旋转折叠自行车设计与研究.

1、山东科技大学学士学位论文目录摘要 IAbstract n1绪论1.1便携式自行车的发展方向及特点 1.1.1自行车发展史及现状 1.1.2便携自行车的特点2多功能便携式箱体自行车的结构2.1车体部分2.2传动部分2.3安全装置2.4附加部分2.5传动部分3多功能便携式环形自行车的设计3.1多功能环形自行车的基本构思 3.2链传动设计计算3.2.1滚子链的结构和规格3.2.2链轮的材料和结构3.2.3平均链速和平均传动比3.2.4瞬时链速3.2.5滚子链的主要失效形式3.2.6滚子链传动的额定功率曲线3.2.7滚子链传动的设计步骤和传动参数的选择 328链传动的润滑3.3自行车材料选用及分析3.

2、4结构设计计算方法3.4.1设计方法3.4.2稳定性分析3.4.3刚度、强度分析4多功能便携式箱体自行车受力性能分析4.1运动性能分析4.2自行车各个部分的受力分析 4.3自行车折叠部分的受力分析 4.4多功能自行车的箱体设计 5总结与展望5.1经验总结5.2自行车行业展望和面临的问题 参考文献致谢英文文摘中文文摘附录3山东科技大学学士学位论文1绪论1.1便携式自行车的发展方向及特点1.1.1自行车发展史及现状18世纪末，法国人西夫拉克 （Sivrac）发明了最早的自行车。这辆最早的自行车是木制的，其结构比较简单，既没有驱动装置，也没有 转向装置，骑车人靠双脚用力蹬地前行，改变方面时也只能下车

3、搬动 车子。即使这样，当西夫拉克骑着这辆自行车到公园兜风时，在场的 人也都颇为惊异和赞叹。世界上第一批真正实用型的自行车出现于19世纪初。1817年，德国人德莱斯在法国巴黎发明了带车把的木制两轮 自行车。这种自行车虽然仍旧用脚蹬才能前行，但是可以一边前行一 边改变方向，它一问世便引起了人们的极大兴趣。法国人大量进行仿 制，一时间，巴黎街头涌现出成百上千的自行车。1830年，法国政府还为邮差配备了自行车作为交通工具随后，自行车的技术、性能不断得到改进。1839年，英国人麦克米伦发明了蹬踏式脚蹬驱动自行车， 骑车时两足不用蹬地，提高了行驶速度。1869年诞生的雷诺型自行车，车架改由钢管制作，车辆也

4、改为钢圈和辐条，采用实心轮胎，使自行 车更加轻便。1887年，英国人劳森完成了链条驱动自行车的设计。同 年，英国人邓鲁普研制出了充气轮胎。从此，自行车技术也完成了向 商业化的转化，批量生产并投入市场。1.1.2便携式自行车的特点体积小，体重轻，携带方便，存放方便，使用方便，折叠方便。可以说最大优点，一小一轻四方便。体积小，体重轻。携带方便，可以背着去购物、旅游、乘车等。 存放方便，挂于墙壁、放于墙角，塞入床下，放 于柜中。使用方便，它犹如滑板车一般，车身低，踏上去踩踏几脚就能前 行，手捏刹车小把就能停车，十米路程可以代步，百米、千米一样可以代 步。折叠方便，折下方向杆就可以带走。2多功能便携式

5、自行车的结构多功能便携式自行车结构组成包括： 车体部分：包括车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等，是自行车 的主体。 传动部分：包括脚蹬、曲柄、链轮、链条、中轴和飞轮等，由人力 踩动脚蹬，通过以上传动件带动车轮旋转，驱车前行。 行动部分：即前后车轮、包括前后轴部件、辐条、轮辋（车圈）、 轮胎等。 安全装置：包括制动器（车闸）、车灯、车铃、反射装置等。 附件部分：包括导向仪，里程表，测速仪，防盗装置等。2.1车体部分车体部分有车架、前叉、车把、鞍座和箱体等组成，是自行车的 主体。车架部件是构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主 体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。车架部件的结构形 式

6、有很多，但总体可以分为两大类：即男式车架和女式车架。车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。为了减轻管重量，提高强 度，较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力， 有的自行车还采用流线型的钢管。本设计采用的是箱式车体，车架部分包括前轮架、中箱、后轮架、储物箱、坐凳，整体是一个箱子，是不同于 传统自行车的创新点。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，车架 便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地 运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑 的安全、平稳、和轻快。一般辐条是等径的，为了减轻重力，也有制 成两端大、中间小的变径辐

