机械毕业设计论文儿童自行车结构设计全套图纸

摘要 本文主要针对童车产品领域，以儿童车为主要论述和设计对象。通过搜索资料，调查研究，以婴幼儿为出发点探索儿童车各方面的特性，从尺度、功能、色彩、材质等方面总结出产品的特性以及产品的设计要素。通过总结，提出了儿童车成为帮助宝宝健康成长和提高宝宝智力的好帮手。认为应该根据当前儿童车所产生的社会舆论，改变学步车的形式，设计消费者更加喜爱，更加人性化的儿童车产品。 本文研究主要包括以下四个方面的内容：第一部分介绍了著名儿童用品公司的发展。第二部分介绍了儿童车的发展史以及一些关于选购的指南。第三部分对儿童车的调研分析研究和发展趋势。第四部分通过调研总结，开始设计儿童车的一系列过程和成果。 关键词：儿童、可拆卸、人性化设计，人机设计摘要 . 第一章 绪论 . （一）、儿童车的背景与需求 . （二）、市场分析 . .第二章 设计方案的确定 . （一）、创新来源 . （二）、主要技术要求 . （三）、研究方法 . （四）、设计过程 .（五）、亲子车的功能 .第三章 结构设计 . （一）、结构分析 . 1、设计中的不同点 . 2、车的折叠过程 . （二） 关节机构 . 1、组合机构 . 2、前身下部结构 . 3、车身与鞍座结构 . 4、传动机构 .第五章 受力分析 .第六章 总结 . 参考文献 . 第一章 绪论儿童自行车是儿童车之中的一大门类，儿童车包括儿童自行车、儿童推车、婴儿学步车、儿童三轮车四大类。儿童自行车适用儿童的年龄范围是48岁，选购时结合儿童的年龄和身材高矮，选择合适的尺寸，即鞍座高度在435635mm范围内的自行车，选购车辆时要注意手闸的闸把尺寸。尺寸过大，刹车时孩子就握不紧手闸，也就刹不住车。所以选购时最好带孩子一起去试一试。另外制动力不得小于50N。否则车辆就会刹不住，给小孩带来危害。儿童自行车还配有保护轮（平衡轮），它能使骑车者保持平衡，因此选购时要注意是否配齐（左右各一只），使用时不要随意拆除，家长在选购和使用时务必要考虑这一点。儿童自行车的链罩是必不可少的，鞍座最高高度等于或大于560mm的儿童自行车应装一只盘链罩或其它防护装置以遮住链条和链轮上啮合部的外表面，当链条全部啮合在链轮上时，盘链罩应在直径方向上超出链条的外侧面，不用盘链罩而用其它防护装置的，则遮 住范围应延至链轮齿初始进入链条两侧片的那一点起沿链条量到至少25mm处。鞍座最高高度低于560mm的儿童自行车应装有一只链罩，它要完成遮住链条、链轮和飞轮的外表面和边沿，还要遮住链轮以及链条和链轮啮合处的内表面，以防小孩手指伸入其中受到伤害。因为儿童自行车不属于用于公路上骑行的，因此在使用时必须要在成人监护下使用，切切不可在公路上骑行。（一）、儿童车的背景与需求儿童自行车的现状 儿童自行车的需求状况。 现在社会是一个竞争的社会，儿童自行车的需求状况。 现在社会是一个竞争的社会，很多家长对孩子的 培养极其重视，有很多家庭是独生子女，家长对儿童的教育， 培养极其重视，有很多家庭是独生子女，家长对儿童的教育，成长状况尤为重 视，所以一般家庭都会在孩子需要的时候给小孩买一辆儿童自行车，一方面可 所以一般家庭都会在孩子需要的时候给小孩买一辆儿童自行车， 以培养小孩的独立能力，另一方面可以让小孩锻炼身体。目前， 以培养小孩的独立能力，另一方面可以让小孩锻炼身体。目前，儿童自行车的 市场比较广，基本上各个阶层的家庭都能够负担得起。 市场比较广， 基本上各个阶层的家庭都能够负担得起。 儿童自行车的销售状况。 儿童自行车由于其使用对象的特殊性，儿童自行车的销售状况。 儿童自行车由于其使用对象的特殊性，所以小城 镇和农村相对使用量较小，大部分的销售额集中在大中城市， 镇和农村相对使用量较小，大部分的销售额集中在大中城市，销售目标主要是 大中城市，通过调研，我们发现， 大中城市，通过调研，我们发现，在西安市不管各个大超市还是儿童自行车的 销售点，销售商的生意都不错，销售量相当可观，由此可见， 销售点，销售商的生意都不错，销售量相当可观，由此可见，目前自行车相当 有市场前景。 有市场前景。 市场上销售的儿童自行车的类型。 市场上销售的儿童自行车的类型。 