机械创新设计—案例-自行车课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械械创新设计案例,案例,10,自行车的演变和开发,1,自行车的演变史,17,世纪初期人们开始研究用人力驱动车轮的交通工具。机械师加赛纳首先提出一种手驱动的方式，驾驶者骑在车座上，用力拉一条绕在车上并能带动轮子转动的环状绳子，使车前进。,1816,年至,1818,年在法国出现了两轮间用木梁联接的双轮车，骑车者骑坐在梁上，用两脚交替蹬地来推动车子前进。这种车称为,“,趣马,”,(Hobby Horse),，如图例,10,la,。当时它是贵族青年的玩物，不久就过时了。,一种真正的双轮自行车,(Bicycle),是,1830,年由苏格兰铁匠麦克米伦发明的。他在两轮小车的后轮上安装曲柄，曲柄与脚踏板用两根连杆相连，如图例,10,1b,，只要反复蹬踏悬在前支架上的踏板，驾驶者不用蹬地就可驱动车子前进。,趣马,曲柄,+,连杆,+,脚踏板式,为了提高骑行的速度，法国人拉利门特在,1865,年进行了改进，将回转曲柄置于前轮上，骑行者直接蹬踏曲柄驱车前进。此时前轮装在车架前端可转动的叉座上，能较灵活地把握方向；后轮上有杠杆制动，骑行者对车的控制能力加强了，如图例,10,1c,。这种自行车脚踏板转动一周，车子前进的距离与前轮周长相等。,为了加快速度，人们不断增大前轮直径,(,但为了减轻重量，同时将后轮缩小,),，有的前轮大至,56in(1.42m),、,64in(1.63m),，甚至,80in(2.03m),，如图例,10,1d,。如此结构使骑行者上下车很不方便且不安全，影响了这种,“,高位自行车,”,的使用。,回转曲柄式,1879,年英格兰人劳森又重新考虑采用后轮驱动，设计了,链传动,的自行车，采用较大的传动比，从而排除了采用大轮子的必要性，使骑行者安全地骑坐在合适高度的座位上，它称为,安全自行车,，如图例,10,1e,。在这时期随着科学技术的发展，自行车结构还做了不少改进。如采用受力合理的菱形钢管支架，这样既提高了强度，又能减轻重量；用滚动轴承提高效率；,1888,年邓洛普引入充气轮胎，使自行车行走更加平稳。由此，自行车逐渐定型，成为普遍使用的交通工具。,由于不断提出新的需求，经过种种改革，使自行车的功能和结构逐步完善起来，而从开始研究到定型差不多经过了,80,年。,2,新型自行车的开发,随着科学技术发展，人们生活水平不断提高，发现原有自行车有不少缺点，同时也根据需要提出一些希望点，在此基础上开发了多种新型自行车。,1),助力车,为省力开发出多种助力车，为避免对环境的污染，电动车较受欢迎，小巧的电机和减速装置放于后轮毂中，直接驱动车轮，电源则采用干电池。,2),考虑宜人性的新型车,英国发明家伯罗斯发明躺式三轮车，车上座位根据人体工程学设计，躺式蹬车省力，时速可达,50km,。,摇杆式自行车将回转蹬踏变为两脚往复蹬踏，这样能充分使人蹬车时在,90-120,范围内做有用功，而去除做无用功的动作。两摆杆通过链条分别带动超越离合器使后轮转动。,3),传动系统的变异,链传动易磨损掉链。新开发的齿轮传动自行车脚蹬带动齿轮通过传动轴将运动传至后轮，提高传动效率。传动体包覆，无绞人裙摆、裤脚之忧。上海凯瑞驰自行车公司已生产这种自行车系列。,根据需要将单速车改型为变速车，最多可达,15,种变速。开发自适应调速装置，在上坡或蹬踏阻力大处自动调至低速挡。,4),塑料自行车,工程塑料的引入对自行车性能有很大改进。碳纤维自行车采用碳纤维模压做成整体无骨架式车身。其特点是强度高，避免有焊接薄弱点；无横梁，重心低，行车便于控制；流线外形，风阻小；重量轻,(,约,11kg,，比金属架车轻,1.5kg),；速度快,(,比金属架车每公里快,3s),。在巴塞罗那奥运会，一名美国车手骑着定做的一辆碳纤维自行车取得金牌并破世界纪录。,全塑自行车,图为车架、车轮皆为塑料整体结构，一次模压成型；车把为整流罩式全握把，整车呈流线型。日本伊嘉制作公司开发的全塑自行车整车重量仅,7.5kg,。,高速自行车,美国加利福尼亚大学学生弗朗斯等人设计的半躺式,Dexter Hysol,“,猎豹,”,自行车车速达,68.73mi1e,h,，创世界新纪录。,(,猎豹奔跑时速可达,68mi1e,h,。,图所示的这种高速自行车具有以下特点：,(1),采用,“,躺式,”,，骑车者能发挥最大动力，并减小风阻面积；,(2),双级链传动升速；,(3),以高强度碳纤维复合材料注塑整体车座和大梁。采用碳纤维车把和立柱，铝制链套和中轴套，连同碳纤维车外罩，全车总重量只有,29.5lb(,约,13.4kg),；,(4),采用宇航粘合剂取代传统紧固件，既减轻重量，又使载荷和应力均布在更大面积上，增加强度，减少振动；,(5),运用空气动力学原理对车外罩形状进行,优化设计，形成笼罩骑车者的流线型封闭舱，,提高空气动力学效率,30,以上。,图所示为巡警用自行车，车上装有内藏式无线电通话设备、手电筒支架，还配备了便于上被追击用的电动助力装置。,双人自行车成家庭型自行车,(,双人前后蹬踏，中间有几个孩子的车座,),由两个人驱动，分别设有单向离合器，使驱动力同时推动车轮而不互相干涉。,7),小型自行车,为便于搬上高楼或放在汽车后厢外出旅游运动，开发了多种折叠式小型自行车。美国开发的一种便于携带的折叠式自行车，折叠后最小体积仅,27in 8.5in8.5in,，可放于汽车或火车座位底下，打开只需,15s,。,其它类型的自行车,旅行箱式折叠自行车,旅行箱式折叠自行车,1,旅行箱式折叠自行车,2,具有革新精神的自行车,三合一自行车,世界上最小的折叠自行车,3,几点启示,1),小小普通的自行车可以有多种新型原理和结构，而且还会不断改进、翻新。可见,处处有创新之物,，,创新设计是大有可为,的。,2),人类和社会的,需要,是创造发明的,源泉,。社会的需要促使了自行车的演变，也正是社会的需要产生了各种新型功能和结构的自行车。紧紧抓住社会的需要，将使创新设计史具有生命力。,3),不断发展的,科学理论,和,新技术,的,引入,，使产品日趋先进和完善。如,高速,自行车的开发中考虑到空气动力学和人体力学，采用了新型材料和先进结构，还应用计算机辅助手段进行优化，故具有先进的性能。实践证明，充分利用先进设计理论和科学技术是创新设计中必须重视的问题。,人有了知识，就会具备各种分析能力，,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书，广泛阅读，,古人说“书中自有黄金屋。,”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，,培养逻辑思维能力；,通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，,培养文学情趣；,通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操，,给我们巨大的精神力量，,鼓舞我们前进,。,