毕业论文定稿-双人前后座自行车的设计

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763宁XX 大学毕 业 设 计 (论 文 )双人前后座自行车的设计所 在 学 院专 业班 级姓 名学 号指 导 老 师年 月 日2摘 要自行车是家庭日常生活经常用到的器材，它具有结构简单、可靠性高等优点，已广泛用于各场所和家庭。根据人体工程学而设计的双人前后座自行车，符合一般人的健身要求，这样的设计科学合理。本题目是休闲娱乐类自行车, 双人前后座自行车为主要设计对象，设计出可同时容纳两个人同时乘坐，并驾驶，动力由两个人共同提供，并且使用寿命长，容易维修，可在路面长时间行驶，安全性能高的自行车。对象多为亲子或者情侣，因此应达到省力，美观，可营造出温馨浪漫的气氛。双人前后座自行车在现今市场上依旧比较少见，其原因主要在于其市面已有结构设计部分不合理，使用的稳定性不高。，至此导致市面上多为双人前后座自行车较为少见。此次课题设计，力求设计出优于市面原有的产品，完善双人前后座自行车的缺点，真正意义上的让双人前后座自行车推广出来。关键词：自行车，双人前后座自行车，健身，机械设计详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763AbstractThe bicycle is the family often used in daily life of equipment, it has the advantages of simple structure, high reliability, has been widely used in various places and families. Designed according to human body engineering double seat bicycle, accords with the general fitness requirements, this design is scientific and reasonable.This topic is recreational bicycle, double seat bicycle as the main design object, design can accommodate two people at the same time riding, and driving, power is provided by two individuals, and long service life, easy to repair, be on the road a long time, the safety performance of high bicycle. The object for many parents or lovers, so should be saving, beautiful, can create a warm and romantic atmosphere.Double seat bicycle in the current market is still relatively rare, the main reason is that the market has been part of the structural design is unreasonable, the stability is not high. This led to the market, more and more rare double seat of bicycle. This topic design, and strive to design better than the market existing products, improve the disadvantages of seat of bicycle double before and after, the true sense of the double side by side to promote a bicycle.Key Words: bicycle, double seat bicycles, fitness, mechanical design4目 录摘 要.2Abstract.3目 录.4第 1 章 绪论.61.1 自行车市场调查 61.1.1 前言 .61.1.2 自行车的发展史 .61.2 种类分析 81.3 自行车的设计分析 13第 2 章 人体工程学与自行车设计.172.1 设计原则 172.2 人机工程设计设计 192.3 影响自行车性能的人体因素 212.4 自行车设计结构要素分析 232.5 人一车动态特性分析 .26第 3 章 总体方案设计.283.1 双人前后座自行车的构成 .283.2 双人前后座自行车方案设计 29第 4 章 双人前后座自行车机械部分计算.304.1 功率的计算 .304.2 传动比 .314.3 前后链轮之间的链传动设计 .324.3.1 设计要求 .324.3.2 设计过程 .324.4 手动链轮至后链轮之间的链传动设计 344.4.1 设计内容 .344.4.2 设计步骤 .35详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397634.5 轴的设计 374.5.1 链轮上力的计算 374.5.2 材料 374.5.3 计算轴的最小直径 374.5.4 轴的结构设计 374.6 轴的校核 .384.7 键的校核 394.8 轴承的校核 40第 5 章 三维图的设计.42结 论.46参考文献.47致 谢.506第 1 章 绪论1.1 自行车市场调查1.1.1 前言自行车的设计涉及到功能、造型、材料、结构、技术、艺术等多方面要素，有深厚的理论基础和广泛的应用实践价值，更是一个国家家具设计水平的最好体现。自行车不仅仅用于供人休息，除了提供座位之外，还可以挂放衣物和包之类的东西。自行车是人类坐姿活动不可缺少的家具，根据实用性质的不同，自行车包括多种形态，而且由于材料、结构等的差别，又可以形成许多不同的形式。1.1.2 自行车的发展史早的古埃及的黄金扶手器材到当前多种多样的坐具，自行车经历了一个漫长的发展历程，从重象征性、装饰性向重实用性、舒适性发展。发展至当代，虽然各种自行车在设计风格方面的界限已经不那麽分明，但我们仍可以将其归结为以下几种：即波普及后现代主义风格；简约设计风格；有机现代主义风格：高技术派设计风格。自行车的名称始见于唐代，而自行车的形象则要上溯到汉魏时传入北方的胡床。敦煌 285 窟壁画就有两人分坐在自行车上的图象；257 窟壁画中有坐方凳和交叉腿长凳的妇女；龙门莲花洞石雕中有坐圆凳妇女。这此图象生动地再现了南北朝时期器材、凳在仕宦贵族家庭中的使用情况。尽管当时的坐具已具备了自行车、凳子的形状，但因其时没有器材、凳的称谓，人们还习惯称之为“胡床” ，在寺庙内，常用于坐禅，故又称禅床。唐代以后，自行车的使用逐渐增多， 自行车设计子的名称也被广泛使用，才从床的品类中分离出来。因此，论及器材、凳的起源，必须从汉魏时的胡床谈起。高承事物纪原引风俗通称：“汉灵帝好胡服，景师作胡床，此盖其始也，今详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763交器材是也” 。 后汉书。五行志一：“汉灵帝好胡服、胡帐、胡床、胡坐、胡饭，京都贵戚皆竟为之。 ”这两段记载可证，我国古代自行车的出现当在汉灵帝时期（168-189 年） 。胡床在魏晋南北朝至隋唐时期使用较广，有钱、有势人家不仅居室必备，就是出行时还要由侍从扛着胡床跟随左右以备临时休息之用。胡床在当时家具品类中是等级较高的品种，通常只有家中男主人或贵客才有资格享用。在方人雅士中还多有褒词及生动描述。如南朝梁庾肩吾咏胡床诗曰：传名乃外域，入用信中京。足欹形已正，文斜体自平。临堂对远客，命旅誓出征。何如淄馆下，淹流奉盛明。胡床因其形态特点又有“交床”和“绳床”之称。隋朝称“交床” ，是因为隋高祖意在忌“胡”字，器物涉“胡”字者，咸令改之。宋。陶清异录云：“胡床施转关以交足，穿绷带以容坐，转缩须臾，重不数斤。相传明皇行幸频多，从臣扈驾，欲息无以寄身，遂创意如此，当时称逍遥坐 ”。胡床开始并无靠背，形如今天所见的马扎儿。唐代始有靠背。这种逍遥坐很可能就是带靠背的胡床。胡床最早出现于汉代，比唐明皇早几百年，要说为唐明皇创意显然不妥。所以这里所说的创意，应指增加了靠背。胡床在唐宋时期盛行，宋代尤甚，不过宋时称胡床者渐少，而称其为交器材的逐渐增多了。带靠背的胡床始自唐明皇，还可以从唐代济渎庙北海坛祭器杂物铭。碑阴的记载中得到印证，文中记有：“绳床十，内四自行车” 。从这段记载可知在唐代贞元元年已有了自行车的名称。这里所说的“绳床十，内四自行车”是指在十件绳床中有四件是可以倚靠的自行车，显然是为了与另外六件无靠背绳床相区别。可见，自行车的名称8虽已出现，在日常生活中可是常见家具，但它还未完全从床概念中分离出来。