《自行车人机设计》word版

1、目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc24090 第一章概述 PAGEREF _Toc24090 - 1 - HYPERLINK l _Toc19558 1.1发展简介 PAGEREF _Toc19558 - 1 - HYPERLINK l _Toc7117 1.2人机工程学的研究现状 PAGEREF _Toc7117 - 1 - HYPERLINK l _Toc12453 1.3人机工程学用于自行车的研究现状 PAGEREF _Toc12453 - 4 - HYPERLINK l _Toc13094 1.4课题研究的意义和目的 PAGEREF _Toc1309

2、4 - 5 -1.5自行车存在的人机功能缺陷 HYPERLINK l _Toc18934 第二章车架的设计 PAGEREF _Toc18934 - 7 - HYPERLINK l _Toc17982 2.1车架设计的主要参数 PAGEREF _Toc17982 - 7 - HYPERLINK l _Toc31793 2.2车架材料选择 PAGEREF _Toc31793 - 8 - HYPERLINK l _Toc21281 第三章车把的设计 PAGEREF _Toc21281 - 9 - HYPERLINK l _Toc14435 3.1车把的材料 PAGEREF _Toc14435 - 9

3、 - HYPERLINK l _Toc3354 3.2车把的分类 PAGEREF _Toc3354 - 9 - HYPERLINK l _Toc31086 第四章自行车其他零件设计 PAGEREF _Toc31086 - 11 - HYPERLINK l _Toc19769 4.1前叉部分的设计 PAGEREF _Toc19769 - 11 - HYPERLINK l _Toc16114 4.2鞍座的结构 PAGEREF _Toc16114 - 11 - HYPERLINK l _Toc15400 4.3鞍座的尺寸设计 PAGEREF _Toc15400 - 11 - HYPERLINK l

4、_Toc16471 4.4鞍座材料的选择 PAGEREF _Toc16471 - 12 - HYPERLINK l _Toc10122 4.5车轮的设计 PAGEREF _Toc10122 - 12 -4.6脚踏板组合件的设计 HYPERLINK l _Toc8480 第五章自行车的外观设计 PAGEREF _Toc8480 - 13 - HYPERLINK l _Toc18300 5.1自行车的造型 PAGEREF _Toc18300 - 13 - HYPERLINK l _Toc30973 5.2自行车的配色与装饰 PAGEREF _Toc30973 - 13 - HYPERLINK l

5、_Toc7407 第六章骑姿设计 PAGEREF _Toc7407 - 14 - HYPERLINK l _Toc21804 6.1影响骑姿的因素分析 PAGEREF _Toc21804 - 14 - HYPERLINK l _Toc6126 6.2人的骑姿特性分析 PAGEREF _Toc6126 - 14 -6.3人与自行车系统 HYPERLINK l _Toc17964 第七章骑行安全性建议 PAGEREF _Toc17964 - 15 - HYPERLINK l _Toc27927 参考文献 PAGEREF _Toc27927 - 16 -第一章概述1.1发展简介自行车，又称脚踏车或单

6、车。人骑上车后，以脚踏板为动力，是绿色环保的交通工具。18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车。这辆最早的自行车是木制的，它的结构比较简单，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，改变方向时也只能下车搬动车子。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。在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。183

7、9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，车轮也改为钢圈和辐条，采用实心轮胎可转向自行车，使自行车更加轻便。1886年英国的机械师斯塔利，设计出了新的自行车样式，装上前叉和车闸，前后轮大小相同，以保持平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶车轮。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许多生产自行车部件用的机床，为自行车的大量生产和推广应用开辟了宽阔的道路，因此他被后人称为“自行车之父”。他所设计的自行车车型与今天自行车的样子已经基本一致了。1887年，英国人劳森完成了链条驱动自行车的设计。同年，英国

