电动助力自行车车体结构及有限元分析设计

1、毕 业 设 计题 目 电动助力自行车车体结构设计系 别专 业班 级学 号学生姓名 指导老师 年 月目录毕 业 设 计1摘 要4ABSTRACT5第一章 绪论61.1电动助力自行车的行业61.2电动助力自行车国内的发展状况61.3电动助力自行车国外的发展状况7第2章 SOLIDWORKS的概述92.1 Solidwork软件的介绍92.2自上而下设计的概念和方法92.2.1自下而上特点92.2.2自上而下的特点10第3章 电动助力自行车的一般设计113.1电动助力自行车的新型材料113.2电动助力自行车造型113.3电动助力自行车功能123.4人与自行车系统123.4.1人与支撑部件的关系123

2、.6基本原则133.7链轮传动的设计14第4章 电动助力自行车零件的作用及三维建模154.1 电动助力自行车简介154.2三维建模154.2.1电动助力自行车零件车架154.2.2电动助力自行车零件车把164.2.3自行车零件前叉174.2.4自行车零件鞍座184.2.5自行车零件车轮194.2.6自行车零件踏板组合件204.2.7自行车零件刹车碟片214.2.8自行车零件电池插槽224.2.8自行车零件18齿飞轮234.2.8自行车零件霍尔传感器244.3电动助力自行车整车三维模型24第5章 CATIA simulation对自行车的结构分析255.1 CATIA Simulation255

3、.2线性静态分析255.3结构分析2654对电动助力自行车的力学分析265.4.1对前叉的分析过程275.4.2对车架的分析过程29结论30参考文献31致谢3232摘 要随着信息技术在当今社会各领域的迅速渗透， CAD/ CAM/CAE技术已经得到了广泛的应用，并且从根本上改变了我们传统的设计、生产、组织模式。对于推动现代企业的技术改造、带动国家整个产业结构的变革、新兴技术的发展、经济增长的促进都具有十分重要的意义。现在，各行各业的工程技术人员也开始逐步认识到CAD/ CAM/CAE技术在现代工程中的重要性。SOLIDWORKS软件是由SOLIDWORKS公司开发的，该公司是一家专门从事开发三

4、维机械设计软件的高科技公司，在1993年，当时PTC公司与CV公司合并成立SolidWorks公司，并于1995年推出该软件，引起设计相关领域的一片惊叹。在 SOLIDWORKS环境中 ,通过部件、产品和零件三者之间的参数关联。采用一种基于装配约束的参数化的设计方法，来实现部件的参数化建模。阐述了这种参数化设计方法中的关键技术。包括了产品尺寸分析、结构的划分 、关联设计 、基于布局草图的设计和方程式的添加，运用部件参数化等设计方法构建了一个部件库。采用这种方法后，有利于我们对产品的修改和系列化 ,提高设计效率。自行车发明至今已有将近200多年的历史。现在，自行车作为交通代步、运动比赛、锻炼身体

5、以及少量货物运输的工具，已遍及到了世界的每个角落。在我国，自行车是一种很普遍得交通工具，而且现在的人们越来越享受轻松省力的交通方式，本文基于SoldWorks软件设计了一款电动助力自行车，为人们设计提供一款性价比更好的自行车。关键词：信息技术、SOLIDWORKS；自行车；电动助力ABSTRACTWith the rapid infiltration of information technology in various fields, CAD/ CAM/CAE technology has been widely used. It has fundamentally changed the

6、 traditional design, production and organization mode, which is very important to promote the technological transformation of modern enterprises, to develop new technologies and to promote economic growth. The meaning of it. Engineers from all walks of life have gradually realized the importance of

7、CAD/ CAM/CAE technology in modern engineering.SOLIDWORKS software is developed by SOLIDWORKS company. SolidWorks company is a high-tech company specializing in the development of 3D mechanical design software. From 1993, PTC company and CV company set up SolidWorks company, and launched the software

8、 in 1995, causing an exclamation of design related fields. In the SOLIDWORKS environment, the parameterized modeling of components is realized through a parameterized design method based on assembly constraints. The key technologies in this parameterized design method are described, including produc

9、t structure division, dimension analysis, association design and layout based on the parameters association between three parts of products, parts and parts. The design of the sketch and the addition of the equation are used, and a SOLIDWORKS component library is constructed by using the parametric