在唐代的典籍中，把自行车称为床的仍很普遍。唐代著名诗人杜甫在少年行。七绝中写道：马上谁家白面郎，临街下马坐人床。不通姓名粗豪甚，指点银瓶索酒尝。五代至宋，高型坐具空前普及，自行车的形式也多起来，出现靠背器材、扶手器材、圈器材等。同时根据尊卑等级的不同，自行车的形制、质料和功能也有所区别。五代至两宋时期的家具大体保留着唐代遗风，只是高型家具较前更加普及了。高型家具的使用在民间形成时尚，居家必备高型桌器材，这从当时的绘画中可见一斑。如宋代张择端清明上河图中的市肆小店，无不陈放各式高型家具。宋代会昌九老图中描绘的圈器材也是前代没有品种。在近年发掘的宋代墓葬中还有以石、陶制作的家具模型或在墓室墙壁用砖砌成或雕成各式家具，其中表现墓主夫妇对坐在自行车上的场面最为普遍。如河南方城出土的石器材残件、河北井径县柿庄七号宋墓墓室砖雕桌器材、柿庄二号墓墓室壁画对坐图中的桌器材、洛阳涧西宋墓墓室的砖雕家具等。这说明自行车等高型坐具不仅在人们日常生活中普遍使用，还被人微言轻殉葬用器。1.2 种类分析自行车价格较为廉价，已然普遍到各家各户，随着“时尚、运动、健康、绿色、环保”理念的深入人心，自行车类产品的设计、材料、工艺、款式也跟随市场需求，新材料、精加工、巧构思、高品质和高附加值的自行车精品不断涌现。自行车不但成为人们的代步交通工具，而且进入运动、休闲、娱乐、时尚领域，并融入更多的科技、文化元素，成为所有家庭的必备用具。自行车发展，在使用功能上说变化已很少了，详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763现代自行车的主要发展在于车架的造型行变化，表面的处理如烤漆、商标的变化使其外观更美；对自车上的每一个零件进行精雕细琢的改进，使其更合理、美观；对自行车的材料上的选用与开发。由此致使自行车功能上的变化也没有很大的改变。公路单车用来在平滑公路路面上使用的车种，由于平滑路面阻力较小，公路自行车的设计更大考量高速，往往使用可减低风阻的下弯把手，较窄的高气压低阻力外胎，挡位较高，且轮径比一般的登山越野车都大，由于车架和配件不需像山地车一样需要加强，所以往往重量较轻，在公路上骑行时效率很高。由于车架无需加强又往往采用简单高效的菱形设计，公路车是最为优美的自行车。健身单车健康、时尚、新概念 全新理念设计的健身自行车，最主要的特点就是手脚双动力，时速可达 40km/h；做功方式多、健身效果好。骑行本自行车时，手脚可同时对自行车10驱动做功，也可单独用手或脚驱动做功。采用脚拉脚蹬直线式、手拉摆杆摆动式做功方式，既提高了自行车的行驶速度，又锻炼了腿部肌肉、臂部肌肉。获得多项国家专利，适应于中老年人作代步健身的交通工具之用，也可适应于年轻人作旅游娱乐之用。死飞单车死飞车起源于场地自行车，飞轮是固定的，向前踩车子向前，向后踩则车子向后，后有一些另类的自行车爱好者利用废弃的场地车作为工作交通工具，其在城市可以快速穿行，且价格低廉，同时需要一定的骑行技术，一般小偷无法偷走。这些特点使得它在英美等国家的自行车爱好者中很快流行开来，并成为一种街头文化。各大自行车品牌也进行跟进，开发及推广死飞车车种，使之在大众中普及开来，成为都市最流行的自行车款式。纯粹的死飞车需要一定的技术，并有危险性，所以这些厂商开发的产品，是死飞和活飞两用的，并装有刹车，以保证安全。速降单车详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763速降自行车，也称落山自行车。英文简称 DH。是一种极具挑战性的活动。骑手利用特制的 DH 自行车在山坡上滑翔，甚至坠山来寻求刺激。活动多在山脊、矿洞、雪地等地带开展。奥地利人利用 DH 创造出 210.4KM/H 的世界纪录。速降自行车的车架角度与山地自行车有所区别，零件与山地自行车一样都为英制单位。进行此项活动时必须佩戴头盔、护甲等装备。前叉减震的行程比山地自行车及 XC 自行车要长。轮胎宽度一般超过 2 英寸。驱动单车简化掉传统的脚蹬子和车座的自行车，车的体积更小，更加便于携带，如洛克车、Lbike 等，他们的共同特点是乘用者为站立姿态，用双脚驱动踏板往复运动，并通过传动机构将驱动力传递给驱动轮，Lbike 与洛克车不同之处在于前者踏板的转动轴在脚掌中间，双脚的脚掌和脚跟分别用力、同步（不是交替）驱动踏板运动，由于乘用时人对车体的两侧用力均衡，车体运行更加平稳。现今，我国经济基本处于长期较快稳定的发展，有广阔的资金投入城市化建设，其中有一大部分投入到公益社会文化建设，其中，城市公用自行车既是城市建设的一个重要的投资点。