7、条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁 流线型。1.1.2自行车结构分析一辆整车由两百多种、一千多个零件组成。这里把它们归纳为20个基本部件或部件组合和18个配件。自行车的基本部件包括：车架部件、车把 部件、前叉部件、轮轴部件、中轴部件、飞轮部件、链条部件、车轮部件、 泥板部件、车闸部件、脚蹬部件、鞍座部件。在这些部件中，由车把、前 叉、前轴、前轮等部件组成导向系统；由脚蹬、中轴、链条、飞轮、后轴2.2传动部分传动部分包括脚蹬、曲柄、链轮、链条、中轴和飞轮等，由人力踩动 脚蹬，通过以上传动件带动车轮旋转，驱车前行。脚蹬部件装配在中轴部 件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装置，自行车骑行

8、时， 脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由脚蹬轴转动曲柄，中轴，链条飞轮， 使后轮转动，从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适， 将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。脚 踏可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面, 必须安全可靠，具有一定的防滑性能，可以选用橡胶、塑料或金属材料制 造。脚踏必须转动灵活。自行车脚蹬2.3安全装置安全装置：包括制动器（车闸）、车灯、车铃、反射装置等。2.4附加部分根据不同功能的需求，同时可增加一些附件，如指南针，里程表, 测速仪，防盗装置等。另外，装有变速机构的运动车、竞赛车、山地 车等还装有变速控制器和前后

9、拨链器等。2.5传动装置S1 3链条传动装置3多功能环形折叠自行车的设计3.1多功能环形折叠自行车的基本构思设计出一种多功能自行车，具有轻便，省力，减震，便于携带，导向, 并能显示时速、记录所骑里程，防盗等优点，并对其机械性能和材料进行研究，然后对自行车加以改造创新，设计出更为合理的折叠技巧，大大减 小其体积，与此同时设计出一种具有特殊构造的环形体，可以将自行车轻 松携带，还具备了导向仪、路码表和时速表功能，方便人们的出行。通过 对各种材料的研究，优化筛选，以减轻自行车的重量，提高其强度、硬度。环形折叠自行车展开图折叠后的效果图3.2链传动的设计计算对多功能环形自行车链传动的设计是本课题的一项

10、重点，它关系着自 行车能否顺利地行动和能否达到最省力，又关系到链条的拆装问题，为此 我们对链传动的基本知识及其理论做了详细的总结，是为了更好地掌握有 关链传动的知识。我们要对链传动做深入的了解和把握，必须把有关链传 动的知识详细地总结，然后掌握。链传动由主动链轮1、从动链轮2和跨绕在两链轮上的闭合链条 3组 成。工作时，通过链条上链节与链轮轮齿的相互啮合来传递运动和动力，如图所示1 主动链轮;2 从动链轮;3 琏条链传动链传动为具有中间挠性件的啮合传动，与带传动相比较，其主要特点是：（1）能获得准确的平均传动比，但瞬时传动比不恒定。在工况相同时，链 传动结构更为紧凑，传动效率较高。（2）链传动

11、所需张紧力小，故链条对轴的压力较小。（3）可在高温、油污、潮湿等环境恶劣情况下工作。（4）中心距较大而结构简单，对制造与安装精度要求较低。（5）传动平稳性差，有噪音，磨损后易发生跳齿和脱链，急速反向转动的 性能差。链传动主要用于平均传动比要求准确，且两轴相距较远，工作条件恶 劣，不宜采用带传动和齿轮传动的场合。 通常传递功率Pw 100kW，传动比 i8,链速v -内链板高度表3-2齿槽尺寸名称代号计算公式计算公式取大齿槽形状最小齿槽形状齿面圆弧半径/mmrc论=0.008d(z2+180)rcmin =0.12d(z+2)齿沟圆弧半径/mmriA max =O.5O5do +0.069 yd

