脚踏式滑板车设计（含全套CAD图纸）doc

2024-05-31 06:51:50

　　脚踏式滑板车设计（含全套CAD图纸）doc宁XX大学 毕业设计(论文) 脚踏式滑板车设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 摘 要 为了解除踏板车在速度和使用人群上所受到的限制，满足人们使用的需要，基于人机工程学的原理和方法，利用自身重力作为动力来源，采用踩踏运动方式，设计出结构简单的健身踏步滑板车．该车传动装置主要由主轴系和联动轴系组成，通过链传动保证一定的工作行程和速度，具有足够的强度和稳定性；采用离合装置使主轴的运动灵活、可靠，避免倒车不畅的问题．实际应用表明，该车弥补了传统滑板车和踏步机的不足，集健身、休闲、娱乐于一体，且操作方便，安全可靠，寿命长． 关键词：人机工程学，踏步，滑板车，机械设计 Abstract In order to lift the scooter in speed and use of the crowd are subjected to the restrictions, meet people s needs, based on the principles and methods of ergonomics, the use of the bodys own gravity as the power source, the pedaling motion mode, a simple design of the time fitness scooter. The vehicle transmission device is mainly composed of a main shaft and a linkage shafting components, through a chain transmission guarantee the working stroke and speed, with enough strength and stability; the clutch device so that the spindle flexible and reliable motion, avoid reversing not the problem of free. Practical application indicates, this car to make up for the traditional scooters and still insufficient, set fitness, leisure, entertainment, and the operation is convenient, safe and reliable, long life. Key Words: ergonomics, step, scooters, mechanical design 目 录 摘 要 1 Abstract 2 目 录 3 第1章 绪论 1 1.1 市场调查 2 1.1.1 前言 2 1.1.2脚踏式滑板车的发展史 3 1.2脚踏式滑板车的设计分析 5 第2章 工程学与具体设计 9 第3章 脚踏式滑板车设计的要点 10 3.1 材料因素 10 3.1.1 下面就几种材料做具体分析 10 3.1.2 材料的选择 14 3.2 结构因素 15 3.2.1 车架 15 3.2.2 前叉 16 3.2.3 车把及位置 17 3.2.4 前轴、后轴和中轴 18 3.2.5 前后轮 18 第4章 脚踏式滑板车设计工作原理及传动计算 20 4.1 动力来源 20 4.2 传动装置工作原理 20 4.3驱动力计算 20 4.4 轴的设计 21 4.5轴承的选型及校核 22 4.6 链传动的运动特性 24 4.7 链传动的动载荷 25 4.8链传动的受力分析 26 参考文献 28 致 谢 29 全套图纸加Q 401339828第1章 绪论 随着人们的生活水平的提高，那么人们对于自身的生活品质也会相应提高，一个星期的劳累下来最适宜的放松模式就数健身了，那么人们对于健身房的的黏性就会越来越大。 