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购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计 文档后加 费领取图纸 踏板式自行车的设计 学生姓名 侯旭东 学 号 8011212129 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计 班 级 16 指导老师 杨丙辉 日 期 2016 塔里木大学机械电气化工程学院制 16届毕业设计 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计 文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计 文档后加 费领取图纸 前 言 本设计主要对踏板式自行车进行设 计，在总体传动结构进行了创新，使用四杆机构、齿轮、棘轮、直流电机、死飞、电瓶等机构，摆脱传统自行车骑行时双脚必须做圆周运动，只需通过上下踩动踏板，使曲柄作圆周运动，从而带动齿轮转动，然后通过齿轮啮合带动棘轮转动，最后实现了传动的目的。同时在传动的过程中由死飞和链条配合，带动直流电机转动，此时直流电机作为发电机将机械能转化为电能，将产生的电能由电瓶储存，在骑行者身体乏力时可用储存的电能作用于直流电机，此时的直流电机作为电动机，将电能转化为机械能，带动齿轮传动。通过应用机械原理、机械设计、材料力学、人体工程学等 相关领域的相关知识，结合本课题研究的实际需要，充分利用计算机辅助软件对踏板自行车机械结构部分进行设计，包括四杆机构、齿轮、棘轮、直流电机等进行了阐述和设计 。 关键词 ： 自行车；踏板；四杆机构；齿轮；棘轮 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计 文档后加 费领取图纸 目 录 1 概述 . 1 板自行车研究的背景及意义 . 1 板自行车的常识和技术现状 . 1 行车的发展史 . 3 2 总体设计 . 6 述 . 6 计任务 . 6 计目的 . 6 力方面的选择 . 6 3 踏板自行车的总体设计 . 8 动原理简图和动力传递路线图 . 8 助件 . 8 行车所选用的材料 . 9 4 踏板车的设计计算 . 10 行车的四杆机构 ： . 10 轮机构传动： . 11 轴： . 13 轴： . 15 流电机 . . 16 瓶 . 17 簧 . 18 轮机构 . 18 总 结 . 22 致 谢 . 23 参考文献 . 24 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计 文档后加 费领取图纸 工程概况 本文首先介绍了踏板自行车研究的背景及意义。设计的理论基础是四杆连杆机构，其中包括左右动力杆、左右踏板、曲轴、大齿轮等。之后，介绍了踏板自行车的总体设计，结合曲柄连杆机构的运动理论，重点对一些重要部件的设计进行计算、校核等。简要分析了踏板自行车的工作原理、运动机构以及各 个零部件的设计及其计算过程。 经过本次论文的相关设计，我提出了 现有的健身自行车结构非常复杂，制造成本很高，而且传动的效率很低；无论是骑自行车还是在健身房里蹬固定自行车，都是不错的减脂运动，但久而久之都会对身体健康造成不同程度的伤害。而在提倡绿色出行的今天，踏板式自行车以一种全新的方式为骑行者的出行和健身带来了很多便捷塔里木大学毕业设计 11 概述 板自行车研究的背景及意义 自行车被发明及使用到现在已有两百年的历史，这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中，自行车发展的目的也从最早的娱乐用途变为交通代步及休闲运动用途，休闲及竞赛领域 的发展使自行车研发工作不断的精益求精，以满足求更好成绩表现选手们的需求。 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。自行车从诞生到现在已经有两百年的历史了，从无传动装置的双木轮靠双脚在地上用力行走、到一个大轮一个小轮的高跷式组合、到充气轮胎、到飞轮链条传动、到山地自行车、一直发展到后来的机械动力自行车和现在也叫自行车的电动自行车、等等，自行车走过了它漫长的发展历程。 