8、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。1.2人机工程学的研究现状人机工程学又称人类工效学、人体工程学等，是二次世界大战后发展起来的一门新的综合性边缘学科。它将人一机器一环境当成一个系统来研究，以获取系统最高效率。国际人类工效学学会(简称IEA)将人机工程学定义为：研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学方面的因素，研究人和机器及环境的相互作用，研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。H1我国对人机工程学给出了以下定义：人机工程学是一门新兴的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学

9、以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。醢1人机工程学是研究人在操作过程中合理地、适度地劳动和用力的规律的一门学科，该学科在自身发展过程中，有机地融入了其它相关学科的理论和方法，研究内容不断扩展，研究方法也不断完善。谢正文在对近十年来(19942003年)我国近4000种主要科技期刊上发表的有关人机工程学应用研究方面的中文学术论文进行综合检索、分析研究的基础上，指出人机工程学在工程技术领域的应用研究大大领先于经济管理等其他领域，占论文总数的714，且人机工程

10、学的应用研究呈逐年上升趋势。由此可见人机工程学为其他领域注入了新的活力，同时自身的理论体系也在应用中不断发展与完善。人机工程学的应用领域非常广泛，主要集中在人机界面设计、产品设计、作业空间设计三方面。人通过视觉、听觉和触觉等感觉器官接受来自机器的信息，然后经过人脑的处理、决策，做出相应的动作。人与机器之间信息交流和操纵控制都发生在人机界面上。在人机工程学中人机界面是最重要的一个研究分支，它是指人机间相互施加影响的区域，凡参与人机信息交流的一切领域都属于人机界面。广义的人机界面是指人与机之间的信息交流和控制活动发生的界面，狭义的人机界面是指计算机系统中的人机界面。人机界面设计的好坏，直接影响到人

11、与机之间信息的交流以及操纵控制的实施。随着信息产业和软件工程学的发展，人机界面设计已成为国际计算机界最活跃的研究方向。具体到产品上来说，人机工程学就是在产品的设计和制造方面按照人体的生理和心理需求来进行，使产品更加有益于人的身心健康。现代设计已逐渐从功能主义走向人性化，在产品设计中广泛应用了人机工程学，企业纷纷将“以人为本”、“人体工学”作为产品的卖点，推出各种符合人机工程学的产品，在市场上取得了良好的经济效益。近年来将人机工程学用于产品设计取得了巨大成功，同时也为消费者提供了更多更舒适好用的人性化产品。人在操纵机器时所需要的操作活动空间和机器、设备、工具、被加工对象所占有的空间的总和，称为作

12、业空间。作业空间的设计应根据人的操作活动要求，充分考虑操作者的生理和心理需求，对机器、设备、工具和被加工对象等进行合理的布局和安排，以达到操作者能舒适方便、安全可靠地操作，提高整个系统的工作效率。作业空间设计是人机工程学应用的又一重大领域，设计的好坏直接影响到完成工作的效率和疲劳的产生。作业空间设计主要包括工作区域设计、作业空间布置、座椅设计、工作台设计以及环境设计等。作业空间布置对于复杂的系统的效率影响很大，比如：车间内机器设备的布置、控制室内仪表盘上控制按钮的排列等，合理的布局能使操作者准确迅速的操作，且能减少人的疲劳。所以在设计时应先考虑到人及其采用的作业姿势，再考虑设备，先考虑总体布局

13、，再考虑局部设计，按照设备的使用频率和操作顺序进行布置，并把常用的显示控制设备布置在操作者的最佳作业范围内。由于很多作业采用坐姿，且坐姿是未来作业的主要工作姿势，所以座椅设计成为人机工程学研究的热门课题。座椅设计时应从座椅的使用功能出发，充分考虑到人体坐姿的生理和生物力学，让就座者能舒适地就座，方便地变换和调节坐姿。在这方面轿车驾驶座椅是研究较多的课题，研究分析了驾驶过程中疲劳产生的原因，逐步立了轿车驾驶疲劳模型，并从人机工程学的角度提出了防止和缓解驾驶疲劳的有效措施，为轿车的座椅设计提供了宝贵的设计参考。今天，产品设计与开发更多的是在计算机辅助环境下进行的，在人机设计中引入计算机辅助设计也将