10、design method of the parts. There have been 200 years of history of the invention of bicycles. Today, bicycles are widely used everywhere in the world as a means of transportation, physical exercise, sports competitions and a small number of means of transport. Bicycle in our country is a very commo

11、n means of transportation, and now people are increasingly enjoying the easy and effortless way of transportation, this article based on SoldWorks software designed an electric power bicycle, for people to design a better cost-effective bicycle.Key words: information technology, SOLIDWORKS; bicycles

12、; electric power assisting第一章 绪论1.1电动助力自行车的行业电动自行车制造行业在我国是重要的民生产业。面对全球气候变暖现状以及我国石油资源相对短缺的现实，发展电动自行车产业符合当今我国国情，具有广阔的发展前景。随着电动自行车技术渐渐走向成熟实用化，电动自行车除了节能、环保、经济之外，兼有机动车的省力省时特点，符合现在中国的消费者消费特征和需求。在经过短短几年发展，便拥有庞大的消费群。目前，中国已成为当今全球最大的电动自行车生产和消费国,年产量及消费量占世界总产量及消费量的比重均超过90%。1.2电动助力自行车国内的发展状况我国电动自行车行业发展到目前，经历了三个发

13、展阶段：起步阶段、快速发展阶段和成熟阶段。(1）起步阶段为1995年至2004年；该阶段的特点是主要对电动自行车电器四大件（电机、充电器、蓄电池和控制器等）的关键技术的摸索研究，以汇集信息、跟踪技术、市场观察为主，并通过小批量市场试用投放，电动自行车开始逐步进入消费者的视野。在起步阶段，我国的电动自行车市场发展缓慢，到2004年年底，电动自行车的总产量仅有600多万辆。在技术方面，早期电动自行车，单次行驶的距离较短，蓄电池寿命也短，尚未解决蓄电池以及电机方面技术上等问题；而在市场方面，仍就处于培育阶段，真正进入市场的厂家和商家并不多。（2）快速发展阶段为2004 年至2007年；该阶段的特点是

14、随着关键技术方面的突破，电动自行车方便、快捷、环保的性能得到提升，消费者们对电动自行车的认可度也逐渐提高， 激发了对市场的消费需求。 特别是在2004年5月1号正式实施的 道路交通安全法 ，明确了将电动自行车纳入非机动车的管理范畴，电动自行车便得以更广泛地应用，极大地促进了电动自行车得快速发展。根据中国自行车协会数据显示，截止2005年，中国电动自行车产量约为1200万辆， 而2007年电动自行车的实际产量已达到2138万辆，复合增长率近为32.87%。同时，企业间的激烈竞争促进了行业技术水平方面的快速提升，电机也从有刷有齿电机发展为了高效无刷电机，电动自行车的动力型铅酸蓄电池也在工艺上取得突

15、破，产业进入了“井喷式”发展阶段，行业内逐步出现了一批全国性品牌，大量的小品牌也凭借低价等方面的优势获取小区域内的市场。（3）成熟阶段为2007 年至今。该阶段的特点表现在形成电动自行车产业集群，江苏、天津、浙江三地成为了电动自行车主要生产区。同时，该时期具有竞争力的品牌商凸显，并且影响力得到了大幅提升，众多不具有竞争力的小品牌和生产厂商开始逐步退出，产业集中度开始提高。1.3电动助力自行车国外的发展状况在国外，电动自行车发展较早的国家有日本、德国等国家，而近年来，美国、越南等国家发展也较快。全球市场的电动自行车行业市场很大，并呈扩大趋势。并且国外的电动自行车主要作用是轻松代步以及休闲健身，人

16、们也可以在大型的停车场及旅游区里使用。在日本，消费者购买电动自行车的主要原因是其具备爬坡省力、不用驾照等优点。其中，中高龄妇女是日本的电动自行车最大消费群。日本的电动自行车制造商们一直朝乘骑方便、低价化、轻量化等方向发展，并注重对于不同购买人群的车型及配件进行专门设计。在美国，电动自行车的销售渠道主要为大零售商和独立专门店，大零售商们的总销售占据全美零售市场的绝大部分，他们集中于青少年市场；而电动自行车的独立专门店一般以销售高品质的车种见长，且较能符合需要。45 岁以上的年龄层消费者是电动自行车主要的消费对象，而且美国警察也是目前电动自行车消费的主要群体。由于美国政府在提倡节省费用，未来将有更