现有的健身自行车结构非常复杂，制造成本很高，而且传动的效率很低；无论是骑自行车还是在 健身房里蹬固定自行车，都是不错的减脂运动，但久而久之都会对身体健康造成不同程度的伤害。而在提倡绿色出行的今天，踏板式自行车以一种全新的方式为骑行者的出行和健身带来了很多便捷。 板自行车 的常识和技术现状 行车上的物理知识 测量中的运用在测量跑到的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径是 。那么转过一圈长度为直径乘圆周率，即约 米，然后，让车沿这跑道滚动，记下滚动的圈数 n 则跑道长为 米。自行车的速度约为（ 23） m/s。 (2)减小与增大摩擦。车的前轴，后轴均采用滚 动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎，车的把手的塑料套，脚踏板，闸把套等。变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可以迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。 (3)车载重过量，则车胎受到压强太大而被压破。 （ a）一般情况下，充足气的自行车前、后轮胎着地总面积大约为 S 40，当成年人骑自行车前进时 ，自行车对地面的最大压力大约为 F（ 2000N+200N） 2200N，可以计算出自行车对地面的压强约为 P= （ b）自行车的车座较宽大，可以增大人与车座的接触面积，减小对人的压强，人骑座时感到舒服。 （ c）在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，以减小压强。 （ d）自行车的脚踏板做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对脚的压强。 （ e）自行车的内胎要充够足量的气体，在气体的体积、温度一定时，气体的质量越大，压强越大。 （ 4）简单机械知识的运用 自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大 对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离，还使用了轮轴 :：脚踏板与齿轮；后轮与飞轮及龙、转轴等。 (5)塔里木大学毕业设计 2（ a）根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“ s”形路线就是这个道理 （ b）动能和重力势能的互相转化。如汽车上坡前，人们要加紧蹬几下，就容易上去些，这里是动能转化为势能。而骑车下坡，不用蹬，车速也越来越快，此为势能转化为动能。 （ c）整体上自行车是费力机械，一般为省距离才骑自行车。顶风骑车比顶风行走艰难，就是因为骑车费的力被“放大”了。 （ 6） 快速行 驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性定律，人和后轮要保持继续向前的运动状态。所以切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故。 （ 7） （ a）当人骑自行车前进时，停止蹬自行车后，自行车仍然前进，是由于它具有惯性。 （ b）当人骑自行车前进时，若紧急刹车，一般情况下要先捏紧后刹车，然后再捏紧前刹车，或者前后一起捏紧，这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去。 (8)（ a）当人骑自行 车下坡时，速度越来越快，是由于下坡时人和自行车的重力势能转化为人和自行车的动能。 （ b）当人骑自行车上坡之前要紧蹬几下，目的是增大速度，来增大人和自行车的动能，这样上坡时动能转化为重力势能，能上得更高一些。 （ c）自行车的车支架上挂有一个弹簧，在它弹起时，弹簧的弹性势能转化为动能，车支架自动弹起。 在骑自行车的过程中，我们常常要用到刹车。刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完全刹死，这时后轮与 地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力（原来为滚动摩擦，方向向前），方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。前剎片是利用摩擦力使车轮减速，同时在接地点产生向后的摩擦力来使车体减速。以前轮夹式剎车和传统后轮轴心的盘式剎车来比较，对同样大小的剎车压力而言，前者因力臂较长，会比后者有较大的力矩，效果较佳。 我们的实验过程如下： 首先，我们选取了一块水平路面，并在地上画一根线作为记号。实验时我们让自行车在通过这根线时开始刹车。通过测量自行车的刹车痕迹来判断不同情况下的刹车状况。 第一组我们模拟的是不按刹车的情景。实 验中，我们可以看到实验者骑自行车经过这根线时没有按下刹车，由于自行车具有初速度，所以会因为惯性继续向前运动。此时，自行车又受到地面滚动摩擦力的影响，在行驶了一段距离后，速度逐渐减慢，直至停止。 第二组我们模拟的是按前刹车的情景。实验中，我们可以看到实验者骑自行车经过这根线时按下前刹车，由于前轮为从动轮，两轮会同时被卡住。此时，两轮受到的摩擦力由滚动摩擦变为滑动摩擦，在很短的时间内停下来。 第三组我们模拟的是按后刹车的情景。实验中，我们可以看到实验者骑自行车经过这根线时按下后刹车，由于后轮为驱动轮，所以只 有后轮会被卡住。此时，后轮受到滑动摩擦力，而前轮受到滚动摩擦力，自行车仍能在很短时间内停下来。 塔里木大学毕业设计 3在实验过程中，我们又发现，当人骑自行车前进时，若遇到紧急情况，一般情况下要先捏紧后刹车，然后再捏紧前刹车，或者前后一起捏紧，这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去否则后轮会跳起来。这就提醒我们在下坡或高速行驶时，切记不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故。 行车的发展史 18 世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车。这辆最早的自行车是木制的，它的结构比较简单，既没有驱动装置，也没有转向装置，骑车人靠双 脚用力蹬地前行，改变方向时也只能下车搬动车子。即使这样，当西夫拉克骑着这辆自行车到公园兜风时，在场的人也都颇为惊异和赞叹。 图 11867 年 英国人麦迪逊设计出第一 辆装有钢丝辐条的自行车。 1869 年 英国的雷诺首先用辐条来拉紧轮辋，用钢管制成车架，并首先在轮辋上装上了实心的橡胶带，使自行车的重量大大减轻。德国斯图加特出现了由后轮导向和驱动的自行车，同时车上采用了滚动轴承、飞轮、脚刹、弹簧等部件。 1874 年 真正具有现代化形式的自行车诞生。英国人劳森在自行车上别出心裁地装上链条和链轮，用后轮的转动来推动车子前进。但仍然不够协调与稳定。 1886 年 英国的机械工程师斯塔利，从机械学、运动学的角度设计出了新的自行车样式，装上前叉和车闸，使用滚子轴承，前后轮大小同，以保持 平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶车轮。 显著地提高了自行车的骑行性能。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许多生产自行车部件用的机床。 英国人詹姆斯把自行车前后轮改为大小相同，并增加了链条，使其车型与现代自行车基本相同。 1887 年 德国曼内斯公司将无缝钢管首先用于自行车生产 1888 年 爱尔兰的兽医邓洛普，从医治牛胃气膨胀中得到启示，将自家花园用来浇水的橡胶管粘成圆形塔里木大学毕业设计 4并打足气装在自行车上，这是充气轮胎的开端。从此，基本奠定了现代自行车的雏形。充气轮胎是自行车发展史上的一个划时代的创举不但从根本 上改变了自行车的骑行性能，也解决了自行车多年来最令人难受的震动问题，同时更把自行车的速度又推进了许多。而且完善了自行车的使用功能。 从 1791 年到 1888 年，自行车的发明和改进，经历了近 100 年中这些发明者的不懈奋斗。从此，基本奠定了现代自行车的雏形。