。（3） Strida折叠自行车这种折叠方式与前后叉折叠相似。不同的是，此款折叠自行车采取的是特殊前后叉结构，前后叉在两个平面。这样折叠后，自行车的前轮和后轮不用前后紧贴，而是并排放置，更减小了自行车折叠后的体积。与前后叉折叠式自行车相似，车轮可在地面滚动，便于拖行。同样由于折叠方式，采取小轮安装，车速较慢，道路适应能力底下，骑行舒适度一般。(4)旅行箱式折叠自行车旅行箱式折叠自行车是目前为止，在全球范围内最彻底的折叠方式，开启和折叠会在十几秒内完成。折叠后，形状规则，自行车可以像行李箱一样自由拖动，重量轻，约8-9kg，时速可达20km。(5)A-bike折叠自行车A-bike折叠自行车由英国设计师克莱夫辛克莱尔伯爵设计，由于展开后，车身呈A字型，故称为A-bike，它的车架由强化玻璃纤维制造，重量仅5.5公斤，折叠后体积可缩小为0.03立方米，被称为世界上最轻的自行车。由于折叠方式，A-bike采用小轮安装，路面适应能力较差。若要保持较高的车速，需设计多级传动。另外，车身不可安装变速系统，骑行较费力。1.2.4 折叠自行车连接件的应用（1）铰链结构：铰链结构是面与面的接触，是低副链接，可以承受较大的载荷。但是在运动过程中，可能出现惯性力失衡的现象，从而使机构的动载荷增加，稳定性变差，只适用于低速场合。(2)偏心凸轮：曲面接触，结构紧凑，润滑性能及摩擦性能较为优秀，适用性强。（3）轴承：轴承可以使轴无法平动，只能转动。轴承起支撑作用，主要承担径向载荷。所以轴承提高了轴的承载能力，提高材料的强度。但是在转动过程中，极易因摩擦而产生磨损，从而导致稳定性变差。1.3 折叠自行车在国内和国外的情况折叠自行车起源于欧洲，在1892年，法国富豪Charles Morel发明第一台折叠自行车，一时名声大噪，随后1895年，法国出现第一家折叠自行车专卖店，不过当时折叠自行车多用于军事用途，随后很多公司均纷纷效仿生产折叠自行车，已知的企业有Styria（奥地利）Dursley-Pederson(英国)，Seidel&Naumann（德国）等。19世纪50年代，折叠自行车发展渐缓，主要是因为机车盛行。不过在19世纪60年代，折叠自行车的热情死灰复燃，引爆的原因是因为1962年面市的英国AM车（Moulton Bicycle）。随后，折叠自行车变得流行，世界各国数十家企业竞相生产，折叠自行车进入了一个新的时代。目前，世界上生产折叠自行车的厂家超过100家，且不断增加，折叠自行车的市场也越来越大。而在我国，折叠自行车仍处于起步阶段。不过随着社会的发展，环境与健康问题日益严重，拥堵的交通给人们也带来了极大的困扰，人们迫切地需要一种灵巧轻便的交通工具。而折叠自行车恰好满足这些要求。越来越多的人在短途代步时选择折叠自行车，不仅减少环境污染，不惧交通拥堵问题，而且携带，停放都很方便。在假日旅游中，很多人都将折叠自行车放入汽车后备箱，骑行时再取出。这种健康的生活方式吸引了很多人。所以，折叠自行车在我国有着良好的发展前景。1.4 折叠自行车的设计趋势1.4.1 便携化设计由于折叠自行车在生活中经常携带，所以它应该满足轻巧，灵便的特点。并且要考虑稳定性，贴合性及重力传递合理性。为了更好地实现设计需求，应该合理设计产品形态。在折叠自行车规划设计的过程中，应该尽量保持折叠后具有规则的形态，传动装置折叠后可以隐藏于车体内部。不仅为了美观，也是为了便于携带。1.4.2 人性化设计随着人们对产品要求的提高，设计折叠自行车时，应考虑产品适应人与环境的要求。无论是辅助部分，还是功能主体部分，都应该达到人性化的设计要求。同时，要有个性化的造型及符合人体结构的造型，提升使用者的舒适度。例如，旅行箱式折叠自行车，相对于车架大梁折叠式自行车，就显得轻松许多，不过更理想的情况是可以考虑将折叠自行车设计成手推车等，使之融入到日常生活里第2章 自行车总体设计 设计可折叠自行车，完成总体设计，使之满足以下要求 1.折叠自行车教普通自行车重量轻。2.折叠后体积变小。3，折叠后便于可用手拎，便于携带，不费力。