12、。rimax =.505d0齿沟角a90a max =120z0a min=140-90-z表3-3轴向齿廓尺寸名称代号计算公式齿宽单排bf i0.930.95b-i双排、三排四排以上0.91 b10.93b10.88b10.93b1倒角宽baba =(0.1 0.15)p倒角半径rxrx P齿侧凸缘（或排间槽）圆角rara 0.04p半径齿轮总齿宽bfnbfn =(n-1) Pt 怜链轮的主要尺寸计算公式为分度圆直径Psin(180 /z)齿顶圆直径,匚180Tda = p 0.5 + cotiZ丿齿根圆直径d f = d -3链轮的结构直径较小的链轮可制成整体式图a；直径中等的链轮制成腹板

13、式或孔板式图b；直径较大的链轮制成组合式结构图c；常将可更换的齿圈用螺栓连1 9接在轮毂上(a)(b)(d)链轮结构3、链轮的材料链轮的材料应能保证齿轮的轮齿具有足够的耐磨性和强度。由于小链 轮的轮齿啮合次数比大连轮的轮齿啮合次数多，所受的冲击也比较严重， 故小链轮材料一般优于大连轮。般为中碳钢淬火处理；高速重载用低碳钢渗碳淬火处理；低速时也可用铸铁等温淬火处理；小链轮对材料的要求比大链轮高（当大链轮用铸铁时，小链轮用钢）。具体见表3-4表3-4链轮材料及齿面硬度材料齿面硬度应用范围15、20渗碳淬火50-60 HRCZ 25的低速、轻载、 平稳传动的链轮45、50、ZG45淬火 40-50

14、HRC低中速，轻、中载，无 激烈冲击、振动和易磨 损工作的链轮15Cr、20Cr渗碳淬火50-60 HRCZ V 25的大功率传动条 件下的链轮，高速、重 载的重要链轮35SiMn、35CrMo、40Cr淬火 40-45 HRC咼速、重载，有冲击、 连续工作的链轮Q235、Q275140 HBS中速、传递中等功率的链轮，较大链轮灰铸铁（不低于HT200）260-280 HBS载荷平稳、速度较低， 齿数较多的从动链轮灰布胶木传递功率小于6KW，速 度较高，要求传动平稳， 噪声较小的链轮链条元件材料为经过热处理的碳素钢或合金钢，具体牌号及热处理后的硬度值见有关标准。链轮的齿形应易于加工，不易脱链，

15、能保证链条平稳、顺利地进入和退出啮合，并使链条受力均匀。下图所示为国家标准 （GB1244-85附录D）规定的滚子链链轮端面齿形，由 aa ab和cd三段圆弧 和一段直线be构成，简称 三圆弧一直线”齿形。这种齿形可用标准刀具以 范成法加工，其断面齿形无需在工作图上画出，只需注明齿形按3RGB1244-85制造”即可。这种齿形具有接触应力小，磨损轻，冲击小，齿顶 较咼不易跳齿和脱链。多功能环形折叠便携式自行车的链传动链轮设计（一）链传动的运动特性因为链传动是由刚性链节通过销轴链接而成，当链绕在链轮上时，其链节 与相应的齿轮啮合后，这一段链条将曲折成多边形的一部分。（如图）该正多边形的边长等于链

16、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 （单位为m/s）为60x1000式中：z“ z2分别为主、从动链轮的齿数；ni、n2分别为主、从链轮的转速，r/min。（加图）名称符号计算公式备注(mm)分度圆直径dd = p/(si n1800 /Z)d1 = 40 , d2 = 140齿顶圆直径dadamin=d +p(11.6/Z) d1d amax = d + 1.25 p d1da1m in = 421da1max = 45.55 da2min =142.84 da2max = 142.84齿根圆直径dfdf =d 7d f 1 = 33.65

17、,df2 =133.65最大轴凸缘直径dgdg = pcot(180/z) -1.04h2 -0.76dg =29.28 dg2 =130323平均链速和平均传动比滚子链结构特点是刚性链节通过销轴铰接而成，因此链传动相当于两多边形轮子间的带传动。链条节距 p和链节数z分别为多边形的边长和边数。设n1、n2和z1、z2分别为主、从动链轮转速和链轮齿数，其中n2=80r/min 则链的平均速度ZiPg60 1000= 0.5842z2pn2”46 9.525 8022 m/s =60 1000 60 1000i1=Z2 =二 463.5Z113故平均传动比为324瞬时链速链传动的速度分析如上图所示