17、多的人转向使用电动自行车。欧洲电动自行车市场目前发展最为成熟，最大市场集中于英国、德国、荷兰、比利时、瑞士、意大利、法国和奥地利等。西欧各国由于均面临人口老龄化问题，老年人目前成为电动自行车的潜在买主；同时，电动自行车产品朝“运动化”及“年轻化”的方向发展，为消费者们提供更加多样化的选择，并且渗透到了运动爱好族和年轻一代们的消费者。在越南，凭借价格合理、无噪音、环保和操作简单等优势，电动自行车也已成为了越南发展主要交通工具。主要消费对象人群主要为妇女、老人、学生及职员。作为一种节能环保的新型交通工具，电动自行车的各个主要生产国及消费国均出台了很多相应的产业发展政策以帮助促进其发展。在日本，出台

18、关于辅助驱动自行车处理意见的通知 ，规定了带有辅助驱动装置放入自行车只要满足一定的条件，在法律上就可以享受自行车同等待遇，从而推动了电动自行车的发展。同时，日本政府肯定景区推出的电动自行车租赁服务，并且提供资金支持。在美国，将低速电动自行车转由消费者产品安全委员会进行管理，减少了法规对于电动自行车的限制。另外，美国部分的州政府在政策上鼓励市民多使用电动自行车，并在市区和商业区设立电动自行车出租商店来方便市民使用电动自行车。在欧洲，欧盟对于那些购买符合标准的电动自行车产品的消费者们执免费使用自行车道、上路无需驾照、无需上保险”的优惠政策。第2章 SOLIDWORKS的概述2.1 Solidwor

19、k软件的介绍SOLIDWORKS是一款非常优秀的三维制图软件，易学易用，目前是市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最好、性能价格比最优的软件。在全球销量已达到30万套，排名处于3D CAD软件销售榜首，遥遥领先与其他同类产品。一套基于Windows 的CAD 桌面集成系统,是由法国达索公司在总结和继承了大型机械CAD 软件的基础上,在Windows 环境下实现的第一个机械三维CAD 软件。SOLIDWORKS与以前的台式CAD机械设计系统相比，其基本特点有以下几个特点：1 .它具有强大的实体建模功能和直观的windows用户界面；2.双向关联的尺寸驱动机制；3.支持Internet 技术，

20、实现数据共享；4.提供了VB、VBA(宏记录)、Visual C+、Delphi等支持OLE(Object Linking and Embedding, 对象链接与嵌入)或COM（ComponentObject Model,组件对象模型）的开发语言接口用于SOLIDWORKS 的二次开发,创建出用户定制的专用SOLIDWORKS 功能模块。虽然SOLIDWORKS所提供的功能非常强大，但是为了使其在中国企业中发挥真正的作用，自动化常见或重复的任务，提高效率，有必要进行本地化和专业化的二次开发工作，这在虚拟工程中也是非常必要的。2.2自上而下设计的概念和方法SOLIDWORKS的设计方法有两种，

21、自下而上设计和自上而下设计。2.2.1自下而上特点自下而上设计是指与组件设计无关的零件，这些零件会组装成组件。一般情况下，组件创建后会发现模型不满足要求，只能手动调整每个相关模型。随着程序集数量的增加，检测和更正这些错误将花费大量时间。如果发生重大设计变更，将影响到大量的零件，必须对每个零件进行人工识别和校正，以满足设计调整。因此，该设计方法一般适用于现有产品的建模或标准件的设计。自下而上设计优点:自下而上的设计方法是最基本的设计方法。首先对零件进行单独设计，然后通过零件进行装配。装配经验证通过后，生成工程图纸。简单:由于零件是单独设计的，它们之间没有相关的参考，建模简单，不易出错，即使有错误

22、，也容易判断和修改。硬件要求低:零件之间没有关联参照，修改仅限于单个零件或组件，计算比例较小，对硬件要求较低。自下而上设计缺点:不符合产品设计流程:自下而上的设计流程与产品设计流程相反，不适合新产品研发。强限制:设计修改仅限于单个组件，不能全局设计修改。修改单个组件后，相关组件不能自动更新，需要人工干预。完全集成到产品开发中。2.2.2自上而下的特点自上而下的设计方法是从整机、子系统、子系统等不同的父子模块开始，根据实际装配过程综合考虑各模块之间的约束，最后将详细的设计动作逐层分解为各部件的设计方法。自顶向下特征总体情况强:总图修改后，设计变更可自动传递到相关部件，保证设计一致性。高效率:一次

