家用动感单车的设计及仿真【健身 自行车】【三维SW】【12张cad图纸+说明书完整资料】

喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜欢就充值下载吧。。资源目录里展示的文件全都有，，请放心下载，，有疑问咨询QQ:414951605或者1304139763 ======================== 本科毕业设计（论文） 题 目 家用动感单车的设计及仿真 姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院电气工程学院 二○一六年四月 目 录 摘 要 IV Abstract V 第1章 绪论 1 1.1 选题的背景与意义 1 1.2 动感单车概述 3 1.2.1 动感单车的分类 4 1.2.2 动感单车连接件的应用 5 1.3 动感单车在国内和国外的情况 5 1.4 动感单车的设计趋势 6 1.4.1 便携化设计 6 1.4.2 人性化设计 6 第2章 动感单车总体设计 7 2.1 设计原则 7 2.2 人机工程设计 8 2.3 影响动感单车性能的人体因素 9 2.4 动感单车设计结构要素分析 10 2.5 人一车动态特性分析 12 2.6 动感单车的构成 13 2.7 动感单车方案设计 14 第3章 动感单车主要计算 15 3.1功率的计算 15 3.2 传动比 16 3.3 前后带轮之间的带传动设计 16 3.3.1 同步带介绍 16 3.3.2 同步带的特点 17 3.3.3 同步带传动的主要失效形式 17 3.3.4 同步带传动的设计准则 19 3.3.5 同步带分类 20 3.3.6 同步带计算选型 20 3.3.7 同步带的主要参数（结构部分） 23 3.3.8 同步带的设计 26 3.3.9 同步带轮的设计 26 3.4 轴的设计 27 3.4.1带轮上力的计算 27 3.4.2材料 27 3.4.3计算轴的最小直径 27 3.4.4轴的结构设计 27 3.5轴的校核 28 3.6键的校核 29 3.7 轴承的校核 29 3.8 车架的强度与刚度的计算 30 第4章 三维图的设计 36 4.1 车把组件 36 4.2 车架 36 4.3 大刚轮组件 37 4.4 座椅组件 37 4.5 整车装配 38 结 论 39 参考文献 40 致 谢 41 摘 要 全民健身，利国利民，随着社会的发展人们开始越来越重视自己的身体健康，但在现在的中国由于生活水平层次不齐，所以并不是所以的人都能够消费得起天天到健身房进行健身锻炼的，所以设计一款适合广大人民的需要，同时在普遍情况下能够承受的单人或多人健身的动感单车是具有广阔的市场空间的，但现在的市场上的健身器械虽大部分是单人式多功能的组合健身器械，但由于其不和市场的标价从而使得健身器械到现在为止依然不能进入普通人家，为此设计一款价廉，且功能符合需要，实用的健身器械是我设计的主题，其中要注意避免像市场上的单人健身器械的利用率低的问题，同时满足人们的需要，除此之外还要求外型美观，安全耐用，工作平稳，便于维护，制造加工方便，成本较低最为重要。 为此，我专门走访了许多的健身房和一些健身专柜进行实地考察，同时上网收集资料，了解广大健身教练和用户的感受，同时调查他们的需要，总结各方面的要求，设计了该款多功能动感单车。 关键词：动感单车，健身，机械设计 Abstract Fitness, the country, with the development of society, people increasingly began to pay attention to their own health, but now the Chinese standard of living due to the uneven levels, so it is not so everyone can afford to the gym every day fitness training, it is designed to fit the needs of a majority of the people, while in the general case can withstand single or multiplayer spinning fitness is a broad market space, but the fitness equipment now on the market is great single multi-function part is a combination of fitness equipment, but because of its price and the market is not making fitness equipment, up to now still can not enter the ordinary people, for the design of a low cost, and functionality to meet the needs and practical fitness equipment is the theme of my design, which should be taken to avoid like the single