本科畢業(yè)論文-多功能自行車的設計與仿真

精品文檔歡迎下載湖北文理學院畢業(yè)設計(論文)正文題目多功能自行車的設計與仿真專業(yè)機械設計制造及其自動化班級機制0812班姓名學號指導教師職稱2012年5精品文檔歡迎下載多功能自行車的設計與仿真摘要：自行車是一種根本的出行交通工具。在當今社會，雖然有更多的新型交通工具可供人選擇，但在提倡低碳生活的今天，自行車作為綠色交通工具更被人們所青睞，并成為人們生活中不可分割的一局部。本文通過對市場上已有自行車的結構特點和功能進行研究，結合人機工程學的原理，在考慮合理性與舒適性要求的根底上完成了多功能自行車的總體設計。同時應用Pro/E軟件的高級建模技術和運動仿真功能對自行車進行了三維建模、虛擬裝配及仿真。這樣更直觀、更全面地反映了多功能自行車的設計意圖，讓設計者在設計階段就能清楚地見到產品的最終結果，及時發(fā)現設計問題，縮短了產品開發(fā)周期，提高了設計效率，符合現代技術的開展要求，同時該設計對自行車新產品的開發(fā)也有一定的借鑒意義。關鍵詞：多功能自行車；虛擬裝配；三維建模；Pro/E；運動仿真DesignandSimulationofMultifunctionalBicycleAbstract：Peopletravelbikeisoneofthebasicmeansoftransport.Althoughintoday'ssociety,thereismorealternativemodeoftransportationforpeopletochoose,butinpromotinglowcarbonlivingtoday,abikeasagreentransportwasfavoredbymoreandbecomeanintegralpartofpeople'slives.Accordingtotheanalysisofthestructuralfeaturesandfunctionsontheexistingbicycleinthispaper,combinedwiththeergonomicsofprinciple,theoveralldesignofthemulti-functionbikewerecompletedbasedontherequirementsofrationalityandcomfortproperty.Atthesametime,a3Dmodeling,virtualassemblyandsimulationofabikewerecompletedbyadvancedmodelingtechniquesandmotionsimulationbasedonPro/Esoftware.Thisismoreintuitive,morecomprehensivelyreflectthedesignintentofthemultifunctionalbicycle.Designersatthedesignstagewecanclearlyseethefinalresultoftheproduct,timelydetectionofdesignproblems,shortenthedesignanddevelopmentcycle,thedesignefficiencywereimproved.Developmentrequirementsinlinewithmoderntechnology.Meanwhile,thedesignofbicycledevelopmentofnewproductsalsohavesomereference.Keywords:Multifunctionalbicycle;VirtualAssembling;3DModeling;Pro/E;MotionSimulation精品文檔歡迎下載目錄精品文檔歡迎下載1緒論 11.1本課題的研究背景 11.1.1自行車的研究現狀 11.1.2自行車的開展趨勢 21.2虛擬樣機設計的意義及前景 51.3本課題研究的目的 71.4自行車材料的選擇 8鉻鉬鋼車架 8鋁合金車架 8鈦合金車架 9碳纖維車架 101.5本課題研究的主要內容 111.6本章小結 112多功能自行車主要零件的結構設計 122.1Pro/E設計方法概述 122.2多功能自行車的總體設計 122.2.1自行車的組成 12自行車設計原那么與設計流程 122.3自行車根本尺寸設計 142.4車身的設計 162.4.1車架的設計 16前叉的設計 17把手的設計 182.4.4鞍座的設計 192.4.5腳蹬的設計 20車把與鞍座之間的相對位置 20鞍座與腳踏之間的相對位置 212.5車輪的設計 212.6鏈輪小輪盤的設計 222.7鏈輪大輪盤的設計 232.8鏈條設計 232.9折疊后的輪椅座位設計 242.10人體工程學在自行車設計中應用的思考 242.11本章小結 253自行車的裝配設計與功能仿真 263.1裝配概述 263.2自行車的裝配過程 263.2.1自行車裝配的根本原那么 263.2.2車架的裝配 273.2.3車架與鞍座的裝配 283.2.4車架與把手的裝配 28車架與前后叉的裝配 293.2.6鏈輪等傳動裝置與車架等的裝配 303.2.7自行車整機裝配 303.2.8自行車折疊后主車架與前后叉的裝配 31自行車折疊后座板與前叉的裝配 323.2.10自行車折疊后傳動局部的裝配 323.3自行車的多功能設計與仿真 333.4多功能自行車的色彩設計 343.5本章小結 35[參考文獻] 36附錄 37致謝 39精品文檔歡迎下載1緒論1.1本課題的研究背景1.1.1自行車的研究現狀在種類繁多的現代交通工具中,自行車一直是和人們日常生活關系最密切的交通工具之一。自行車自誕生至今已有近200年歷史。如果要溯本求源,在造型上,自行車最初從獨輪車(類似于哪叱的風火輪)開展來的,經歷木制玩具馬、充氣式輪胎自行車、大小輪車、第一輛標準的鏈輪驅動式平安車,到現在的折疊車。而從功能上來看,自行車最初是由作為玩耍、娛樂的用具開始,經由交通工具、運輸工具到今天的休閑、娛樂、健身的伙伴,甚至成為人們生活藝術的化身。雖然在科技極其高度興旺的今天,有很多交通工具比自行車更舒適、快捷、方便。