行李车式折叠自行车设计.docx

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行李车式折叠自行车设计

《机械创新设计》

结课论文

专业机械设计班级1406961

姓名王海涛学号140696112

题目行李车式折叠自行车设计　

任课教师童小利

起止日期2015-4-13~2015-5-6

摘要

随着社会的发展，产品的创新与开发需要很多学科知识综合运用，需要不断新技术力量支撑，需要不断创新理论基础的支持。

创新的新技术可以将各种领域的学科知识结合起来，使设计者的思维更广阔，打破思维定势，以此得到创新知识的灵感，为产品的创新提更优化的设计方案。

交通工具越来越完善，可环境污染越来越严重，提倡环保势在必得。

绿色交通一次逐渐出现在人们的视野。

越来越来的人开始关注自行车的设计。

本文设计了一辆自行车可以折叠成行李车的设计。

本产品不仅体积小和重量轻，而且速度较快--采用双链条传动，脚蹬转一圈，轮子转五圈。

本论文是基于普通的自行车和普通的行李车功能结合成一款产品，既具备自行车的全部功能，又具有行车的全部功能。

最后用proe软件绘制出三维图，并给出装配过程。

设计一款具有时代意义的自行车。

关键词自行车、行李车、链条

设计的意义

现代的自行车产品开发越来越注重创新，例如色彩的设计，新材料、新工艺、新结构以及多功能的设计。

本论文基于大家都比较熟悉的自行车为研究对象，在研究自行车发展史、结构功能、传动机构、派生形式等多方面资料的基础上，设计成具有行李车的功能的自行车。

随着社会的发展，人们的物质生活随之提高，人们越来越来注重物质生活的享受。

随着信息的发展，人们会经常出行。

因此有一款对出行方便的自行车很有必要。

本论文基于这种考虑，设计了一款具有行李车的功能的自行车。

这是一款可折叠，质量轻、尺寸小、外观好看、携带方便的自行车。

自行车可以不限时间锻炼身体，不限速度，自行车运动需要时需要大量氧气的运动，可以强化心脏功能。

而行李车可以满足便于携带行李，满足于一些老年人的需求。

随着社会的快速发展，出行成了每个人的家常便饭，因此迫切需要一个可以方面携带行李的产品。

因此，行李车便问世了，且行李车很快的得到广泛的应用。

因此综合这种产品的大量需求。

发明已一辆行李式自行车，本产品集合与自行车和行李车与一体。

它体积小、重量轻、便于携带、外观美观、便于操作等优点。

由此看出，本产品的需求依然很高.

1、自行车的背景

自行车发源于欧洲，在1790年由法国的西夫拉克伯爵将两个木头轮子安装在木马上，形成了所谓的现在的自行车.自行车的发明到现在已经有200多年的历史，这期间人类在不断的创新与研发中，将玩具式木马车转换到今日各种各样新颖休闲运动自行车，自行车也从最早的娱乐用途变为现在的交通工具。

德国的一个看护森林的人，开始设计和制造自行车。

他用一个鞍座，两个木轮，，一个安在前轮上起控制作用的车把，制成一辆自行车。

人可以坐在车上，用两脚蹬地驱动木轮的转动。

就这样，世界上第一辆自行车就诞生了。

【2】

2、自行车的设计理念

自行车一种很基本的交通工具，此款自行车著重要的理念方便人们出行，让人舒服的骑车行驶。

所以设计时兼顾让人骑车舒服和方便携带行李，这是针对用途上来定的设计理念。

3、折叠行李车自行车的优势

1、携带方便：

折叠后不仅自行车的体积只有普通自行车的三分分之一，而且重量比较轻，体积小，折叠后的自行车可以很方便的乘坐公交车、地铁、上下楼和上下电梯都十分方便，可以携带一定重量的行李。

2、快速折叠:

折叠与打开时都不需要其工具，整个过程需要不到一分钟。

3、防止丢失：

折叠后携带方便，可以随身携带或者存在商厂存放处，减少物品的丢失。

4、保持时尚：

折叠车外形美观，是时尚一族超好的装备。

6、 健身环保：

骑折叠自行车是很好的有氧运动，也是环保的交通工具。

4、自行车的设计框架图

5、自行车结构与材料的分析

5.1、自行车的结构分析

一辆完整的自行车有很多零件组成，这里把它们归类以下几部分：

车架部分、车把部分、前叉部件、轮轴部件、链条部件、车轮部件、鞍座部件、脚蹬部件、飞轮部件、中轴部件、曲柄链轮。

其中由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成导向系统；其中中轴、飞轮、链条、后轴、后轮等部件组成驱动系统；其中车闸和车把组成制动系统。

【3】如图5.1-1

车座连接件

车架

旋转座

旋转座

弹簧锁架

链条

中轴

后轴

前轴

前叉

车把

前轮

后轮

脚蹬

车座

飞轮

图5.1-1

5.2、行李车简图

折叠后的自行车形状，折叠方便简单，容易操作。

5.3、自行车的材料

现在自行车上的材料有很多种，现在自行车的材料主要有钢材、铝合金、碳纤维、镁合金、高分子碳纤维材料、等。

因此比较少见，下面是关于一些常用材料材料的基本参数。

好的材料一般有三个要求，一是弹性模量高，材料受到力的作用时变形小；二是要求强度高，材料可以承受很大的载荷；三是要求韧性好，当材料受到较大的外力时，它承受不了，也不会立马断裂，而是经过一定的变形之后，积累一定的能量之后才能断裂。

强度【STRENGTH】

强度是指零件承受载荷后抵抗发生断裂或超过容许限度的残余变形的能力。

也就是说，强度是衡量零件本身承载能力的重要指标。

强度是机械零部件首先应满足的基本要求。

机械零件的强度一般可以分为动强度、断裂强度、疲劳强度、冲击强度、高温和低温强度、在腐蚀条件下的耐腐蚀强度、胶合强度等项目。

强度的试验研究是综合性的研究，主要是通过其应力状态来研究零部件的受力状况以及预测破坏失效的条件和时机。

【3】

刚度【STIFNESS】

假设一根金属棒的一端固定在家具上，另一端加上一定的重量使得这根金属棒暂时弯曲，当把那个重物移开时，金属棒仍然呈现弯曲，无法完全回复原状。

同样的重量加与不同材料时，会产生不同的弯曲程度，这就是刚性。

刚性影响车架的品质，因为车架最怕在正常骑时会发生变形。

刚性材料决定于材料的弹性系统系数和金属的品质及合金的成分有关。

【5】

重量【WEIGHT】

除了强度和刚度重要之外，重量也是很重要的。

和刚度一样，重量受到材料合金成分的影响相小。

因此几乎所有的钢材具有相等的重量。

车架材料

自行车的车架材料是用圆形或者方形管状材料，然后在机器上把材料压制成所需要的弯曲度，之后是焊接，焊接分一下几部：

首先需要用点焊把不同的材料焊接在一起，紧接着用鱼鳞焊把车架牢固的焊接在一起，然后上台架校正，之后要把车架表面上的氧化层去掉，最后是热处理工序。

这样就可以保证其车架的质量了。

6、设计原理

6.1、链条的设计

传统的传动系统采用飞轮经链条直接带动后轮驱动，而本产品有别于传统的链条设计。

本产品的传动优化如下：

1、大链条替代小链条，抗拉强度提升一倍；

2、铁传动件改为7075航空铝制传动件，重量轻三分之二；

3、齿轮比优化，骑行阻力减少了一半

4、齿间距变大，耐磨性提升一倍。

自行车是传动式机械，它的传动装置包括：

主动齿轮、被动齿轮、链条。

 齿轮比:

主动轮与从动轮的齿数之比。

如果主动轮和从动轮齿轮的齿数相同，那么踏蹬一周，两个齿轮各旋转一周。

如果主动齿轮的齿数大于从动齿轮的齿数，那么每踏蹬一周，从动齿轮转的圈数就大于一周，速度增加。

所以，齿轮比与主动轮的齿数成正比，与从动齿轮的齿数成反比。

以I代表齿轮比，Z代表中间轴齿轮的齿数，D1代表中间轴的小直径D2代表中间轴的大直径，F代表被动齿轮的齿数，它们之间的关系用公式表示，即：

I=Z/F×D2/D1

轮盘为24齿，中间轴齿为6齿，中间轴小齿轮直D1=6，大齿轮D2=12，后圈直径为6时，代人公式即可求出传动比：

I=Z/F×D1/D1×b=24/6×12/6×6= 48

传动行程，每踏蹬一周，车子向前运动的距离则为传动行程，也叫速度比行程。

其计算的方法是传动比乘以圆周率。

以 S代表传动行程，π代表圆周率（此为常数，取π＝3．14），它 们之间的关系用公式表示为：

S=Dπ=C/F×b×π 

自行车后轮直径的计量用英制表示，而行程计算用公制表示，因此在计算中需要把两者之间换算，一般换算成公制。

由一英时=2．54CM，用K来代表，即：

K＝2．54cm。

代入公 式，即：

 S=G/F×B×π×k=121.92cm

6.2、钢珠

自行车是现在常用的交通的工具，骑起来应该灵活、轻松、灵活、省力，因此应该在自行车上所有能转动的地方都安装上钢珠。

如：

中轴、后轴、前轴、车把转动处、飞轮、脚蹬转动处等地方，都要安装有钢珠。

在所有能转动的地方都安装钢珠，这样可以减小摩擦力和减少零件的失效，节省动力。

众所周知滚动摩擦比滑动摩擦小很多，所以用滚动摩擦来代取代滑动摩擦可以在很大程度地减小摩擦力，并且经常添加润滑油，形成油液摩擦，使接触面彼此离开，摩擦力变得更小、更省力。

【6】

强度校核

本次设计中我们小组所选用的自行车材料是Q235钢，这是一种比较常见的材料，性能上也相当可靠，性价比也比较合理。

自行车所承受的是变动载荷，所以安全系数需要更高一点，我们取的是n=1.4，Q235钢的许用应力为[σ]=140MPa，设计该自行车所能承受的重1.2KN，即可承受的最大质量为120kg，主要把校核的部位是车身那几个部位，基本上车架的受力都集中在这些支撑柱与横梁的交接处，所以说其中的各杆件都需要满足强度与刚度甚至是稳定性的最低要求，本次设计的可折叠自行车车身结构，主受力G，两个支撑力F1与F2，角度

为50度，角度α2为80度，角度β1为34度，β2为51度。

β1

β2

α1

α2

·

F2

2

F3

1

4

根据正弦定理得：

¯¯

¯

将数据代入以上公式可得：

F1=580kg,F2=790kg

再根据公式；α2-

其中杆件2的作用面积A2为200mm2  。

可得横梁的受力，即图中的杆2，受拉应力F2=3.23MPa，杆4的作用面积A4为247.5mm2，所受拉应力为F2=2.90MPa， 由上面两个拉应力与Q235的许用应力140MPa相对比较，可明显的看出远远满足的要求。

 杆件3主要受压应力与弯曲应力的作用，而且所受应力并没有杆2与杆4所受应力那么大，因此不需要进行应力校核。

7、创新点

根据研究行李车和行李车，巧妙的把彼此的功能组合在一起，设计一款具有行李车和自行车的功能。

兼顾两种功能，且操作方便简单，适合各个阶段的人群使用，尤其对于一些喜欢旅行和上下班的人，根据需要选择其功能。

其特点：

（1）、可以折叠携带，外观轻巧；

（2）、操作方便，方便任何阶段的人使用；

（3）、操作易懂，看一次说明书，即可会操作。

使用的创造原理----综合创造原理

使用的创新方法----系统分析法、组合创新发

参考文献

[1]林清安.入门教程[M].西安：

电子工业出版社，2007.

[2]林修成、张朝阳.自行车行驶稳定性及后进动性的力学分析 .

[3]冯锡兰.工程力学[M].北京.北京航空航天大学出版社,2012. 

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科学出版社，2004.

[5]  孙志礼、冷兴聚、魏严刚. 机械设计[M]. 沈阳：

东北大学出版社 ，2000.

[6]李琳、李杞仪.机械原理[M].北京：

中国轻工业出版社，2009.1.

[7]张 玉、刘 平. 几何量公差与测量技术[M] .沈阳：

东北大学出版社, 1999.

[8]王昆、何小柏、汪信远.机械设计课程设计[M].高等教育出版社，1995 .

装配总图及零件图

评语

成绩：

老师：

日期：

2015年月日