18、，设主动轮的分度圆半径为并以等角速度co 1转动，现通过某一链节AB的运动来分析链速V。假设在传动中紧边始终处于水平 位置。当该链节进入啮合时（如图a所示），销轴A开始随链轮作等速圆周 运动，链速v是销轴A圆周速度vA的水平分量。在图b所示位置时，链速v=vA cosB =R1 o 1cosp式中B为铰链A在链轮上的相位角。从销轴 A进入啮合到销轴B也进入啮 合为止，B角将在- 1/2和+ 1/2之间变化。当B = 1/2时，链速最小, vmi n=R1 ocos 1/2（如图 a, d）;当3 =0 时，链速最大，vmax=R1 o 1（如图山东科技大学学士学位论文c)。由此可见，在链节AB

19、的啮入过程中，主动链轮虽然以等角速度 CD 1转 动，而链条的瞬时速度却按上述规律呈周期性的变化。每转过一个链节，链速的这种变化就重复一次。主动链轮的齿数越少，B角的变化范围就越大( 1=360 /z1)，链速的不均匀性也就越显著。与此同时，链节销轴A速度的垂直分量(v =vAsin B =Ri d 1 sin B)也在周期性地变化使链条沿铅垂方向产生有规律的振动。瞬时链速的变化规律如下图所示2 4链速的不均匀性由于链速的变化以及从动链轮相位角丫(图e)的不断变化，从动链轮的角速度d2也是变化的，由此可得到链传动的瞬时传动比i=v _ R , cos :R2 cosR2 cos丄 R2 cos

20、 2R1 cos:只有当链轮齿数zi=z2、且传动中心距为链节距的整数倍时，才能使B和丫的变化时时相同，瞬时传动比才能恒定不变 (i =1)。因此设计链传 动时应合理选择参数，以期减轻振动和动载荷。3.2.5滚子链传动的主要失效形式链传动的主要失效形式有以下几种：(1) 链板疲劳破坏：在链传动中，由于松边和紧边的拉力不同，使得链条所受 的拉力是变应力，当应力达到一定数值，且经过一定的循环次数后，链板、滚 子、套筒等组件会发生疲劳破坏。这种疲劳破坏是闭式链传动的主要失效 形式。（2）铰链磨损：链节在绕上链轮时，销轴与套筒之间产生相对滑动，在不能保证充分 润滑的条件下，将引起铰链的磨损。磨损导致链

21、轮节距增加，链与链轮的 啮合点外移，最终将产生跳齿或脱链而使传动失效。铰链磨损是开式链传 动的主要失效形式（3）滚子和套筒的冲击疲劳破坏由于链传动的特点，链条工作滚子、套筒和销轴受到较大的冲击载荷， 经过一定次数的冲击，最后产生冲击断裂。它的应力总循环次数一般在104以内，它的载荷一般较疲劳破坏允许的载荷要大，但比一次冲击破断载荷 为小。（4）链条铰链的胶合在链轮转速过高时，润滑条件恶化，套筒与销轴间发生金属直接接触 而产生很大摩擦力，其产生的热量导致套筒与销轴的胶合。（5）静力拉断在低速重载的传动中或者链突然承受很大的过载时，链条静力拉断， 承载能力受到链元件的静拉力强度的限制。3.2.6滚

22、子链传动的额定功率曲线（1）极限传动功率曲线在一定使用寿命和润滑良好条件下，链传动的各种 失效形式的极限传动功率曲线如图1所示。曲线1是在正常润滑条件下， 铰链磨损限定的极限功率；曲线2是链板疲劳强度限定的极限功率；曲线3 是套筒、滚子冲击疲劳强度限定的极限功率；曲线4是铰链胶合限定的极 限功率。图中阴影部分为实际使用的区域。若润滑不良、工况环境恶劣时, 磨损将很严重，其极限功率大幅度下降。举例Z1 = 19、链节数Lp= 100、单排链水平布置、载荷平稳、工作环境 正常、按推荐的润滑方式润滑、使用寿命 15000h;链条因磨损而引起的相 对伸长量 p/p不超过3%当实际使用条件与试验条件不符

23、时，需作适当 修正，由此得链传动的计算功率应满足下列要求KaPKzKlKP式中P0-许用传递功率（kW ,由图2查取；P-名义传递功率（kW ;a-工作情况系数，见表1。Kz-小链轮齿数系数，见表2,当工作点落在图1某曲线顶点左侧时（属于 链板疲劳），查表中，当工作点落在某曲线顶点右侧时（属于滚子、套筒 冲击疲劳）查表中；KL-链长系数，根据链节数，查表3;Kp-多排链系数，查表4。载何种类电动机或汽轮机内燃机载荷平稳 中等冲击 较大冲击1.01.31.51.21.41.7Z19111315171921232527Kz0.4460.5540.6640.7750.88711.111.231.34