但是,在倡導環(huán)保交通工具的今天,自行車在許多歐洲興旺國家卻越來越受到青睞,而且成為城市交通的重要組成局部。21世紀是環(huán)保的世紀,綠色的世紀,像自行車這種以人為本,以人為先的交通工具既保證了交通秩序和平安,又營造了一種優(yōu)秀的人文氣氛,使得整個道路交通成為一種文明而和諧的整體。換個角度思考,這就要求自行車的設計,一方面要以科學技術為根底,設計出可持續(xù)開展和生態(tài)化的自行車。在今天,設計是不是合理,是不是有價值,也許首先就看這個設計符合不符合生態(tài)化的理念。另一方面,自行車的設計應能夠滿足各個層次的消費者需要,使自行車具有功能性、易用性和快樂性等特性。在自行車研究上，國外建立了一整套詳細的設計和生產體系，今一百年來的設計風格對自行車有著深刻的影響，而國外設計者對此研究得比擬透徹，在自行車設計創(chuàng)新方面，以用戶的舒適，方便，平安等人性化設計為考慮起點進行設計。例如，1930年，第一臺用于軍用使用的折疊自行車誕生，開拓了折疊車的歷史。其次，國外對自行車的材料研究處于領先地位。在20世界初期，歐洲自行車根本完成了完善自行車各部件的設計生產，在20世紀40年代，鋁合金的自行車在歐洲研制成功，并于50年代開始出現于各大市場。1948年，日本設計了第一款競技自行車，并且在1956年設計更現代的女性自行車。20世紀70年代，英國人Brampton創(chuàng)造了小型的鋁合金折疊自行車，改變了人們對折疊自行車的使用理念。隨后，國外對自行車材料有了回歸性的研究，2021年，歐洲有竹子制作成的自行車，還有寶馬公司設計的眾多概念自行車。近年來，由于自行車經濟，使用性強，無污染，還能增強體質，所以外國又出現了重新啟動自行車的趨勢，因而我國不少名牌自行車還遠銷到歐美，亞飛拉美等國家。自行車的開展趨勢未來自行車的開展趨勢是:輕質高檔、款式多變、功能多樣、外形美觀。1、輕質高檔90年代后自行車將向輕質化高強度的中高檔產品方向開展。它預示著自行車在用材方面又將進行一次重大革命,進入輕合金和復合材料的時代。1791年法國人西布拉克制成的世界上第一輛自行車是全木結構。1839年,蘇格蘭人馬克米蘭將木制結構的自行車改為鋼鐵結構,這是自行車用材上的一次重大革命。1839年,愛爾蘭的鄧祿普給自行車裝上充氣胎、使自行車的結構根本定型。進入20世紀后,自行車用材那么一直以普通碳素鋼為主。用鋼制成的自行車,普通車重量為25kg、輕便車為20kg,賽車低于15kg隨著現代科學技術的開展、冶煉工業(yè)水平的提高,輕合金材料的應用面逐漸擴大。最早應用于自行車工業(yè)的輕合金材料要屬鋁合金。鋁合金材料具有重量輕、強度高、抗腐蝕、工藝性能好,價格適中等優(yōu)點、從而成為生產中、高檔自行車的理想用材。鋁合金自行車重約15kg,售價每輛可達200美元以上。應用于自行車工業(yè)的輕合金材料除鋁合金之外,還有鉻鋁合金、鋁鎂合金、欽合金等。欽合金的比重僅為鋼的一半,但其抗拉強度卻是目前金屬材料中強度較高的一種。因此,用欽合金來制作自行車極具魅力。由于冶煉技術和加工工藝等因素而使其制作本錢昂貴,欽合金自行車暫不能形成商品。復合材料碳纖維應用于自行車工業(yè)只是近幾年的事情,但自碳纖維自行車誕生之日起,便顯示出強大的生命力。碳纖維的比重只有鋼的4,比鋁還輕,而強度卻是鋼的4倍,它既沒有明顯的性能頂點,亦沒有最低的價格限度,用碳纖維制造的自行車重量僅為9kg。臺灣巨大公司新推出一輛碳纖維自行車售價為692美元,該公司的目標是:在短時間內努力降低其價格至500美元以下,到達廣闊消費者均可接受的程度?？梢韵嘈?隨著市場對此種材料的認可和商業(yè)上的成功(價格下降),九十年代中后期,碳纖維自行車將會占據自行車市場的主導地位。據資料顯示,目前生產碳纖維自行車的國家和地區(qū)有:美國、日本、法國、意大利和臺灣省,我國已著手此方面的研究。美國現在約有12家公司共生產有20種型號的碳纖維自行車。美國今年銷售此類車將達2萬輛,1995年復合材料制成的自行車產品其銷量將超過鋼制自行車,1997年那么會超過鋁合金自行車。2、款式多變自行車產品的款式變化將會越來越多,越來越奇特。國外自行車品種是年年有變化,五年一大變。81年到85年是BMX越野車的黃金時代,86年便被MTB山地車取而代之。現在一種結合運動賽車與山地車之優(yōu)點的“混合自行車〞,繼MTB山地車之后“粉墨登場〞,它既有運動賽車的速度又有MTB山地車的強度;既可跑路,又能登山?？梢灶A計,九十年代前期為MTB的天下,后期那么由新一代混合自行車主導市場。3、功能多樣集娛樂、健身、運動型自行車產品將會成為自行車市場的主流。這是因為自行車運動將成為主要的體育運動工程,自行車將成為一種娛樂工具?，F代三項鐵人運動的興起,更是自行車成為娛樂工具的強力助動劑。九十年代社會老齡化問題將日益突出,婦女兒童亦紛紛參加到自行車運動行列,因而在九十年代,適合老年人、婦女、兒童騎行的自行車產品極具市場潛力。交通堵塞、車位難尋、高層住宅成為現代都市生活的縮影。折疊式自行車將以其獨具的魅力(折疊后體積小、不占空間、易攜引)暢銷九十年代自行車市場。4、外型美觀當今的中、高檔自行車產品其傳動系統(tǒng)都為輕快的多級變速,目前最多的達三鏈輪八飛24變速,因而速度極快。自行車產品設計者們將會充分考慮運動時的每一個技術問題,空氣動力學將得到充分的運用?？梢韵胂?自行車產品定會極具流線型而使其外型更美觀。大自然色彩將會成為九十年代自行車的主色調。九十年代隨著自行車整車的高檔化,自行車零部件的開發(fā)亦將日新月異。日本島野公司和桑塔公司最新推出了安裝在把橫管下方的姆指按壓式換檔器?？芭芍Z羅公司亦推出一種轉動把手套即可換檔的新型換檔器。進入九十年代,自行車變速撥鏈器將會進入一個新的開展階段。自行車速度的提高,對其制動性能的要求亦就越高,因此類似摩托車制動裝置的液壓閘將會應用于自行車上,避震懸掛裝置亦是如此。自行車工業(yè)的開展變化,必然會將最新的技術和工藝應用于自行車上。如輕合金焊接工藝,復合材料的粘接技術等。電子技術亦將應用于自行車工業(yè),諸如電子撥鏈器、電子自行車測速表等。