4.展开后，轮距尽可能多地变大，稳定性良好，车身尺寸合理，可调整，适用人群范围大。5.折叠与展开方式简单明了，操作程序应尽可能地不复杂。6.保证可以达到或稍低于正常自行车的骑速。7.材料质量良好，安全稳定8.拥有较为丰富的色彩。 解决的主要问题：1. 设计传动机构。目前主要的传动机构包括连杆传动机构，涡轮蜗杆动机构，凸轮传动机构，齿轮传动机构，链传动机构，带传动机构等等。目前，在自行车领域中，链传动及齿轮传动应用较为广泛。2. 选择合适的折叠器。我们在大梁及车把折叠时，需用到折叠器。目前现有市场的折叠器多为钢扣，插销等形式的折叠器。使用时，先扣紧，然后再用小凸轮机构锁死。这些折叠器普遍存在一个问题，就是折叠操作时间长，费时费力。个别折叠器重量较大，不规则，零件松动容易脱落。设计一个操作简单，轻巧灵便的折叠器是必要的。3. 车体的几何尺寸计算车体几何尺寸计算在设计中占有很大的比重。通过查找资料及计算，确定自行车的各项参数及整体尺寸。首先选择合理的原始数据，然后计算并确定设计参数。原始数据可能包括立管长度，下管与立管的交点，前叉倾角与前叉翘度，前管长度，传动中心距及传动速比等。4. 车体的强度计算当车体的几何尺寸确定后，接下来便是校核车身强度，利用静应力相似分析法计算弯矩，剪力，轴力等，由内力算出危险截面的应力。保证安全强度。2.1 设计原则自行车的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。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：1. 座的形式与尺度及其功用有关2. 座材的尺度必须参照人体测量学数据确定3. 身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担4. 座材前缘处，大腿与自行车之间压力应尽量减小5. 腰椎下部应提供支承，设置适当的靠背以降低背部紧张度6. 器材垫必须有足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力均匀地分布于坐骨结节区域组成自行车的功能是供人骑行，骑自行车的人方面发挥职能作用，因为这是在自行车完全有道理的一部分。因此，在车辆系统的配置侧，其中，车辆系统，一个人可以在骑车时的车辆接口图1-1用于分析之间的关系。2.2 人机工程设计1、人与支撑部件的关系 图1-1 人-车界面关系 支撑构件主车架，前叉，鞍座和车把是自行车的车架上。其他部分，以实现自行车的功能，并支持，以保证在自行车彼此的完整性部分固定到正确的位置。这样的位置和大小，以及它们之间的关系，和人机关系，如驾驶者的位置和肌肉运动，并具有一个马鞍，设计参数从手柄帧。2，人与受力部件之间的关系力接收元件主要是一个脚蹬和曲柄。功率是由骑车人的脚双踏板作用力产生曲柄旋转下肢运动。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。通过驱动链条和链轮在后轮，人民的力量，和自行车前进。传输设计的一个重要组成部分，有一个高的传输效率和传动机构的可靠性，这是可转向。和恒定强度，使用较大的输出功率固定一个高的传输效率。 4、人与工作部件关系工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。一些工作是轮辋和轮胎的车轮。大部分的轮胎，数量为固体和膨胀。另一方面，骑车人肌肉的车轮被转换为有效地前进，其中驾驶员的握力被转换成由接地单元产生的制动力的同一接地力。自行车，例如制动器的设计和传输的每个部分的大小，如果应该集中相干工作骑手的发射功率，以便具有一个大小和握手适合驾驶员刹车制动适当的制动力可用于设计，它不会产生它时引起的故障足够的制动力。2.3 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，其它成比例的比例特性体H3。