23、修改和全局更改。串行零件的设计效率较高:主要参数的修改零件的自动更新所有工程图的自动更新，以及一组新的产品数据的自动生成，现在可能需要几个小时才能完成最初几周的工作负载。复杂性:组件之间存在大量相关引用，这将增加组件的复杂性，有时因为找不到引用源而无法修改。对工程师要求高:由于参考关系复杂，要求工程师熟练操作软件，熟悉产品设计过程和变化趋势。对总工程师的要求更高。如果初始布局不合理，将需要大量的修改，甚至由于修改的不可能性而导致整体倒塌。对硬件的要求很高:关联设计带来了大量的关联计算，特别是通用图的更新，这将导致各个阶段的出现。关零部件自动更新，对于计算机硬件和网络速度提出了很高的要求。第3章

24、 电动助力自行车的一般设计3.1电动助力自行车的新型材料运用在电动助力自行车上的材料多种多样，目前比较流行的材质有钢材、铝合金、镁合金、钦合金、高分子碳纤维材料、复合材料等。普通钢：它的强度很高，但韧性、可焊性差，比较脆、硬。同时，防腐蚀性较差，在室外环境中，非常容易被腐蚀生锈，造成装置的损坏。铝型材：有部分高档场所的双层停放架采用铝型材制作，其外形美观大方，重量较轻。但是铝型材硬度低，加工安装不太方便，而且耐腐蚀性一般，所以铝型材制作的双层停放架并不能较大的推广市场。钦合金在航空工业上普遍被运用，同时也渐渐被自行车行业所注意。钦合金稳定性高、不易氧化.强度高、抗腐蚀性好.吸震性也十分好，如此

25、多的优点和制造难度使得钦合金车架的价格一直十分昂贵.。复合材料在各项性能上比较好，但是其加工技术不太成熟，价格太高，因此在实际生产中运用的比较少。不锈钢是无意是目前最看好的材质，表面美观以及使用可能性多样化，耐腐蚀性能好，比普通钢长久耐用。硬度高，承压能力强，并且焊接性能好，加工组装方便。因为不必表面处理，所以维护也简单，坚固耐用，不褪色。价格适中。碳纤维是一种纤维补强的热固树脂，属于非金属材料，它重量轻、可塑性大、耐牢性卓越，防震性能好，与同质量的金属相比有更优良的强度与刚硬度;将碳纤维管状物与铝合金接头这两种截然不同性能的物体以高分子接着剂胶合组成一体化成型车架，最适用于竞赛型的自行车。3

26、.2电动助力自行车造型现代电动自行车造型设计的特点之一是采用新材料、新工艺、新结构。本发明在原有自行车的基础上增加了蓄电池作为辅助能源，实现了人骑、电动或电动助力的功能。电动自行车一般由电气系统、控制系统、装饰部件、车身部件和附件组成。电气系统主要包括电动机、控制器、蓄电池、变频器、闪光器、灯具、喇叭、电缆等；控制系统由调速手柄、制动手柄、制动拉索、制动器和五个开关组成。装饰部分主要包括车体盖和后尾箱等。车身零件主要包括车架、前叉、车把、后平叉、后吊架、鞍座、中轴、后减震等特殊零件以及飞轮、链条、链条调节器等通用标准件。汽车附件由充电器、保险杠、后视镜等组成。电动自行车的核心部件是车架、蓄电池

27、、电机、控制器和充电器。3.3电动助力自行车功能电动助力自行车除了作为车辆外，还具有健身、娱乐等多种功能。随着高新技术的不断完善，其应用越来越广泛，功能也越来越完备。创新自行车设计包括所有方面显示。本文重点研究了框架设计和传输系统方案设计。本章首先研究了框架建模设计。3.4人与自行车系统 自行车的功能是为人们骑车，所以就自行车的功能而言，把人当作自行车的一部分是完全合理的。因此，人在骑乘过程中形成人-车系统，人-车系统中人-车界面之间的关系可以用图表来分析。图3.1人与自行车的关系3.4.1人与支撑部件的关系支撑部分主要是车架、前叉、鞍座和车把，它们是自行车的车架。支撑件将其它部件相互固定在正