自行車將進入信息時代,騎車人只要按動裝在自行車上的微電腦,便可知自己的騎行速度,累計行程、運動量大小、心率變化等。同時，自行車外表裝飾趨于時裝化、人性化，五顏六色的自行車不僅能發(fā)揮其使用功能，同時它還能表達出個人的個性和愛好。這是因為好多人買自行車也像買時裝一樣喜歡挑挑揀揀，這種情況現在國外相當普遍。今天，國外自行車的顏色可謂豐富多彩，一般均為多色、雙色鑲拼和多種色彩組合而成的色彩(有三色、四色、五色甚至更多)以及立體感較強的熒光絲紋貼花、花色貼花，各種瑩光漆、珠光漆、裂紋漆、條紋漆更為常見。除此之外，表現各種人物和動物的藝術圖案現也紛紛進入車架外表涂飾這一領域，有的廠家已將生動活潑的動物圖案、兒童卡通畫，甚至自行車運動競賽冠軍(各種不同的比賽運動工程冠軍)及電影明星畫像也搬上粗暴的山地自行車或越野自行車車架。為了使自行車色彩更為和諧，有局部廠家在車把把立管上還采用了色彩和車架相仿的多彩朦朧藝術圖案的外表裝飾，這種裝飾使人在視覺和觸覺上始終有一種新鮮的感覺，目前已成為自行車市場上的一種流行趨勢?？偠灾?自行車產品日趨高檔。自行車用材進入輕合金和復合材料時代。自行車款式將圍繞著娛樂、健身、運動這一主題而不斷變化。自行車零部件大放異彩,電子技術會在自行車工業(yè)得到廣泛應用。因此，自行車設計，一方面要滿足消費者的需求，使自行車具有功能性，人性化，另一方面要符合當前社會科技開展的要求，具有時代性。如何設計和一個功能強大、人性化的自行車成為了當今人們比擬關心的問題。以下是兩款設計比擬新穎的自行車：第1款：此自行車為可折疊的自行車，自行車后架為一個背包的形狀，自行車可折疊收攏到背包范圍內，便于攜帶，設計特別新穎。圖1.1可折疊式背包自行車第2款:這一款自行車可稱之為概念車,設計很獨特,造型很美觀,在座椅的地方的改進特別突出,顯示出當代自行車的多樣性.圖1.2概念車的造型1.2虛擬樣機設計的意義及前景虛擬樣機技術就是在建立第一臺物理樣機之前，設計師利用計算機技術建立機械系統(tǒng)的數學模型，進行仿真分析并從圖形方式顯示該系統(tǒng)在真實工程條件下的各種特性，從而修改并得到最優(yōu)設計方案的技術；虛擬樣機是一種計算機模型，它能夠反映實際產品的特性，包括外觀、空間關系以及運動學和動力學特性。借助于這項技術，設計師可以在計算機上建立機械系統(tǒng)模型，伴之以三維可視化處理，模擬在真實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性并根據仿真結果精簡和優(yōu)化系統(tǒng)；虛擬樣機技術利用虛擬環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢以及可交互式探索虛擬物體功能，對產品進行幾何、功能、制造等許多方面交互的建模與分析。它在CAD模型的根底上，把虛擬技術與仿真方法相結合，為產品的研發(fā)提供了一個全新的設計方法。1994年Boeing777在世界上首次借助虛擬樣機技術(VirtualPrototyping簡稱VP)成功取代大型物理模型，保證了機翼和機身的一次接合成功，縮短了數千小時的研發(fā)周期，開創(chuàng)了VP研究應用的先河。虛擬樣機技術是在CAX／DFX(CAD、CAM、CAE、CAPP、DFA、DFM、DFT、DFS、DFD等)技術根底上開展起來的，它進一步融合信息技術、先進制造技術和仿真技術，在計算機上建立數字化模型，伴之以三維可視化處理，模擬在現實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性，并根據仿真結果優(yōu)化系統(tǒng)的設計與過程，為產品的研發(fā)提供了一個全新的設計方法。機械工程中的虛擬樣機技術又稱為機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術，是20世紀80年代隨著計算機技術開展起來的一項新技術，其核心是機械系統(tǒng)運動學和動力學仿真技術，同時還包括三維CAD建模技術，有限元分析技術，機電液控技術最優(yōu)化技術等相關技術。與傳統(tǒng)的基于物理樣機的設計研發(fā)方法相比，虛擬樣機設計方法具有以下特點：(1)全新的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的研發(fā)方法從設計到生產是一個串行過程，這種方法存在很多的弊端。而虛擬樣機技術真正地實現了系統(tǒng)角度的產品優(yōu)化，它基于并行工程，使產品的概念設計階段就可以迅速地分析、比擬多種設計方案，確定影響性能的敏感參數，并通過可視化技術設計產品、預測產品在真實工況下的特征以及所具有的響應，直至獲得最優(yōu)工作性能。(2)更低的研發(fā)本錢、更短的研發(fā)周期、更高的產品質量。采用虛樣機設計方法有助于擺脫對物理樣機的依賴。通過計算機技術建立產品的數字化模型(即虛擬樣機)，可以完成無數次物理樣機無法進行的虛擬試驗(本錢和時間條件不允許)。從而無需制造及試驗物理樣機就可獲得最優(yōu)方案，因此不但減少了物理樣機的數量，而且縮短了研發(fā)周期、提高了產品質量。(3)實現動態(tài)聯盟的重要手段。目前世界范圍內廣泛地接受了動態(tài)聯盟的概念，即為了適應快速變化的全球市場，克服單個企業(yè)資源的局限性，出現了在一定時間內，通過Internet(或Intranet)臨時締結成的一種虛擬企業(yè)，為實現并行設計和制造，參盟企業(yè)這間產品信息的敏捷交流尤顯重要，而虛擬樣機是一種數字化模型，通過網絡輸送產品信息，具有傳遞快速、反響及時的特點，進而使動態(tài)聯盟的活動具有高度的并行性。虛擬樣機技術在工程中的應用是通過界面友好、功能強大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化虛擬樣機軟件實現的。國外虛擬樣機相關技術軟件的商業(yè)化過程已經完成。目前由二十多家公司在這個日益增長的市場上競爭。比擬有影響的有美國機械動力學公司(Me—charlatanicDynamicsInc．)