14、成为今后人机工程学发展的一个主要趋势。计算机技术对人机工程的辅助主要表现在两个方面：一是对人机工程方法的辅助，二是对人机工程应用的辅助。利用计算机建立人体模型以及交互式虚拟仿真评价平台，将人机工程学的理论引入产品设计环节，能缩短设计周期、提高产品的安全性和舒适性。目前，常用的计算机辅助人机工程方法包括：静态施力分析、低背受力分析、作业姿势分析、视域分析、疲劳恢复分析、舒适度分析、NIOSH提升分析、RULA姿态分析、OWAS分析方法、可及度分析及能量代谢分析等。为了让人机工程学专家的研究成果能被其他领域的研究人员使用，开发了很多基于专家系统的人机分析软件。数字人体模型在人机工程学研究中的应用是

15、从飞机、汽车的设计以及军事训练开始的。目前，在数字人体模型中，由宾西法尼亚大学开发的人机分析评价软件JACK是其中比较典型的一个，JACK中的人体模型不仅具有运动学特性，而且还具有动力学特性。他将人体模型分为皮肤和骨骼两层，骨骼层用来实现人体的运动、受力等的分析。加拿大蒙特利尔理工大学的研究人员开发的人机仿真软件SAFEWORK，可以进行姿态舒适性评估，可视域及可达性判断，其人体模型软件既可生成单个个体的模型，也可生成一定百分位的人体模型。数字人体模型为人机工程学的研究提供了强有力的工具，成为人机工程学研究的一个重要课题。1.3人机工程学用于自行车的研究现状经过200多年的不断演变和改进，性能

16、不断得到提高和完善，功能也逐渐增多，结构日趋合理和稳定。从最开始的在玩具木马上装两个木制车轮，用脚蹬地驱动自行车开始，逐渐增加了能控制行进方向的车把，将木制车轮改为钢制车轮，引入充气轮胎改善骑行的舒适性，自行车的结构在1900年前后臻于完善。自行车的发展历程中，人们试图在驱动方面做改进，以提高骑行效率。比如：能把人体在鞍座上的颠簸转化为自行车前进动力的双重驱动自行车、用电来驱动的电动自行车、采用杠杆传动的自行车、采用齿轮传动的自行车等等。针对不同的目标用户群也出现了一些特殊的自行车，比如：多人骑自行车、水陆两用自行车、农用自行车、飞行自行车等等。近年来人们对自行车的研究主要集中在新材料、减震、

17、折叠、外观等方面，对自行车零部件的研究较多。自行车骑行舒适性方面的研究比较关注于鞍座和把套等部件的形态设计。但对自行车整体车架结构进行分析，我们会发现变化不大。把人机工程学理论引入到自行车设计中，将会使自行车的结构发生改变，并使自行车的性能有很大的改善。人机工程学在自行车行业的应用，将会推动自行车朝着舒适高效的方向发展，也许还将带来自行车设计的新时代。自行车的研究比较多的方面是自行车的舒适性：64的被调查者抱怨骑车不舒服，其中女性比男性的比例更高，女性为74，男性为55。对于女性来说年龄是一个重要的因素，因为更多的抱怨者是老年人(7669)。其中抱怨最多的是：前臂和手掌疼痛(手腕，手指，肘32

18、)，臀部疼痛(臀部、生殖器29)，脖子和肩膀疼痛(18)，膝盖疼痛(10)，通常这些疼痛是同时出现的。这一问卷调查给自行车设计提出了舒适性方面的要求。自行车的另一个研究比较多的方面是，空气阻力对骑行速度的影响以及如何充分发挥赛车运动员的最大潜能，以提高自行车的骑行速度和骑行效率。不同骑行姿势的空气阻力，发现空气阻力随风速增大而显著增大，运动员姿势角由110减小到90时，空气阻力增加14；姿势角由90减小到70时，空气阻力增加19。大腿股四头肌力量训练对提高膝关节速度、法向加速度、切向加速度与大腿摆动角速度、角加速度及其重要；小腿三头肌瞬时功率增加可以提高曲柄的角加速度及角速度，有利于骑行速度的