而课题设计的双人前后座自行车可让如今越来越淡薄的人与人之间相互拉近彼此距离，符合现今城市建设精神建设的主要需求。相信该课题的研究尤其12良好的发展前景，也有其一定的社会意义与社会价值。简化掉传统的脚蹬子和车座的自行车，车的体积更小，更加便于携带，如洛克车、Lbike 等，他们的共同特点是乘用者为站立姿态，用双脚驱动踏板往复运动，并通过传动机构将驱动力传递给驱动轮，Lbike 与洛克车不同之处在于前者踏板的转动轴在脚掌中间，双脚的脚掌和脚跟分别用力、同步（不是交替）驱动踏板运动，由于乘用时人对车体的两侧用力均衡，车体运行更加平稳。现今，我国经济基本处于长期较快稳定的发展，有广阔的资金投入城市化建设，其中有一大部分投入到公益社会文化建设，其中，城市公用自行车既是城市建设的一个重要的投资点。而课题设计的双人前后座自行车可让如今越来越淡薄的人与人之间相互拉近彼此距离，符合现今城市建设精神建设的主要需课题主要以设计双人前后座自行车的结构为主，进行一系列课题研究，从运行原理到市场前景进行有力的分析，让该毕业设计达到可直接进行生产的阶段。填补市场上双人并排坐自行车缺少的空缺，设计出低成本，耐用，结构人性化，易推广，外形美观的成品出来。社会上已有的双人自行车欠缺并排座设计，而该设计比已有的前后座拥有更大的市场前景与相应的社会意义。并且已有的双人前后座自行车在平衡问题上仍有欠缺，此次设计力求改变现状，采取合理的方案，解决双人乘坐时，若重量过于悬殊的平衡问题，以及驱动时的省力与人性化问题。1.3 自行车的设计分析1.3.1 设计流程详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763自行车是对人们活动起辅助作用的工具，首先必须能够承受人们活动带来的各种力量和冲击。设计师在设计初期就应该考虑到自行车对外部冲击的承受力，否则就不能充分体现自行车的实用功能。因此设计师应在充分了解自行车构造的基础上进行设计，以达到既美观又实用的目的。为实现这个目的构筑了如下的设计流程。1 概念化阶段概念化阶段是整体设计的理念和宗旨，是保证今后具体设计得以顺利进行的前提条件。对自行车设计概念化进行设定的过程，涉及自行车相关的功能性、构造和材料以及形状等问题。对于“某种设计为什么应该采取那样的形状或构造？” “为什么应该用那样的材料生产？”等问题，概念化阶段都要做出总体的说明。设计的概念化要充分反映设计师的理念和价值，发挥他们的创造性，所以它不应是其他人的意见，而应该是设计师自己的想法。2 体化阶段具体化阶段是按照在概念化阶段设定的设计方案，解决家具的构造、功能和美观问题并创造出其基本形状。在这个阶段要画很多草图、图样，做出模型，还要选择材料，讨论自行车的构造以及其他一些细节问题等。自行车设计的具体化阶段就是创造出产品形状的过程，简单地讲就是做出自行车造型的外观图样，并对其进行论证。3 整体外观阶段自行车设计的关键是将重点放在符合整体的外观和核心架构的设计上。产品的外观、自行车的造型以及稳定的构造应该既反映设计师的精湛设计，又能实现人们对舒适的要求，这就是设计家具的重点。为实现这一目标，我们以在具体化阶段提出的产品外观为基准做出了如下的骨架模型。可以说这是为实现自顶向下的设计方式而做出的基本模型。自行车设计的关键是将重点放在符合整体的外观和核心架构的设计上。14产品的外观、自行车的造型以及稳定的构造应该既反映设计师的精湛设计，又能实现人们对舒适的要求，这就是设计家具的重点。为实现这一目标，我们以在具体化阶段提出的产品外观为基准做出了如下的骨架模型。可以说这是为实现自顶向下的设计方式而做出的基本模型。从这个骨架模型中，我们不仅可以看到体现着产品概念的外观，还可以获得产品各种配件位置和连接的信息，如核心架构（Core） ，倾斜度(Tilt)，底座（Base） ，扶手（ArmRest）等。这可以由设计师在设计产品并做出草图的同时，从 3 个角度，即曲面（Surface） ，曲线（Curve） ，基准面（DatumPlane）来表现。这种骨架模型是与上面提到的三个阶段中对家具设计的内容相联系的，用于设计师很少接触的筋（Rib） ，凸台（Boss） ，体格构造等的设计中。当然这对于没有相关基本知识的设计师来说几乎是不可能的事情，但只要是在内部开发过 2 个以上模型产品的设计师，都可以亲自完成模型各部分器具设计。4 计检验阶段通过以上各阶段步骤完成的产品设计并不是完美的。尤其是自行车与人体结构有着密切的关系，可以说人们对产品设 自行车设计合理性和适用性的评判是很重要的。