的ADAMS(AutomaticDy—manicAnalysisofMechanicalSystem)，CADSI公司的DADS(DynamicAnalysisandDesignSystem)，PTC公司的Pro/ENGINEER及德國航天局的SIMPACK,其他還有ANSYS、ADINA、IDEAS、FLOW3D、MSC、Software等等；其中美國機械動力學公司的ADAMS占據了市場的50％以上。由于機械系統(tǒng)仿真分析提供的分析技術能夠滿足真實系統(tǒng)并行工程設計要求，通過建立機械系統(tǒng)的模擬樣機，使得在物理樣機建造前便可分析出它們的工作性能，因而其日益受到國內外機械領域的重視。應用領域從汽車制造業(yè)、工程機械、航空航天業(yè)、機械電子工業(yè)、國防工業(yè)、通用機械到人機工程學、醫(yī)學以及工程咨詢等不同領域。但國內的研究范圍較狹窄，在制造行業(yè)中應用還有待普及。Pro/E是法國達索公司開發(fā)的專業(yè)大型高端CAD/CAE/CAM一體化應用軟件，在世界CAD/CAE/CAM領域中處于領軍者地位，其內容涵蓋了產品從概念設計、工業(yè)造型設計、三維模型設計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出，到生產加工成產品的全過程，其應用范圍涉及機械、航空航天、汽車、造船、通用機械、醫(yī)療機械和電子等諸多領域。作為PLM協(xié)同解決方案的一個重要組成局部，它可以幫助制造廠商設計他們未來的產品，并支持從工程前階段、具體的設計、分析、模擬、組裝到維護在內的全部工業(yè)設計流程。模塊化的Pro/E系列產品旨在滿足客戶在產品開發(fā)活動中的需要，包括風格和外型設計、機械設計、設備與系統(tǒng)工程、管理數字樣機、機械加工、分析和模擬。Pro/E產品基于開放式可擴展的V5架構。通過使企業(yè)能夠重用產品設計知識，縮短開發(fā)周期，Pro/E解決方案加快企業(yè)對市場的需求的反響。自1999年以來，市場上廣泛采用它的數字樣機流程，從而使之成為世界上最常用的產品開發(fā)系統(tǒng)。Pro/E系列產品已經在七大領域里成為首要的3D設計和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設計、電力與電子、消費品和通用機械制造。1.3本課題研究的目的該課題通過對自行車的結構特點和原理進行分析，對自行車的功能進行了創(chuàng)新性設計，應用Pro/E三維軟件高級建模技術和機構運動仿真功能對自行車進行三維建模、虛擬裝配以及仿真，以便對其結構進行改進及優(yōu)化。通過該課題的研究，全面而廣泛地了解當前國內外相關領域的最新開展動態(tài)，系統(tǒng)的掌握了自行車的性能、用途以及其設計原那么，對所學知識有進一步的認識和了解。該設計可以有效降低本錢，縮減產品的研發(fā)周期，提高設計效率，為新產品的開發(fā)奠定了根底。1、從人機工程學的角度,對自行車設計開展進行研究,總結自行車設計開展的規(guī)律,預測未來自行車設計開展的趨勢,為未來自行車外觀造型設計提供可借鑒性的理論依據和理論指導；2、針對目前自行車結構進行分析改進,提出可行性解決方法,提出自行車改進設計新的思路和方法,期望能夠為今后自行車的設計提供理論指導和評價標準。同時通過設計可以培養(yǎng)學生的現代化設計理念和創(chuàng)新設計能力，有利于培養(yǎng)良好的工程素質。通過畢業(yè)論文的寫作，提高學生獨立完成任務的能力及自學能力，進一步提高文獻檢索和信息處理能力，而且通過該設計，可以為未來對該領域的一些設計與研究工作提供一定的參考價值。中國未來的產品設計必須以創(chuàng)意與革新為首要條件,唯有真正好用且務實的商品才一能在市場上脫穎而出。符合人機工程,人性化的設計是最實在的,同時也是最前沿的潮流與趨勢,是一種人文精神的表達,是人與產品完美和諧的結合。在未來的一段時間內,隨著人民生活水平的日益提高,中國的自行車設計將更加注重娛樂、美觀、個性和舒適,更加人性化,而不再像原來只是一種交通工具。1.4自行車材料的選擇除了車架的造型對使用者有很大影響外，車架所使用的材料也是重要的因素。自行車的使用材料主要指車架所采用的材質，自行車的材料有已往使用的鉻鉬鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現新材料，目前出現了不少用這些新材料制成的車架。鉻鉬鋼車架鉻鉬鋼車架優(yōu)點：(1)易加工歷史最悠久的車架，要屬鉻鉬鋼的車架是，也是人們運用時間最久的材料。因此，無聊是加工或焊接工藝，大多數工廠已經運用嫻熟。(2)沖擊的吸收性能好騎乘感極強，彈性好，因為鉻鉬鋼組成的車架，可以吸收車體震動帶來的沖擊力。(3)焊接工藝簡單鉻鉬鋼的焊接工藝相對其他材料來說相對簡單，而且也不需要經過T4/T6處理等熱處理，因此操作和本錢相對簡單。(4)價格低廉因為鋼材本身的價格相對鋁合金，鈦合金等其他材料來說相對廉價，所以其被大量運用到自行車設計當中。鉻鉬鋼車架的缺點：(1)防銹能力差鉻鉬鋼在沒有添加其他金屬的情況下，很容易和空氣發(fā)生化學反響而生銹。因此一般情況下，鉻鉬鋼必須得進行外表處理的工序，但是在自行車使用過程中，很容易出現車架的磨損，因此，磨損的區(qū)域很容易產生銹斑。(2)鉻鉬鋼的抗疲勞度差鉻鉬鋼雖然硬度比擬大，但是柔韌性比擬差，即當鉻鉬鋼第一次彎曲后，即使回復原位，但是其強度大大減弱。例如鉻鉬鋼車把在經常的使用后，很容易產生形變或者自行車發(fā)生意外的沖撞，將會大大的縮短自行車的壽命，或者當你在踩踏腳踏時感覺到不夠順利，那么有可能金屬就以發(fā)生了疲勞。1.4.2鋁合金車架鋁合金車架的優(yōu)點：鋁，相對來說比鐵的比重輕，但是強度比擬軟，通過熱處理制成合金是增加其強度的一種方式并。時析出增強法是常用的一種熱處理方式，概括的說，通過熱處理方式在阻礙金屬的變形。時效析出會在高溫的熱處理情況下伴隨出現，假設車架沒有經過該程序，便會產生常溫時效。6061T6和7055T6是鋁合金車架的常用材料。T6標志即表示之前經過T4處理和熱處理。假設沒經過熱處理，那么其強度只會比原鋁強度硬1/5左右。