19、提高；骑行蹬踏过程中，踝关节肌肉力量的强弱直接决定完成动作时支撑的稳固性及膝关节作用力的效率。相关学者提出了以下建议：注重大腿肌群力量的训练，尤其是股四头肌的强化训练，提高其专项摆动能力，以获得较高的角速度及髋、膝、踝关节的速度；培养运动员下肢肌肉收缩与放松迅速交替的能力，以保证下肢运动骨杠杆的协调运动与动作的连贯性，避免蹬踏运动的僵硬；蹬踏过程中，接近“死点”位置时，处于下“死点”位置的足踝应积极做出踏提动作，以获得其角速度的提高，从而利于曲柄角速度的增加，并且还有利于上“死点”位置的踏点顺利平滑渡过“死点”，加强该专项能力训练时应多强化小腿三头肌肌力和踝关节柔韧训练。1.4课题研究的意义和

20、目的现代社会物质变化迅速，首当其冲的应该就是地球的环境变化，人造建筑逐渐增多，矿物质燃料的燃烧造成大气层严重的污染，大量金属类资源的粗放型消耗，尤其是汽车产业链所带来的资源、能源消耗和污染，能源的日趋枯竭和环境的日趋恶化己经成为人类关注的主题之一。作为制造业中最大的资源消耗源和最大的环境污染源之一的汽车产业来说，2004全世界拥有各型汽车近7亿辆，新车的年生产量约5000万辆，根据目前的估计，预计到2010年，汽车的总保有量将超过8亿辆。近年来，我国汽车工业发展迅速，汽车产量不断增长。与此同时，随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，汽车消费量也在持续增长，早在2005年中国机动车消耗的石油已

21、占全国石油需求的43%，预计到2010年机动车的石油消耗将占当年石油需求的57%。要从根本上解决这个问题还是要从人类的意识和基本生活的方方面面出发，而自行车的普及却能够实质性地缓解石油类资源，钢铁类材料消耗问题等等。符合绿色设计的长久可持续发展的理念。在欧洲,很多人为了减少因驾车带来的空气污染而愿意骑自行车上班，这样的人被视为环保卫士而受到尊敬。美国的报纸经常动员人们去超级市场购物时，尽量多买一些必需品，减少去超市的次数，以便节省汽油，同时减少空气污染。颇有影响的美国自行车协会一直呼吁政府在建公路时修自行车道。在德国，很多家庭喜欢和近邻用同一辆轿车甚至结伴骑行外出，以减少可能的汽车尾气排放。为

22、洁净城市空气，伊朗首都德黑兰规定了无私车日，在这一天，伊朗总统也和市民一道乘公共汽车上班。在上海，一些公司职员经常合乘一辆出租车，名曰：“拼车”。现有的中国自行车市场不说鱼龙混杂，也至少是参差不齐，缺少强劲有力的竞争品牌，自行车以及相关产品的高端市场一直在被诸如捷安特，禧玛诺，宝马，美利达，闪电等国外品牌所把握，国内曾经的老品牌诸如凤凰，永久之类的企业也因为样式老化、新近转型和加入世贸组织受到国外品牌的冲击而在市场的占有率上显得捉襟见肘。所以在这个时候国内的自行车产业做一个结合人机工程学对于车架造型的分析、解剖、再生的调整显得尤为重要。自行车这种工业化大生产的产物，在产品设计领域中尽展其特有的

