折叠式自行车的整体设计7张CAD图

折叠式自行车的整体设计7张CAD图,折叠式,自行车,整体,设计,CAD 折叠式自行车的整体设计 摘 要 随着社会的发展，交通堵塞和环境污染已经日趋严重。面对当今这种拥堵和不利于环保与健康的交通情况，必须要有一种轻质量且便于携带的交通工具来服务人们的日常生活现状，这就给折叠式自行车的发展带来了很大空间。折叠式自行车最大的益处就是它能够带到公交车和地铁等交通工具上，当距离目的地较远而需要转车时它能够作为短途的交通工具来使用，既节约了等车时间又省下了转车所需要的费用，还达到了自行车的保养和防盗的目的。 关键词： 折叠； 交通； 便携 II ABSTRACT With the social development, traffic congestion and environmental pollution has become increasingly serious. Faced with this now congestion and is not conducive to environmental protection and health of the traffic situation, there must be a light weight and easy to carry in a vehicle to serve the people's everyday life the status quo, which is to develop a folding bike is a big space . The maximum benefit folding bike is that it can bring the bus and subway and other vehicles, when the destination is far away from the car and need to switch it can be used as short-distance transport to use, which saves time and save the other car the required transfer fee, but also to achieve the purpose of the maintenance and theft of bicycles. Key words: portable； folding；traffic 目 录 摘要 I ABSTRACT II 第 1 章 折叠自行车概述 5 1.1 选题背景 5 1.2 提出方案 5 第 2 章 折叠自行车设计 9 2.1 基本参数 9 2.2 滚子链尺寸 9 2.3 链轮基本尺寸 10 2.4 链轮齿形 11 2.5 节距校核 11 第 3 章 关键机构优化 12 3.1 机构动态静力分析 12 3.2 折叠扣的设计 12 第 4 章 机构建模 14 4.1 机构运动简图 14 4.2 机构关键构建建模过程 14 4.3 机构总装配过程 21 第 5 章 机构仿真 24 5.1 机构仿真过程描述 24 5.2 仿真数据测量及分析 25 第 6 章 结构分析 29 6.1 轴结构分析 29 6.2 折叠效果仿真 29 参考文献 33 5 第 1 章 折叠自行车概述 1.1 选题背景 随着如今交通的拥堵、环保政策的推行，作为短途代步工具的自行车逐渐的回到人们的视线之内。然而笨重的传统自行车已经不符合社会的潮流，加之自行车存放场所缺乏，导致占自行车占用人行道以及被盗现象日益严重，因此，设计一款占地面积小、方便携带、防盗且时尚的折叠式自行车就显得尤为重要。 1.2 提出方案 图 1.2.1 前后对称折叠 在现代都市生活中，折叠自行车已经得到了广大都市青年的认同，是的折叠自行车的市场不断的增加。在这样的行情下，各大品牌都有了自己的设计，折叠方式也各有不同，近年来各种折叠方式更是层出不穷，如：前后对称折叠、剪刀式折叠（又称 X 折叠）、内折叠、N 型折叠等。