因此应该对设计进行检验。对于自行车的设计来说，自行车的大腿底座（Base）部分能否稳定地支撑人体体重是很重要的。当然除此之外对 Back，即支撑人体背部的器材背部分和 ArmRest，即扶手部分的检验也是很必要的。对自行车底座（Base）的说明通过以上一系列说明，我们可以了解设计师对产品零部件进行亲自设计的整个过程。当然比起专门的零部件设计者来说，他们的设计可能还存在着不足，但是这拓展了设计师的工作领域，重要的是创造产品的设计师通过参与详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763产品的整个开发过程，可以开发出更具亲和力，符合人体工程学的产品。1.3.2 设计要素1 实用性实用性就是泛指满足人们生活需求开始与发展的。现代家具不但要可靠、适用、安全，更重要的是满足它的使用功能与舒适度。无论是静负荷类家具或动负荷类家具，都应根据人体工效学的基本法则，结合人体的生理和心理的需求，设计出合理的家具尺度的和空间分割距离，给消费者创造一种最大限度的舒适和方便以及安全感、视觉美感等，最终回归到最佳实用效果的目的上来。现代家具赋予人们的美感是，通过人们的视觉、触觉感官来体会与感应的。而家具的实用性程度，则是通过人们的反复使用、接触与鉴别验证的。现代家具设计师水平的高低，只有通过努力探索、长期实践与不断总结，才能使自己的设计作品逐步达到日臻完善的设计追求目的。2 艺术性现代家具已不单纯是简单的日用消费品，家具产品作为一种文化现象发展到今天，它已经是现代人类生活中调剂居室环境的艺术品、装饰品、是融艺术与实用于一体的一代全新消费品。同时也是直接影响到室内陈设艺术效果和现代居室文化品味的重要乐章和主旋律。为此，现代家具设计师就必须从这一高度来认真研究与分析家具设计的要素中的艺术性问题。家具设计过程中，不可或缺地要灵活借用实用美术设计中的一些基本做法，其中如产品外观形体稳定的均衡；线型的谐和与灵气；装饰纹样的生动与形象逼真；五金辅件的格调的选择；都需要设计师在实践工作中，不断提高自己的实用美术学科修养水平，才能适应当前中国国内市场国际化的激烈竞争态势。没有好的产品设计，便没有较多市场份额的占有。3 工艺性16诚如以上所述，当前，我国家具工业产品的科技制造含量已经发生了巨大变化，几代构造特点的不同工艺构造款式的家具，都在不同的陈设环境与商场中频烦亮相、争奇斗妍。发展最为突出的是板式家具，或称实木家具。70 年代自行车设计宣传比较多的 KD 型家具，今天已经发展到具有国际先进水平的 RTA 型家具。笔者可以断言，板块构成，实木装饰型的新一代板式家具将会在我国家具工业产品系列中，长期占有一席之地，其发展前景也是举足轻重的。早在 1995 年的家具杂志编委年会上，业内着名学者专家就曾针对中国国内家具业发展趋势，明确提出了今后我国家具工业新产品设计开发目标应本着“板式家具高档化，实木家具艺术化，现代家具时装化，设计手法个性化”的设计理论导向和真知灼见。姑且不论上述论点正确与否，但有一点勿庸置辩，现代家具，无论其工艺构成特点与含量如何，企业为适应国内市场国际化的竟争需要，愈来愈趋向多品种、小批量、短周期的设计与生产方式。为便于家具实现工业化生产，又要兼顾到这类产品的工艺特殊性，形势迫使我们家具设计师在完成造型设计的同时，还必须把握与驾驭产品工艺设计一环的工作。先迸的技术设备是实现造型工艺的具体手段，由于科技的发展，给复杂的造型工艺提供了可靠保证，设计师匠心独造和综合技术，可以创造出新的造型表现形式，传统的加工方式，技术与造型的关系是同等的，现代家具设计师，则必须是家具工业生产领域内先进设备与高工艺水平加工技艺的熟知者与掌握者。从事专业设计的工程技术人员，应该是具有新型结构工艺制造学方面的复合型人材，方能挑起历史赋予我们的重任。4 经济性现代家具设计中，经济性设计亦应是设计师不容忽视的一个重要设计环节，这其中也包涵了工艺性设计的外延与内涵，诸如加工手段与方法、材料的选择与构成,工艺详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763程序排列等等。板式家具设计中的单块构件下料法(配料法)与零部件综合下料法，前后两者对比，后一种方法可节约原料 8-10%。其中，同样也包括人造板材类型的选择与应用；装饰贴在材料的应用方法与成本节约问题。举一例，毗邻的两家工厂设计一种雷同的巴洛克风格的休闲器材，由于其中一家工厂不注重研究产品设计中的经济性没计内容和方法，忽视了物耗成本这一价值规律，结果是两家工厂的材料利用率相差 3-5%。