但是，某些具有自行車零件〔7055鋁〕，嚴格來說，它并沒有經過熱處理。它是常溫興的，并沒有時效性的產生。但是本身7055鋁的硬度就相當的高，假設再進行熱處理，其強度可高出一般鋁5的硬度五倍。除此之外，7005鋁是一種常見運用于車架的材料，雖然它的硬度沒有7075鋁高，但是他在普通的溫度下，依舊能夠進行時效反響。7005鋁也可以制作成車架的支撐薄片。但是材料本身的可塑性很低，彈性不夠大，所以經常所見到的7005鋁的直徑都比擬寬外觀長時間不容易產生形變鋁是屬于一種被腐蝕的金屬物質，沒有被氧化的鋁根本是不可能存在的，它會在被氧化的過程中，在鋁的外表形成一層很薄的氧化膜。該氧化膜可以在一定程度上保持內部的鋁材質不被氧化。氧化膜是一種白色，不容易被發(fā)現的薄膜。近來許多商家為了謀求暴利，很多車架都被制作成超薄的形式。這些車架都的疲勞度都是相當的低，因此出現問題的幾率相當的大。鋁合金車架的缺點：鋁的彈性和韌性相對其他車架材料較差。因此采用的車架管子是比擬粗，管徑比擬大，并且都需要進行熱處理才能使用，否者強度都不夠使用。然而一般的熱處理設備相當昂貴，一般中小規(guī)模的工廠無能力購置設備，尤其是7005以上的金屬管材，多數情況下，必須制定廠家進行熱處理。1.4.3鈦合金車架鈦合金車架的優(yōu)點：(1)可以制成量輕且高強度硬度的車架鈦金屬屬于質輕強度高的稀有金屬，即使在鈦金屬中添加釩和鋁，強度相對于鋁合金來說也是很高的，有利于各種自行車廠商設計。(2)抗腐蝕性強不易生銹：鈦的適應能力很強，即使在很潮濕的環(huán)境下也不容易生銹，即使存放多年，色澤一樣多彩艷麗。(3)騎乘感好鈦合金常常用于前叉避震或者后避震的彈簧上。而用鈦合金制成的自行車車架韌性高質量輕，便于長時間的騎行。有些專業(yè)的騎手認為，鈦合金的車架騎感好，柔軟性強，但是也有人僅僅喜歡鉻鉬鋼，他們認為鉻鉬鋼車架課吸收的力道和沖擊性更好，并且視覺上，因為鉻鉬鋼的車架管徑比擬大，看起來會有更強的視覺感。鈦合金車架的缺點：鈦合金屬于稀有金屬，因此價格昂貴。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，但是提煉二氧化鈦的技術要求很高，并且本錢大，有風險。并且鈦合金之間的熔接難度很大，因為當鈦合金與空氣接觸后，馬上形成了二氧化鈦，當鈦金屬形成二氧化鈦時，二氧化鈦局部會相當的脆，會導致接觸面硬度下降。因此焊接鈦金屬與鈦合金時，得使用昂貴的惰性氣體鎢來進行。但最近有些高端的鋁合金車架比鈦合金車架貴，這從側面說明了鈦合金的工藝提高了。1.4.4碳纖維車架碳纖維車架的優(yōu)點：(1).可以制作質輕韌性好的車架碳纖維車架之所以強度高，是因為其內部的碳纖維結構是對著發(fā)生應力的方向層層疊加的。因為碳纖維車架是由其內部的密度和強的拉伸強度構成，所起其車架質輕而韌性大。(2).沖擊吸收性好碳纖維可以用來制作各種攀爬用的山地車，或者其他要求彈性大的其他領域。還有一些自行車，利用碳纖維彈性大的功能，可以不采用避震器。但是因為各個工廠之間的工藝差異比擬大，因此不同廠家的車架韌性不一樣。(3).車架的形態(tài)多樣化因為碳纖維的可塑性比擬強，因此碳纖維可以塑造多種多樣的車架。碳纖維車架的缺點：(1)本錢高碳纖維是構成碳纖維車架的重要組成局部，它的可拉伸強度高，但是天然的碳纖維韌性不夠，需要通過加工才能。然而各加工廠家的技術有限，因此加工碳纖維車架的價格和本錢較高。(2)尺寸單一由于碳纖維車架是是鑄模成型，因此，尺寸結構變化需要重新鑄模，因此成本提高，使得碳纖維車架的造型單一。(3)在陽光下容易變老化碳纖維假設在太陽下長期爆曬，會產生嚴重的老化現象，因此長期出去戶外的碳纖維自行車的色彩容易產生變化。鈦合金車架比擬好，自身有彈性而且壽命長，強度高，綜合性能好。但價格相對來說較貴些。1.5本課題研究的主要內容了解自行車設計的開展，通過各個時期自行車的造型特點、結構、材料、色彩等設計要素分析自行車外觀造型特點,從而總結出各個時期自行車設計的開展特點，預測自行車的開展趨勢。結合人機工程學的相關理論，針對現有自行車所存在的問題，進行改進設計，同時進行多功能的創(chuàng)新設計，并利用Pro/E三維造型和運動仿真功能對產品進行三維造型設計和仿真分析，模擬機構的實際運動，便于以后的改進和結構優(yōu)化，為新產品的開發(fā)奠定根底。其根本結構包括：多功能自行車總體結構設計。多功能自行車主要零件的結構設計與裝配。多功能自行車結構方案的優(yōu)化設計。多功能自行車的功能仿真。1.6本章小結本章主要介紹了課題的研究主要內容，介紹了介紹了自行車的開展趨勢，明確了研究目的和意義，通過對這些問題的分析和探討,更加深入地了解了課題研究的必要性。2多功能自行車主要零件的結構設計2.1Pro/E設計方法概述使用Pro/E軟件進行虛擬產品設計總的來說有兩種設計方法，它們分別是自底向上的產品設計和自頂向下的產品設計。自底向上的產品設計就是先設計好產品的各個零部件，然后再把各個零部件逐一裝配成完整產品的設計方法。由底向上的產品設計方法是一種比擬簡單、低級的方法，其設計思路比擬清晰，設計原理也比擬容易被廣闊用戶接受。但是其設計理念還不夠先進產品需求分析，設計方法還不夠靈活，還不能完全適應現代設計的根本要求。這種方法主要使用于一些已經比擬成熟的產品設計過程，可以獲得比擬高的設計效率。由頂向下的裝配設計與由底向上的設計方法正好相反。設計時，首先從整體上畫出產品的整體結構關系或創(chuàng)立裝配體的二維零件布局關系圖，然后再根據這些關系或布局逐一設計出產品的零件模型。在現代的虛擬產品設計中，往往都是先設計出整個產品的外在概念和功能概念后，逐步對產品進行設計上的細化直至單個零件。2.2多功能自行車的總體設計自行車的組成大局部的自行車都由以下零件所構成1、自行車體局部：包括前叉、車架，車把，鞍座等，為自行車的主體。2、自行車的傳動局部：包括了鏈條，曲柄，飛輪，大齒盤，轉動中軸，由人驅動腳踏，通過以上零件，驅動自行車的前行。3、轉動局部：包括輪胎，車圈，內胎，輻條等。4、警示裝置：包括車閘剎車、摩電燈、車玲、反光片等。5、附件：如菜籃，后貨架，打氣筒，備用內胎等，同時許多高檔變速車還配有變速器和控制器等。