23、潜质之后，便一定能成为促进相关产业链得以迅速发展并具有持久扩张力的关键环节。但是，自行车车架造型特征与人机工程学理论的结合在产品设计中的应用价值还没有得到很好的执行。在资源、能源快速消耗，地球生态环境遭到严重破坏，自行车造型深度开发的过渡商业化，无节制的粗制滥造以及缺乏理性消费的时代，必须重视从人机工程学出发的自行车车架造型设计改良任务的紧迫性。无论是保证产品能够适合市场的同时具备能与同类产品竞争相媲美的能力，还是对保护环境与促进经济发展，都具有重要作用。1.5自行车人机功能的缺陷自行车的存在确实较大的方便了我们的生活，不仅用于生活锻炼而且还有利于身体的健康发展，由于不同的人拥有不同的身体状况

24、以及独特的骑行方式，不同的人对于自行车的要求不同，所以必须针对个人对自行车进行调整，掌握良好的正确尺寸，有利自身使用。但大多数普遍存在的自行车缺陷在于以下几点：一、鞍座的不舒适会导致疾病骑行时臀部受到挤压，影响局部血液循环受阻，严重时，会因为鞍座结构或尺寸不符合自身生理情况，导致泌尿系统疾病，肿胀发炎等。所以，为避免此类情况的发生应该选择合适的座驾，调整鞍座高度使其适合本身。二、长时间握把对手的伤害在骑行中上肢长时间受压且运动量极小，上肢的血液循坏减少，导致长时间骑车后两手发麻，酸胀无力，腕关节疼痛。因此在长时间骑车后应该下车进行全身活动，要加强上肢运动以缓解上肢的受压,车把材料要柔软,车把高

25、度与车座距离要严格计算设计。三、对颈椎和腰椎的伤害骑车者身体过度前倾时，为了观察前方，必然要抬头仰颈，这是一种强迫性姿势，会造成颈部肌肉紧张，骑行时腰部负担最重。所以骑行时要注意变换姿势，正确的做法是上体较低，头部稍倾斜前伸，降低身体重心，双手轻而有力握把，臀部稳坐。车把、鞍座、脚踏板之间的距离位置尺寸要严格计算，按照有利于人体健康的尺寸设计。第二章车架的设计2.1车架设计的主要参数针对一个身高为1740mm的人体，以中轴为坐标原点，得到鞍座位置参数坐标（191，580），车把位置参数坐标为（-429，693），分析得到车把、鞍座、中轴三个位置的载荷如表3-1所示。表2-1车架所受荷载Fx/N

26、Fy/NFz/N车把14-417鞍座64-45740中轴64-23832图2-1所谓改变角度，就是改变每个管件之间的夹角。本文所改变的角度是立管相对于地面的倾角，上文分析了特定人体参数对应的车架结构的强度，其中立管和水平地面的夹角为72，下面将分析立管和水平地面夹角为75的自行车车架。车把、鞍座、中轴三个位置的载荷如表3-2所示。表2-2车架所受荷载Fx/NFy/NFz/N车把14-397鞍座65-42765中轴64-26552车架的最大应力值为71.047Mpa，应力值有所减小，但是降低幅度不大。表明适合人体特征参数的自行车车架具有良好的骑行性能。适合人体特征参数的自行车车架最大应力值远小于

27、许用应力，将车架的上管和下管壁厚由1.8mm减小到1.6mm。车架的最大等效应力值增大到85.901Mpa，但是仍然小于许用应力，因此，在车架强度足够的前提下，可以考虑减小壁厚，从而减轻整车重量，也节省了材料。可以从身体各部位长度计算车架尺寸,测量大腿长度i,身长t,臂长a,肩宽s,根据以上数据计算所需车架尺寸:公路车架尺寸i*0.67（cm）山地车架尺寸(i*0.67-11.0)*0.394（英寸）把立长度(t+a)/2+x-et公路车x4；山地x8；eteffective top tube length2.2车架材料选择自行车属于日常消费品，要对其使用寿命有很大的要求，因此要选择具有耐腐蚀

