毕业设计（论文）-自行车的变速装置设计

摘要本文研究对象是自行车变速装置，针对现有技术中传动效率和可靠性的问题进行了系统性的分析与探讨。第一步，先通过说明当前国内外的研究现状，然后再确定了传动比、传动功率，并确立了研究的主要目标，以及简单讲述了其原理和设计思路。在总体方案设计部分，详细阐述了链轮，链条，拨链器设计原理以及参数的确定以及各零部件的安装，对链轮，链条的参数进行了精确计算。在自行车变速装置结构设计章节中，分别从链轮、链条、拨链器的设计入手，明确了关键参数的选择标准，并完成了相关结构的设计工作。随后，利用SW软件进行三维模型的运动仿真，验证了设计方案的可行性。最后，对研究成果进行总结，并指出了不足以及之后的打算，包括新材料的应用以及进一步提升传动效率等方面。关键词：自行车变速装置；传动比优化；链条设计；拨链器；运动仿真AbstractInthisthesis,theobjectofresearchisthebicycletransmissiondevice,andthetransmissionefficiencyandreliabilityintheexistingartaresystematicallyanalyzedanddiscussed.Inthefirststep,thecurrentresearchstatusathomeandabroadwasexplained,andthenthetransmissionratioandtransmissionpowerweredetermined,andthemainobjectivesoftheresearchwereestablished,andtheprinciplesanddesignideaswerebrieflydescribed.Intheoverallschemedesignpart,thedesignprincipleofsprockets,chains,derailleurs,thedeterminationofparametersandtheinstallationofeachpartareelaboratedindetail,andtheparametersofsprocketsandchainsareaccuratelycalculated.Inthechapterofstructuraldesignofbicycletransmissiondevice,startingfromthedesignofsprockets,chainsandderailleurs,theselectioncriteriaofkeyparametersareclarified,andthedesignofrelatedstructuresiscompleted.Subsequently,SWsoftwarewasusedtosimulatethemotionofthe3Dmodel,andthefeasibilityofthedesignschemewasverified.Finally,theresearchresultsaresummarized,andtheshortcomingsandfutureplansarepointedout,includingtheapplicationofnewmaterialsandfurtherimprovementoftransmissionefficiency.Keywords：bicyclegearshiftingdevice;transmissionratiooptimization;chaindesign;derailleur;motionsimulation目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章绪论 11.1设计研究背景及意义 11.2国内外研究动态 11.3设计主要研究的内容和解决主要问题 3第二章自行车变速装置总体方案设计 52.1变速传动原理 52.2传送比和功率确定 52.3变速装置设计思路 6第三章自行车变速装置结构设计 83.1链轮设计 83.2链条设计 103.3拨链工作装置设计 133.4变速转置的安装设计 16第四章三维建模 184.1建模软件介绍 184.2三维建模图 18第五章总结与展望 225.1总结 225.2展望 22参考文献 23致谢 24图41图4SEQ图\*ARABIC\s11变速装置4.2.2链轮建模利用ISO606标准齿形模板，在按照确定的压力角