market on the fitness equipment problem of low utilization, while meeting the needs of the people, in addition to the requirements of appearance, safe, durable, smooth, easy to maintain, manufacturing process convenient, low cost is most important. To this end, I specifically visited a lot of gym and some exercise counter field trips, and the Internet to gather information, understand the majority of fitness trainer and user experience, while investigating their needs, summarize all aspects of the requirements, design This versatile spinning. Keywords: spinning, fitness, mechanical design 42 家用动感单车的设计及仿真 第1章 绪论 1.1 选题的背景与意义 动感单车，在经济发达的欧美国家中，动感单车占有很大的市场。很多人们都在家中备放动感单车，以备后用。而在我国，随着近年来我国城市建设速度很快，边远地区有很多经济开发区建筑，但是在短时间内没有公交车深入，人们又不喜欢长时间的步行，所以，动感单车便成为非常方便的工具。由于它折叠后体积小，高层住户在上下班坐电梯时可拎带，在住宅狭小的民居中，可将动感单车放置于床下，不占居住面积，节省空间。动感单车基本与普通单车相似，包括车把、车座、蹬板和轮子几个部分，车身稳固地联结为一个整体。与普通单车不同的是，它的结构可以做很大的调整，使骑行的人感觉更舒适。上车之前，首先要决定座位的高度，通常这个高度以自己站在地面、抬起大腿并与地面水平时的高度为准，这样在骑行的时候，大腿与小腿的夹角不会过小，从而减轻了膝盖的负担，避免其受到损伤；然后以座位的位置决定车把的位置，手扶在车把最前方，手肘靠在把位上最为合适，身体要紧凑，手臂伸向前方不觉得吃力就好。车把的高低也可以根据骑行者的身材升降。下面是一些动感单车具体的结构解析。 动感单车的车头：由把手及水壶架构成，水壶架的设计时考虑长时间的健身运动随时需要补水的需求。挡泥板：位于车体与刹车系统间的挡泥板，这挡泥板的作用和普通单车是差不多的，是保护飞轮免受汗液与锈迹的侵蚀的。 飞轮：飞轮的主要作用是配重，也就是增加运动的负荷以起到一个加大训练强度的作用。电子刹车系统：很多的动感单车上都配有电子刹车系统，这也让很多动感单车运动者能够在疲惫的时候更好的控制和把握节奏。曲柄和脚踏：这同样是普通自行车的类似结构，起到一个驱动的桥梁作用，动感单车大部分的作用都是通过这个体现出来。座椅：动感单车的座椅高度是可以方便调节的，这是为了让不同身高的人适应同样的单车，是非常人性化的设计。车身固定框架：这是动感单车的一个整体框架支撑结构，基本上所有的动感单车固定框架都是由金属打造，这也是动感单车能够支撑体重超标的人的主要原因。 功能编辑 可靠、牢固的部件：使用坚固、高质量的配件及材料，正确的动感单车可经受住高强度使用。易锈部分为不锈钢结构，飞轮使用铬合金涂层处理，主体支架采用静电喷涂技术可最大限度的防锈； 简易维护：必确动感单车不仅外观美观，而且维护便捷； 使用简便：简易的插销式调节系统提供稳定性和安全性；防滑多功能把手无需拆卸即可使用调节钮及调节安全系 统安全的进行调节；两个处于不同部位的水壶架使用方便； 根据人类环境工程学设计的坐垫提供最大的舒适感：男女皆宜的坐垫适合初学者和有经验的使用者，专业化设计纠正坐姿，提供最大舒适感 双向踏脚：双向选择的踏脚及简易调节的踏脚绑带满足不同程度的使用者的需要，单车专用鞋和运动鞋均适用； 提供平滑、准确的阻力：汽车工业中最新的技术和材料被应用于阻力控制、飞轮和Poly V皮带，提供用户一种平滑、流畅的舒适感和持续“真实”的单车体验。 好处编辑 和平时的自行车虽然相近，但是在作用和功能上差得很多，动感单车没有单车的一些缺点，譬如安全性、腰部的长时间的酸痛等，在动感单车上都已经得到了改良。动感单车是经过科学的实验设计采取人工力学工程的方法，选择适合人体要求，不劳烦腰部，还能使得健身达到最大的效果，每个脚踏板上有两个固定的鞋套，防止健身者在运动的时候将脚甩出去，秉承安全设计的理念。有些动感单车具有拉伸功能，更能适合高矮胖瘦的各类人群。动感单车根据自己承受的锻炼量分为：力度锻炼和强度锻炼。根据调整自行车的阻力来选择适合自己的锻炼强度。你也可以选择自己适合的锻炼方式有坐势与站势俩种方法，要选择适合自己的方法，俩种方式都能够有效的锻炼自身的腿部肌肉，以及腿部的力量与耐力，对促进骨骼的生长也挺有好处。如果你想对腿部增肌，建议采取力度锻炼就好，如果想达到减肥燃脂的目的，建议选择强度的锻炼。无论这两者的哪个，都建议大家一定要坚持持久锻炼，不能凭空想象，还是要靠个人，锻炼是没有人能帮到你，别人告诉你的是成功的捷径，但是路还是要自己去走。