诚然，这其中不乏含有设计师水平高低之别。现代家具设计师只有在设计实践中，将实用性、艺术性、工艺性、经济性(目标成本法则)有机地结合与灵活运用，才能实现不断推出好的产品,奉献给广大消费者第 2 章 人体工程学与自行车设计2.1 设计原则自行车的设计尺寸是根据人体尺寸来设计的,各个部分的定位均参照人体尺寸。人体的主要尺寸:国标 GB10000-1988 给出身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长共六项主要尺寸数据。下表是我国成年人人体主要尺寸和坐姿人人体尺寸(摘自 GB10000-1988中国成年18人人体尺寸):主要尺寸 男(1860 岁) 女(1555 岁)百分位数 5 50 95 5 50 95身高 1583 1678 1775 1484 1570 1659体重kg 48 59 75 42 52 66上臂长 289 313 338 262 284 308前臂长 216 237 258 193 213 234大腿长 428 465 505 402 438 476小腿长 338 369 403 313 344 376坐姿尺寸 男(1860 岁) 女(1555 岁)坐高 858 908 958 809 855 901坐姿颈椎 615 657 701 579 617 657坐姿眼高 749 798 847 695 739 783坐姿肩高 557 598 641 518 556 594坐姿肘高 228 263 298 215 251 284坐姿大腿 112 130 151 113 130 151坐姿膝高 456 493 532 424 458 493小腿加足 383 413 448 342 382 405坐深 421 457 494 401 433 469臀膝距 515 554 595 496 529 570坐姿下肢 921 992 1063 851 912 975表 我国成年人人体主要尺寸和坐姿人体尺寸详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763设计要点：1. 座的形式与尺度及其功用有关2. 座材的尺度必须参照人体测量学数据确定3. 身体的主要重量应由臀部坐骨结节承担4. 座材前缘处，大腿与自行车之间压力应尽量减小5. 腰椎下部应提供支承，设置适当的靠背以降低背部紧张度6. 器材垫必须有足够的垫料和适当的硬度，使其有助于体重压力均匀地分布于坐骨结节区域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。2.2 人机工程设计设计1、人与支撑部件的关系图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20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。详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397632.3 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 。22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，却可掩盖自详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763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。2.4 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。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。2曲柄长度24传统的自行车设计，一般从杠杆原理考虑比较多，对人研究少，认为曲柄越长越有力。曲柄过长后，为了不使脚蹬碰到前泥板，不得不加大中轴至前轴的距离（前心距） 。这样势必加长车架，影响了正确的坐车姿势，使人感到臀部痛。若能按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度，则可使人省力和舒适。通常曲柄长度的基准，取人体身长的 110 ，也相当于大腿骨长的 12 。