这样手臂，腿部，高度和扭矩成正比的长度和气管的响应于H，接头中心，幅度的骨，例如通过一个步幅，肌肉，主动脉，和中断牙槽骨表面积的生成的区域，可以认为是成比例的H 2。肺功能检查等，血容量，心脏的能力，可视为比例和H3。作为力的函数成正比，物理冲击的输出性能，理论上是成正比的速度跳跃的能力和H，正比于H2和H3的能力。然而，实际上每个人不同的体质，在许多情况下，超过20的偏差英寸。2人的下肢肌力自行车骑行的原动力，骑自行车为主，到的下肢肌力，驱动力的车手。机械能骑自行车的人，肌肉骨骼内部的化学能量，肌肉收缩。自行车踏板的旋转被输出的腿部肌肉的收缩来实现，一般地，它表示较长腿是一个人的青睐较短腿。通过训练目标的人，约每40-50N平方厘米所产生的力，通过肌肉收缩基本上正比于肌肉的横截面面积可被增加至65N 。 图1-2 影响自行车性能的人体因素 3人的输出功率人的功率输出，骑在一个位置的期间和所述速度比改变时，将改变骑手的体质，如强度。平均成年男性的最大输出功率可接着用10秒，约0.7马力（0.51千瓦）。如果很长一段时间，其值要小得多，这是一个持续的LH，只有约1.0至0.7马力（0.07至0.15千瓦）。4人的脚踏速度骑自行车，在许多情况下，保持一定的关系的节奏人类心脏的跳动，这是非常有节奏。健康的心脏60R，70次/分钟，打轮换的节奏一般脚/分钟是比较合适的。它被设计为确定常规设计参数的速度。5人的平衡机能平衡车手本身是影响摩托车，当缺乏平衡的功能，它甚至更好的运动性能自行车行驶平稳性能的一个重要因素，业绩我们之间良好的平衡如果有，就能够覆盖自行车的设计这些缺陷。6人的手和握力 影响刹车性能的人的因素主要是人的手和影响的人为因素，男人和女人，成人和儿童的主要的制动性能的把手，手柄的大小是不一样的。根据长期应用测试手闸，而不会引起疼痛，就能获得必要的减速的希望只有约10的最大握力。 7 人的疲劳人体疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素，其产生原因有人体因素，也有自行车结构因素。疲劳和疼痛一般是由于部分肌肉负担过大，骑车姿势不合适，以及体重对鞍座的体压分体不合适等引起的。此外，影响出力因素还有人的最大摄氧量。2.4 自行车设计结构要素分析影响自行车性能的因素除了上述人的因素外，还有许多机械因素，如图1-3所示。为了获得自行车较佳的性能，必须把人的因素与机械因素有机地结合起来，以使人一车协调。为此，着重分析与人体相关的结构要素。1速比链轮直径比和匹配链轮齿轮比的大小一般控制在2.3至4.0。你可以得到一个关系时，使用率为骑在动力和必要的所需的速度。右比率，如果它太小，无论怎样人的力量，因为它不下降时，它已被充分提高的速度，我们会得到大的输出功率。另外一个小的比例，规定的曲轴速度下，需要骑行速度（后轮速度）号如果该比例过大，所需要的踏板力，很容易是一个大规模人们作出累。最大强度，期待曲轴点击负担肌肉的10左右，选择速度和比例，以保持恒定的连续骑行取得了良好的效果。2曲柄长度从杠杆的一般原则传统自行车的设计要考虑较少人类研究，。曲柄过长后，有必要以增加的距离到前挡泥板踏板前轴的中心轴线，以便不击中（前部中心到中心的距离）。这对汽车的正确姿势产生影响，势必增加帧，人会感到疼痛的腰部。如果为了在高度和腿的长度曲柄的长度考虑，可以使储蓄和舒适性。通常曲柄长度的基准，取人体身长的 110 ，也相当于大腿骨长的 12 。3 三接点位置正确的骑车姿势，是由骑车人和自行车三个接点位置决定的，如图1-4(a）中所示的鞍座位置 A 、车把位置B 、脚蹬位置C 。按三点调整法，AB 和AC 约等，一般 AB = ( AC 一 3 ) cm , A点略低于B点，约为5cm 。 图1-3 影响自行车的机械因素4 鞍座位置鞍座装得过低，骑行时双脚始终呈弯曲状态，腿部肌肉得不到放松，时间长了就会感到疲软无力；鞍座装得过高，骑行时腿部的肌肉拉得过紧，脚趾部分用力过多，双脚也容易疲劳。骑车时适当的用力部位是脚掌。