尽量一周骑动感单车2~3次，每次在半小时到四十五分钟左右，再配上一些增肌粉的使用，那效果会更加明显。总之，如果大家想健身增肌的话，动感单车是一个不错的项目，并不像别的训练项目那样无聊，大家一起锻炼的话，就会让锻炼更加有意思了。脂肪损失原理和所有的有氧运动，等，纺丝也充分体内细胞的移动之后激活，同时能量消耗，实现脂肪损失的目的。据教练，纺纱是最大的健身运动器材之一，体能的要求非常高，一般一个类可以消耗约500卡路里的热量，而且还散发出大量出汗，体内的水分流失很快，所以要及时补水。但是，大量失水，并不意味着它是由“节约用水”来减肥，如果你把手腕在运动的时候，你会清楚地看到自己在运动，它完全是在当下脂肪的消耗。在与腿的臀部的中心锻炼身体，腰部，背部，手臂肌肉可以得到充分的锻炼，还要加强你的心脏和肺功能。 适合对象 起源于美国的动感单车沾染着浓浓的美国味道，活力四射、热情奔放，因此颇受25～35岁的人群的青睐。不过在国外这项运动可没有年龄限制，因为它设计上的科学性保证了参与者的安全，而且运动的强度完全是可控的，适应于所有有运动能力的人。不过建议膝盖有损伤的人不参加此项运动，因为整个骑行过程中，膝关节的摩擦很大，再加上高强度的压力，很容易形成潜在的伤害，在日后的运动过程中就会慢慢体现出来。心脏病和高血压患者也最好不要参与，以免在高强度训练中发生危险。 困扰SPINNING练习者的两个错误观念 错误观念一：练动感单车会不会让四肢粗壮？你可以去看看拥有多年训练经历的动感单车外籍教练，他们结实修长的外形会告诉你，丝毫不用担心动感单车会让你变成"巨无霸"。 错误观念二：是不是出的汗越多，越能减肥？事实上，需要减的是脂肪，而不是水分。大量汗液的排出其实是身体水分的流失，而不一定表示身体脂肪得到大量消耗。 减肥姿势 正确的姿势应该是：身体稍向前倾，身体两臂伸直，腹部收紧，采用腹式呼吸方法，双腿和车的横梁平行或稍向内扣，膝、髋关节保持协调，身体不要左右摆动，注意把握骑行节奏。此外，蹬踏的姿势也很重要。“人们常常以为，常说的蹬踏就等同于脚往下踩的意思，脚蹬子转一圈带动飞轮前进就完事了，不过正确的说法是踩、拉、提、推这4样动作连在一起才叫蹬踏。”专业教练石波现身说法：“先用脚掌往下踩，然后小腿往后收缩回拉，接着往上方向提，最后向前面推动，这样完成蹬踏一周360度。这样有节奏的蹬踏，不但能够省体力还可以加速。”另一方面，人们生活水平的提高，健康与环保的意识已经超越了物质需求，我们进行动感单车这项研究，希望利用所学的专业知识来解决动感单车设计过程中的相关问题，丰富自身对于动感单车的理解，并从这项研究和学习中提升自身知识水平与见解。 1.2 动感单车概述 如果站在使用者的角度考虑，那么动感单车需要满足以下特点。（1）较轻的质量。（2）动感单车折叠后，体积变小，形状规则，便于安放和提取。（3）折叠后可用手拖行。（4）使用时，展开后轮距应尽量地变大，拥有良好的纵向稳定性，合理的车身尺寸，给予骑行者轻松舒适的骑行环境，拥有较大的调整范围以便于满足更多人群的需要。（5）车速应尽量等同于普通动感单车骑行时的车速。（6）折叠，展开应方便，不需借用外部工具，不需费很大力。（7）材料质量良好，拥有绝佳的安全性能，折叠铰带要有较高的加工精度以保持长时间骑行的稳定性。（8）丰富的色彩。 1.2.1 动感单车的分类 根据折叠方式的不同，动感单车大致分为以下几类。 （1） 车架大梁动感单车 目前来看，市场上最主要的折叠方式便是车架大梁折叠，通过折叠器，将大梁在脚踏板的中央对折，使前后轮并在一起，脚踏板可以竖立放置，座管及头管上有伸缩装置，可以改变动感单车的高度，从而达到减小动感单车体积的目的。这种折叠方式多采用铰带带接，铰带带接是曲面之间互相接触，属于低副。倘若设定承受载荷相同，铰带所承受的压力相对较低，故可以传递较大的力。大梁在动感单车中起着支撑作用，铰带带接可以满足强度需求。 车架大梁动感单车体积较大，折叠后体积略高于原体积的50%，重量相对于其他类动感单车较重，不便携带，通常置于汽车后备箱，火车等地。由于体积与普通动感单车相似，车轮仍选择大轮（或略小于普通车轮），可以保证舒适度。 （2） 前后叉动感单车 前后叉折叠属于一种新型的折叠方式。相对于车架大梁折叠，前后叉动感单车在折叠后，体积更小，车轮依然可以在地面滚动，便于人们手拎携带。但是，前后叉折叠方式特殊，稳定性一般，载重较低。由于为了折叠后体积变得更小，故采取安装小轮。同时，由于轮径偏小，速度相对于普通动感单车较慢，骑行略费力，道路适应能力低下（地面粗糙度要很小才适合），骑行舒适度一般。 （3） Strida动感单车 这种折叠方式与前后叉折叠相似。不同的是，此款动感单车采取的是特殊前后叉结构，前后叉在两个平面。这样折叠后，动感单车的前轮和后轮不用前后紧贴，而是并排放置，更减小了动感单车折叠后的体积。与前后叉动感单车相似，车轮可在地面滚动，便于拖行。同样由于折叠方式，采取小轮安装，车速较慢，道路适应能力底下，骑行舒适度一般。 (4)旅行箱式动感单车 旅行箱式动感单车是目前为止，在全球范围内最彻底的折叠方式，开启和折叠会在十几秒内完成。折叠后，形状规则，动感单车可以像行李箱一样自由拖动，重量轻，约8-9kg，时速可达20km。 (5)A-bike动感单车 A-bike动感单车由英国设计师克莱夫·辛克莱尔伯爵设计，由于展开后，车身呈A字型，故称为A-bike，它的车架由强化玻璃纤维制造，重量仅5.5公斤，折叠后体积可缩小为0.03立方米，被称为世界上最轻的动感单车。