时至今日，自行车已成为全世界人们使用最多，最简单，最实用的交通工具。也许人们应该永远记住这些自行车的发明者们，他们的名字，丝毫不亚于汽车的发明者卡尔 1925 年以后 世界自行车产量已达 200 万辆，其中英国占 50%，成为当时主要的输出国。其后自行车得到广泛的发展，结构上也有了改进和提高。第二次世界大战后，汽车工业高速发展，自行车生产受到影响。 但到 70 年代，由于出现能源危机，世界上再次出现自行车热，自行车生产又得到飞速发展。至 80 年代，全世界自行车产量已超过八千万辆，中国及台湾地区、日本、美国和西欧成为世界自行车生产中心。 自行车虽然诞生于欧洲，但 20 世纪却在亚洲获得了前所未有的普及和发展。二次世界大战后，自行车在日本快速的发展起来，后因需要转至台湾，使台湾的自行车业得到了迅猛的发展，并一度成了亚洲的领导者，现台湾的自行车制造业还是个中翘楚！我们选择常用自 行车配件质量较好的大部分还是台资企业生产。自行车发展的目的也从最早的娱乐用途变为交通代步及休闲运动用途，休闲及竞赛领域的发展使自行车研发工作不断的精益求精，以满足求更好成绩表现选手们的需求。 电动自行车，是指以蓄电池作为辅助能源在普通自行车的基础上，电动自行车，是指以蓄电池作为辅助能源，具有两个车轮，能实现人力骑行、电动或电助动功能的特种自行车。根据国家标准对设计最高时速、空车质量、外形尺寸的相关规定，电动自行车归属非机动车管理范畴，应同时具备以下 5 个特征：必须具备脚踏行驶功能，蓄电池只作为辅助能源；必须具 备两个车轮；设计车速不大于 20 公里 /小时；整车重量不大于 40 公斤；轮胎宽度（胎内）不大于 54 毫米。 电动自行车的型号以 种自行车种类的电动自行车类）冠号。它虽然具有普通自行车的外表特征（甚至具有摩托车的外表特征），但是主要的是，它是在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具。 2010 年中国生产的电动自行车共计 2954 万辆，中国是全球最大的电动自行车生产和消费国 ,年产量和消费量占世界总产量和消费量的比重均超过 90%。 无链条自行车： 省 力：骑行轻快与链条自行车相比省力 22%。 耐用：使用寿命长是链条自行车的 。 安全：在骑行中安全可靠性是链条自行车的 9 倍。 灵便：由于无大牙盘、链罩等大型部件，在运行中减少阻力、骑行更加方便。 干净卫生、不夹咬、不污染衣物，每年只注一次润滑油并且彻底消除掉链之弊。 结构简单修理方便与链条变速车相比易修不易坏，骑行 12000 公里无须大修。 前踏式无链条自行车，它是由车架、前车轮、后车轮、踏板连动器、连杆、驱动器等组成。其特征在于：不需采用链轮、链条、飞轮等传动零件，变现有自行车的圆周运动为前踏式上、下踏 动，减轻了人体膝关节、髁关节的运动量。踏板连动器采用圆锥齿轮传动，驱动器采用行星轮传动，使自行车的行驶速度及传动的可靠性都得到了很大的提高。骑行时不擦挂裤脚，安全舒适，是一种理想的交通工具，特别适用于远距离骑行，且结构简单，安装方便，造价低廉。 新型自行车 路车 地车 避震 市小轮车 市休闲车 性车 行车车架 行装备 纤制品 塔里木大学毕业设计 5部碳纤车 世界各国轻型电动车产业发展的政策支持 日本：政府的支持极大地推动了轻型电动车的发展。 1993 年 7 月，日本警察厅、交通局发出了关于辅助驱动自行车处理意见的通知，规定这类自行车 (带有辅助驱动装置 )只要满足一定的条件，在法律上可以享受自行车同等待遇。 美国： 2003 年，美国总统布什批准将低速电动自行车转由 费者产品安全委员会管理，减少了法规对电动自行车的许多限制。美国低速电动自行车原本属于国家公路交通安全局管辖，被定性为机动车并受到机动车标准的管理，如今新的法规将管辖权交给管理自行车的 样，最高时速在 32 公里以下的低速电动自行车将获得更大的发展空间。 另外，美国一些州的政府开始在政策上鼓励市民使用电动自行车，有些城市在市区和商业区设立了电动自行车出租商店以方便市民。 欧洲：在欧洲，欧盟执委会在欧洲 10 国赞助一项 划，推动电动车辆的发展，此计划通过将 1300 辆电动自行车发给大城市，借此刺激欧洲大城市环保交通工具的使用。