28、确的位置，保证了自行车的整体性，实现了自行车的功能。从人机关系的角度来看，鞍座、车把和车架的位置和尺寸以及它们之间的相互关系，都有一些与骑车人的位置和肌肉运动有关的设计参数。 3.4.2人与动力接受部件关系 动力部件主要是踏板和曲柄。骑车人的脚踩在踏板上产生动力，下肢运动的力使曲柄转动。为了使人们省力、舒适，必须研究自行车部件的尺寸与自行车运动员的体质和体力的关系，即研究人体下肢肌肉收缩运动与曲柄转动之间的能量转换。 3.4.3人与传动部件关系 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带动后轮转动，使自行车向前运动。传动部分设计的关键是具有较高的传动效率和可靠性，并具有易

29、于操作的变速机构。只有保证较高的传输效率，人们才能利用一定的肌肉力量获得较大的输出功率。 3.4.4人与工作部件关系 工作部件是车轮，即轮辋、轮胎等。大多数轮胎是充气的，也有一些是实心的。一方面，车轮有效地将骑车人的肌肉力量转换成与地面接触并向前移动的力。另一方面，自行车手的握持强度被转换成由接地部分产生的制动电阻。在设计自行车零件、制动器和传动装置的尺寸时，应注意自行车手的工作动力传递的连续性，然后设计与自行车手的尺寸或握持强度相适应的适当制动力的制动手柄和制动器，使制动阻力不致不足，不会出现错误。 3.5电动助力自行车设计原则自行车设计应从材料强度、骑行运动学、加工工艺、可靠性等方面进行考

30、虑，这些因素直接影响车架的外观美观、强度和弹性。车架的形状在很大程度上决定了自行车的骑行质量、易转弯性和舒适性。车架管的长度和角度将影响自行车的整体性能。除了考虑车架的造型结构尺寸，特别是自行车与人之间的协调关系，以及车身尺寸与自行车零部件之间的关系。3.6基本原则( 1 )自行车的性能体现在人身上，其结构设计应以人为本，充分考虑人体工程学、自行车运动学、形态美学等知识。( 2 )框架的形状和尺寸与其功能有关。要求外部尺寸适合于改善乘坐舒适性。所需电阻最小，骑乘输出性能最好。( 3 )要求有足够的刚度和强度，尽量减轻重量。具有良好的抗冲击性和抗疲劳性，保证了使用寿命。3.7链轮传动的设计1、选

31、择链轮齿数，在结构中，电机输出轴主动链轮连接，通过链传动驱动行螺旋轴，有总装图的传动关系可知：带轮传动比为链轮的输入转速为：主动链轮转速为从动链轮转速为2、传动比的选择，链传动速比： 由表3-1选小链轮齿数=18 。表3-1 链轮齿数与传动比匹配推荐值传动比i1234566齿数z113 1919 2727 3333第4章 电动助力自行车零件的作用及三维建模4.1 电动助力自行车简介自行车车架、轮胎、踏板和制动器的基本部件是必不可少的。其中，车架是自行车辆的骨架，承载着最大的人或货物重量。根据各部件的工作特点，大致可分为导向系统、驱动系统和制动系统:1 .导向系统:由车把、前轮、前叉等部件组成。

32、骑车人可以通过操纵车把来改变驾驶方向并保持身体平衡。2 .驱动系统:由踏板、曲柄、链条、飞轮、后轮等组成。人脚的踏力通过曲柄、链轮、链条、飞轮等部件由踏板驱动，使自行车继续行驶。与此同时，它配备了一个电力驱动系统，可以通过电力驱动运动。3 .制动系统:由制动部件组成，骑车人可随时操作制动器减速、启动、停止行驶，确保行车安全。4.2三维建模4.2.1电动助力自行车零件车架车架组件是自行车的基本结构，也是自行车的骨架和主体，其它组件也直接或间接安装在车架上。车架相当于人的骨架，只有当车架可用时，才能安装车轮等零件，完成整车设计。为了减轻车架管的重量，提高车架的强度，车架材料一般采用铁、铝合金等材料