2.2.2自行車設計原那么與設計流程1、自行車設計原那么自行車設計不僅要考慮整體結構設計的合理性、舒適性，還要考慮人體在內的自行車主要部件的尺寸結構，即前部(人的肩寬與車把的寬度、前叉翹度、前輪的質量等)，中部(人的臂長與車架上管的長度、立管的高度、前叉斜度)和后部(人的腿長度和鞍座位置等)，以到達最正確舒適效果?！?〕考慮騎車時的舒適性不正確的工作姿勢易引起疲勞、誘發(fā)職業(yè)病，而且還因能量消耗過多使工作效率下降。騎行時的姿勢就是騎自行車時的工作姿勢，在自行車設計時應考慮騎車時的舒適，便于用力、并不易產生疲勞?！?〕提高自行車的綜合性能。人們對生活、交通的質量的要求在不斷的提高，自行車的設計應考慮對自行車的舒適性、平安性、美觀性、提高速度、省力等多方而的性能進行提高，并向多功能方向開展。本自行車采用傳統(tǒng)的鏈傳動為傳動機構；車架基于人機工程學設計成流線型，既符合人機工程學原理，讓駕駛者體會到最省力，最舒適的行車感覺，又具有時尚美感和獨特的外觀，充分表達出車主的個性特色：車輪采用特種鋼圈制造，在傳統(tǒng)的自行車車輪上有獨特的設計，讓車的抓地性更好，行車更加穩(wěn)當；鞍座和把手也結合人機工程學，設計出合理且舒適的角度和外形，讓駕駛者在長時間騎車后不易感覺疲勞；在車身的顏色方面，結合車身的整體構造選擇相應的顏色。本設計除完成自行車的一般功能外，折疊后也可以成為一個輪椅，實現一機多用。2、自行車設計流程產品結構設計的設計根本流程大概劃分為：1.課題提出2.制定方案3.市場調查4.資料分析5.確定主題方向6.設計構思7.提出方案8.細化定案9.方案評審10.自行車產品結構設計11.三維造型設計12.裝配13.產品圖。設計方案如下圖。圖2.1產品方案設計流程圖2.3自行車根本尺寸設計自行車的設計過程中必須考慮到使用者的感受及舒適，因而在根本尺寸設計時需參照GB/T10000-88中國成年人人體尺寸〔如產品面向國際市場，設計時需參照當地標準或進行相關調研〕如圖2.2人體站立根本尺寸圖2.2成年人立姿尺寸選取年齡分組：18～60歲，性別：男性工程里的數據：身高1754mm，前臂長253mm，上臂長333mm，大腿長496mm，小腿長396mm，小腿加足高439mm，臀膝距585mm圖2.3成年人坐姿尺寸傳統(tǒng)自行車設計，最能表達整體設計思想和風格的是車架造型，車架的造型設計是表達自行車整車形體、風格和款式等最重要的局部,也是車輛保證質量和性能的根底。傳統(tǒng)車架有如下幾種型式。圖2.4車架的根本構造綜合以上各方面的信息及要求，本課題設計的自行車的根本結構和主要尺寸如下列圖所示。圖2.5多功能自行車的結構及功能車架采用的是鋼管結構，外表的洛氏硬度為80~90，強度為70，結合材料力學和理論力學的知識，經過對鋼架的結構分析，以及考慮到車輪輪胎和鋼圈的承受壓力，我們可以得出自行車的重心位于自行車的中點靠后輪100mm。另外一方面，一般騎車者的重量為45~70kg，彈簧的承受壓力為74kg，以及車架分擔的壓力，綜合考慮本設計的承受總量為40~85kg。全車采用鋁合金鋼架結構，鞍座采用pick特殊材料，車輪采用橡膠結構，全車總重量為15kg左右。2.4車身的設計車身局部是整車的主體局部，既是全部零部件的安裝主體，又是決定整體騎行性能的關鍵局部，包括車架，前叉，車把，鞍座等。車架的設計車架是自行車各零部件安裝依附的主體部件，車架的結構決定了自行車的類型，也是構成自行車的根本結構體，它具有載人和承受各種不同環(huán)境的功能。人，是自行車所用的載體，根據外部條件與內部條件的變化，加載于車架上的載重比車體本身要重很多倍。同時，因人自身的騎行技能以及人體自身的動力的平安性，能夠平安載人便成為了車架的重要因素。車架就猶如自行車中的骨骼，為了在使用時，保證車架不破裂變形，車架必須保持可靠的強度。在自行車騎行過程中，由于受到路面和人體本身造成的扭轉，橫彎，縱向彎曲等這段以及反復負載，車架的繞曲，會影響使用人群的穩(wěn)定感和舒適感。因此，車架的必須強度高，牢固耐用，容易發(fā)揮人體機能。自行車的車架起著支撐整個機構的作用，各部件之間采用焊接的方式連接在一起，以加強整體的剛性。車架的前后支撐采用橢圓形管材，擴大了基架與地板之間的接觸面積，減小接觸點的壓強，進而可以到達減少磨損的效果。為了減輕管重量，提高強度，較高檔的自行車采用低合金鋼管制造。為了減少快速行駛的阻力，有的自行車還采用流線型的鋼管。由于自行車是依靠人體自身的驅動力和騎車技能而行駛的，車架便成為承受自行車在行駛中所產生的沖擊載荷以及能否舒適、平安地運載人體的重要結構體，車架部件制造精度的優(yōu)劣，將直接影響乘騎的平安、平穩(wěn)、和輕快。主車架的結構如圖2.6所示。圖2.6主車架的結構主車架采用流行型的車體構成，符合現代人的審美觀念，時尚大方，主車架與與腳踏等連接處采用弧線結構支撐，考慮到以后折疊成輪椅時靠背支撐的穩(wěn)定行，在主車架中間附加一支撐，車架整體結構如下圖。圖2.7車架的整體結構2.4.2前叉的設計前叉部件是整車重要的組成局部。它支撐前輪，加上轉向功能，可以保持騎行的平穩(wěn)。該前叉為普通型前叉，采用鋼焊焊接而成，3個管件之間相結合部位制作成相貫線，使管件間結合部位形成無縫隙結合，然后在氣體保護下用電弧焊的方式在管材結合處焊合?？紤]到自行車的多功能，在前叉?zhèn)让姘惭b以后折疊輪椅用的座位局部。前叉部件在自行車結構中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導向系統(tǒng)。轉動車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質，故前叉部件必須具有足夠的強度等性質。同時前叉上裝有座板，折疊收攏，不會影響自行車的行走；將自行車前后輪旋轉90后，將座板翻開，前后兩個座板之間用銷釘固定，變可以成為輪椅的座板，使用方便，操作簡單，安裝穩(wěn)固。圖2.8前叉及附件的結構2.4.3把手的設計把手是駕車者在行駛過程中控制方向的重要工具，其設計需考慮在踏步過程中，人的雙臂自然彎曲的角度，以及四指和拇指握住是的根本狀態(tài)。1)車把的高度。