通过我们在网上和市场上查找了的一些 资料显示， 现在国内比较热销的几种型号的产品主要有： 好孩子牌儿童自行车， 资料显示， 现在国内比较热销的几种型号的产品主要有： 好孩子牌儿童自行车， 孩子乐牌儿童自行车，上海智多星牌儿童自行车，新潮牌儿童自行车， 孩子乐牌儿童自行车，上海智多星牌儿童自行车，新潮牌儿童自行车，森夏牌 儿童自行车，好来喜儿童自行车，新中华牌儿童自行车，依舟普通儿童自行车， 儿童自行车，好来喜儿童自行车，新中华牌儿童自行车，依舟普通儿童自行车， 永久蓝猫儿童自行车，都市贝贝儿童自行车，等十几种儿童自行车。每种童车 永久蓝猫儿童自行车，都市贝贝儿童自行车，等十几种儿童自行车。 根据轮子直径的不同主要分为十二寸 十四寸，十六寸，十八寸， 根据轮子直径的不同主要分为十二寸，十四寸，十六寸，十八寸，二十寸五种 规格，适合不同年龄段的儿童。 规格，适合不同年龄段的儿童。 市场上销售的儿童自行车的性能。市场上销售的儿童自行车的性能。 目前儿童自行车基本上具备成人自行车 的大部分功能，同时还添加了一些吸引儿童的创新点， 的大部分功能，同时还添加了一些吸引儿童的创新点，在色彩以及形状等方面 进行了一些改进，基本上可以满足儿童的需求。市场上见到的童车一般都安装 进行了一些改进，基本上可以满足儿童的需求。 了前后刹车，防水车铃，前置购物网篮，后置超大工具箱， 了前后刹车，防水车铃，前置购物网篮，后置超大工具箱，后轮均配置了安全 附轮等，以适应初学的儿童，有的童车还配有避震装置，以满足舒适度的要求。 附轮等，以适应初学的儿童，有的童车还配有避震装置，以满足舒适度的要求。（二）、市场分析儿童自行车的市场价格。 儿童自行车的市场价格根据尺寸的大小和质量的 好坏价格也不尽相同。 好坏价格也不尽相同。市场上见到的童车价格范围一般为 120 400 元，其 中 120 200 元之间的车子属低档次， 200 300 元之间的属中档次， 元之间的车子属低档次， 元之间的属中档次， 元之间的属高档次的车子。 300 400 元之间的属高档次的车子。 3 6. 消费者所能接受的儿童自行车的价格。 大部分消费者所能接受的市场价格 消费者所能接受的儿童自行车的价格。 元之间。 在 200 400 元之间。 分析原因：主要是由童车的性价比所决定： 分析原因：主要是由童车的性价比所决定： 120 200 元范围内的童车质量 不是很有保证，外形及结构也不是很吸引儿童及家长的眼球， 不是很有保证，外形及结构也不是很吸引儿童及家长的眼球， 200 400 元 范围内的童车质量一般差不多并且价格也可接受， 范围内的童车质量一般差不多并且价格也可接受， 400 元以上的童车质量没 问题但价格有点高，由于童车适用于一定年龄段的儿童，小孩可能骑不了多久 问题但价格有点高， 由于童车适用于一定年龄段的儿童， 就搁置起来，性价比显然不是太高， 就搁置起来，性价比显然不是太高，虽然有一定市场但是在市场上不是很占优 势。 总结上述可得： 元之间的童车最具有优势。 总结上述可得： 200 400 元之间的童车最具有优势。 市场上的儿童自行车存在的问题 通过调查发现市场上销售的童车存在的主要问题是安全问题。调查结果显示， 通过调查发现市场上销售的童车存在的主要问题是安全问题。调查结果显示， 大型超市、商场所销售的童车比较讲求品质，但价格也普遍偏高， 大型超市、商场所销售的童车比较讲求品质，但价格也普遍偏高，而市场摊位 出售的童车，价格比商场低，但质量不敢让人恭维。对于童车安全要求， 出售的童车，价格比商场低，但质量不敢让人恭维。对于童车安全要求，国家 有关方面在年制定了 标准“ 标准 有关方面在 年制定了 GB 标准 “ 童车安全要 求” 但是有些童车达不到这些标准，主要存在以下几方面的问题： 1 ）有 。但是有些童车达不到这些标准，主要存在以下几方面的问题： （ 些儿童自行车的刹车闸把同手柄之间，闸把尺寸过大，孩子就握不紧，也就刹 些儿童自行车的刹车闸把同手柄之间，闸把尺寸过大， 孩子就握不紧， 不住车子，下坡的时候不够安全； （ 儿童自行车的链条没有全链盒罩住， 不住车子，下坡的时候不够安全； 2 ）儿童自行车的链条没有全链盒罩住， 容易把手指夹住； （ 刹车太紧小孩子的握力不够；车子的平衡性有问题等。 容易把手指夹住； 3 ）刹车太紧小孩子的握力不够；车子的平衡性有问题等。 