由于折叠方式，A-bike采用小轮安装，路面适应能力较差。若要保持较高的车速，需设计多级传动。另外，车身不可安装变速系统，骑行较费力。 1.2.2 动感单车连接件的应用 （1）铰带结构：铰带结构是面与面的接触，是低副带接，可以承受较大的载荷。但是在运动过程中，可能出现惯性力失衡的现象，从而使机构的动载荷增加，稳定性变差，只适用于低速场合。 (2)偏心凸轮：曲面接触，结构紧凑，润滑性能及摩擦性能较为优秀，适用性强。 （3）轴承：轴承可以使轴无法平动，只能转动。轴承起支撑作用，主要承担径向载荷。所以轴承提高了轴的承载能力，提高材料的强度。但是在转动过程中，极易因摩擦而产生磨损，从而导致稳定性变差。 1.3 动感单车在国内和国外的情况 动感单车起源于欧洲，在1892年，法国富豪Charles Morel发明第一台动感单车，一时名声大噪，随后1895年，法国出现第一家动感单车专卖店，不过当时动感单车多用于军事用途，随后很多公司均纷纷效仿生产动感单车，已知的企业有Styria（奥地利）Dursley-Pederson(英国)，Seidel&Naumann（德国）等。19世纪50年代，动感单车发展渐缓，主要是因为机车盛行。不过在19世纪60年代，动感单车的热情死灰复燃，引爆的原因是因为1962年面市的英国AM车（Moulton Bicycle）。随后，动感单车变得流行，世界各国数十家企业竞相生产，动感单车进入了一个新的时代。目前，世界上生产动感单车的厂家超过100家，且不断增加，动感单车的市场也越来越大。 而在我国，动感单车仍处于起步阶段。不过随着社会的发展，环境与健康问题日益严重，拥堵的交通给人们也带来了极大的困扰，人们迫切地需要一种灵巧轻便的交通工具。而动感单车恰好满足这些要求。越来越多的人在短途代步时选择动感单车，不仅减少环境污染，不惧交通拥堵问题，而且携带，停放都很方便。在假日旅游中，很多人都将动感单车放入汽车后备箱，骑行时再取出。这种健康的生活方式吸引了很多人。所以，动感单车在我国有着良好的发展前景。 1.4 动感单车的设计趋势 1.4.1 便携化设计 由于动感单车在生活中经常携带，所以它应该满足轻巧，灵便的特点。并且要考虑稳定性，贴合性及重力传递合理性。为了更好地实现设计需求，应该合理设计产品形态。在动感单车规划设计的过程中，应该尽量保持折叠后具有规则的形态，传动装置折叠后可以隐藏于车体内部。不仅为了美观，也是为了便于携带。 1.4.2 人性化设计 随着人们对产品要求的提高，设计动感单车时，应考虑产品适应人与环境的要求。无论是辅助部分，还是功能主体部分，都应该达到人性化的设计要求。同时，要有个性化的造型及符合人体结构的造型，提升使用者的舒适度。例如，旅行箱式动感单车，相对于车架大梁动感单车，就显得轻松许多，不过更理想的情况是可以考虑将动感单车设计成手推车等，使之融入到日常生活里 第2章 动感单车总体设计 2.1 设计原则 动感单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《中国成年人人体尺寸》): 表2-1 我国成年人人体主要尺寸和坐姿人体尺寸 主要尺寸 男(18～60岁) 女(15～55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(18～60岁) 女(15～55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 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，大腿与动感单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 组成动感单车的功能是供人骑行，就发挥动感单车的功能作用而言，把人看作动感单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 1、人与支撑部件的关系 图2-2 人-车界面关系 支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是动感单车的构架。支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证动感单车的整体性，实现动感单车的功能。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 　　受力部件主要是踏板和曲柄。功率是由上产生的曲柄旋转的双踏力下肢运动骑车者的脚。为了使工作和舒适感，必须坐人的体质和纺纱和物理努力的纺纱元件之间的大小关系，能量转化人体腿部肌肉的收缩和起动问题之间运动的研究。 3、人与传动部件关系 传动部件包含了滚珠、带条和带轮。人们通过力带和驱动滑轮由后轮驱动，从而使纺丝前进。传输设计的关键部分是具有传动机构的传动效率高和可靠性，有可转向。确保高的传输效率，以利用一定的强度和较大的输出功率。。 4、人与工作部件关系 工作部分是一个轮子钢圈和轮胎。大部分的轮胎膨胀时，少数是固体。一方面骑车人的肌肉力量的车轮，被有效地转化为向前运动的同一地面接触力;另一方面，骑车人的握力被转换成由接地部产生的制动力。