28、、轻巧、经济、环保、美观、良好承重等特性的材料。由于人们购买自行车时越来越多的考虑骑行使用轻便快捷的问题，因此很多中高档车型都使用了新型材料，如碳纤维、镁合金、铝合金等，将本文中车架材料采用的铬钼钢改为6061型铝合金。铝合金的屈服强度为276Mpa，车架的最大等效应力70.128Mpa，小于许用应力，由于车架体积没变，铝合金的密度又大约是钢的1/3，所以在减小应力的同时，减轻了车架的质量，这种新型材料值得大力推广。自行车的材料己从当初以普通碳素钢、铬铝钢、铬锰钢以及铝合金材料为主，逐步发展到采用工程合成塑料、热塑性材料（重量和弹性与碳纤维相仿，具有复原性能好、可塑性强、耐撞击、吸震性强等特性

29、）、AERMETIOO超强合金钢、模压高级复合材料（用环氧树脂、玻璃纤维等材料制成，可制造车架用管材）、不锈钢、铁合金、镁合金、抗合金、碳纤维、玻璃纤维合成材料(特点:耐气候、抗损伤、抗拉强度较高)等一系列科技含量较高的新型材料。表2-2第三章车把的设计3.1车把的材料车把是自行车操控的主要部件之一，主要由把横、把立与把套或把带组成，有时候会根据实际需要而增加副把。选择合适的车把可以为骑行带来更好的骑乘舒适性与操控体验。按材料有钢管车把，铝合金管车把，钛合金管车把，碳纤维及复合材料的车把。现在国际标准的车把长度通常有是560mm，580mm，610mm，40mm，80mm这几种常用的规格。(测

30、量长度通常都是用mm作为单位计数)3.2车把的分类目前自行车车把有四种，分别是弯把、直把、雁把和蝴蝶把（1）直把的特性是车把距离短，操控性比较灵活，重量轻。一般的距离在560-580mm之间，如果配合上副把之后，当站立蹬踏摇车加速时都是很方便的，唯一不足就是由于车把长度限制，操作动作活动的角度不是很大，感觉骑车表现出的动作都很“温柔”。所以通常使用在越野车上比较多。（2）雁把在一些地方又称为“雁翅”，因为样子极像大雁展开的翅膀所以相性化的叫做雁把。雁把的特性是距离长，管径粗，冷拔变径管技术使用频繁，加工热处理技术复杂。有多种弯曲度的可以供爱好者挑选。在舒适程度上也要要高于直把，但重量上略高于直

31、把，由于管径粗，弯曲角度的原因。车把的缓冲性上有了很大的提高，通常使用在一些运动比较激烈的车种上面，比如DS (双人回转) DH (速降)车种上面。通常使用的长度都在640mm以上，不过部分长度为610mm的雁把也用常常在山地越野车上面。（3）弯把主要用于公路车上的车把，测量方法也和平常的山地车把长度测量不一样，其测量方法是车把末端的左右圆心之间的距离即为车把的长度，一般说来有40mm，42mm 44mm 这几个常用规格，在跑车方面还有一些形状比较怪异的专用车把，比如个人计时赛上面的车把。这种车把局限性更大，使用的一般都是在专业比赛上。很少有车能与这类车把兼容。（4）蝴蝶把顾名思义就是车把的样

32、子极为像一个展开翅膀的蝴蝶，这种车把常使用在长途旅行自行车上面，由于车把的整体范围宽广，加上车把各种本身角度的弯曲，可以使骑行者有不同的姿势进行更换，以便于防止负重骑行时造成运动损伤。很好的操控性成为旅行自行车的首选。图3-2弯把宽度选择(弯把的宽度是指中心至中心长度)表3-2肩宽s把宽cm肩宽s把宽cm3838-40394040404140-4242424342-4444444544第四章自行车其他零件设计4.1前叉部分的设计前叉是自行车的导向部件之一。前叉在自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。转动车把和前叉，可以使