自行車的車把如果偏低，騎車者必須彎下腰，時間久了，就會感到腰酸背疼，胳膊疲勞。車把的高度應保證騎車者在騎車時處于自然坐姿或接近自然坐姿，并使頸關節(jié)、胸關節(jié)、腰關節(jié)、髖關節(jié)、肩關節(jié)和肘關節(jié)處于舒適的調節(jié)范圍內。2)車把的寬度.經實踐測量,當車把的寬度接近于騎車者的最大肩寬時,人能夠自然舒適地握住車把，并能保持長時間不易疲勞。中等身材(50%的人群)的人最大肩寬,男為63.1cm,女為59.7cm，此,車把的寬度可定為59.7～63.1cm。3)把手:現行自行車的把手很多都是橄欖形的，其實這并不符合人機工程學原理，因為當手握把手時，手的屈肌和伸肌共同完成握把。從手掌的解剖特征看，掌心局部的肌肉最少，指骨間肌和手指局部是神經末稍滿布的部位；指球肌和大、小魚際是肌肉豐富的部位，是手部的天然減振器。4)把手的彎度。傳統(tǒng)的自行車把手為水平，這不符合人機工程學原理，因為這樣將會使手腕處于背屈狀態(tài)，腕部酸痛，握力減小，還會引起腕道綜合癥、腱鞘炎等病癥。測試說明，把手與水平位置成10°左右效果最好，可以降低疲勞，容易操作，還使腕關節(jié)處于放松狀態(tài)。在實際生產過程中，可以使用彎管機和縮管機來進行生產，還可以根據不同需求對扶手的各種角度參數進行調整。自行車把手的結構如下：圖2.9把手的結構2.4.4鞍座的設計目前作為自行車設計中的鞍座設計，其必須符合人性化設計中的人機工程學，鞍座是騎車人為了驅動操縱自行車而乘坐的座位。大多數人長時間騎自行車，都會感到臀部疼痛，之所以如此，一局部原因是前傾式的騎車姿勢使騎車者會陰與車座前端產生磨擦，時間一久就會感到不舒服；一局部原因那么是車座的尺寸與人體尺寸不符所致。根據人體組織的解剖特性可知，坐骨結節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，身體的主要重量均由骨盆下的兩塊面積約為25cm2的坐骨結節(jié)承受故車座后端寬度過小就會使坐骨結節(jié)處在鞍座外緣或緊挨外緣的位置。這樣，身體的壓力使得坐骨結節(jié)被迫別離的趨勢過大，由此導致臀部的疼痛感。所以車座后端應在現有的根底上適當加寬。前市場上存在的鞍座設計主要是由皮面、發(fā)泡、底殼、彈簧、卡子〔固定在車上的部位〕這幾個局部組成。本自行車鞍座皮面采用軟PVC材料，通過對皮面外表紋理的處理，曲率應該在一定的范圍內，一方面使鞍座樣式多樣化，滿足不同消費群體對設計風格的需求；一方面通過紋理的處理了起到防滑的作用。鞍座的皮面并不是直接安裝在底殼上的，為了防止堅硬的底殼給使用者坐骨區(qū)帶來的不適，中間加了一層發(fā)泡。發(fā)泡起緩沖抗震的作用，并且它的優(yōu)點就是不易變形，擠壓后復原能力強。大大減輕了坐骨區(qū)神經壓迫的痛苦，無疑這個設計是對使用者身體平安的保障。因此，鞍座的設計，應該以舒適性為第一設計性原那么。這種要求是不能使臀部有疼痛的感覺，因此要增大鞍座面的受力面積，減少壓力，同時盡可能的使用減震彈簧。鞍座的結構如下圖。圖2.10鞍座的結構設計2.4.5腳蹬的設計腳蹬部件裝配在中軸部件的左右曲柄上，是一個將平動力轉化為轉動力的裝置，自行車騎行時，腳踏力首先傳遞給腳蹬部件，然后由腳蹬軸轉動曲柄，中軸，鏈條飛輪，使后輪轉動，從而使自行車前進。因此腳蹬部件的結構和規(guī)格是否適宜，將直接影響騎車人的放腳位置是否適宜，自行車的驅動能否順利進行。圖2.11腳蹬的結構設計2.4.6車把與鞍座之間的相對位置車把與鞍座之間的相對位置決定了騎乘者上半身的姿勢。車把過低會使騎行者的上肢承受很大的靜壓，時間稍長手臂和手掌易發(fā)生疲勞，同時過低的上身也會壓迫腹部，但力容易傳遞到車。提高車把高度可使背部彎曲度變淺，可以防止對腹部的壓迫，但力不易傳遞到前輪。從生物力學角度來看，當人體脊柱處于非自然彎曲狀態(tài)時，會引起椎間盤壓力改變，致使腰部疼痛。所以良好的騎姿應使騎乘者脊柱接近正常形態(tài)。在腰部增加適當的靠背可以改善臀部受力，維持脊柱的正常形態(tài)，并有利于腿部蹬力的發(fā)揮。2.4.7鞍座與腳踏之間的相對位置鞍座與腳踏之間的相對位置直接影響蹬踏方式，由鞍座相對中軸軸心的位置和曲柄長度決定。鞍座相對中軸軸心的位置是決定下肢肌肉群的肌力能否有效利用的一個關鍵，即是影響踏力和踏速能否獲得最正確配合的關鍵。鞍座的位置由鞍座的高度和坐管傾角共同決定。鞍座的高度與胯高關系緊密。大的坐管傾角使騎乘者重心靠前，有利于高速騎行，但不能長時間騎行。曲柄長度決定了大腿骨的運動角度和有關肌肉群的收縮程度。過長的曲柄將引起肌肉的過度伸長和過度縮短。曲柄過短將使珍貴的肌肉收縮力不能被充分利用。此外，曲柄的長度還直接影響合理的踏速?，F在有兩種比擬流行確實定曲柄長度的方法，一種是從股骨的頂端到地面距離的18.5%為所需曲柄的長度，還有一種是取為身高的1/10。2.5車輪的設計為了騎行舒適和減少阻力,輪胎的柔軟性是最重要的因素。一般容易變形,即柔軟性好的輪胎,騎行性能也較好。車胎的花紋一直在變化，第一種自行車輪胎的花紋仿照摩托車輪胎,是間隙寬的球突形花紋〔如下列圖所示〕這種輪胎在柏油路上滾動的聲音大,并迫使你減速,但這種輪胎適宜在雪地、冰面和森林松土上行駛,盡管使用的時間較少,但它還是適于在士述地貌上使用的首選輪胎。為了盡量減少在光滑的硬路面上的滾動阻力,球突呈交錯排列。第二種花紋呈“中突形〞,即輪胎側面為球突花紋,中間是一圈狹而光滑的突起,中突部兩邊的花紋是對稱的〔如下列圖所示〕這種輪胎附著摩擦力強,適用于松土路面,在平路上的滾動阻力也較小,但是當自行車轉彎或傾斜時,輪胎與地之間的接觸是從中間突起轉移到側面,次時自行車的操縱穩(wěn)定性較差,并可能給騎車者帶來麻煩。最新、最好的輪胎花紋設計是一種中間當平滑、并有許多小凹槽的花紋,側邊附近是一行凸形花紋。這種花紋從輪胎中間到側面的過渡較平緩,這就提高了各種狀態(tài)下的自行車操縱穩(wěn)定性。圖2.12車輪花紋綜合分析以上的優(yōu)缺點，設計出來如下列圖的輪胎紋理，這種紋理可以提高各種狀態(tài)下的自行車操縱穩(wěn)定性，讓舒適性和操作性并存，并且發(fā)揮到極致。