在设计动感单车的各部分尺寸、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、刹车力合适的车闸，才不会产生失误。 2.3 影响动感单车性能的人体因素 影响动感单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。肺活量测定，血容量，心脏容量等可以看作比例和H3。上输出性能，理论，弹跳力和H物理影响正比于速度成正比H2的能力，和H3作为力的函数成正比。但实际上每个人不同的体质，往往超过20％的偏差。 2.人力下肢肌力 纺纱骑的动力，主要是骑车人的下肢肌力。当人们骑自行车，肌肉骨骼内部的化学能转化为肌肉收缩机械能。纺纱踏板旋转是由输出的腿部肌肉的收缩来完成，一般说长腿比人的青睐腿短。通过训练某个人通过肌肉收缩，通常正比于肌肉的横截面面积，大约每平方厘米40--50N，所产生的力可提高到65 N。 3.民众输出功率 人民的力量输出变化作为车手的身体素质，力量，骑位置，如持续时间和速度比变化。平均成年男性的最大输出功率约为0.7马力（0.51千瓦），可以持续10秒。如果持续时间长，其值要小得多，持续LH，只有约1.0-0.7马力（0.07-0.15kw）。 4.人类脚的速度 纺丝是非常有节奏的运动，这往往保持与人的心脏节律的节奏有一定的关系。健康的心脏跳动70次/分，一般脚60R /分钟旋转的节奏是比较合适的。设计确定常规设计参数的速度。 5.人体平衡功能 骑手自己的平衡功能是影响纺纱性能的一个重要因素，如果缺乏平衡功能，即使它是一个很好的运动成绩也平稳旋转;如果我们有性能的良好平衡，但它可以一些缺陷上掩盖纺丝设计。 6.人的手和抓地力 影响制动人的因素的表现是主要的人的手和握力，男人和女人，成人和儿童，以及手柄的大小是不一样的。据测试，而不会导致手制动感到疼痛申请时间长，只希望用约10％的最大握力就能获得必要的减速。 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，也有动感单车结构因素。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 动感单车设计结构要素分析 影响动感单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。为了获得动感单车较佳的性能，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 大小带轮的齿数比，与带轮直径比相一致，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 传统的动感单车设计，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 1／10 ，也相当于大腿骨长的 1／2 。 3 ．三接点位置 正确的骑车姿势，是由骑车人和动感单车三个接点位置决定的，如图2-3(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 。 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带轮的中轴心为宜。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2-3 ( 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2-1 。 图2-3自行设计的结构要素 表2-1　理想的施闸力和减速度 闸把施闸力/N 相对握力% 减速度 说明 60 350 500 10 70 100 0.1g 0.6g 0.8g 控制下坡速度 全刹车 紧急全刹车 注：g=9.8m/s2 2.5 人一车动态特性分析 1 ．动态稳定性 动感单车的稳定是行驶过程中的稳定，是一种动态平衡的稳定性。动态稳定性影响到动感单车骑行中的动作，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 动感单车行驶在平地上转弯的条件是侧向力（与离心力平衡）与动感单车总重量（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，但更重要的是动感单车的造型要有适合这种力学特征的结构形式。 3 ．转向特性 动感单车转弯时可能有三种情况： 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，动感单车就可以转弯，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))。 2.6 动感单车的构成 动感单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。此处设计的水陆动感单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 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。 2.7 动感单车方案设计 目前动感单车设计各式各样，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的特点及创新: 1. 