24、1.46K Z0.3260.4410.5660.7010.84611.161.331.511.69在图中的位置位于功率曲线顶点左侧 时（链板疲劳）位于功率曲线顶点右侧 时（滚子套筒冲击疲劳）Kl1100 丿,100 丿表3修正系数KL排数Zp12345kp11.72.53.34.1表4多排链系数Kp327滚子链传动的设计步骤和传动参数选择(1) 传动比i链的传动比一般w 8,在低速和外廓尺寸不受限制的地方允 许到10。如传动比过大，则链包在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少， 这将加速轮齿的磨损，容易出现跳齿，破坏正常啮合。通常包角最好不小于120,推荐传动比i=23.5，我们选择i=3.5(

25、2) 链轮齿数乙和Z2首先应合理选择小链轮齿数zi。小链轮齿数不宜过少， 过少时，传动不会平稳、动载荷及链条磨损加剧，摩擦消耗功率增大，铰 链的比压加大及链的工作拉力增大。但是 乙不能太大，因为乙大，Z2更大, 不仅增大传动尺寸，而且铰链磨损后容易引起脱链、跳齿，将缩短链的使用寿命。我们选择乙=26,Z2 42。若链条的铰链发生磨损，将使链条节距变 长、链轮节圆d向齿顶移动。节距增长量 p与节圆外移量 d的关系 : d =人p180 0 sinz 1由此可知p 一定时，齿数越多节圆外移量 d就越大，也越容易发生跳 齿和脱链现象。滚子链的小链轮齿数按下表推荐范围选择。传动比1234566Z131

26、 2725 2321 1717山东科技大学学士学位论文大链轮齿数Z2按Z2=i ,乙确定，一般应使Z2 3m/s。当链条的宽度 大于125mm寸，链轮两 侧各装一个甩油盘链条不得浸油，甩油盘浸油深度1215mm喷油润滑米用密封外壳，油泵供 油，循环油可起冷却作 用，喷油口设在链条齿啮入处每个喷油口供油量可根 据链节距及链速的大小 查阅机械设计手册润滑对链传动影响很大，良好的润滑将减少磨损，缓和冲击，延长链 条的使用寿命。润滑方式的选择应当按照下图进行。润滑油推荐使用L-AN32，L-AN46和L-AN68号全损耗系统用油。低温条件下取 L-AN32 油。对于开式或低温重载传动可在润滑油中加入M

27、oS2, WS2等添加剂。折叠自行车的润滑方式我们选择油润滑。952512.715.67519-0525/60.203 0.40.50.6 0.8 1234 5 68 10链条速度v/m *s_l31J531T5 +4.4550.B76J101,6114.33.3自行车材料选用及分析碳纤维 （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。自行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。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是 具有其他素材所没有的优点，可以制造 8 9k

28、g左右的轻量自行车，这种碳 纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利而爽快。而不会像一 些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。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。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。ZGL碳纤维车架非常轻，是国内第一家专业生产碳纤维自行车整车及各种零配件的公司。中国第一辆大陆产碳纤维自行车厂家。碳架在1-1.2kg重(2).冲击吸收性好碳纤维用来制作残疾者

29、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，制作不用避震器的自行车。如SCOTT 厂的ELEVATE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。(3) .可以制造各种形状的车架碳纤维的基本成型方法是，在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。 可以制成各种形状的车架。如 TREK勺丫车架是著名的。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，应选择有经验而可靠厂家

30、的制品是很重 要的。(2) .难于更改尺寸由于作好模具后成型，难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。(3) .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。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山东科技大学学士学位论文它比铝密度低，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园化等方法来

31、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(1) .耐腐蚀性如何？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

