自行车骑行台设计 骑行架-阻尼训练架【11张PDF图纸+CAD制图+文档】
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自行车骑行台设计
骑行架-阻尼训练架【11张PDF图纸+CAD制图+文档
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注：本页蓝色字体部分可点击查询相关专利SooPAT自行车用训练器自行车用训练器申请号：2 0 0 5 1 0 1 1 1 6 2 8 . X申请日：2 0 0 5 - 1 2 - 1 9申请( 专利权) 人申请( 专利权) 人捷安特( 中国) 有限公司地址地址2 1 5 3 0 0 江苏省昆山市顺帆路1 号发明( 设计) 人发明( 设计) 人陈木村主分类号主分类号A 6 3 B 6 9/ 1 6 ( 2 0 0 6 . 0 1 ) I分类号分类号A 6 3 B 6 9/ 1 6 ( 2 0 0 6 . 0 1 ) I公开( 公告) 号公开( 公告) 号1 98 6 0 2 0公开( 公告) 日公开( 公告) 日2 0 0 7 - 0 6 - 2 7专利代理机构专利代理机构代理人代理人毕 业 设 计 说 明 书设计题目：自行车骑行台 院 系： 专 业： 机械设计制造及其自动化班级学号： 设计者： 赵振宇 指导教师： 2016 年 05月25日目录摘要31 前言32 设计的背景及现状及意义42.1自行车骑行台的设计背景42.2自行车骑行台的现状及意义43 自行车骑行台的特点及结构43.1自行车骑行台的特点43.2自行车骑行台的结构64 自行车骑行台的设计宗旨。65 自行车骑行台各部分的设计说明及计算65.1支架的设计65.1.1形状设计65.1.2外形尺寸设计75.1.3承重设计75.1.4承重校验75.2滚轮装置的设计75.2.1材质选择75.2.2滚轮轴与轴承的选用85.3阻尼器的选择85.3.1阻尼器的分类。85.3.2各种阻尼器的优缺点。85.4飞轮的设计95.4.1飞轮的作用。95.4.2飞轮材质、大小的选用。95.5压力调节器的设计96 自行车骑行台的优点和好处97 设计心得108参考文献11摘要随着我们国家经济的发展和人们生活水平不断提高，在物质生活得到满足的前提下，我们开始追求高的生活质量，通过不能的方式使生活变的更加丰富多彩。由于这样或那样的原因健身器材越来越受人们所青睐。我们随处可以感受到人们对健身的重视，不管是老年人中年人还是儿童都会选择一定的方式来健身。选择什么样的分健身方式和选择什么健身器材也是值得人们所考虑的问题。骑行键身是当下最流行的健身方式，众多骑行爱好者总是想尽一切办法去进行骑行活动，然而外出骑行往往会受到这样或者那样的影响，比如中天气、温度、路面状况等等。现在，骑行者可以足不出户，就能够得到一流的骑行体验。我们的设计为室内用自行车骑行台，它的好处就是无论你在看电视、看书还是听音乐的同时就可以踩掉多余的体重，安全、省时又有乐趣。关键词：健身 自行车 骑行 乐趣 Abstract With the development of our national economy constantly improve peoples living standard,satisfide the people start to pursue higher quality of life in the material life,make life through different ways more rich and colorful.Because of this reason or another fitness equipment is more and more favored by the people.We can feel the people attention to fitness,whether the dlderly middle-aged people or children will choose a certain way to fitness.The choice of what kind off it ness and the choice of what kind of fitness equipment are also worthy of the considered problem.1 前言 随着我们国家经济的发展和人们生活水平不断提高，在物质生活得到满足的前提下，我们开始追求高的生活质量，通过不能的方式使生活变的更加丰富多彩。