一、行业现状 1.行业概况 我国行业的发展始于20世纪80年代末，2000年以来，特别是我国加入 WTO和北京申奥的成功，为行业的发展提供了有利条件和发展机遇，生产企业数、全行业工业产值增长迅速。未来欧洲，亚洲和拉丁美洲将是市场的主要增长点，逐渐富裕的人群将会提高自己对健康生活方式的追求，并将成为的主要消费者。目前，我国生产的室内产品已大量出口到欧美等发达国家，并进入主流市场，有的还直接承担了大批量的国际高端产品的对外加工。有资料显示，国际市场上60%以上的都贴有“中国制造”，但却很少有中国人自己的名牌。其原因是产品在国际市场上竞争力不高，只能为国外公司大量做加工产品。一方面国内企业生产符合国际标准的，另一方面，国内消费者却为国外品牌多掏两三倍钱。这样的尴尬至少表明一点，在国际上叫得响的民族品牌缺失。—8％，可见国内的消费潜力十分巨大，市场十分广阔。根据这种市场数据显示我们会把目标受众定为中低水平收入者。 存在的问题： （1）不集中，宣传力度不够。据了解，目前市场上少有品牌多、品种齐全的销售市场，都为零星分布，这样的现状不利于整个市场的红火；另外，由于目前重视社会团体购买和批发，商家也没有像其他产业一样进行从影视到平面媒体的广告传播。大规模的市场推广就少之又少。（2)不方便，未形成一站式消费。由于市场上可购买的场所多为规模小、品种少，致使消费者选择的余地小。（3）不指导，故询问者乏人。随着技术含量地不断提高，品种越来越齐全，人们在选择器械时势必会遇到一些棘手的问题，这就需要有专业的教练进行有效地专业指导、选购，帮助消费者购买到合适的健身器械，并根据个人的身体情况安排锻炼时间表。但目前市场上的销售人员多为普通服务员，对健身方面的专业知识丝毫不懂。这也在一定程度上影响了市场的走热。 中国工业企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，努力提高产品质量，加强自主研发能力，有关部门应尽快制订出统一的技术安全标准，加强售后服务，只有这样才能在新形势下立于不败之地在这样一个资讯泛滥热点分散的时代，意见领袖的引导往往会帮助消费者更快更好的获得讯息和信心，明星代言其实就是一种将品牌具体化了的形象和心理感受，在相当程度上起到了意见领袖的作用；同时消费者对明星的喜欢和信任会转移到由他来代言的品牌上；尤其是新品牌，需要让消费者迅速地认知并接受，明星代言是非常快捷的途径。.尺度必须参照测量学数据确定 第3章 脚踏式滑板车设计的要(Fe—Cr—Mo) 图3-1铬钼钢车架 在脚踏式滑板车的100年历史当中，铁素材是刚性与重量方面都均衡的理想素材。(如图3.1)铁制车架的最大特征是可在各种成份，各种粗细厚薄的铁管中，任意选择所需要的铁管进行加快。因此可以选择最适合于的尺寸、刚性、骑感的车架，这对于数毫米的差异也敏感的老车手来说是很有好处的。它的最大的缺点是比起的素材重(过去)。但是最近的铁素材车架经过热处理，把薄的管道做成粗的管来使用，其重量不会输给轻的合金。 2. 铝合金(A1-Mg-Si，Al—Zn—Mg一(Cu)) 用铝合金制作的车架。轻而价格低是它的优点。但是从『轻』来说，当前与铁素材比较相差并不大。老车手对它的反应是『虽轻但易弯曲』。虽然经过多次改进，但是始终克服不了杨氏弹性模量低的缺点。最近的铝合金车架，为了提高杨氏弹性模量，加大管道外径，使用扁平管，或者对铝管进行热处理等，制造出轻而有刚性的车架，这种最新的铝合金车架对车手来说，具有足够的轻量与刚性。 铝合金是纯铝中加入Mg，zn，si，cu等金属的合金。铝本身具有轻量、可塑性好、耐腐蚀等优点，加入其他金属后显著提高了机械性能。 ●铝合金车架的优点 (1)可以制作重量轻的车架铝的比重轻但不够硬，为了增强强度把它制成合金并施予热处理。热处理采用时效析出增强法，简单地说，在金属内形成一种妨碍金属变形的物质。在某种高温下进行热处理时，会引起时效析出，若没有经过这个程序的车架，也会引起常温时效。