欧盟对于这种智能化的轻型电动车极为支持，欧盟对于购买符合标准产品的消费着执行“免费使用自行车道、上路无需驾照、无需上保险”的优惠政策，并且政府启动了名为 专项计划，对交通、旅游部门的决策者培训职能轻型电动车的培训，使他们了解这种产品的潜力。 中国展览会 2012 年 3 月 23 日在第十二届中国北方国际自行车电动车展览会上，自行车电动车生产技术的创新在展会上得到充分展示。在展会创新展区，展出了 20 多家企业开发的新材料、新能源和创新设计的自行车电动车精品成为本届展会的一大亮点。 展会三天共吸引 20 余万人次入场参观或交易，签单万件，天津企业的整车成交量达去年产销量的三成以上。该展会的自行车创意设计大赛，天津美术学院、天津大学、天津理工大学、天津工业大学等八 所高校共推出 270 多件自行车创意设计作品，评出获奖作品 18 件。 积极推广应用锂离子电池，大力开发锂电型电动自行车产品，已成为推动天津和国内电动车产业调整升级，推进电动车产品结构调整优化的重要引擎，自 2012 年以来，天津和国内锂电型电动自行车产销比率显著提升塔里木大学毕业设计 62 总体设计 述 本设计主要对踏板式自行车进行设计，在总体传动结构进行了创新，使用四杆机构、齿轮、棘轮、直流电机、死飞、电瓶等机构，摆脱传统自行车骑行时双脚必须做圆周运动，只需通过上下踩动踏板，使曲柄作圆周运动，从而带动齿轮转动，然后通过齿轮啮合带动棘轮转动，最后实现了传动的目的。同时在传动的过程中由死飞和链条配合，带动直流电机转动，此时直流电机作为发电机将机械能转化为电能，将产生的电能由电瓶储存，在骑行者身体乏力时可用储存的电能作用于直流电机，此时的直流电 机作为电动机，将电能转化为机械能，带动齿轮传动。 计任务 技术要求：用于户外运动，健身，倡导绿色出行。 计目的 1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。 3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。 力方面的选择 图 2力杆 原自使用四杆机构、齿轮、棘轮、直流电 机、死飞、电瓶等机构，摆脱传统自行车骑行时双脚必须做圆周运动，只需通过上下踩动踏板，使曲柄作圆周运动，从而带动齿轮转动，然后通过齿轮 总体设计是机械设计中非常关键的环节，它是对所设计的机械的总的设想。制定总的设计原则，设计原则应当保证所设计机型符号有关的方针、政策，在满足使用要求的基础上，力求结构合理、技术先进、经济性好、寿命长。 制定总则之后，便可以编制设计任务书， 在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。 塔里木大学毕业设计 7啮合带动棘轮转动，最后实现了传动的目的。同时在传动的过程中由死飞和链条配合，带动直流电机转动，此时直流电机作为发电机将机械能转化为电能，将产生的电能由电瓶储存，在骑行者身体乏力时可用储存的电能作用于直流电机，此时的直流电机作为电动机，将电能转化为机械能，带动齿轮传动。塔里木大学毕业设计 83 踏板自行车的总体设计 动原理简图和动力传递路线图 我设计的自行车由采用踏板式无后座自行车，可以达到运动锻 炼的效果。通过踏板带动连架杆上下摆动，带动曲柄以偏心轴的形式与大齿轮连接达到传动的目的，通过大小齿轮的啮合达到改变传动比的效果，同时采用小齿轮内部装有飞轮的结构，不仅是达到单向传动的目的同时使结构紧凑强度更高。 图 3板自行车总装配图 助件 为了实现自行车行驶的功能，需要自行车系统的各个运动轴配合工作，此外还需要承载部件和辅助部件。无论是休闲自行车还是山地车都主要由前轮、后轮、脚踏板、四杆机构、飞轮、齿轮、直流电机、电瓶、车把、车架、刹车、前叉几个模块组成。其中前轮、后轮模块构成了自行车的执行子系统、四杆机构和齿轮是自行车的传动子系统，脚蹬模块是驱动子系统，车把模块是转向子系统，车架模块要起支撑作用，刹车模块是辅助子系统。 车架：是构成自行车的机体，连接着自行车的其余各个 部件，并承受骑者的体重及自行车在行驶时经受的各种振动和冲击力量。 前叉：支承前轮所受的重量，将车把转向动作传进到前轮，使自行车能按照骑者的意愿方向行驶；前叉下端压有弯度，能促使自行车有自己的向前行驶的性能，减轻骑车者操纵强度，并起一些缓冲作用。 