该方案采取大量三角形结构，从而确保该产品的稳定性及耐用性 2.带条传动使动力能更好的传递，达到省力的效果。 3. 该产品人性化设计，提高了该产品的实用性。 第3章 动感单车主要计算 3.1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）。动感单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 。 以此为参考，正常人踩蹬动感单车的力量约为30~40N,娱乐情况下我们估算为30N，踩蹬速度适当的取为1转/秒， 故本次设计的人的输出功率为 （180mm为一般动感单车的踩踏杠的长度）。 2、 传动效率 查《机械设计手册》得： 踩踏关节的损失：=0.97 带传动的损失：=0.96 滚动轴承：= 轴系效率：=0.98 由以上算出的总的传动效率： ==0.83 所以明轮的输出功率为 3.2 传动比 根据传动比的一般分配原则，我们应该使各级传动的承载能力接近相等，考虑到在骑乘动感单车时一般分配的传动比为2.5左右，为了适应和习惯在陆地上的运动习惯及降低生产成本，我们这里就优先选用带传动比为2.5的传动比。 3.3 前后带轮之间的带传动设计 3.3.1 同步带介绍 同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由一个工作面与链轮啮合的带齿的齿槽驾驶，这是较高的拉伸强度，伸长率小的纤维材料或金属材料的强层，从而使在传输过程日长皮带保持不变，在带之间及在铸造的滑动，从而保证了主室滑轮传送过程中，从动车轮滑移是步骤驱动器之间没有差别。 同步带传动（见图3.5）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。 图3.5 同步带传动 皮带驱动装置是由环形带齿的间距的内周面设置，并与形成在相应的车轮保​​持一致。它结合了皮带传动，链传动和​​齿轮驱动自己的优势。旋转，并通过肺泡齿轮啮合来传递动力。皮带驱动器具有准确的传动比，非滑移率将是恒定的，稳定的传输，吸收振动，噪声，传动比范围，一般可达1:10。允许高达50M / S，从几瓦的功率传输到百千瓦线速度。传动效率高，一般可达98％以上，体积小巧，适合多轴传动，不需润滑，无污染，因此您可以在工作不允许污染和工作环境恶劣更多的地方低。该产品广泛应用于各类纺织，机床，烟草，通讯电缆，轻工，化工，冶金，仪器仪表，食品，矿山，石油，汽车和机械传动等行业。皮带使用时，只需更换皮带传动摩擦传动的概念，扩大了皮带传动的范围内，从而成为其研究的一个相对独立的对象的新方式传输带，带传动的发展开辟了新的途径。 3.3.2 同步带的特点 　(1)、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比； 　　(2)、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低； 　　(3)、传动效率高，可达0.98，节能效果明显； 　　(4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低； 　　(5)、速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦； 　　(6)、可用于长距离传动，中心距可达10m以上。 3.3.3 同步带传动的主要失效形式 在同步带传动中常见的失效形式有如下几种： (1)、同步带的承载绳断裂破坏 在操作过程中脊髓损伤断裂传送带是一种常见的故障模式。故障是在功率传输，在过大的张力的载体绳索的过程中的带，而使主机被拉断绳。也主动钓鱼轮直径当选过小，轴承绳索承受更大的循环弯曲疲劳应力的进入和退出与一抡也会产生弯曲疲劳折断(见图3.6)。 图3.6 同步带承载绳断裂损坏 (2)、同步带的爬齿和跳齿 根据对带爬齿和跳齿现象的分析，带的爬齿和眺齿是由于几何和力学两种因素所引起。因此为避免产生爬齿和跳齿，可采用以下一些措施： 1、控制同步带所传递的圆周力，使它小于或等于由带型号所决定的许用圆周力。 2、控制带与带轮间的节距差值，使它位于允许的节距误差范围内。 3、适当增大带安装时的初拉力开。，使带齿不易从轮齿槽中滑出。 4、提高同步带基体材料的硬度，减少带的弹性变形，可以减少爬齿现象的产生。 (3)、带齿的剪切破坏 带齿在与带轮齿啮合传力过程中，在剪切和挤压应力作用下带齿表面产生裂纹此裂纹逐渐向齿根部扩展，并沿承线绳表面延件，直至整个带齿与带基体脱离，这就是带齿的剪切脱落（见图3.7）。造成带齿剪切脱落的原因大致有如下几个： 1、同步带与带轮问有较大的节距差，使带齿无法完全进入轮齿槽，从而产生不完全啮合状态，而使带齿在较小的接触面积上承受过大的载荷，从而产生应力集中，导致带齿剪切损坏。 2、带与带轮在围齿区内的啮合齿数过少，使啮合带齿承受过大的载荷，而产生剪切破坏。 3、同步带的基体材料强度差。 为减少带齿被剪切，首先应严格控制带与带轮间的节距误差，保证带齿与轮齿能正确啮合；其次应使带与带轮在围齿区内的啮合齿数等于或大于6，此外在选材上应采用有较高勿切韧挤压强度的材料作为带的基体材料。 图3.7 带齿的剪切破坏 (4)、带齿的磨损 带齿的磨损（见图3.8）包括带齿工作面及带齿齿顶因角处和齿谷底部的廓损。