33、前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。为防止因使用时间过长，零件松动而发生事故，要定期检查，保证各转动轴顺滑，固定用螺丝拧紧，避免自行组装或更改自行车结构，要在专业人员指导下进行更改。前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。车胎充足气后，车轮与道路的接触面积小，摩擦阻力相应减小，使得行驶较轻松。但是，一旦遇上高低不平的道路，就会颠簸不稳，特别是前叉震动更加厉害。因此，近几年来，人们又研究出了具有减震作用的前叉避震前叉。避震前叉将自行车的车架和前轮弹性的连接在一起，可吸收并缓解因路面不平而传递给车架的冲击和震动，保持骑行的舒适和平

34、稳。由于减震装雹具有缓冲作用，可以避免某些零件因过分震动而损坏。4.2鞍座的结构鞍座是保证长时间骑行不疲劳的关键部件，运动车一般采用无弹簧式鞍座一一鞍座面下应采用较硬的海绵，形状以狭长为宜。鞍座的长度、宽度的鞍梁的结构是以车型和乘者的性别、习惯来确定。鞍座的结构设计应充分考虑乘者舒适。鞍座依靠鞍管与车架做钢性连接，用来承受人体的重量。具体来说,鞍座面是人体体重的支撑面，具有良好的强度和弹性，它由鞍座面皮和垫皮组成。图4-24.3鞍座的尺寸设计鞍座尺寸的设计的参数主要包括座面宽度鞍座长度、座面倾角。鞍座尺寸设计的依据主要是人体的生理结构尺寸。鞍座后端的宽度保证了骑乘者位于鞍座上时坐骨结节间距，过

35、小会导致坐骨结节处软组织受到挤压，过大会影响鞍座的平衡性。根据人体测量学，50%的人群盆骨的坐骨结节间距约为200220mm，在设计时还需加上适当的设计余量，以提高鞍座的舒适性，因此普通自行车鞍座后端宽度为240280mm为宜。鞍座长度由坐深一级腿部蹬踏运动的灵活性确定。鞍座后端长度应由坐姿状态下坐骨结节离臀部后缘的距离100120mm确定，鞍座总长度则由坐姿时会阴处离臀部后缘的距离170190mm再加上适当余量确定。鞍座长度的尺寸范围为220240mm。表4-34.4鞍座材料的选择坐垫材料是影响鞍座舒适性的重要因素之一，同时也是骑行过程中的减震元件之一，选择坐垫材料的主要因素是其变形程度和大

36、小，过硬的材会增加骑行者坐骨结节的压力，过软会对神经和血管造成压迫，易造成与坐垫接触部位的组织和神经的缺血和麻木。所以，一般采用硬质座面包覆软硬适中的坐垫材料，同时还应考虑到其有利于散热的透气性、防水性等特征。4.5车轮的设计自行车的车轮属于导向系统也属于驱动系统，其种类型主要分为传统型和实体型。传统的自行车车轮由轮胎、辐条，花毂等组成，其结构造型其中，车轮的外胎又分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。山地自行车的外胎宽度特别宽，花

37、纹较深也是适应越野山地用。车轮的辐条一般是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线。日常使用自行车对车轮消耗、磨损较大，外胎采用双层外胎结构，可有效减少内胎损坏率，第一层用普通外胎，第二层是赛车外胎，后者的车胎截面积比前者大，二者能很好的配合。但近几年，市场上出现了脱离传统的车轮实体车轮，整个车轮都是一体的。这些造型奇特的车轮一般都用在运动型自行车上。两种类型的车轮相较，辐条车轮较轻，但实体车轮更符合空气动力学原理。4.6踏板组合件的设计踏板是自行车驱动系统的主要部件，是自行车驱动力蹬力的“传点”。在这组组合件中包含中轴、曲柄等多种零件，具体

38、组装三维模型1、脚蹬部件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。2、脚踏板脚踏板可分为整体式脚踏板和组合式脚踏板。无论什么款式的脚踏板都必须有脚踏面，必须安全可靠，并且具有一定的防滑性能，制造材料可以选用橡胶、塑料或金属。脚踏板必须转动灵活。脚踏板是整个车子，旋转部位的动力源，过去的踏板其鞋底板自出力点中央至曲柄的距离都超过52哪。近年来国外有新品，踏板轴的长度缩