其中又以前后对称折叠的方式（见图 1.2.1）最为常见，也最为经典，其主要是将车架的大梁折叠，前后车轮能够叠在一起，车把手侧方向放倒，脚踏部分折叠，将座垫架压到底。虽然这种折叠方式的自行车折叠后外观没有其他方式折叠后的规则造型，但它相对于其他方式是 31 最简单便捷的，折叠后体积也能相对减少二分之一，也正是应为这点，这种折叠方式出现的时间最早，生产技术也最为成熟，所以，针对这次设计，我的设计采用的就是此种折叠方式。 折叠式自行车的折叠方式对其各项功能都有影响。各种折叠方式若想脱颖而出成为行业标准就只能是被消费者接受并被厂家广泛采用，自从折叠式自行车出现至今，设计者尝试的多种折叠方式都有其局限性。下面我要介绍的这几种都是目前较新的折叠方式： 图 1.2.2 N 型折叠 图 1.2.2 是 N 折叠方式，这种折叠方式并没有去采用传统的折叠主架大梁的方法，最大限度的缩小了车折叠后的体积，同时还留下了 2 个车轮部分的正常使用功能，对折叠后的携带带来了极大的好处——可以拖行。 图 1.2.3 前后交叉折叠 折叠式自行车（图 1.2.3）于前一款的基础上，有了进一步的改进，它最大的特点就是采用了特殊的前后交叉方式，且交叉结构不在一个平面上，使得自行车的前后车轮折叠后并排平行，此种的设计方案在进一步减少车体积的同时，也使得车在折叠后能够直接拖着行走，携带更加方便。 图 1.2.4 箱式折叠 箱式折叠式自行车（见图 1.2.4），首先在结构上，该设计的折叠方案中使用了独创的 7～11 齿分体小飞轮、辐板结构和单列向心球轴承，有效的突破了小轮式自行车受机械上传动比限制的技术难题，使得小轮自行车不但在体积上得到了有效的缩小，同时在重量上也得到了减轻，并且极大的提高了车的行驶速度，使得骑行、携带和存放都显得十分的方便。 总结上述对上自行车折叠方式的分析，我们不难发现消费群众的喜好对折叠式自行车的折叠方式起到了决定性的作用，而折叠式自行车的各项性能以及外在美观与否都深受各种折叠方式的影响。这就要求设计人员在设计时要仔细的分折叠自行车市场需求，应该要追求特点而不在于强求完美，争取做到表现自身特点并且能够兼顾其它，为广大消费群众提供更多的折叠方式和携带方式是折叠式自行车眼前的发展方向。 第 2 章 折叠自行车设计 2.1 基本参数 我们自定义大链轮转速 传动功率选择链轮齿数：  n2 = 120r / min ; P = 3KW 根据折叠自行车的尺寸大小， 取： 小链轮齿数： Z1 = 18 ; 自定：传动比： i=2.5; 则： 大链轮齿 Z2 = i * Z1 =45 根据市场调查，现市场上自行车链轮及链条链节距 p 基本上选为 12.7， 在本次设计中，为应对方便紧急情况以保证其互换性为原则，故遵循市场要求，定 ： p = 12.70mm 初定中心距： 取： a = 40 p = 508mm Z 2 L 1 + Z 2 a æ Z 2 - Z 1 ö p p = 2 + 2 p + ç 2p ÷ ´ a 18 + 45 40 p è ø æ 45 -18 ö2 p 链节数： = + 2 ´ 2 p + ç 2p ÷ ´ 40 p (公式 2.1.1) è ø » 111.96 取： Lp = 112 2.2 滚子链的尺寸 图 2.2.1 GB1243-83 部分截图 根据 p = 12.7 ，查 GB1243-83 选取 08A 滚子链其主要尺寸（见图 2.2.1）如下： 滚子直径： 滚子外径： d1max = 7.92mm d1 = 7.95 （参照机械设计教材表 13-11，GB1243-1977） 极限载荷： 销轴直径： 套筒孔径： 链条通道高度： 内链节内宽： 内链板高度： 排距： Q = 13800N（参照机械设计教材表 13-11，GB1243-1977） dz max = 3.98mm d3min = 4 h1min = 12.33 b1min = 7.85mm hmax = 12.07mm pt = 14.38mm 2.3 链轮基本尺寸 分度圆直径：  d = sin  p 180o Z  (公式 2.3.2) 其中小链轮为 73.14mm，大链轮为 182.06mm； æ 180o ö 齿顶圆直径： da = p ç 0.54 + cot Z ÷ （公式 2.3.3） è ø 其中小链轮的齿顶圆直径为 78.88mm，大链轮为 188.48mm； 齿根圆直径： d f = d - d1 （公式 2.3.4） 其中小链轮的齿根圆直径为 65.34mm，大链轮为 174.26mm； 90o 最大齿根距离： Lx = d cos Z - d1 （公式 2.3.5） 其中小链轮为 65.06mm，大链轮为 174.15mm。 2.4 链轮齿形 链轮的国家标准（GB1244-85）中尚未规定具体的链轮齿形，仅仅规定了最大和最小齿槽形状及其极限参数。目前较常用的一种齿形是三圆弧一直线齿形（如右图所示）。 下图中，齿廓上的 a-a、a-b、c-d 线段为三段圆弧，半径依次为 r1、r2 和 r3； b-c 线段为直线段。 图 2.4.1 GB1244-85 齿形标准 2.5 节距校核 根据机械设计教材表 13-8 取工作情况系数 KA =1.2； 根据机械设计教材表 13-13 取修正系数 Kz =1； 根据机械设计教材表 16-9 取载荷系数 Kp =1，则有： 额定功率： P0 ³ Pc = KAP Kz Kp = 1.2 ´ 3 = 3.6KW 1´1  （公式 2.5.1） 小链轮转速： n1 = in2 = 300r / min 根据 P0 ³ 3.6KW 、n1 = 300r / min ， 由机械设计教材表 13-11 查得 08A 滚子链，节距为 12.7，符合初步设计， 无需修改。 第 3 章 关键机构优化 3.1 机构动态静力描述 链速： v = n1Z1 p = 300 ´18´12.7 » 1.143m / s  (公式 3.1.1) 60 ´1000 60 ´1000 有效拉力： F = 1000P = 1000 ´ 3 » 1048.95N  （公式 3.1.2） 1 v 2.86 轴上载荷： FQ » 1.2KA F1 = 1.2 ´1.2 ´1048.95 » 1510.49 (公式 3.1.3) 定润滑方式 根据机械设计教材表 13-16 得：应采用滴油润滑。 3.2 折叠扣的设计 1、折叠扣的位置设定 1） 、在车的龙头部分，考虑到车把手在纵向上的占位空间相对较大，为了减少其对折叠后整体的体积影响，在此可设定折叠，暂定在车把手两侧以及龙头的车架上分别有一次折叠。 2） 、在车身部分有一个主要折叠，为了不影响传动系统，这个折叠的位置应在链轮的另一侧，折叠后即能最大程度的减少车辆体积，又不能干涉大小链轮的传动和车架的主受力机构（三角架），故此次折叠位置选在车架的三脚架前端，车身相对中间部分，车的传动为垂直传动，以车座为对称轴，前后最大横向距离相等，折叠后三脚架的长度与大链轮的半径在同一垂直位置，前后轮错开一个链轮半径。 方案分析： 1 、在车把手的两侧使用折叠扣，这样能顾减少车把手对车整体的影响， 但会影响车在在折叠和打开时的效率，而且在使用过程中影响美观，最关键是存在安全隐患，综合考虑，此处折叠弊大于利，故放弃，以车龙头前支架折叠来代替，并在不影响使用舒适度的前提下尽可能的减短把 手长度。 、车身关键折叠部分，以此折叠为中心，既不影响车的受力机构，又不干涉传动系统，还能最大程度的减少车的体积，但在此折叠，折叠扣受力相对较大，因此，此处的折叠扣应使用强度较大的材料。总体而言， 方案可取。 2、折叠扣设计 在我的设计中一切以方便简洁，贴合实际生产为主，折叠扣也不例外。 在我的设计中，折叠扣的前后两片都以平面为主，表面以磨砂处理，增加实际贴合度，不易打滑，以焊接方式固定在车架上，用配合式铰链接，磨砂表面在锁式扣紧凑固定的情况下完成链接，折叠时制需打开折叠扣，分开平面，操作简单， 正常在五分钟内就能完成一次折叠与打开，且折叠后，体积减少百分之四十左右， 十分方便。 折叠扣（见图 3.2.1）的材料均以铝合金制作，在拥有足够的强度的同时，还避免了其他高密度金属的高质量，简单轻便。 