由于这样或那样的原因健身器材越来越受人们所青睐。我们随处可以感受到人们对健身的重视，不管是老年人中年人还是儿童都会选择一定的方式来健身。选择什么样的分健身方式和选择什么健身器材也是值得人们所考虑的问题。健身器材工业起源于 20 世纪 70 年代初的美国及加拿大，它的发明是一个很让人认可的事，将人们的运动由室外转向室内，这是一个创举。我们不用为每天刮风下雨影响锻炼效果而在意，这样就使得键身自行车成为键身器材中最受欢迎的设备。经过30年的工业创新使的美国及加拿大的产品成为全球健身器材产品的领跑者，人们意识到了健身器材工业是一个朝阳产业，而且越来越为广大使用者接受。我国到了90年代末才出现了一些厂家生产健身器材，这是我们健身器材工业的开始。2 设计的背景及现状及意义2.1自行车骑行台的设计背景 现在大多数的健身器材都是固定在某个场，例如：健身俱乐部，体育场馆和家庭等。这样的健身器材虽然能够达到一定的健身目的，但是很难提升人们健身的乐趣。怎样才能让人们既然达到了一定的健身目的又对健身产生乐越呢？那就只有自行车骑行这种健身运动了。 自行车发明至今已有200多年的历史。今天，自行车作为交通代步、锻炼身体、越野旅游、运动比赛以及少量货物运送工具，已遍及到世界的每个角落。由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，因此控制灵活方便，能快速地对驾驶者的操作做出反应，速度直接由人脚部运动直接控制，虽然原始，但却更可以贴近人们的生活。2.2自行车骑行台的现状及意义 据近几年来得研究表明，骑自行车和跑步、游泳一样，是一种非常有效的健身方法和最能改善人们心肺功能的耐力性锻炼。骑自行车还能够减少空气污染与噪声污染，保护了人们赖以生存的环境。 自行车锻炼的好处是不限时间，不限速度。骑自行车不但可以减肥，而且还可以使身材均匀。由于自行车运动是需要大量氧气的运动，所以还可以强化心脏功能。同还能防止高血压，有时比药物更有效。踩自行车压缩血管，使得血液循环加速，大脑摄入更多的氧气，再加入吸入大量新鲜空气，会觉得脑筋更清楚。骑在车上你会感觉十分自由且畅快无比。它不再只是一种代步工具，更是愉悦心灵的方式。众多骑行爱好者总是想尽一切办法去进行骑行活动，然而外出骑行往往会受到这样或者那样的影响，比如中天气、温度、路面状况等等。现在，骑行者可以足不出户，就能够得到一流的骑行体验。我们的设计为室内用自行车骑行台，它的好处就是无论你在看电视、看书还是听音乐的同时就可以踩掉多余的体重，安全、省时又有乐趣，而且设计可折叠便于携带，此自行车骑行台的重量约为9kg左右，设计最大承重为110kg，可以满足99%以上的人使用。3 自行车骑行台的特点及结构3.1自行车骑行台的特点 我设计了一款可折叠、携带方便且户外室内都可用的自行车骑行台，只要你拥有一辆单车，把单车后轮架到骑行台上，就可以随时原地体验骑行的乐趣。自行车骑行台附带磁性阻尼系统，通过阻尼系统给予自行车持久稳定的骑行阻力，模拟实际骑行状态。如下图1所示。 图1中的1为磁性阻尼器的风扇罩，固定在1风扇罩上的为2磁铁固定环，在2磁铁固定环上均布6块3永磁铁，与3永磁铁相隔固定间距的是6磁感应环，人骑车时通过驱动轮带动阻尼装置的4心轴转动，从而会使固定在4心轴上的6磁感应环旋转，6磁感应环相对于3永磁铁的旋转，会产生阻尼力，从而产生磁阻尼现象。此骑行台配有7飞轮装置，即惯性轮，可使骑行感觉更加真实。骑车时，自行车驱动轮转动，使4心轴飞速同时旋转，然后4心轴带动6磁感应环旋转，产生磁阻尼力，从而会产生大量的热，所以专门设计了5风扇，4心轴转动时同时带动5风扇叶转动，而整个1风扇罩内腔前后均与外界相通，风扇转动时会使风从图1所示的进风口处进入腔气，经风扇叶旋转后再从出风口处排出，从而带走热量，保证了骑行台可以长时间使用。 