33、，高档自行车一般采用普通碳铜管。为了降低快速行驶的阻力，一些自行车还采用流线型钢管焊接组合，根据管的长度等形成的角度影响整个自行车的性能。如直线行驶性能好的自行车、转弯容易的自行车、骑行舒适的自行车等。许多这些因素由车架决定，车架的形状决定了自行车的整体外观、类型和骑行性能。自行车车架有多种结构形式，但一般可分为两类:男子车架和妇女车架。由于自行车是由人体的驱动力和骑乘技能驱动的，车架成为承受自行车产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地承载人体的重要结构。车架部件制造精度的优劣将直接影响到骑车人的安全、稳定和轻便。图4.1自行车车身4.2.2电动助力自行车零件车把车把属于自行车的导向部分，骑车人通

34、过操纵车把可以改变行驶方向，保持身体平衡。车把按形状可分为平展车把、下垂车把和上翘车把，使用时按把手相对于横管位置的位置可分为前后型。在设计时，应根据不同车型选择合适的车把。电动助力自行车宜使用下垂手柄，手持前置自行车宜使用。图4.2自行车车把4.2.3自行车零件前叉前叉是自行车的导向部件之一。前叉位于自行车结构的前部，其上端与车把组件连接，车架组件与前管配合，其下端与前轴组件配合，构成自行车的导向系统。转动车把和前叉可以改变前轮的方向，在自行车中起到导向作用。此外，它还可以起到控制自行车行驶的作用。前叉部件的受力情况为悬臂梁性质，因此前叉部件必须具有足够的强度等性能。轮胎充气后，车轮与路面的

35、接触面积小，摩擦阻力相应减小，使驾驶更容易。但是，一旦遇到崎岖不平的路面，路面就会颠簸不稳，特别是前叉的振动会更严重。因此，近年来，人们开发了一种具有减震功能的前叉减震前叉。前悬架使车架与前轮弹性连接，可吸收和减轻路面不平传递给车架的冲击和振动，保持骑行舒适、平稳。由于减震和防雹具有缓冲作用，可以防止某些部件因过度振动而损坏。图4.3自行车前叉4.2.4自行车零件鞍座鞍座是保证长期骑行不疲劳的关键部件。无弹簧鞍座通常用于跑车。鞍面下应使用较硬的海绵，形状宜狭长。鞍座梁的结构与鞍座的长度和宽度由车辆和骑车人的性别和习惯决定。鞍座的结构设计应充分考虑乘员的舒适度。鞍座依靠鞍座管与车架刚性连接，用来

36、承受人体重量。具体为:马鞍面:是人体重量的支撑面，具有良好的强度和弹性，由马鞍皮和坐垫皮组成。鞍座架：又称鞍梁，是鞍座的主体，其结构比较复杂，一般由前后撑板，左右鞍撑，上下梁组成，并连接和支撑鞍面。鞍座弹簧:它基本上是鞍座框架的一部分。它支撑鞍座框架和鞍座表面，起到缓冲和阻尼作用。鞍形弹簧有几种形式，如垂直弹簧、水平弹簧和拉伸弹簧。鞍夹:又称鞍夹，由夹紧螺钉、座夹和夹板组成，用于固定鞍。在马鞍弹簧上。在自行车座垫下方安装弹簧，其缓冲作用可用于减少振动。图4.4自行车鞍座4.2.5自行车零件车轮自行车车轮属于导向系统(前轮)和驱动系统(后轮)，其类型主要分为传统型(辐条型)和实体型。轮子的辐条通

37、常直径相等。为了减轻重力，还设有直径可变的辐条，辐条具有大的端部和小的中部，辐条制成扁平的流线形状，以减少空气阻力。图4.5自行车前车轮其中后车轮中带有驱动系统电机，所以后车轮的设计较前车轮稍微复杂一些。电机固定在后车轮的中心，稳定可靠。图4.6后车轮装配4.2.6自行车零件踏板组合件踏板是自行车驱动系统的主要组成部分，是自行车驱动力的“传递点”踏力。在这组组件中，有多种零件，如中轴、曲柄等，并对三维模型进行了专门的装配。1、脚蹬部件踏板组件安装在中轴组件的左曲柄和右曲柄上，是将扁平动力转换成旋转动力的装置。自行车骑行时，首先将踏力传递给踏板组件，然后踏板轴转动曲柄、中轴、链条飞轮转动后轮，使

