健身自行车的设计.docx

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健身自行车的设计

机械原理

课程设计说明书

设计题目：

 摆动自行车的设计

院  系：

 工程机械学院    

专  业：

 机械设计制造及其自动化

班级学号：

设计者：

指导教师：

2014年01月14日

第一章绪论  2

（一）、自行车的背景与需求  3

（二）、健身摆动自行车的优点  3

第二章设计方案的确定  3

（一）、设计来源  3

（二）、主要技术要求  4

（三）、研究方法  4

（四）、设计过程  4

第三章结构设计  4

（一）结构分析  4

1、设计中的不同点  5

（二）关节机构  5

（三）传动机构  6

第四章偏心装置原理及控制部分的说明  6

（一）偏心装置原理  7

（二）控制部分说明  7

第四章设计的改进  9

（一）不能折叠  9

（二）传动比  9

第五章总结  10

第一章绪论

（一）、自行车的背景与需求

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。

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。

由此看出，自行车的需求依然很高。

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但是普通自行车对于现代人运动需求仍不能达到满足，因此设计摆动健身自行车满足现代人们对于运动健身及无碳环保的需要。

二）、健身摆动自行车的优点

健身摆动自行车特征是

1、可室内可室外可摆动。

骑行时车轮通过偏心轮传动使车座上下摆动达到健身效果。

2、驾驭自如：

依据人体力学而设计的健身摆动自行车，车轮不大，通过调整前后齿比。

骑行舒适快速省力，把手、坐垫高低均可调整。

3、保持时尚：

折叠车外形靓丽，做工精美，绝对是时尚一族的顶好装备。

4、送礼佳品：

价格、外观、功能，都决定它是送礼的好选择。

5、健身环保：

健身摆动自行车不仅是最好的有氧运动之一，也是身体力行的环保运动之一。

第二章设计方案的确定

（一）、设计来源

基于普通自行车结构并加入了偏心装置。

（二）、主要技术要求

1、采用现代设计方法完成各部分的设计；

2、使用该设备能实现安全正常行驶，

3、要求总体结构尺寸最小化，关键零部件强度、刚度足够；

4、动作安全可靠，工作时运动平稳；

5、整体结构布局优化。

6、主要技术参数

最大展开尺寸：

1284.67*550*1180.76

传动比：

脚踏一圈与车轮转动圈数之比，1:

4

最小折叠尺寸：

750*450**800

最大承重：

100kg

最高时速：

40km/h

设计重量：

8.5kg

刹车线：

1.5MM不锈钢（固定螺钉设计，取消圆孔下部的螺纹，不锈钢材料。

强度增加一倍）。

车轮直径：

205mm

（三）、研究方法

设计这一折叠自行车可以从查阅现有的文献资料中对现有自行车的机构进行了解分析，理解现有折叠自行车工作原理及运转方式。

对研发部所提供的自行车实物尽心观察，分析各零部件的功能以及尺寸。

理论与实际相结合，不一味的寻求另类和创新，

（四）、设计过程

确定设计纲要

整理已找到的问题及可改善的机会，建立我们对摆动自行车设计的纲要。

车身材料采用较常见的自行车材料 

可以采用普通的Q235钢，整台自行车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。

结构尽量简单 

使用简单的结构，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。

车身占用空间传动部件传动比要大。

第三章结构设计

（一）结构分析

1、设计中的不同点

如图3-1所示，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11个基本部件包括：

车架部件、车把部件、轮箱、轮轴部件、中轴部件、飞轮部件、链条部件、车轮部件、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、后轮等部件组成驱动系统；车把和车闸组成制动系统。

图3.1

从图看，结构上比较简洁，只有几个部分而已，一是车头，二是车身构架，三是鞍座，四是脚踏部分，五是齿轮传动部分，六是刹车结构，七是车轮结构，八是车轮偏心转置。

和普通自行车相比，在运动过程中前后偏心轮会同时工作，产生较大波动，对前后叉强度要求比较大，偏心装置也是独有的。

（二）关节机构

1、车头把手机构

前身下部结轮圈式刹车装置，采用常见V夹式刹车装置，其包含两个如剪刀状交叉放置的刹车臂，形状如V形，刹车臂同样固定在轴枢上，车手对于刹车力度的大小感觉比较直

过改变捏闸力度可改变胶皮与轮圈的接触压力，从而增大或减小制动力。

、车身与鞍座结构

如图3-8所示，此机构涉及的关节比较多，是强度与刚度必需重点考虑的对象，同时也是受力最大的部位，鞍座的支撑主要靠中间的竖梁与旁边的支撑弹簧，弹簧起到减震作用和一定的支撑作用。

、     

图3.2   

2、前轮

图3.3

3、后轮

图3.4

（3）传动机构

采用一级传动机构，后轮驱动。

第4章偏心装置原理及控制部分的说明

附图说明：

4.1为具有带齿条的调整斜块车叉部分前视图。

4.2为轮圈部分示意图。

4.3为组装示意图。

4.4为所述调整斜块的机构立体图。

（一）偏心装置原理

结构示意图参考诸图，偏心装置分析如下：

在车轮部分，有外轮圈（31）和内轮圈

（1），内外轮圈之间用多根辐条（32）连接，外轮圈（31）上安有轮胎，在内轮圈

（1）的内侧中心两边，间隔适当距离焊有两片平行的轨道板（11）, 而在梁轨道板（11）的外端焊有一定位板（18），在定位板（18）和中心之间适当部位，又焊有一定位板（17），定位板（17）和定位板（18）均与轨道板（11）垂直。