造成磨损的原因是过大的张紧力和忻齿和轮齿间的啮合干涉。因此减少带齿的磨损，应在安装时合理的调整带的张紧力；在带齿齿形设计时，选用较大的带齿齿顶圆角半径，以减少啮合时轮齿的挤压和刮削；此外应提高同步带带齿材料的耐磨性。 图3.8 带齿磨损 (5)、同步带带背的龟裂(图3.9) 同步带在运转一段时期后，有时在带背会产生龟裂现象，而使带失效。同步带带背产 生龟裂的原因如下， 1、带基体材料的老化所引起； 2、带长期工作在道低的温度下，使带背基体材料产生龟裂。 图3.9 同步带带背龟裂 防止带背龟裂的方法是改进带基体材料的材质，提向材料的耐寒、耐热性和抗老化性能，此外尽量避免同步带在低温和高温条件下工作。 3.3.4 同步带传动的设计准则 据对同步带传动失效形式的分析，可知如同步带与带轮材料有较高的机械性能，制造工艺合理，带、轮的尺寸控制严格，安装调试也正确，那么许多失效形式均可避免。因此，在正常工作条件下，同步带传动的主要失效形式为如下三种； (1)同步带的承载绳疲劳拉断； (2同步带的打滑和跳齿； (3)同步带带齿的磨损。 因此，同步带传动的设计淮则是同步带在不打滑情况下，具有较高的抗拉强度，保证承线绳不被拉断。此外，在灰尘、杂质较多的工作条件下应对带齿进行耐磨性计算。 3.3.5 同步带分类 同步带齿有梯形齿和弧齿两类，弧齿又有三种系列：圆弧齿(H系列又称HTD带)、平顶圆弧齿(S系列又称为STPD带)和凹顶抛物线齿（R系列)。 梯形齿同步带 梯形齿同步带分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号DA)和交错齿型(代号DB〕。 　　梯形齿同步带有两种尺寸制：节距制和模数制。我国采用节距制，并根据ISO 5296制订了同步带传动相应标准GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989。 弧齿同步带 弧齿同步带除了齿形为曲线形外，其结构与梯形齿同步带基本相同，带的节距相当，其齿高、齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大。带齿受载后，应力分布状态较好，平缓了齿根的应力集中，提高了齿的承载能力。故弧齿同步带比梯形齿同步带传递功率大，且能防止啮合过程中齿的干涉。 　　弧齿同步带耐磨性能好，工作时噪声小，不需润滑，可用于有粉尘的恶劣环境。已在食品、汽车、纺织、制药、印刷、造纸等行业得到广泛应用。 3.3.6 同步带计算选型 设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下： 式中 ——需要传递的名义功率 ——工作情况系数，按表3.2工作情况系数选取=1.7； 表3.2 工作情况系数 2） 确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率Pd'和小带轮转速n1，由同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。 其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3.3 表3.3 同步带选型 选同步带的型号为H：，节距为：Pb=8.00mm 3) 选择小带轮齿数z1，z2 可根据同步带的最小许用齿数确定。查表3-3-3得。 查得小带轮最小齿数14。 实际齿数应该大于这个数据 初步取值z1=34故大带轮齿数为：z2=i×z1=2.5×z1=50。 故z1=20，z2=50。 4） 确定带轮的节圆直径d1，d2 小带轮节圆直径d1=Pbz1/π≈86.53mm 5） 、验证带速v 由公式v=πd1n1/60000计算得， s﹤vmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。 10、同步带带长及其齿数确定 =() = =719.7mm 12、基本额定功率的计算 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步带的基准额定功率为 ==0.21KW 表3.4 基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量 13、计算作用在轴上力 = =71.6N 3.3.7 同步带的主要参数（结构部分） 1、同步带的节线长度 同步带工作时，其承载绳中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个重要 参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表3.5）。 表3.5 带节线长度表 2、带的节距Pb 如图3.10所示，同步带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带节距大小决定着同步带和带轮齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数．在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表3.6。 