38、自行车前进。因此，踏板组件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的脚蹬位置是否合适，以及自行车能否平稳行驶。2、脚踏板脚脚板可分为整体脚脚板和组合脚脚板。无论何种类型的脚踏板都必须有脚踏板，它们必须安全可靠，并具有一定的防滑性能。橡胶、塑料或金属可用作制造材料。脚踏板必须转动灵活。踏板是整车和转动部件的动力源。图4.7自行车脚蹬3、链条链条，也称为汽车链条和滚子链，安装在链轮和飞轮上。其功能是将踏板力从曲柄和链轮传递到飞轮和后轮，从而驱动自行车前进。创建新组件，使用前参考平面创建自行车草图，在草图中绘制关键零件，并为每个零件生成块，其中块的名称将更改为零件的名称，每个块只需要表达零件的关键形状

39、、尺寸和位置，无需绘制所有细节。图4.8自行车链条4.2.7自行车零件刹车碟片 自行车的刹车碟片是制动系统中最重要的部件，它保护着人员的安全，设计需要非常的合理。目前市面上有抱刹、鼓刹、悬臂刹、碟刹、V刹等，其中大家熟知的应该是碟刹和V刹。主要是通过线拉的方式带动刹车皮与车圈产生摩擦，从而实现刹车的效果，优点就是重量轻、结构简单，而且价格也比较实惠，不需要过多的维护。但是涉水和涉泥后容易打滑，长期使用制动效果会有所下降，用力不当则容易造成轮胎抱死。碟刹是通过夹器（或者叫做卡钳）作用在固定在花鼓上的钢制盘片制动的；相对而言，V刹车圈半径要比碟刹碟片半径大太多了，因此碟刹的制动力臂要小的多，因此理

40、论上更加不容易抱死，抱死对于运动自行车的刹车要求 来说是最基本的。同时，为了美观和高档，我们设计了一个帅气的碟刹系统造型，满足人们对新产品的要求。图4.9自行车刹车碟片4.2.8自行车零件电池插槽电池插槽的设计也非常的重要。因为是电力助力自行车，蓄电池的安装就非常重要。我们需要设计一个合理的结构，配合到合适的蓄电池容量。因为蓄电池的插槽设计大的话肯定会增加自行车的重量，也不符合人机工程学，会干涉到人的动作。因此，本文结合自行车的总体框架，设计了一个小型优化的电池插槽，位置位于坐垫下面，结构合理，放入和取出电池方便，也不会影响到人员是动作。图4.10自行车电池插槽4.2.8自行车零件18齿飞轮飞

41、轮是构成自行车驱动系统重要的一个零部件。以内螺纹旋拧形式，固定在后轴的右端，而且与链轮需要保持同一平面，并通过链条与链轮相连接。从结构上我们可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。本设计不是越野自行车那种多级变速的，所以采用单级飞轮。飞轮中又有16齿、18齿、20齿等多种型号。原则上，齿数越多，人越省力，但速度会慢一些。综合对比折中，我们选择了单级飞轮，并选取采用18飞轮，更有助于省力和加快速度。图4.10自行车后座4.2.8自行车零件霍尔传感器霍尔元件是应用霍尔效应的半导体。一般用于电机中测定转子转速，测电动车电机转速用以调速。通过转动踏板改变磁钢磁场强度并且转换成数字电压输出，提供给控制器，达到助

42、力的作用。断电刹把的霍尔元件是把刹把位移导致的磁钢磁场强度变化转换成数字电压提供给控制器用来给电机断电并启动制动单元的。图4.11霍尔传感器4.3电动助力自行车整车三维模型自行车设计在一定程度上是一个积累的过程。企业已掌握了国内外自行车产品和型号的资料。包含设计师的经验和知识。对新产品的设计具有重要的参考作用。本文设计的自行车参数化设计系统是将自行车模型尺寸和结构数据信息与产品开发过程相结合，创建一个高透明的虚拟环境，适应复杂多变的变形设计要求，保证产品设计在产品全生命周期内数据定义一致的情况下进行数据管理和过程控制。在零件模型库的基础上，建立整车模型及其零部件模型库。通过车架、车把、前叉等模