在定位板（17）的中间设有一螺管（16），而在定位板（18）中央则设有一贯穿孔，一根长度适中的螺杆

（2）贯穿所述定位板（18）上的贯穿孔而拧入定位板（17）上的螺管（16），领域轮轴轴皮（13）当中较细部位套上一个套环（12），所述轴皮及其上套环适位于轨道板（11）的中央。

套环（120一段向下突出并形成有一凹槽孔（15）。

螺杆

（2）的一端穿过螺管（16）后，于螺杆端部焊接已大小适当的螺帽（22），然后插入所述凹槽孔（15）内，并于凹槽孔（15）一侧拧入一螺栓（14）,以挡住螺帽（22）。

这样，当螺杆

（2）上下旋转时，套环（12）遂与之连动，以达到前后轮偏心旋转之目的。

螺杆

（2）的旋转，则是由圈设于其外端齿轮（21）来实现的。

图4.1             图4.2

（二）控制部分说明

控制部分说明参考诸图，控制部分说明如下;   

在自行车前后叉（33）及（34）上的合适部位内侧，分别设有一对调整斜块，每对斜块由（4）（5）两个斜块组成。

现就图讲述一个斜块（4）.,该调整斜块（4）由后部的固定环（44）固定于车叉（33）的内侧，调整斜块（4）具有一斜面（40），所述斜面（40）中央设有一导槽（42），以容纳一具有相应斜面的齿条（41）背部所设之导轨（43），导轨（43）可在导槽（42）内自由的滑动但不会脱落，又用钢索（6）将齿条（41）和安设在车把竖管（62）上的控制杆（7）连接，操作控制杆（7）即可使齿条（41）上下滑移，前述调整斜块共两对，分别安于车叉内侧，见图     每对包括斜块（4）（5）,其上设有齿条（41）及（51），分别与钢索（6）及（61）而和控制杆连接。

在骑车时，骑者通过踩踏曲柄（8）而驱动链轮（81）,并通过链条（82）的传动使后轮旋转。

当螺杆

（2）端部之齿轮（21）位于不能和齿条（410,（51）啮合的部位时候，可作为一般自行车使用。

若向上或向下操作控制杆（7），可分别拉紧前后车叉上的不同钢索（6）及（61）,从而使前轮或后轮的齿条（41），（51）沿调整块（4），（5）的鞋面上的导轨做上下滑移，进入能与齿轮（21）啮合的位置。

由于前后轮为堆成调节，且齿轮（21）在车轮每旋转一周时都有短暂时间与齿条（41），（51）啮合，故使车轮周期性的偏离中心。

图4.3

（1）为内圈；（11）为轨道板；（12）为套环；（13）为轮轴轴皮；（14）为螺栓；（15）为凹槽孔；（16）为螺管；（17）与（18）为定位板；

（2）为螺杆；（32）为辐条；（33）与（34）分别为前后车叉（4）与（5）为设于前后车叉上的调整斜块（41）及（51）为相应调整斜块上的齿条；（40）为调整斜块的斜面；（42）为斜块上的导槽；（43）为齿条上的导轨；（44）为调整斜块的固定环；（6）及（610为钢索；（62）为自行车车把竖管；（7）为控制杆；（8）为踏板曲柄；（81）为链轮；（82）为链条；

图4.4

第四章设计的改进

（一）、不能折叠

本车不属于折叠自行车

（2）、传动比小

本车使用一级链传动，传动比较低。

解决方法:

使用二级传动如下图所示

第五章总结

现在自行车向着多元化发展，健身自行车有着巨大的市场市场。

健身自行车的优势是它能可以健身，因而体积小，外形多变，骑起来上下摇摆，轻轻松松。

而且现在的油费暴涨，骑自行车能够省下不少的钱，又可以同时得到锻炼身体的好处，在这个交通拥挤的时代，骑着一台小巧玲珑的自行车穿梭在拥挤的车龙外，往往还能比自己开车或挤车更快到达目的地。

不少人认为这是从繁琐生活中解脱得来的快感。

因此，健身自行车就应该向着重量轻，体积更少，骑起来快速、舒适这些方面发展。

寻找一种轻便而且牢固耐磨得的材料，尽量减少自行车的体积和体重，在结构上，把其他机械机构运用到健身自行车的设计上面去。

在这设计这一台健身自行车的过程中，我们了解到健身自行车虽然一直贯穿着我们的生活，但是我们却很少去留意它的构造，在对细节进行设计的过程中，才逐步的对其有较深入的理解。

在着手设计时，首先是搜索资料，主要由网络中寻求得到。

得到资料后再与全部组员进行探讨，不断修改与验证，从而确立最终方案。

在绘图阶段，每个零件尺寸都要有一定的标准，画出来的零件必需能得到配合。

刚开始是所设定的尺寸并不一定就是正确的，在把构想画成3D图式才发现尺寸都是需要不停修改才能得到合适的大小。

在这一课程中，我们了解到作为一个设计者，所设计的产品必需是切合实际，能满足使用者的要求的，符合市场的发展的，这样才能成为一个合格的设计者。

参考文献：

[1]张伟社机械原理教程[M]西北工业大学出版社2013

[2]一种自行车偏心调节装置NO.90202822.7