α=20和齿顶圆直径公式Da=D+2m（等效模数为m≈4.04 mm）。分别对牙盘和飞轮进行建模和选取材料。图42牙盘图43飞轮4.2.3链条建模选中一组牙盘和飞轮作为基准面进行草图绘制，画出总体轮廓，再将外链板和内链节并选择材料进行配合，找到轴中心作为基准轴，对其进行链阵列，从而得到完整链条。图44链条4.2.4拨链器建模首先设计并固定后拨轮架和后拨机架，再由后拨轮架的尺寸设计对应大小的张紧轮两个，再将设计好的连杆机构进行配合，并在连杆上通过弹簧与车架或尾钩连接，形成弹性支撑，防止链条松弛导致的跳链、异响或脱落。同时使飞轮的大挡圈与牙盘小挡圈在同一平面，便于可最大限度保证链条的直线运动轨迹。再继续进行链条整条的建模。图45后拨链器4.2.5运动仿真仿真运动时通过模拟来映射现实场景，降低参与成本，以及条件的限制，而且更加方便和提供了理论的基础，是一种为研究实体环境的虚拟环境。对各个零件装配安装完后进行动画仿真，先对曲柄施加旋转马达，使曲柄对绕轴转动，再由牙盘带动飞轮转动。第五章总结与展望5.1总结通过本次设计，完成了对自行车变速系统的设计，这类变速系统是应用于中公路自行车的。这类变速系统由链轮齿和飞轮齿不同的配比完成的，档位的切换是拨链器来完成的。因为所有的切换必须有机械传动，因此对前后拨链器的精确度要求较高。相比较国内的变速产品这类产品考虑到寿命的问题以及零件的外观，同时考虑到不同材料的选择以及，因此这类变速系统比一般的产品便宜，能节约成本，其性能价格比适中。相对于变速系统，用产品，其调速精度更高，能提高骑行的舒适度。另外，对自行车变速系列有了深入的了解，在此基础上，我开始完成我的设计。我先熟悉产品的工作原理，熟悉各零件的加工工艺，在充分了解产品的基础上，我确定了的设计思路和总体的方案。先设计链轮，然后链条，紧接着完成拨链器的设计，但因为时间的关系，我没能完成前拨链器的设计，我将在以后的工作中完善我的知识。由于这次设计时间较为仓促，未能充分模拟复杂路况对变速系统的影响。例如，山地骑行中频繁的坡度变化、碎石路面对链条产生的冲击载荷等动态因素未被纳入测试范围，导致传动比优化模型的适用性受限。5.2展望在此次自行车变速装置的设计中，还有许多不足与问题。因为时间的关系，我没能完成前拨链器的相关设计，想法和后拨链器类似，从导板的行程，导板高度下手，再选取对应材料，从而进行一系列计算，再进行仿真运动的分析。实验的局限性也会成为限制深度研究的问题，未能模仿出复杂的路况对变速的影响，比如一些频繁坡度，和沙泥路面对链条的冲击载荷以及高温低温等因素的影响。同样，单纯的机械设计也缺少一点缺陷，希望能进行一些交叉学科的整合，深化人机交互机制，比如肌电信号捕捉与机器学习算法结合，开发自适应变速控制系统。参考文献[1]刘茂林.自行车用无级变速器的设计与研究[D].湘潭大学,2021.[2]万济兵.高速公路自适应整体滑动发卡机的设计与应用[D].长安大学,2019.[3]曾兆奎.浅谈自行车变速系统的变速原理和受力分析[J].科技风,2019,(31):1+9.[4]肖祥芷,王孝培主编.《中国模具设计大典》第3卷:冲压模具设计[M].南昌:江西科学技术出版社,2003[5]ColegroveJ,HowesD,GonzalezJ.Bicyclederailleursystem:US,US7703785[P].2010.[6]OldroydJW,SalmonJL.ConceptualDesignandPrototypingofanExternalContinuouslyVariableTransmissionforBicycles[C].ASME2016InternationalMechanicalEngineeringCongressandExposition,2016:V014T07A023[7]王新星,袁娇娇,杨继雪.自行车变速操纵机构技术综述[J].科技创新与应用,2016,(02):25-26+28.[8]ChienHC,TsengCH.Anautomatictransmissionforbicycles:asimulation[)].fhternationalJournalofIndustrialErgonomics,2004,33(2):123-132.[9]2002.LiaoCL.Handlebarshifterdeviceforoperatingbicyclederailleursystem:US,US6829963B2[P].2004.[10]丛余.自行车变速控制器的一场革命[J].中国自行车,1994,(09):10-11.[11]代晓萌.智能自行车自动变速系统及骑行云服务平台研发[D].浙江大学,2018.[12]赵春锋,周人杰,郭玮.自行车自动变速器设计[J].上海工程技术大学学报,2011,25(02):154-157.[13]DesignandConstructionofaMovingCassetteElectronicGear-ShiftforHumanPoweredVehicles.PBaldissera,CDelprete,AZahar

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