43、型的自由装配，整车模型可以形成各种类型，各种类型之间有着相似的关系。因此，将相似模型分组，找出最具代表性的模型，并存储在模型库中，形成整车模型库。使用不同的车架模型，完全可以归结为两种形状，而其他被替换的整车模型可以在系统完成后通过整车修改模块进行再生，即通过替换和再生形状相似的零件模型。图4.11自行车的布局草图第5章 CATIA simulation对自行车的结构分析5.1 CATIA SimulationCATIA Simulation是与CATIA完全集成的设计分析系统。为应力分析、频率分析、变形分析、热分析和优化分析提供了一种单屏解决方案。在快速求解器的强大支持下，用户可以使用个人计

44、算机快速解决大规模问题。CATIA仿真提供了多种软件包，可以满足各种分析需求。5.2线性静态分析线性分析是指当载荷作用于物体表面时，物体发生变化，载荷的作用将传递给整个物体。外部载荷将引起内力和反作用力，这将使物体处于平衡状态。线性静态分析有两个假设。1 .静态假设。所有载荷都缓慢且逐渐地施加，直到它们达到它们的全部大小。达到全值后，负载保持不变。2 .线性假设。荷载与诱导反力呈线性关系。5.3结构分析首先，什么是结构设计？结构处理相对静态的对象。因为在产品出现之后(造型设计)，需要设计一种机构来处理其运动特性。因此，这类产品的结构是否牢固成为结构设计的主要课题。在结构分析中主要有三个方面：结

45、构强度与寿命评估随着结构对速度、成本、耐久性和可靠性要求的不断提高，结构设计者在设计结构时以减轻产品重量为最高原则。这样，结构强度和寿命的评估变得越来越复杂和重要。结构优化结合数值方法中各种相似手段设计问题的力学特性，将高度非线性问题转化为一系列近似带状显示约束问题，最后用数学规划方法求解。3.有限元法基于有限元分析。可对产品零件或装配系统进行分析，以确保整个产品符合设计要求。有限元模型与产品的几何模型有关。通过建模和分析，得到结构响应(变形、应力、温度等)进行计算。54对电动助力自行车的力学分析在现代机械工业中，理论力学、材料力学和工程力学在实际生产过程中发挥着越来越重要的作用。面对日益创新

46、和进步的社会，人们越来越关注自己的生活环境和生活质量，这就要求自行车、汽车、家用电器等与日常生活密不可分的产品的质量和安全。设计前的产品分析是希望借助先进的生产技术，最大限度地节约企业的资源，为产品重新设计前的质量提供基本保证，使客户在以后的使用过程中能够安全可靠地使用。在机械工业中，机械产品的设计、生产和使用都与机械材料、加工制造、日常使用等有关，一直影响着机械产品的性能。产品在使用过程中，产品本身对客户的家庭或企业本身造成的危害是巨大的。因此，在机械工业生产加工前，必须做好产品的预防工作。结构力学分析本身取决于所用材料的性质，并对材料本身进行评价。加工过程中产生的变形力是指在加工过程中产生

47、的对用户或工人不利的物质-半成品-成品。因此，在设计过程中对产品进行必要的力学分析，使设计者能够清楚地了解在设计过程中材料的实际生产过程中会产生哪些不利因素，会对生产者或使用者造成什么样的影响。并且在设计过程中尽量的去解决可以解决的问题，使其在以后的生产中和使用中减少或者避免事故的产生。结构分析的主要内容是分析产品在一定材料下可能发生的机械变形，以及在加工过程中材料受到一定力的作用时，这些变形可能造成的事故或冲击。根据结构分析，结合具体情况，对可能出现或即将出现的情况作出合理的评估，并设计和解决结构问题引起的不良现象。5.4.1对前叉的分析过程前叉所受的分力以及轮子对其的作用力。由此对前叉的材料及受力情况进行分析。1首先确定前叉的材料类型：对于自行车的材料主要有钢，铝合金，钛合金，镁合金，钪合金，碳纤维等等，进过对比该自行车前叉的材料选择的是铝合金，这铝合金的各个属性如表5-1所示属性数值单位弹性模量2.1e+011牛顿/m2抗剪模量7.9e+010密度7700牛顿/m3张力强度723825600牛顿/m2X压缩强度牛顿/m2热膨胀系数620422000牛顿/m2热导率50W/(m*k)比热460J/（kg*k）材料阻尼比率泊松比0.282.计算运