设计或校正鞍座位置高低最常用的方法，这是因为，如可以是链轮组件的指针轴的中指触摸适当，是使腋臂的中央部分的鞍的中部附近。各种尺寸的长身体的邀请确定性中指的中心腋下长度，鞍座的高度可以大致确定，我们有一个特定链路。行驶较快的车，鞍座位置要向前移动，行驶较慢的车，鞍座位置要向后移动，否则都不利于骑行，如图1-4 ( b ）、（ c ）所示。5 车闸设计，将打开力以握力，以适应和栅极停止，手掌大小的制动力和速度。带刹车制动灵敏度高，还增加增加比例制动力电源。制动力，如果某种程度的制动作用达到不发生，则表示突然制动设计不当，将被启用。如果你想在紧急情况下，减速和理想的制动动力的情况下进行操作见表1-1。 。 图1-4自行设计的结构要素表1-1理想的施闸力和减速度闸把施闸力/N相对握力%减速度说明6035050010701000.1g0.6g0.8g控制下坡速度全刹车紧急全刹车注：g=9.8m/s22.5 人一车动态特性分析1 动态稳定性稳定自行车，运动的稳定性的方法是动态平衡的稳定性。如图1-5，稳定性和循环的动态稳定的行动，包括在稳定的周围直的方向，它是（a）中。显然，稳定性，对安全驾驶特性是至关重要的。2力学特性行驶在地面条件自行车，它具有作用的力线与通过轮胎自行车地面（和车辆重量）的接触点的横向力（余量的离心力）的总重量左右。此，当骑乘者作为理所当然的事，但是具有适合于这种样式的自行车的更重要的机械性能的结构。3 转向特性自行车转弯时出现的3种不同状态： 图1-5 人-车系统动态特性 倾斜角在里面人体和是相同的。也就是说，（B），如图1-5所示，当，骑手和车身中心线重合的中心线，可以转动的自行车，即所谓的倾斜旋转，骑手倾斜角度，比在新车时的倾斜角度，在这一点上，参考图，转动所谓向内旋转（C）的更大。骑车者比的汽车时的倾斜角度的倾斜角度，请再参考该图，把所谓的外倾转动，见图(d)。2.6 折叠式自行车的构成折叠式自行车的整体构成由以下几大模块： (1).车身在行驶中，车身的造型对整个行驶的效率有着很大的影响，因为车身的造型直接影响到的是行进的阻力。此处设计的水陆自行车的车体造型也已达到最小阻力位佳，通过流体力学，我们可以针对各种造型在水中行进时所受的阻力进行分析，核定最佳造型设计以达到最佳运动效率。(2).传动系统通过机械设计我们可以比较确切的分析各种传动系统的传动关系进而计算出总传动系统的传动效率进行核算。 (4).导向机构 正常直线行驶时，导向机构应不构成阻力，设计的导向机构应简单便捷为好。2.7 折叠式自行车方案设计目前自行车设计各式各样，这里的设计主要从传动系统方面来结合设计。分析以上性能需求，并根据本设计需要，针对推传动系统的的设计提出以下方案的特点及创新:1. 该方案采取大量三角形结构，从而确保该产品的稳定性及耐用性2.链条传动使动力能更好的传递，达到省力的效果。 3. 该产品拥有储物箱等人性化设计，提高了该产品的实用性。 4. 转向由前轮控制转向，并有通过链轮带等转向机构驱动转向。第3章 折叠式自行车主要计算3.1功率的计算1、输入功率的计算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 ) ，但只能能持续 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）。自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为70 次min ，一般脚踏以 60r/min 节奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。但本次设计内容为一休闲式娱乐工具，故对体力要求不能有过多要求。我们根据脚踩蹬的力量来计算在娱乐为主的休闲前提下的输出功率 。以此为参考，正常人踩蹬自行车的力量约为3040N,娱乐情况下我们估算为30N，踩蹬速度适当的取为1转/秒，故本次设计的人的输出功率为（180mm为一般自行车的踩踏杠的长度）。