3 三接点位置正确的骑车姿势，是由骑车人和自行车三个接点位置决定的，如图1-4(a）中所示的鞍座位置 A 、车把位置 B 、脚蹬位置 C 。按三点调整法，AB 和 AC 约等，一般 AB = ( AC 一 3 ) cm , A 点略低于 B 点，约为5cm 。 图1-3 影响自行车的机械因素4 鞍座位置鞍座装得过低，骑行时双脚始终呈弯曲状态，腿部肌肉得不到放松，时间长了就会感到疲软详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763无力；鞍座装得过高，骑行时腿部的肌肉拉得过紧，脚趾部分用力过多，双脚也容易疲劳。骑车时适当的用力部位是脚掌。设计或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窝部位中心紧靠鞍座中部，使手的中指能触到装配链轮的中轴心为宜。人体各部尺寸都有一定的联系，只要腋窝中心至中指的长度确定下来，鞍座高度便可大致确定。行驶较快的车，鞍座位置要向前移动，行驶较慢的车，鞍座位置要向后移动，否则都不利于骑行，如图1-4 ( b ） 、 （ c ）所示。5 车闸设计时，闸把开挡、力率和闸把力要与人手的大小和握力相适应。灵敏度高的车闸，随着闸把上力的增大，刹车力也按比例地增加。如果闸把力到达某一程度不发生刹车作用，继而又骤然生效，说明这种车闸设计不良。在紧急情况下操纵时，理想的施闸力和减速度见表1-1 。图1-4自行设计的结构要素表1-1 理想的施闸力和减速度闸把施闸力 相对握力% 减速度 说明26/N6035050010701000.1g0.6g0.8g控制下坡速度全刹车紧急全刹车注：g=9.8m/s22.5 人一车动态特性分析1 动态稳定性自行车的稳定是行驶过程中的稳定，是一种动态平衡的稳定性。动态稳定性影响到自行车骑行中的动作，包括直进稳定性和前后左右方向的稳定性，见图 1-5(a） 。显然，稳定性对安全行驶是必不可少的特性。2力学特性自行车行驶在平地上转弯的条件是侧向力（与离心力平衡）与自行车总重量（人和车的重量）的合力作用线要通过轮胎与地面的接触点。这当然与骑车人有关，但更重要的是自行车的造型要有适合这种力学特征的结构形式。3 转向特性自行车转弯时可能有三种情况： 详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763图 1-5 人-车系统动态特性人体和车身向内倾的角度相等。即骑车人身体的中心线和车子的中心线一致时，自行车就可以转弯，即所谓中倾旋转，见图 1-5(b) ；骑车人的倾斜角比车子的倾斜角大时，此时的转弯即所谓内倾旋转，见图（c） ；骑车人的倾斜角比车子的倾斜角小时，此时的转弯即所谓外倾旋转，见图(d)。28第 3 章 总体方案设计3.1 双人前后座自行车的构成双人前后座自行车的整体构成由以下几大模块：(1).车身在行驶中，车身的造型对整个行驶的效率有着很大的影响，因为车身的造型直接影响到的是行进的阻力。此处设计的水陆自行车的车体造型也已达到最小阻力位佳，通过流体力学，我们可以针对各种造型在水中行进时所受的阻力进行分析，核定最佳造型设计以达到最佳运动效率。(2).传动系统通过机械设计我们可以比较确切的分析各种传动系统的传动关系进而计算出总传动系统的传动效率进行核算。(4).导向机构详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763正常直线行驶时，导向机构应不构成阻力，设计的导向机构应简单便捷为好。3.2 双人前后座自行车方案设计目前自行车设计各式各样，这里的设计主要从传动系统方面来结合设计。分析以上性能需求，并根据本设计需要，针对推传动系统的的设计提出以下方案：前人的动力来源采用链传动。当脚踩动踏板带动链轮 1、2 传动使得后轮 3 转动产生向前的驱动力驱动前进。后人的动力来源当手摇动手柄带动同步带传动使得后轮 3 转动产生向前的驱动力驱动前进。30第 4 章 双人前后座自行车机械部分计算4.1 功率的计算1、输入功率的计算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 ) ，但只能能持续 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） 。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。但本次设计内容为一休闲式娱乐工具，故对体力要求不能有过多要求。我们根据脚踩蹬的力量来计算在娱乐为主的休闲前提下的输出功率 。