就是说把车架放置在房间内也会逐渐变强。 有7075标志的脚踏式滑板车零件(如XTR曲柄等)，严格来讲没有经过热处理。也就是说因没有时效，因此是常温时效。7075合金本来就必要进行热处理，通过热处理其强度可以增加5倍。 (2)长时问使用外观不怎么变化 铝本身是很容易受腐蚀的金属，在空气中几乎不存在没有被氧化的铝，放置在空气中马上被氧化而形成很薄的氧化膜。为什么不生锈昵?原因是该氧化膜达到一定的程度时防止继续生锈。该氧化膜几乎是无色因此外观上不容易发现变化(有时会发白)。 ●铝合金车架的缺点 (1)铝是弹性率及刚性低的材料。因此采用粗的管道，或者改变形状如cross—over管、padded管等。 (2)需要进行热处理必需进行热处理，否则强度不够。因此一般的规模不大的工厂无能力购买热处理设备。尤其是6000系的铝合金管，多数情况是管道厂家指定热处理条件。 3. 钛、钛合金(Ti，Ti—A—V) 美国在60年代首次使用钛合金来制作白行车车架。钛合金给人的印象是轻而硬。早期的钛合金车架，作为比赛用车，刚性不足，其车架不适合于长距离赛车，也不是适用于所有的比赛，只适合用在山岳，或者Big reces，Time traial等需要轻型车的特定的场合。钛金属给一些人错觉，贵而稀有，实际上钛是地球上埋藏量丰富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，价格才较贵。 ●钛合金车架的优点 (1)可以制作轻量而强度大的车架纯钛金属的强度更高。在钛金属中添加铝和钒，弹性更高(和铝比较)，也有利于设计。 (2)不生锈：钛在一般的环境下几乎不会被腐蚀。但是它有另一种腐蚀现象即异种金属腐蚀。例如，不同种类的合金接合在一起时，成为电极状态，电位差使局部通电引起腐蚀。对此现象采取的措施是用脂膏等来绝缘(混有金属粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等)。这种金属粉末防止脂膏流失，即使流失后也用来防止紧密接触。这种金属粉末有导电性也不要紧，接触后被较小的荷重破坏掉。这种现象称为『粘住』，它和『烘焙』是不同的。『粘住、咬合』：金属之间通过腐蚀来接合的现象。『烘焙接合』：加工金属时所产生的热量来溶融接合。 ●钛合金车架的缺点 价格高。钛在自然界以二氧化钛的形态存在，提练及加工过程复杂，技术要求高，并花时间因此成本高。再有溶接加工极为困难，因为钛和氧的亲和力极强，和空气接触后马上变成二氧化钛，而二氧化钛硬而脆，该部分的强度会不断下降。因此用惰性气体小心焊接。通常所说的Tig焊接是：(Tig：钨、惰性气体的略语)用钨电极及氩气体进行弧焊接。钛的焊接必需隔绝空气下进行。由于以上原因钛车架价格很贵。 近来有些铝合金车架比钛合金车架价格贵，这说明钛合金车架的价格下降了。其因是冷战结束后军费缩小，钛的用量少了；优秀的技术员开始用钛来制作车架：制作钛车架的成本降低等原因。 4. 碳纤维(CERP) 碳纤维车架的特征是轻、不弯曲、冲击吸收性好，但是，充分发挥碳纤维的优异性能，在技术上看起来不是那么容易，各碳纤维材料厂家之间的品质差异也较大。脚踏式滑板车厂家考虑到成本问题，不大可能使用高等级的碳纤维来制作车架。图3-2 COLNAGO牌的碳纤维车架碳纤维是把碳纤维用树脂凝固成形的东西。(如图3-2)非常轻，但它是具有方向性的材料(拉伸强但容易断)，因此采用把薄料层层重叠的方法来解决缺点。但成本太高。 ●碳纤维车架的优点 (1)可以制作重量轻的车架 碳纤维车架是把碳纤维对着发生应力的方向层层叠而得到强度。碳纤维车架非常轻，这是它的密度和强的拉伸强度构成的。捷安特的碳纤维车架非常轻，2000年的型号1.2kg重。 (2)冲击吸收性好 碳纤维用来制作残疾者运动时用的假腿，或者特殊的弹簧等被用在各领域。利用它的吸收冲击力优异的性能，制作不用避震器的脚踏式滑板车。如SCOTT厂的ELEVATED车架是著名的。但是各个厂家之间的品质差异较大，有的很硬，因此这种车架乘骑后才能知道好或者不好。 ●碳纤维车架的缺点 (1)复杂的应力计算 构成碳纤维车架的是碳纤维，它的特点是拉伸强度强，但剪断强度弱，加工时需要进行复杂的应力计算(纵刚性、横刚性)，根据计算把碳纤维片重叠成型。加工技术各厂家各异，应选择有经验可靠厂家的是很重要的。 (2)老化 使用树脂因此会不会老化? 这是一个存在的课题，它放置在阳光下时会逐渐变白。当然这种现象关系到厂家的技术。最好不要放置在阳光下。 5. 镁合金 镁的比重很轻(1.74)，约铁的1/5，钛的2/5，铝的2/3。它是不容易腐蚀的活性金属。它广泛用在各种领域里，如照相器及电脑的外框、车辆的车圈等配件。通过合金化耐腐蚀性也得到进一步提高。 ●镁合金车架的优点 (1)可以制造重量轻的车架 它比铝密度低，可以制造轻的车架。杨氏弹性模量稍微低些，但是可以用加粗管直径及椭圆化等方法来解决。使用铝合金的目的仅仅是为了减轻重量，将来可能会被镁合金取代? 钛和镁的研究课题稍不同，这两种金属今后仍然会活跃下去。 (2)加工性好 镁制车架加工不会差。切粉的燃烧、爆炸等能够通过合金元素来回避的话，剪断、溶接性可能不会差。和钛比较起来加工性好米博体育登录入口。 ●镁合金车架的缺点 生产镁车架的厂商都说耐腐蚀性好。但是这方面的资料当前还很少，耐腐蚀性好到何种程度难于判断。镁是剧烈氧化的金属，不小心操作错了很容易爆炸，纯镁一般不能使用，添加其他金属(铝、锌、锰等)制成合金来使用，制成的镁合金强度、机械性能都得到提高。有些人曾经使用过镁合金制用具，如摩托车的曲柄套等、他们说：虽然用了很久，但是很好，不会象铝般发白。 3.1.2 材料的选择 已经介绍了几种脚踏式滑板车材料，总地来说，骑感好的是铬钼钢制的、要轻的是铝制的，冲击吸收性最好的是碳纤维。钛合金制的上述各种性能都不是最好的，但是为什么对它感兴趣呢? 因为它是有前途的金属。 1．铬钼钢已经使用了很久，对它的研究也最多，除非有什么突破，铬钼钢的前途可想而知的了。使用适正厚度的管道时重量是会增加，但是不容易引起金属疲劳，这种车能带给车手极佳的骑感。单纯地追求薄壁的管道的现在，铬钼钢应该走自己的道路，充分发挥其优势，否则很可能被其他材料淘汰。 2．白行车用铝管，当前的设计方针很危险，铝是没有疲劳极限，为了降低应力应该增加厚度。但是为了单纯地谋求薄壁，使用强勒的新合金来制作车架。从外观来看这些制品使人引起很不错的错觉，但是疲劳寿命将是如何呢? 铝管的薄壁程度已经到了极限，不可能再薄下去。结果它的命运将和铬钼钢一样。今后铝制脚踏式滑板车向那一个方向发展呐? 我认为可能会成为比赛专用脚踏式滑板车的素材。若用铝制脚踏式滑板车来练习，一定会感觉到性能的降低显著。 3．碳纤维制脚踏式滑板车是有前途的，通过应力计算会找到最适合的加工条件。另外是信心问题。当前尚存在各种问题。 4．钛管还有发展的余地，强度可能会超过铬钼钢，现在己能制造1.5k的车架，钛必定会夺去铝的“轻量王”的宝座。另外，钛不需要涂漆，可减少这部分的重量(20～409)。 综合种种因素，考虑到设计初衷的理念：娱乐、休闲、时尚、旅游、便携，结合材料的特性，选择钛镁合金材料作为其主要构件材料。 3.2 结构因素 本次脚踏式滑板车设计运用圆形形态组合原则，受到“新锋锐”(New Edge)理论及圆周运动规律的启发，其整体构架由平面倒角板材(车身部位)与直线金属管材(脚踏式滑板车车头碗组、座杆等部件)以及塑料、橡胶部件(脚踏式滑板车坐垫、车把手、脚踏板)(如图3-3)；车架分为前部和后部，前部为转向部分，以简洁的弧线为贯穿，后部为驱动部分，由于后部的特性——受力较大，则对后半部分进行加固；其传动方式仍然保留原有的链条式传动，配备单速或速度调节器。为贯穿，其传动方式仍然保留原有的链条式传动，配备单速或速度调节器。就整车结构来说，以点、线、面式的组合结构为主，配上直线构架、倒角支架板材以及富有动感的弧线，整体造型圆滑、线条简洁，藉由连结中央圆盘组合，且车架钢性强。另外，可利用在圆盘移动时折叠整车，实现便携的功能。