图1另外，此骑行台还配有调节滚轮高度的8梅花手轮，如下图2中所示。通过旋转8梅花手轮，可调节磁阻尼装置与自行车驱动轮间的距离，距离不同产生的压力大小就会不同，从而可产生不同的骑行阻尼力，使用者可根据个人需求，自行调节压力而设定适用自己的骑行阻力。 图23.2自行车骑行台的结构支架，用以将自行车驱动轮悬空定位。滚轮，通过一轴件与支架连接，并抵住自行车驱动轮。磁性阻尼装置，安装在轴端，阻尼轴及滚轮的转动铝合金飞轮，安装轴件另一端，使得骑行感更佳，更像真实骑行。压力调节器，在轴件底部，用来调节轴件及其上配件的整体高度，以调整滚轮对自行车驱动轮的压力。4 自行车骑行台的设计宗旨。 整台自行车骑行台的价格尽量控制在平民能接受的范围。 车的零部件采用普通的标准件，可以避免使用过程中自行车出问题时需更换专用零件遇到的麻烦，维修简单。设计结构尽量简单，一方面可以简化制造加工及装配流程，减少生产的成本，另一方面可以方便使用者装拆自行车。设计时参照折叠凳原理，将骑行台设计为可折叠形，方便外出携带，设计完的成品重约9kg，而且最大承重量约为110kg。 5 自行车骑行台各部分的设计说明及计算5.1支架的设计5.1.1形状设计当一个三角形的三边确定时,它的形状就固定下来不会再改变了.这叫做三角形的稳定性。所以我们自行车骑行台的支撑架就设计成为一个平放的三角形柱形形状，如图3。 图35.1.2外形尺寸设计 设计支架的高度可供24-28寸的自行车使用， 24寸自行车轮理论直径为：24*25.4=609.6mm 28寸自行车轮理论直径为：28*25.4=711.2mm 而支架支起的是自行车轮的轮轴部分，即最大半径约为355.6cm，再加上自行车驱动轮离地高度，所以设计支架高度约为430mm左右，为配合整体美观和各方面尺寸合理化需求，最终确定长度约为550mm，宽度约为470mm。5.1.3承重设计 支架材质选用常见的Q235钢，材料选用国标号GB3091-82的6分钢管，外径26.8、壁厚2.75、内孔理论19.05 已知无缝管无缝钢管外径规格壁厚求能承受压力计算公式为： 压力=（壁厚*2*钢管材质抗拉强度）/（外径*系数）压力P7Mpa 系数S=8 7钢管压力P17.5 系数S=4 所以可得（2.75*2*215*10）/（26.8*4）=110.3kg，即最大可承重220斤重量。5.1.4承重校验 一个成年人体重按180斤计算，一辆自行车重量按30斤计算，则合计重量为210斤，又为支架只支撑一个驱动轴，则支架支撑的重量约为总重的一半，即105斤。105220，所以合格，可以使用。5.2滚轮装置的设计5.2.1材质选择 滚轮与驱动轮直接接触摩擦，所以材质必须耐磨性高。 可选用进口尼龙6材质，强高度，抗冲击及耐热特性好，由机加工成套，再加装在轴上，钻孔套扣打入固定螺丝。也可直接选用直径为32的钢管，与轴配合机加工成滚筒。此次我们选择钢管制作的滚筒轴。5.2.2滚轮轴与轴承的选用 轴常在交变应力的作用下工作，其材料要求是：强度高、刚度好、应力集中的敏感度小，抗疲劳，加工性能好，有的轴表面要求也较高。轴的材料主要采用中碳钢35或45钢和合金钢20Cr或40Cr等。最常用的是45#钢（含碳量0.45%），它具有较高的综合机械性能。所以我们选用的材质为45#钢，调质HBS160-200。查手册可得45#钢扭剪应力T=146Mpa 人骑自行车的骑行速度按15km/h计算，自行车按28寸的计算，可以得出自行车轮周长约为2.233m，即每小时转6717.42转，每分钟约112转。一人成人骑自行车的平均功率可取230W。 轴承选用6201型号深沟球轴承，其尺寸为外径32，内径12，厚度10。Cr额定动载荷（N）：6800。Cor额定静载荷（N）：3050。Cr额定动载荷（Kg）：695。Cor额定静载荷（Kg）：310。使用寿命：3万小时。脂润滑转速19000r/min。符合使用要求。 所以我们设计轴的直径也为12。