39、短为47ram是可增加力矩的。3、曲柄曲柄的长度使用上，原则以下肢长来调配，此外还得考虑项目的应用，一般曲柄大众化的尺寸，都是从16.5cm起，每隔0.25cm为一标准，到17.5cm，(165、167.5、170、172.5、175)等五种，但实际应用时对其尺寸的要求更为精密化。4、链条链条又称车链、滚子链，安装在链轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上，带动自行车前进。创建一个新的装配体，在前视基准面创建一个自行车草图，在该草图中绘制关键零件，并把每个零件生成块，其中块的名称修改成零件的名称，每个块只需要表达零件的关键形状、尺寸和位置即可，不需要画上全部的细节。5、链轮

40、链轮需用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力强度。6、飞轮飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。飞轮从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈等零件组成。单级飞轮的工作原理：当向前踏动脚踏是，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相含，飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后轴和后轮转动，自行车就前进了。当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动，这时飞轮内齿产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子的槽口内，千斤又压缩了千斤簧。

41、当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时，千斤簧被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤被千斤簧弹到齿根上，发出“嗒嗒”的声响。芯子转动加快，千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动，发出“嗒嗒”的声音。当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动。使“嗒嗒”声响的更急促。多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度。第五章自行车的外观设计5.1自行车的造型传统自行车设计，最能体现自行车形态是车架造型。车架的造型设计是体现自行车整车形体、风格和款式等最重要的部分，也是车辆保证质量和性能的基础。车架的设计形式可

42、以有多种衍化，然而车架造型设计又是比较困难的，尤其是车架的受力分析。许多设计人员往往对车架的受力分析及计算难以掌握，故造型设计常拘于传统。在自行车设计中可以用轮距、中轴高、翘度、伸距、前角、主管角等参数来协调车架的具体形状和位置尺寸的变化。这些尺寸只要保证在一定技术规定以及人体尺寸的分布范围内。选择方式就可以形成多种形式。5.2自行车的配色与装饰现在的自行车颜色可谓丰富多彩，一般均为多色、双色镶拼和多种色彩组合而成的色彩（有三色、四色、五色甚至更多）以及立体感较强的荧光丝纹贴花、花色贴花，各种莹光漆、珠光漆、裂纹漆、条纹漆更为常见。单色的自行车已非常普遍，取而代之的是各式纹理漆、精细的彩色花纹

43、、各种精美绝伦的抽象派和现代派油画式图案以及许多几乎能体现水花和山水花纹、颜色如同大理石一般的亮丽色彩。除此之外，表现各种人物和动物的艺术图案现也纷纷进入车架表面涂饰这一领域，有的厂家己将生动活泼的动物图案、儿童卡通画搬上自行车的鞍座和车架，甚至自行车运动竞赛冠军（各种不同的比赛运动项目冠军）及电影明星画像也搬上粗犷的山地自行车或越野自行车车架。为了使自行车色彩更为和谐，有部分厂家在车把立管上还采用了色彩和车架相仿的多彩朦胧艺术图案的表面装饰，这种装饰使人在视觉和触觉上始终有一种新鲜的感觉，目前已成为自行车市场上的一种流行趋势。第六章骑姿设计6.1影响骑姿的因素分析在人与自行车构成的系统中，人为主要因素，因为人要完成控制和驱动的作用，所以在自行车设计中应考虑到人自身的特点：（1）人的蹬力：人的蹬力与姿势及用力方向、足的位置有关。若坐姿有靠背支撑可产生最大的蹬力。除此之外，还与速比和左右腿有关。（2）人体动作的用力特点：人体大肌肉关节的突然弯曲或伸直，可以产生很大的爆发力，并伴有运动肢体的冲力，可以获得较大的力量。（3）人体动作的灵活性特点：人体肢体在水平面上的运动比垂直面的运动速度快；