我所设计的脚踏式滑板车的造型设计如下图3-3： 图3-3 车体造型 3.2.1 车架 车架是构成脚踏式滑板车的基体联接着脚踏式滑板车的其余各个部件并承受骑者的体重及脚踏式滑板车在行驶时经受各种震动和冲击力量，因此除了强度以外还应有足够的刚度，这是为了在各种行驶条件下，使固定在车架上的各机构的相对位置应保持不变，充分发挥各部位的功能。车架结构可由设计人员创新，但与其他部件相关的安装尺寸，应严格控制。 图3-4 车架 3.2.2 前叉前叉有三个作用。第一个作用是支承前轮所受的重量， 第二个作用是将车把转向动作传送到前轮，使脚踏式滑板车能按骑者的意愿方向行驶；第三个作用是前义下端压有弯度，能促使脚踏式滑板车有自己向前直驶的性能，减轻骑车者操纵强度，并起一些缓冲作用。前叉装在车架前管内，能在管内灵活转动，前叉的上端与车把紧固地连结在一起，下端与前轴连接，与前轮以前轴为中心自由转动，组成转动机构。 图3-5 前叉 3.2.3 车把及位置 车把是连接着前叉，可转动前叉，在使用性能上主要是操纵脚踏式滑板车的行驶方向，并作为骑车者的扶手，支承着一部分骑车者的重量，在车把上安装着制动手把和车铃，控制制动和信号。车把因装在脚踏式滑板车正前方，要求美观合适，必须能承受一定的颠簸撞击性能。是承受由前叉传来的脚踏式滑板车本身及骑车者的部分(约40% )重量，并通过前花盘、辐条、车圈及轮胎，将重量传落地面和推动前轮旋转前进的支承，必须有足够的强度和转动的灵活性能。有三个作用，第一个作用是承受由立管和平叉传来的脚踏式滑板车本身及骑车者的一大部分(约60％ )重量，并通过后花盘、链条、车圈及轮胎，将重量传落地面；第二个作用是推动前轮旋转前进；第三个作用是驱动全车前进的主动轴承。因此，后轴必须具有比前轴更大的强度，并需保持轴承转动灵活。 同时为了调整链条的松紧度，后轴必须能前后调整，并能在合适的位置上紧固而保持不动。中轴是传动机构，承受骑车者的脚踏力量。传动力遥过脚蹬、曲柄、链条、链轮传到后轮，驱动全车前进。前后轮前后轮总称车轮，一个作用是承受脚踏式滑板车本身和骑车者的全部重量，另一个作用是车轮旋转推动脚踏式滑板车前进及转向，因此必须具有足够的强度，以免在行驶中受到震动发生折断，同时要求车轮须圆正，可保持在旋转时平稳，此外车轮结构要有适当弹性，以增强避震性，提高骑行者的舒适性。 图3-13轮子 第4章 脚踏式滑板车设计工作原理及传动计算 4.1 动力来源 动力来源于自身的重力，当使用者双脚交替踩踏滑板车左、右两踏板时，重心产生偏移，从而实现重力势能与动能的连续转换，以产生滑板车运动持续的驱动力，人和车体便可向前连续稳定地滑行． 4.2 传动装置工作原理 在自身重力作用下拉动左(或中)链条向下运动，然后经过两条路线传递运动：一条是通过左(或右)飞轮将运动传递给主轴，再通过大链轮将运动传递给后轴，从而驱动后轮前行；另一条是通过左(或右)链轮将运动传递给联动轴，再通过右(或左)链轮将运动传递给右(或左)飞轮．由于左、中两根链条经过左、右飞轮后，与左、右链轮的连接方向相反，因而产生向上的拉力，从而带动右(或左)踏板向上运动。 4.3驱动力计算 估算驱动功率最小为0.19kW， 图4-1轴受力分析图 由静力平衡方程 求得支反力为 以梁的左端为坐标原点，选取坐标系如图4.9a所示。集中力F作用于C点，梁在AC和CB两段内的剪力或弯矩不能用同一方程式来表示，应分段考虑。在AC段内取距原点为x的任意截面，截面以左只有外力，根据剪力和弯矩的计算方法和符号规则，求得这一截面上的和M分别为 （a） (b) 这就是在AC段内的剪力方程和弯矩方程。如在CB段内取距左端为x的任意截面，则截面以左右和F两个外力，截面上的剪力和弯矩是 (c) (d) 当然，如用截面右侧的外力来计算会得到相同的结果。 由(a)式可知，在AC段内梁的任意截面上的剪力皆为常数，且符号为正，所以在AC段(0xa)内，剪力图是在Xz轴上方且平行于x轴的直线）。同理。可以根据（c

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