图 3.2.1 折叠扣局部截图 第 4 章 机构建模 4.1 机构运动简图及尺寸标注 图 4.1 运动简图 4.2 机构关键构件建模过程 1、链轮的模型建立： (1) 、新建一个零件文件，命名为“dalianlun”，进入 Pro/E 的零件模块。 (2)、创建旋转特征，构造链轮的大体结构： ①、在菜单中逐步选择“菜单”→“插入”→“旋转”，进入草图绘制编辑器完成以下草图绘制： 图 4.2 旋转一圈完成下图： 图 4.3 （3)、利用拉伸和阵列特征，创建链轮的齿廓： ①、在草图绘制编辑器中完成以下草绘： 图 4.4 ②、退出草图绘制编辑器，进行拉伸和阵列： 图 4.5 即可得到如下图所示： 图 4.6 (4)、拉伸、阵列特征的创建： ①、在草图绘制编辑器中完成以下草绘； ②、退出草图绘制编辑器，进行拉伸和阵列； ③、最后得到大、小链轮的模型： 图 4.7 大链轮模型 图 4.8 小链轮模型 2、依次新建车各机构模型 1） 、车身机构模型： 图 4.9 车身 2） 、车架机构模型： 图 4.10 车架 3） 、传动机构模型 图 4.11 链条 图 4.12 脚踏轴 4） 、坐垫建模： 图 4.13 坐垫 5） 、固定锁扣建模: 图 4.14 固定扣 4.3 机构总体装配过程 （1） 车头部分 1） 单击新建按钮，有新建对话框弹出。 2） 在对话框的“类型”组中选择“组件”单选项，在“子类型”选项组中选择“设计”。 单选项，输入组件名称为 bike，单击“使用缺省模板”复选项以不使用默认模板，单击“确定”按钮。 3） 在出现的“ 新文件选项” 对话框中， 从“ 模板” 选项组中选择 mmns_asm_design 单击“确定”按钮。 4） 单击“插入-元件-装配”按钮，插入 chetou3.prt，定义为“固定”。 5） 插入 chetou2.prt，销钉连接，A-11 轴与 A-13 轴同轴；chentou3 F42 平面与 chetou2 F29 重合。 6） 插入 chetou1.prt，销钉连接，A-5 轴与 A-3 轴同轴；chetou1 F-14 平面与chetou2F-6 偏距 80mm。 7） 插入ding.prt，刚性连接，A-4 轴与A-11 轴同轴；ding F-9 平面与chetou2F-15 重合。 8） 插入 ku.prt，A-5 轴与 A-3 轴同轴，ku F-15 平面与 chetou2 F-16 平面重合 9） 插入 pie2.prt，销钉连接，A-6 轴与 A-9 轴同轴，pie2 F-13 平面与 ku F-19 平面重合。 10） 插入 pie.prt，销钉连接，A-14 轴与 A-3 轴同轴，pie F-11 平面与 pie2 F-6 平面偏移 1mm。 11） 插入 lun1.prt，销钉连接，A-1 轴与 AA-1 轴同轴，lun1 F-42 平面与 chetou3 F-16 平面偏移 15mm。12）车头部分装配完毕。 图 5.15 车头 （2） 车身部分 1) 插入 cheshen1.prt，A-11 轴与 A-2 轴同轴，cheshen1 F-13 平面与 chetou3 F-50 平面重合。 2) 插入 cheshen2.prt，销钉连接，A-40 轴与 A-20 轴同轴，cheshen2 F-60 平面与 cheshen1 F-20 平面重合。 3） 插入 ding3.prt，销钉连接，A-2 轴与A-20 轴同轴，ding3 F-12 平面与cheshen1 F-8 平面重合。 4） 插入 ding4.prt，销钉连接，A-4 轴与 A-43 轴同轴，ding4 F-8 平面与 cheshen2 F-69 平面重合。 5） 插入 pie.prt，销钉连接，A-14 轴与 A-7 轴同轴，pie F-11 平面与 ding4 F-12 平面重合。 6） 插入 ban.prt，销钉连接，A-3 轴与 A-5 轴同轴，ban F-6 平面与 cheshen2 F-24 平面重合。 