儿童自行车的安全隐患已成人们普遍关注的问题。 儿童自行车的安全隐患已成人们普遍关注的问题。 总结 通过对儿童自行车的市场调研， 通过对儿童自行车的市场调研， 我们得出以下结论： 我们得出以下结论： 儿童自行车的市场比较大； 儿童自行车的市场比较大； 市场上的童车性能基本上能满足儿童的需求； 元价格范围内的童 市场上的童车性能基本上能满足儿童的需求； 200 400 元价格范围内的童 4 车由于其高性价比占的市场份额比较大；太复杂的功能对儿童这个特殊的消费 车由于其高性价比占的市场份额比较大； 群体没有多大的意义，童车质量对其市场占有率将有很大的影响。 群体没有多大的意义，童车质量对其市场占有率将有很大的影响。第二章 设计方案的确定（一）、创新来源本设计主要是在现有的折叠自行车的基础上作出改良与创新。设计出可折叠式亲子自行车。设计初衷是希望能让大人跟小孩一起游乐，更能保护小孩的安全，现有的折叠自行车折叠后的体积都比较大，所以要首先在合理的构造的前提下思考如何在减少折叠后的体积这一点上下手，不只是简单的的直线伸缩，还利用各种的机构，在传统的载人自行车的基础上去掉了后座，这样子就能够更加扩大节省材料和体积的可能性，为我们的创新设计创造更大的思维空间。本设计在结构上做了很大程度上的改进，外形也有了很大的突破。折叠后比以往的设计体积更小，折叠方式更方便，重量更轻。 然后大人的单车与小孩的单车又能快速组合与分离。（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、使用该设备能实现展开后安全正常行使，折叠后便于携带等功能， 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、亲子车可快速组合与分离。 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：7.5kg 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：12寸（外胎310毫米）与16寸（外胎400毫米）（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。 借鉴优良的设计，把已掌握的基本机械设计知识运用到折叠自行车的设计与创新中去。 理论与实际相结合，不一味的寻求另类和创新，决定设计成可拆装亲子车。（四）、设计过程通过观察市场上的折叠自行车与儿童车在一般的折叠自行车设计中发现其中存在的问题有：折叠之后占用空间大和车身重量比较重，这样设计只在名义上做到折叠，实际折叠之后占用的空间减小量不大，自行车车的重量却与非折叠式自行车的重量差不多，有的设计选用的材料强度好但比较稀有加上零部件采用非标准件，价格便不是一般人能接受的，以及有些折叠自行车虽然结构精巧，但是，由于传动部件也随车身的要求而缩小，传动比小，给使用者带来很大的麻烦。所以此类设计只达到美观以及方便运输的目的，而没有达到大众化且携带方便使用轻松的目的。针对这些问题，我们找到目前折叠自行车设计中的可以改善的空间。而亲子车在市场上就更少了，所以研究设计亲子单车还是有一定的市场的，现在主要就是如何在折叠单车上改进使得2辆可以快速组合与分离，这是本课题设计的重点所在。（五）、亲子车的功能1.可以是独立的单车2.可以组合成为亲子车3.可以在中间放个菜篮子亲子一起去购买买菜4.可以在中间放个货架变成了小型货车5.可以一个人骑，也可以2个人一起骑6.后座采用高弹性材料，使后座变得更加舒适第三章 结构设计（一）、结构分析 1、车身设计：本设计最大卖点在于能将2辆单车组合起来变成亲子车，也可以将他们分开成独立的单车。这样无论是卖点还是实用性都很强。本车分大单车和小单车,小单车采用12寸的车轮，大单车采用16寸的车轮。（二） 关节机构1、组合机构2、前身下部结构3、车身与鞍座结构4、传动机构五.受力分析5.1、人一自行车系统 组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。 1人与支撑部件关系 图1-1人-车界面关系 支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。 