车把模块：连接着前叉，可转动前叉，在行驶性能上主要是操纵自行车的行驶方向，并作为骑车者的扶手，支撑着一部分骑车者的重量，在车把上安装着制动手把和车铃，控制制动信号。车把因装在自行车懂得正前方，要求美观合适，必须能承受一定的颠簸撞击性能。 脚踏板模块：是承受骑车者的蹬 踏，由于本车的设计是骑车者站立在车上，因此脚踏板几乎要承受部分骑车者的重量，脚踏板通过传动的四杆机构驱车向前。由于骑者的脚步可以与脚踏板完全接触避免了骑者在蹬踏的过程中的不适。 塔里木大学毕业设计 9图 3板 四杆机构模块：通过时杆机构代替原本的齿轮链条连接使其传动过程更加平稳，传动比更加精确，同时四杆机构减轻了其自行车的重量。 飞轮：其作用有两个，一是当骑车者用力蹬踏脚踏板时，飞轮能将踏力传到后轴身上，推动全车前进；另一个作用是在行驶途中当骑车者不踏动脚踏板时，自行车因受惯性影响，仍继续前进，但飞轮外套并不随着后轴身转 动，脚踏板也不会随之运动，可是骑车者获得休息机会，和便于上下车。 直流电机模块：其作用有两个，一是作为发电机，当骑行者用力踩踏板推动全车前进的同时将机械能转化为电能；二是作为电动机，当骑行者身体乏力时，由电瓶供电，作用于电机，此时电机作为电动机提供动能是自行车向前推进。 电瓶模块：作用是储存电能和供给电能。 前、后轮模块：前后轮总称车轮，一个作用是承受自行车本身和骑车者的全部重量，另一个作用是车轮旋转推动自行车前进及转向，因此必须巨涌足够的强度，一面在行驶中受到振动发生折断，同时要求车轮必须圆正，可保持在旋 转时平稳，此外车轮结构要有适当的弹性，以增强避振性，提高骑车者的舒适性。 齿轮传动模块：是自行车传动系统的一部分，实现把四杆机构得力传到后轮。 刹车模块：骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、始、停，以确保行车安全。是保证骑行安全的关键部件，有普通闸、钳形闸、触闸、抱闸、涨闸、脚闸、盘闸等多种结构形式，但不管何种结构，都要保证达到制动性能的要求。 行车所选用的材料 铝合金制的车架轻而刚性强。经过特殊加工 1 个车架的重量只有 1 公斤重。铝管道趋向大口径化，为了缓和过于强的刚性，目前座管及车叉采用吸收冲击力强 的碳纤等的受人注目。我的踏板自行车自行车选择 7050里木大学毕业设计 104 踏板车的设计计算 行车的四杆机构 ： 图 脚踏板，则线段 可视为四杆机构曲柄摇杆机构的摇杆， 连杆， 曲柄，虚线圆为曲柄转过的轨迹。 2C=E=B+E 满足曲柄摇杆机构。 踏板处于最高点时如图 图 4杆机构示意图 212212 )( (4 21212 踏板处于最低点时如图 b 图 4杆机构示意图 222222 )( (4塔里木大学毕业设计 11 22222 (4图 4 脚踏板下方支撑杆到车架表面的距离： 人在踩踏脚踏板时，身体倾斜 约为 5 10 当 5 时 5co =1992N 当 10 时 10c o =1969N 我们人近似取 2000N 故 当 时 o x = y =F =F = 时 o x = y =F =F =T = 8 4 5 31212 轮机构传动： 选精度等级、材料及齿轮的齿数对于齿轮传动，我们选择： 塔里木大学毕业设计 12渐开线直齿圆柱标准齿轮传动；齿轮制造精度 7 级；啮合的齿面采用“软 合；小齿轮 图 4齿轮 材料为 45 钢（调质），硬度 280齿轮材料为 45 钢（调质），硬度； 240z =26；大齿轮的齿数 1z = 2z 1i =26=65 实际从动轴（低速轴）转速 66530=75(r/因为齿轮传动的类型属于开式齿轮传动，根据齿轮的设计准则可以知道其传动的主要失效形式是磨损和轮齿折断，因磨损尚无成熟的计算方法及设计数据，目前只能按照齿根弯曲疲劳强度设计计算，考虑磨损的影响可将模数加大 10%20%。 故其设计公式为 F 1213(4为螺旋角 =0，所 以 根据公式计算得 1T =2T =量齿数 5, 262 大齿轮 小齿轮 齿形系数： 图，得应力修正系数为； 大齿轮 齿轮 查图得齿轮材料弯曲疲劳极限应力算得许用弯曲应力 F = 据式： 塔里木大学毕业设计 13 F 1213= 8 4 2 取标准模数 m=3. 