32、了很久，但是很好， 不会象铝般发白。(2) .镁的杨氏弹性模量(决定刚性的因素)比铝低许多，要增加其刚性 管的直径要大，这可能会影响对空气的阻抗？。(3) .成本镁已经用在笔记本电脑的框体上，用它来制作车架成本将是如何？现在尚未知。材料和环境碳纤维和环境的关系碳纤维含有树脂因此也可以说耐酸。但是对碳纤维来说应多考虑内 在因素，它用树脂因此树脂老化的可能性是存在的。碳纤维制自行车不使 用时应该避开阳光，日光和环境的温度对它的影响最大。钛和环境的关系耐腐蚀性极佳（被使用在和原子能有关的部门），不怕雨水、不怕受伤、沾上水滴也不用抹乾净。用这种材料制作自行车实 在浪费，但是钛也有缺点如前述（异种金属腐

33、蚀），如铝制配件和钛制配件 接合在一起时逐渐被腐蚀掉。除了钛之外，其他金属之间也会发生异种金属腐蚀，尤其是坐管部位， 例如，把铝制坐管和铬钼钢车架接合在一起而不管它时，接触面变成褐色， 甚至于无法把它们解脱下来。金属的疲劳度金属疲劳制作自行车车架的材料有铬钼钢、铝、钛、碳纤等。其中用最薄 的管来制作的是铬钼钢车架。它的加工性好，材料便宜，骑感好，但它必 需制成薄壁管，这种薄壁的管会有较高的拉伸强度和加工性。铬钼钢的强度较容易逐渐减弱，也就是较容易疲劳的现象表现在如下。（1）.同样的冲击力加在各种材料上，铬钼钢薄管所发生的应力最大（容 易发生疲劳而引起的破坏)。(2) .对铬钼钢的研究的历史较长

34、，最大限制地利用它的特性制成极薄 壁的管，应力虽然发生的各个局部部位，但是对整个管来说会发生较高的 应力。(3) .由生锈引起的全面腐蚀将会引起管壁的变化，结果这个现象又提 高了应力，引起疲劳破坏。(4) .应力集中在局部而生锈、或者外伤引起的凹处，从该处引起疲劳 破坏。(5) .参加比赛时产生的冲击，使车架发生较高的应力，使用的次数越 多，疲劳破坏也逐渐增多。以上主要是针对铬钼钢，但是近来铝合金制的车架发展迅速，有许多 用薄壁的铝管制作的车架，它们是否上述的铬钼钢制车架一样，发生疲劳 破坏呢？尤其是铝没有耐疲劳限度，很小的应力也必定会产生破坏。其应 力越大破坏所需时间越短。现在所出售的极薄壁

35、管的铝制车架，厂家都未 明确注明其寿命。碳纤维自行车车架的研制与开发自行车是人们日常生活中不可缺少的代步工具，其造价低廉，维修简单,使用方便，深受世界各国人民喜爱，形成了巨大的自行车消费市场，随 着现代社会的飞快发展，自行车已不仅仅是交通和运输工具，已具有集健 身、旅游、竞赛等多种功能。自行车档次的高低取决于材料的选择和做工。典型的低、中、高档自行车构架分别由碳钢、铬钼合金及铝合金和碳纤维制造。碳纤维是一种 新型的复合材料，它有重量轻、比强度高、比刚度大的优点，而且具有可设 计性和易成型性，从而使设计的结构有更高的结构效率。世界各国的研发进度目前,世界各国都对研制新形态、新材料的自行车投入了巨

36、大的人 力、物力、财力。车架是自行车的骨架，它在很大程度上决定了自行车的造 型和使用性能。美国、英国和我国台湾等都已开发生产出碳纤维自行车车 架。国家碳纤维自行车技术的最新成果中国轻工业联合会组织并主持召开了连云港迎雁新材料有限责任 公司和连云港神鹰碳纤维自行车有限责任公司完成的“碳纤维自行车技术 开发”项目科技成果鉴定会。鉴定委员会专家在听取了项目完成单位的研 发、查新、检测和使用等报告，并实地考察了产品生产现场后，一致认为 港城碳纤维自行车生产综合技术国内领先，并达到国际同类产品的先进水迎雁新材料和神鹰碳纤维自行车有限责任公司实施的“碳纤维自行车 技术开发”项目，利用的是自主研发的碳纤维和

37、树脂配方，采用异型内置 充气袋和冷却后固化定型工艺，很好地解决了国产碳纤维与树脂复合后的 界面结合问题，保证了碳纤维自行车车架成型中的技术稳定性。该项目在 实施过程中申请相关专利15项，测试指标达到欧盟认证标准，综合技术国 内领先，并达到国际同类产品的先进水平。该项目实现了碳纤维自行车的规模化生产，产品已形成系列品种，并 推广应用，成为专业自行车运动队的训练及比赛用车，国内外市场前景良 好，对推动我国自行车行业技术进步和产品转型升级具有重要意义。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