2人与动力接受部件关系 动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。动力是靠骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。3 人与传动部件关系 传动部件主要是滚珠、链条和链轮。人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。4 人与工作部件关系 工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触而向前运动的力；另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。5.2、影响自行车性能的人体因素 影响自行车性能的人体因素很多，如图1-2 所示。现主要分析下述几点：1人的体格因素以身高 H 为基本因素，其他身体的能力与 H 成比例，并有与H2、 H3成比例的特性。如手臂、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产生的力矩、步幅等，都取决于H的大小。肌肉、大动脉、骨骼的截面积以及肺泡的表面积等都可看成与 H2成比例。肺活量、血液量、心脏容量等都可看成与 H3成比例。体格对出力性能的影响，从理论上讲，弹跳能力与H成比例，速度能力与 H2成比例，作功能力和 H3成比例。但实际上因每个人身体素质不同，常有20以上的偏差。2人的下肢肌力自行车骑行的原动力，主要是骑车人的下肢肌力。人骑车时，骨骼肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米40-50N ，通过一定训练的人可提高到65N 。 图1-2 影响自行车性能的人体因素 3人的输出功率人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为 0.7 马力（ 0.51 kw ) ，能持续 10s左右。如果持续时间长，其值要小得多，持续 lh，大约只有 1.0-0.7马力（0.07-0.15kw）。 4人的脚踏速度自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为70 次min ，一般脚踏以 60r/min 节奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。5人的平衡机能骑车人本身的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕是运动性能很好的自行车也不能平稳行驶；若人有很好的平衡机能，却可掩盖自行车设计上的某些缺陷。 6.人的手和握力影响刹车性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的大小和握力都不相同。据试验，为了长时间施闸而不致使手有疼痛的感觉，希望只用最大握力的10左右便能得到必要的减速度。 7.人的疲劳人体疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素，其产生原因有人体因素，也有自行车结构因素。疲劳和疼痛一般是由于部分肌肉负担过大，骑车姿势不合适，以及体重对鞍座的体压分体不合适等引起的。此外，影响出力因素还有人的最大摄氧量。 5.3、自行车设计结构要素分析 影响自行车性能的因素除了上述人的因素外，还有许多机械因素，如图1-3所示。为了获得自行车较佳的性能，必须把人的因素与机械因素有机地结合起来，以使人一车协调。为此，着重分析与人体相关的结构要素。 图1-3 影响自行车的机械因素1速比 大小链轮的齿数比，与链轮直径比相一致，一般控制在2.3-4.0的范围内。利用速比关系可取得骑行时所必要的功率和必要的速度。速比要合适，如果太小，无论人的肌力有多大，由于不能充分提高转速，所以就得不到大的输出功率。也由于速比小，在限定的曲柄转速下，得不到必要的骑行速度（后轮转速）。速比过大时，要求的踏力也大，容易使人疲劳。为了保持不疲倦的持续骑行，希望肌肉的负担约为最大肌力的10% ，按此选择速比和曲柄转速，可得到比较好的效果。