3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以s表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。 图3.10 带的标准尺寸 表3.6 梯形齿标准同步带的齿形尺寸 4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关t齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带 齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。 5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时， 带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角 梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。 3.3.8 同步带的设计 在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表3.7。带的图形如图3.11。 表3.7 同步带尺寸 型号 节距 齿形角 齿根厚 齿高 齿根圆角半径 齿顶圆半径 H 8 40。 6.12 4.3 1.02 1.02 图3.11 同步带 3.3.9 同步带轮的设计 同步带轮的设计的基本要求 1、保证带齿能顺利地啮入与啮出 由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。 2、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小，磨擦损耗小，并保证与带齿均匀接触，有较大的接触面积，使带齿能承受更大的载荷。 3、有良好的加了工艺性 加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。 4、具有合理的齿形角 齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。 3.4 轴的设计 3.4.1带轮上力的计算 轴上传递的功率=X0.96X0.97X0.97=30.63 w 转矩=9550000=9550000x30.63/150=1950110N.mm 3.4.2材料 可选轴的材料为45钢，调质处理。 3.4.3计算轴的最小直径 查《机械设计》表15-3可取=120， 由于轴的直径小于100mm，且由3个键槽，故将轴径增加15%，即 d=x(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm 将轴径圆整为标准直径，取d=10 mm 3.4.4轴的结构设计 1、轴的外形结构 2、根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度。 （1）、根据飞轮内径可得d67=30 mm，根据飞轮的宽度可得出L67=20 mm，右侧采用轴肩定为，取d78=38 mm，L78=11 mm。 （2）、初选深沟球轴承D6204，其尺寸为dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根据装配关系取L45=L910=15 mm 。 （3）、5处为一定位轴肩，故取d56=d89=25 mm，根据装配关系，计算得L56=L89=383 mm 。 （4）、3处为一定位轴肩，故取d23=d910=16 mm，根据装配关系，计算得L23=L910=33 mm。 （5）、1处为轴的最小直径d=10 mm，攻螺纹，与螺母配合，选择螺母为 GB/T 6172.1。通过查《机械设计手册》的螺母厚度m=5 mm，由于采用双螺母预紧，故取L12=L1213=19 mm。 （6）、4处为一定位轴肩，所以取d34=d1011=18 mm，根据装配关系计算得出，L34=L1011=40 mm。 至此已经确定了轴的各段长度和直径。 3.5轴的校核 需要验算传动轴薄弱环节处的倾角荷挠度。验算倾角时，若支撑类型相同则只需验算支反力最大支撑处倾角；当此倾角小于安装齿轮处规定的许用值时，则齿轮处倾角不必验算。验算挠度时，要求验算受力最大的齿轮处，但通常可验算传动轴中点处挠度（误差<%3）. 当轴的各段直径相差不大，计算精度要求不高时，可看做等直径，采用平均直径进行计算，计算花键轴传动轴一般只验算弯曲刚度，花键轴还应进行键侧挤压验算。弯曲刚度验算；的刚度时可采用平均直径或当量直径。一般将轴化为集中载荷下的简支梁，其挠度和倾角计算公式见【5】表7-15.分别求出各载荷作用下所产生的挠度和倾角，然后叠加，注意方向符号，在同一平面上进行代数叠加，不在同一平面上进行向量叠加。 ：通过受力分析， 最大挠度： 查【1】表3-12许用挠度； 。 3.6键的校核 键和轴的材料都是钢，由【4】表6-2查的许用挤压应力,取其中间值，。键的工作长度，键与轮榖键槽的接触高度。由【4】式（6-1）可得 可见连接的挤压强度足够了，键的标记为： 3.7 轴承的校核 ⑴、轴轴承的校核 Ⅰ轴选用的是深沟球轴承6206，其基本额定负荷为19.5KN, 由于该轴的转速是定值，所以齿轮越小越靠近