38、品质差异也较大。自行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。虽然存在上述的现实问题，但是碳纤维车架还是 具有其他素材所没有的优点，可以制造 8 9kg左右的轻量自行车，这种碳 纤维轻量自行车，登坡时最能体现其优点，登坡顺利而爽快。而不会像一 些轻的铝合金车架，登坡时感到有一种向后拉的力量。碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。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。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。ZG

39、L碳纤维车架非常轻，是国内第一家专业生产碳纤维自行车整车及各种零配件的公司。中国第一辆大陆产碳纤维自行车厂家。碳架在1-1.2kg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，制作不用避震器的自行车。如SCOTT 厂的ELEVATE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。(3) .可以制造各种形状的车架碳纤维的基本成型方法是，在模具上铺上纤维片然后流入树脂并烧固。可以制成各种形状的车架。如 TREK勺丫车架是著名的。碳纤维车架的缺点(1).复杂的应力计算构成碳纤维车

40、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，应选择有经验而可靠厂家的制品是很重 要的。(2) .难于更改尺寸由于作好模具后成型，难于更改尺寸。无法相应多尺寸多款式的订单。(3) .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。 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

41、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园化等方法来解决。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(1) .耐腐蚀性如何？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，

42、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。(2) .镁的杨氏弹性模量(决定刚性的因素)比铝低许多，要增加其刚性 管的直径要大，这可能会影响对空气的阻抗？。(3) .成本镁已经用在笔记本电脑的框体上，用它来制作车架成本将是如何？现在尚未知。材料和环境碳纤维和环境的关系碳纤维含有树脂因此也可以说耐酸。但是对碳纤维来说应多考虑内 在因素，它用树脂因此树脂老化的可能性是存在的。碳纤维制自行车不使用时应该避开阳光，日光和环境的温度对它的影响最大。钛和环境的关系

43、耐腐蚀性极佳（被使用在和原子能有关的部门），不怕雨水、不怕受伤、沾上水滴也不用抹乾净。用这种材料制作自行车实在浪费，但是 钛也有缺点如前述（异种金属腐蚀），如铝制配件和钛制配件接合在一起时 逐渐被腐蚀掉。除了钛之外，其他金属之间也会发生异种金属腐蚀，尤其是坐管部位， 例如，把铝制坐管和铬钼钢车架接合在一起而不管它时，接触面变成褐色， 甚至于无法把它们解脱下来。金属的疲劳度金属疲劳制作自行车车架的材料有铬钼钢、铝、钛、碳纤等。其中用最薄 的管来制作的是铬钼钢车架。它的加工性好，材料便宜，骑感好，但它必 需制成薄壁管，这种薄壁的管会有较高的拉伸强度和加工性。铬钼钢的强度较容易逐渐减弱，也就是较容易

44、疲劳的现象表现在如下。（1）.同样的冲击力加在各种材料上，铬钼钢薄管所发生的应力最大（容 易发生疲劳而引起的破坏）。（2）.对铬钼钢的研究的历史较长，最大限制地利用它的特性制成极薄 壁的管，应力虽然发生的各个局部部位，但是对整个管来说会发生较高的 应力。(3) .由生锈引起的全面腐蚀将会引起管壁的变化，结果这个现象又提 高了应力，引起疲劳破坏。(4) .应力集中在局部而生锈、或者外伤引起的凹处，从该处引起疲劳 破坏。(5) .参加比赛时产生的冲击，使车架发生较高的应力，使用的次数越 多，疲劳破坏也逐渐增多。以上主要是针对铬钼钢，但是近来铝合金制的车架发展迅速，有许多 用薄壁的铝管制作的车架，它们是否上述的铬钼钢制车架一样，发生疲劳 破坏呢？尤其是铝没有耐疲劳限度，很小的应力也必定会产生破坏。其应 力越大破坏所需时间越短。现在所出售的极薄壁管的铝制车架，厂家都未 明确注明其寿命。碳纤维自行车车架的研制与开发自行车是人们日常生活中不可缺少的代步工具 ，其造价低廉，维修 简单