分度圆直径781263c o 51653c o a= 8195 表 轴： 参照中轴后移无链直行车的工作原理，要求轴与齿轮用平键紧密联接在一起，由四杆机构带动轴转动从而驱动齿轮转动。因此得知中轴是一根转轴，同时受到了弯矩和转矩。轴式一个弹性体，当受周期性外载荷时，将引起强迫 振动；当此外载荷的频率等于轴的固有频率时，将产生共振。共振会导致周和轴上零件甚至整个机械系统受到破坏。轴产生共振时的转速称为临界转速。如果轴的转速停滞在临界转速附近，轴的振动将迅速增大，以致达到轴甚至整个机器破坏程度。 轴选用材料为 45 钢 中轴的受力分析 : 大齿轮传递的转矩 1T = 4轴 大齿轮的分度圆直径： d=195周力： 齿轮 模数 m 齿数 z 分度圆直径 d 齿宽 b 中心距 a 小齿轮 3 26 78 13 齿轮 3 65 195 13 塔里木大学毕业设计 14= 向力： = =N） 00 0 00 0 M p 0 取，取 A 21 9 8 4 0 T根据公式 14 00 003 根据公式 14轴的弯扭应力： 122 型普通平键，均采用 45 钢 在安装车轮中轴齿轮处的轴径为 40 ，该处键的尺寸为 B h=6 6 齿轮的轮毂宽 =13 ，可见与其配合的轴段长度 =13 。 所以取键长为 L=10而，键的工作长度 l =6 。 于是，由式（ 6算键的挤压强度 p=0406 =100= p螺栓的强度校核： 我们选择 20 的螺栓 2 . 5 0 M p ，钢的螺纹连接系数：屈服强度： 钢的许用挤压应力： =384 M p 许用切应力： 螺栓的工作剪切应力： F=栓半径 50 , 螺栓杆的剪切强度条件为： 5 34220该螺栓符合要求。 A 塔里木大学毕业设计 轴： 图 4后轴的受力分析 小齿轮传递的转矩 T=齿轮的分度圆直径： d=78周力：向力： 20 3 50 0 0 0 369 5 50 0 0 0 M p 0 取，取 A 27 9 3 6 T 00 003 因此轴颈 5轴滚动轴 承的选择及寿命计算： 根据工作条件，初选两轴承均为深沟球类型。 根据结构设计所得的轴径 B 处尺寸为 10附录表 2 深沟球轴承 ( 276轴承型号可以选择为 :6200 型。 而这种选择，必需要同时满足：轴承所承受的要求的载荷，与需 要的寿命这两方面的要求。 轴滚动轴承的寿命计算与选择 根据题目给定的条件与前面分析与计算，低速轴上这对轴承的工作 条件是：径向载荷为 ，轴的转速为 n=75r/径为 10期寿命为43800h 深沟球轴承有 6000、 6200、 6300、 6400 四类，我们选择 6200 轴承。 由附录 2 中查出 6200 型轴承的参数是： 基本额定载荷 100N 塔里木大学毕业设计 16 基本额定静载荷2390N 由于齿轮不受轴向力，因此 这样，可以计算出0 应用线性插值法，得判断系数 e= 进一步，计算出比值 e，于是 得载荷系数 X=1,Y=0。 根据工作机的特性，查 表得取载荷系数 由式（ 15 6）计算当量载荷为 (4由 15 11计算轴承寿命： 43800h 即 43800，于是， 6200轴承可用。 流电机 . 图 4选择电动机的转速，应尽量与工作机械需要的转速相同，采用直接传动，这样既可以避免传动损失，又可以节省占地面积。 电机旋转磁场的转速（同步转速）有 3000r/1500r/1000r/750r/机的转速一般要低 2% 5%，在功率相同的情况下，电机转速越低体积越大，价格也越高，而且功率因数与效率较低；高转速电机也有它的缺点，它的启动转矩较小而启动电流大，拖动低转速的机械时传动不方便，同时转速高的电动机轴承容易磨损。所以在电动自行车上一般选用 3000r/的转速也比较高，但它的适应性较强，功率因数也比较高。在考虑到直流电机作为发电机使用时需要较高的转速才能实现比较稳定、快速的产生电能。 i=2 i=65/26=设计中减速 电机工作环境为高速轴转速不大于 3000r/速工作环境温度范围 里木大学毕业设计 17+30C 。可优先考虑标准减速电机。 总传动比 (4i=igi 取 一对圆柱转轴的传动比 各轴转速计算 1n =3000r/n =3000/n =强度选用减速电机 计算功率 11 111 (4式中1P 传递的功率 ,工况系数； 1n 要求的输入转速 r/ 1n 承载能力表中靠近1n的转速 r/ 1表 187【 1】 中查出； 1 对应于1n时的许用输入功率 时 ,取 11 .