7） 插入 cheshen3.prt，销钉连接，A-7 轴与 A-4 轴同轴，cheshen3 F-8 平面与 ban F-6 平面重合。 8） 插入 tanhuang.prt，销钉连接，A-2 轴与 A-11 轴同轴，tanhuang F-6 平面与 cheshen3 F-34 平面重合；A-9 轴与 A-23 轴同轴，tanhuang F-22 平面与cheshen2 F-45 平面重合。 9) 插入lun2.prt，销钉连接，A-1 轴与AA-3 轴同轴，lun2 F-16 平面与cheshen3 F-34 平面重合。 10) 插入 chezuo1.prt，销钉连接，曲线 F8 与 A-3 轴同轴，chezuo1 F-9 平面与 cheshen2 F-13 平面重合。 11） 分别插入 ku.prt、pie.prt、pie2.prt，完成销钉连接。12）车身部分装配完毕。 图 5.48 整车组装图 第 5 章 机构仿真 5.1 机构仿真过程描述 5.2 仿真参数测量及分析 1） 单击按钮，打开“bike.asm”文件，单击“应用程序-机构”，进入机构模块。 2） 新建一个类型为“动力学”的分析，终止时间为 27，帧数 10。 3） 设置电动机启动时间。 图 6.6 分析定义 4） 先点击“运行”，在运行完成后单击“确认”。 5） 单击选择“回放”，播放当前的结果集，分析完成后保存到指定的文件夹。 6） 单击选择，开始自定义测量。 图 6.7 测量结果 自行车脚踏运动 图 6.8 运动分析 车身后部转速 图 6.9 后部转速 车轮转速 图 6.10 车轮转速 分析： 在链条连接中每个链节都是需要使用一个槽连接的，因此造成约束太多， 电脑不能继续完成装配，我们只能减少了链节槽连接，从而造成链条不能完全仿真。 链条并不是每个链节都是用了槽连接，因此与骨架线不能很好配合，导致与链轮也不是完全配合，造成链轮的仿真存在干涉。 无法真实测量轴的力矩和点的受力情况，导致受力分析不准确。 第 6 章 结构分析 6.1 轴结构分析 首先打开 Solidworks 软件，单击选择按钮，文件类型选定“所有文件”，文件名选择后缀“*.prt”。 然后打开 Pro/E 零件文件，接下来点击彻底分析模型，全补选勾，输入实体选项，这样就可以在 Solidworks 软件中得到转换文件。 ①打开“cheshen1.prt”文件， 单击选择，插件选择 Solidworks Simulation。 ②新建算例，选择合金钢。 图 6.11 实体模型分析 夹具选定-固定几何体-选择轴外表面。 外部载荷选定-力-选取一个圆环面，大小为 100N。击运行按钮，最后获得所需要的受力结构图。 图 6.12 受力结构 分析： 由图示可看出轴端部连接处最危险，压力最大达到 2.450Mpa 左右，而且在任意位置，因此，可以得出以下结论： 轴端部连接处的设计方案不合理。改进方式： 可以增大轴的直径。 也可以增加连接处厚度。 6.2 折叠效果仿真 在折叠中，对自行车折叠后体积具有决定性作用的是前后轮组，考虑到折叠后体积，轮组体积不宜过大，而且在其他条件不变的情况下，后轮轮组直径越大， 传动效率越高，现取在充满气的情况下，轮组直径按 500mm 设计，则参照橡胶外胎的参数，定轮圈的直径为 447mm，参照链轮中心距和轮组体积，折叠后总体面积在 0.3mm²左右，完全可以放置在常见轿车的后背箱之内，车身材料以 20CrMnTi 轻质材料为主，折叠后以车身固定，故也可提其三角车架部位或借助其他便携手 带随身携带外出。 由于本身折叠位置方便，且折叠次数较少，故常人操作大致在五分钟内就能完成一次折叠，简单方便。 如下图所示，此次课题在上述仿真之下，做成三维实体图。 （图 6.2.1 折叠前效果图） 折叠中间位置： （图 6.2.2 折叠过程效果图） 折叠终止位置： （图 6.2.3 折叠后效果图） 参考文献示例：  参考文献 [1] 仝基斌，晏群. 机械制图. 机械工业出版社，2008. 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