再由下面的轴的强度计算公式， 计算可得：T=（9.55*1000000*0.23/112）/（0.2*12*12*12）=56146，强度校验合格。5.3阻尼器的选择5.3.1阻尼器的分类。 阻尼系统根据原理不同可分为电磁式（magnet trainer）、风阻式（wind trainer）、液阻式（fluid trainer）等。5.3.2各种阻尼器的优缺点。 液阻：优点：阻尼变化平滑，在不同速度下阻尼变化更接近于实际的公路骑行。噪音小。缺点：骑行时初始几分钟需要预热，等油温上升后才获得平稳的阻尼。结构较精密。 磁阻：优点：可以很平滑的调整阻尼值，可以模拟不同情况下的骑行。结构简单，维护方便。缺点：对于速度的变化，阻尼变化并不完全匹配。 风阻：优点：价格低廉。适合普及。缺点：和速度关系匹配差。不能进行阻尼值调整，仅能调节摩擦阻力。 根据各种阻尼器的优缺点及材料制做方面考虑，最终选用磁阻尼装置。5.4飞轮的设计5.4.1飞轮的作用。 飞轮又称惯性轮，是健身车中重要组成部分。飞轮整体铸造而成，是骑车过程中阻力的来源。飞轮的质量直接关系到自行车整体骑行的质量。通过阻尼器对飞轮的作用增加或减轻阻力，达到健身的作用。所以说飞轮的设计关利整个骑行台的设计好坏。5.4.2飞轮材质、大小的选用。 飞轮设计为20mm厚，直径60的旋转体。为了减轻骑行台整体自身的重量，飞轮材料选用铝合金。铝合金的优点是密度小，塑性好，抗腐蚀性好。用铝合金铸造出来的飞轮要比同体积灰铸铁铸造出来的飞轮轻三分之一左右。铝合金搞腐蚀性强，不用担心飞轮上因为潮湿而生锈。铝合金的运用能提高骑行台使用寿命。5.5压力调节器的设计本款自行车骑行台的设计使用自行车的规格为24至28寸均可，即需要有高度调节装置，经研究测算，高度调节装置可与压力调节装置合二为一，既节省的资源也使设计结构变得简便。如下图4所示。图4中的8为压力调节装置也同时为高度调节装置，8压力调节装置也即梅花手柄螺丝，其丝扣长度设计长度为100mm。图示所示位置分别为最大28寸驱动轮及最小24寸驱动轮所示位置，磁阻尼装置变动幅度约为35度。此设计完全满足使用要求。 图46 自行车骑行台的优点和好处(1) 全天候。 在室内和阳台进行骑行，不分白天黑夜，不分刮风下雨，随时可以进行。(2) 全季节。 一年四季皆可进行，尤其是寒冷的冬季，优势最明显。(3) 不用担心风吹雨淋日晒。 这个对女士太实用了，夏季的强紫外线、秋冬的寒风，都是女士养颜大敌。(4) 工作繁忙经常加班无休息车友的福音。 周末加班是常态，只能看别人拉练的车友，利用零星实践也能进行滚筒拉练。(5) 减肥。 肥胖车友感叹平地骑行真的很难减肥，也没有大块时间去燃烧脂肪。那么配合这个滚筒台子在家里进行，随时随地体验爬坡大汗淋漓、燃烧脂肪的感觉。(6) 提高骑行技术。A，控车技术更好，实际骑行会更加安全；B，矫正姿势，在台子上，可以专心体会动作和姿势，找出不足加以改进；C，练习蹬踏技术，不停止的蹬踏可以迅速改进蹬踏技术，这是实际骑行时难以做到的。(7) 提高训练效率。A，可以安全的模拟爬坡，而不必实际骑行几十公里花费大半天时间才到山脚下去爬一下山，然后还得骑几十公里抹黑回家；B，可以准确地找到自己的无氧阀值，包括心率、乳酸、呼吸等阀值。可以长时间进行阀值训练，非常安全和效率。(8) 增进家庭和谐。 不用在周末哄骗老婆、甩下孩子、自己出门骑车。甚至可以把老婆和孩子也哄到台子上骑车，其乐融融。(9) 提升个人形象和满足面子。 家里来客人了，看稀奇似地，这时你在台子上潇洒的动作不仅满足了客人的好奇心，还提升了形象和面子。7 设计心得 随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过两个多月的奋战，我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面了。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会了，
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