2、 传动效率查机械设计手册得：踩踏关节的损失：=0.97链传动的损失：=0.96滚动轴承：=轴系效率：=0.98 由以上算出的总的传动效率：=0.83所以明轮的输出功率为3.2 传动比根据传动比的一般分配原则，我们应该使各级传动的承载能力接近相等，考虑到在骑乘自行车时一般分配的传动比为2.5左右，为了适应和习惯在陆地上的运动习惯及降低生产成本，我们这里就优先选用链传动比为2.5的传动比。3.3 前后链轮之间的链传动设计3.3.1 设计要求确定链条型号、链节数、排数、链轮齿数、链轮结构、材料、几何尺寸、中心距、压轴力、润滑方式、张紧装置已知设计条件：低速平稳运转，传递功率,主动链轮转速，从动链轮转速，传动2.5。3.3.2 设计过程（1）选择链轮齿数、在17-114之间选取齿数。 （2）计算当量的单排链的计算功率根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动的功率修正为当量的单排计算功率 ，查机械设计表9-6得 ，查机械设计图9-13得 ，由于是单排链，所以 故 （3）设出链条型号和节距 链条型号根据当量的单排链的计算功率和主动链轮转速从相关引用书本可找出。从相关引用书本来设定链条节距p 。 设出链条型号为：08A 设出链条节距为：12.7 （4）算出链节距、中心距预设中心距，按下式子计算链节数将圆整为偶数链传动的最大中心距为：式子里，-中心距计算系数，找书查到值=0.24907（5）计算链速，确定润滑方式根据链速V，查机械设计图9-14得，润滑方式为定期人工润滑（6）计算链传动在轴上的压轴力 有效圆周力N 压轴力=1.10x59.49=65.439 N（7）设计总结链轮大链轮小链轮齿数4518分度圆直径()181.4373.41齿顶圆直径()18680.00齿根圆直径()173.5165.49分度圆弦齿高()3.004.00齿侧凸缘直径()164.2558.71节距()12.7轴间距()623.148链长()1270链节数()130链速()0.57链号08A3.4 轴的设计3.4.1链轮上力的计算轴上传递的功率=X0.96X0.97X0.97=30.63 w转矩=9550000=9550000x30.63/150=1950110N.mm3.4.2材料可选轴的材料为45钢，调质处理。3.4.3计算轴的最小直径查机械设计表15-3可取=120，由于轴的直径小于100mm，且由3个键槽，故将轴径增加15%，即d=x(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm将轴径圆整为标准直径，取d=10 mm3.4.4轴的结构设计1、轴的外形结构2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。（1）、根据飞轮内径可得d67=30 mm，根据飞轮的宽度可得出L67=20 mm，右侧采用轴肩定为，取d78=38 mm，L78=11 mm。（2）、初选深沟球轴承D6204，其尺寸为dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根据装配关系取L45=L910=15 mm 。（3）、5处为一定位轴肩，故取d56=d89=25 mm，根据装配关系，计算得L56=L89=383 mm 。（4）、3处为一定位轴肩，故取d23=d910=16 mm，根据装配关系，计算得L23=L910=33 mm。（5）、1处为轴的最小直径d=10 mm，攻螺纹，与螺母配合，选择螺母为 GB/T 6172.1。通过查机械设计手册的螺母厚度m=5 mm，由于采用双螺母预紧，故取L12=L1213=19 mm。（6）、4处为一定位轴肩，所以取d34=d1011=18 mm，根据装配关系计算得出，L34=L1011=40 mm。至此已经确定了轴的各段长度和直径。3.5轴的校核需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求