； 表 4工况系数 按 i=3及 000r/选用减速电机 校核热功率 t 21 ,环境温度系数 1f =1 负荷率系数 2f =率利用系数 适 表 4瓶 蓄电池容量与充电机对应电流选择。关于铅酸蓄电池及免维护铅蓄电池的充电电流；过大或过小电流充电对蓄电池质量和寿命都有影响，一般充电速率选择在 2 20间都可以 ,长期过小的充电电流会使蓄电池内阻增高 ,容量逐渐减少 ,直到失效，过大的充电电流会使蓄电池极板受损或升温 ,使用寿命大大缩短。蓄电池与充电器对应电流 = 电动机型号 额定功率 满载转速 极数 (额定转矩 )堵转转矩 最大转矩 (额定转矩 ) 50W 3000r/ 250W 250W 塔里木大学毕业设计 18蓄电池标称容量（安倍小时）。 蓄电池充满电的时间（小时率）。 A 是充电电流。综合选取骆驼 24电池 46簧 综合选取骆驼 24电池 46径 D、中径 径 距 p、螺旋升角及弹簧丝直径 d。由下图圆柱螺旋弹簧的几何尺寸参数图可知，对圆柱螺旋压缩弹簧一般应在 5 9范围内选取。弹簧的旋向可以是右旋或左旋，但无特殊要求时，一般都用右旋。选用压簧是承受轴向压力的螺旋弹簧，因能承受压力，两端可为开式或闭式或绕平或磨平，它所用的材料截面多为圆形，也有用矩形和多股钢萦卷制的，弹簧有等节距和变节距的，压缩弹簧的形状有 :圆柱形、圆锥形、中凸形和中凹形以及少量的非圆形乃至各种尾端之变体，均可产品需要依设计 成型等，压簧的圈与圈之间有一定的间隙，当受到外载荷时弹簧收缩变形，储存变形能。选用 60轮机构 自 行车上的飞轮，又称为超越离合器，实质上就是一个棘轮机构。利用牙的啮合、棘轮 块的楔紧作用单向传递运动或扭矩的离合器。 超越离合器分为棘轮超越式、滚柱超越式和楔块超越式。通常运用于自行车的为内齿棘轮超越式的超越离合器。其工作原理是当外圈顺时针旋转时，通过外圈的内齿带动内圈棘轮输出转矩，外圈逆时针转动时，棘爪与外圈的内齿呈分离状态，内圈空载旋转。 棘轮机构具有结构简单、制造方 便和运动可靠等优点，故在各类机械中有广泛的应用。但是由于回程时摇杆上的棘爪在棘轮齿面上滑行时引起噪声和齿尖磨损。同时为使棘爪顺利落入棘轮齿间，摇杆摆动的角度应略大于棘轮的运动角，这样就不可避免地存在空程和冲击。此外棘轮的运动角必须以棘轮齿数为单位有级地变化。因此棘轮机构不宜应用于高速和运动精度要求较高的场合。 棘轮机构所具有的单向间歇运动特性，在实际应用中可满足如送进、制动、超越离合和转位、分度等工艺要求。 如下图所示为几种常用的棘轮齿形。 （图 a） (图 b) 图 c) 图 4意图 最常用的齿形为不对称梯形，如图 4a)所示。 当棘轮机构承受载荷不大时，为便于加工，可选用三角形齿形。三角形的非工作面可作成直线型（如图 4b)所示）和圆弧型两种（如图 4c)所示）。 在此设计中的棘 轮的齿形选用了最常用的不对称梯形的齿形。 塔里木大学毕业设计 19实际上棘爪和棘轮齿接触面间存在摩擦，如图 4示。 N棘轮齿对棘爪的法向反作用力； 图 4爪和棘轮齿面 F棘轮齿给予棘爪的摩擦力。 为了保证工作时棘爪顺利滑向棘齿根部而不被挤出，则应保证使棘爪顺时针转动滑向齿根的力矩大于阻止棘爪滑向齿根的力矩。也即保证以下关系： co ss 2 (4式中 p 为棘爪轴心位置角。 式中左侧为法向反作用力 N 使棘爪顺时针滑向齿根的力矩，右侧为摩擦力 F 阻止棘爪滑向齿根的力矩。 因为 (4f 和 b 分别为摩擦系数和摩擦角，一般取 f= 由此得 ，即 。 由此可知，棘爪能顺利滑向齿根部的条件为：棘爪轴心位置角 b，即棘轮对棘爪的总反力 R 的作用线与轴心连线 21交点应位于 1O 与 2O 之间。 棘轮的齿形已经标准化。周节 p 根据齿顶圆来考虑。棘轮的齿数通常在 630 的范围内选取，但 有特殊用途时，可以更少或更多些，齿数愈多，冲击愈小，但尺寸较大。为了减少冲击，可以装设两个或多个棘爪。 设计齿形时，要保证棘爪啮合性能可靠，通常将棘轮工作齿
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