圖2.13設計的車輪紋理以下就是考慮到整體設計思路和綜合性能，車輪的結構如下圖。圖2.14車輪的結構設計2.6鏈輪小輪盤的設計小輪盤以內螺紋旋擰固定在后軸的右端，與鏈輪保持同一平面，并通過鏈條與鏈輪相連接，構成自行車的驅動系統(tǒng)，從結構上可分為單級飛輪和多級飛輪兩大類。小輪盤結構簡單，和車把柄相識，通過簡單命令完成，。主要通過旋轉、拉伸切除材料實現，最后倒圓角完善并保存到工作目錄，小輪盤結構如下圖。圖2.15小輪盤結構設計2.7鏈輪大輪盤的設計大輪盤用高強度鋼材制成，保證其到達需要的拉力，結構同小輪盤。圖2.16大輪盤結構設計2.8鏈條設計鏈條又稱車鏈、滾子鏈，安裝在連輪和飛輪上。其作用是將腳踏力由曲柄、鏈輪傳遞到飛輪和后輪上，帶動自行車前進。鏈條是由一些相同結構連接而成，主要用“拉伸〞命令完成，草繪工作較為繁瑣，相同圖形較多，需要有耐心，完成后保存到工作目錄下，如下圖。圖2.17鏈條結構2.9折疊后的輪椅座位設計該自行車除滿足一般自行車的功能外，不騎車累了休息時或腿部受傷騎不了時，可以折疊起來作為輪椅坐，輪椅座位由兩局部組成，分別附在前叉和后叉轉軸上，座位結構和大小如下圖。圖2.18折疊后輪椅座位結構2.10人體工程學在自行車設計中應用的思考用人機工程學對現有的自行車分析，研究發(fā)現現有的自行車仍存在著某些不符合人的生理特而設計，這些設計使人們在騎車時容易產生疲勞，并且使人在騎車時的工作效率低下。把人機工程學應用于自行車設計中，將有利于對自行車性能的提高。人機工程學的設計是把人的因素作為系統(tǒng)設計的取要條件和原那么，其目的是使設計出的產品操作方便、省力、平安、可靠、舒適。將人機工程學應用于自行車設計中，把人作為主要因素，用系統(tǒng)的觀點對自行車進行設計，對自行車的整體及有關部件進行改進或重新設計。在設計中應考慮到人的生理特點，人的用力的特點，減少疲勞的產生等因素，提高自行車的省力、平安、舒適、高效等的綜合性能。近年來人們對自行車的研究主要在材料、減震、折疊、外觀等方面、并也取得了很大的成績。但對自行車整體結構進行分析，我們會發(fā)現其變化不大。將人機工程學應用于自行車設計中，將會使自行車的結構發(fā)生改變，并會使自行車的性能有很大的改善，人機工程學在自行車行業(yè)的應用，將會推動自行車的開展，也許還將帶來自行車設計的一個新時代。2.11本章小結本章從人因工程學的角度對自行車各主要零件進行了結構和尺寸設計，對自行車的其他功能進行了構思和設計，并利用Pro/E三維建模特征工具對每個零件進行了三維實體設計。選擇創(chuàng)立實體特征方法的正確與否，直接關系著模型設計的復雜程度、造型的好壞甚至設計的成敗。精品文檔歡迎下載3自行車的裝配設計與功能仿真3.1裝配概述Pro/E的裝配模塊用來建立部件間的相對位置關系，從而形成復雜的裝配體。Pro/E提供了自底向上和自頂向下兩種裝配功能。如果首先設計好全部零件，然后將零件作為部件添加到裝配體中，那么稱之為自底向上裝配；如果是首先設計好裝配體模型，然后在裝配體中組建模型，最后生成零件模型，那么稱之為自頂向下裝配。自底向上裝配是一種常用的裝配模式。機構的裝配過程主要分為兩大類：以約束條件裝配固定不動的原件和以連接條件裝配可移動的原件。1、以約束條件裝配固定不動的原件在裝配機構的原件時，假設欲裝配的原件為固定不動的原件，那么操作者直接在現有的組件上及欲裝配的原件上選取點、線、面等幾何元素，Pro/E系統(tǒng)即會自動給定貼合、對齊、插入等約束條件，以將原件固定在現有的組件上，此外，操作者也可自行指定元件固定住的約束條件。約束條件的類型共有11種，在這些約束條件中，固定及缺省只需點選其命令圖標，即可完成元件的裝配，坐標系僅需1個約束條件，即可元件的裝配，其余的皆需給定2個或2個以上的約束條件，方能完成元件的裝配。其中還包括自動、匹配、對齊、插入、坐標系、相切、線上點、曲面上的點、曲面上的邊、固定、缺省等約束條件。2、以連接條件裝配可移動的原件在裝配元件的過程時，如此元件為機構中可移動的元件，那么需設置適當的“連接條件〞，使此元件與現有組建上的元件連接在一起。不同的連接條件提供不同的自由度及不同的移動機能，以使元件在機構運作時有正確的運動方式。3.2自行車的裝配過程自行車裝配的根本原那么零件裝配一般是先確定一個根本部件，如本課題中的車架，實際產品也是放置在地面上，因此可以選做根本部件，然后依次導入第二個部件，并添加約束關系。在添加約束關系時，需要考慮部件是運動部件還是非運動部件。非運動部件可以采用默認的約束類型，最后得到的零件之間的關系為固定。而運動部件那么需根據要保存運動的自由度，選擇恰當的約束類型，否那么，在之后的仿真中就會出現無法滿足約束關系，而導致仿真失敗。如此類推，直至完成整個自行車的裝配。而在本課題中，采用的是先將自行車分為幾個功能局部，如車架局部，鞍座局部，車輪局部和鏈輪局部。先將各個局部進行組裝，以得到組件，之后再將各個組件組裝在一起。這樣的裝配過程既能保證各個局部的功能，使得裝配的過程簡單化，同時也是實際生產過程中的實際裝配方法。這樣我們的裝配先后次序更加貼近實際生產，就能更好的模擬實際的生產過程，以便發(fā)現實際生產中的問題，并對之進行優(yōu)化。車架的裝配車架由中間主車架和連接前叉和后叉組成，自行車折疊成輪椅后，主車架作為輪椅靠背，所以主車架前后之間要用兩個銷釘連接，折疊成輪椅時，只插一個銷釘，然后轉動；主車架上連接有折疊成輪椅后的輔助支撐小輪支架，不用時旋轉到主車架中固定；輔助支撐的小輪與支架間也用銷釘連接，因此小輪可以在地上自由滾動。單擊新建按鈕，翻開“新建〞對話框。在“類型〞選項組中選擇“組件〞單項選擇按鈕，在“子類型〞選項組中選擇“設計〞單項選擇按鈕，在“名稱〞文本框中輸入組件名稱為“zp〞，去除“使用缺省模板〞復選框，然后單擊“確定〞按鈕。彈出“新文件選項〞對話框。從“模板〞選項組的列表框中選擇,單擊“確定〞按鈕。在右工具箱中單擊將元件添加到組件按鈕，彈出“翻開〞對話框。通過“翻開〞對話框查找到車架文件，單擊“翻開〞對話框。出現元件放置操控板，在操控板的預算列表框中選擇“銷釘〞選項，與前后車架連接。系統(tǒng)提示“狀態(tài)：完全約束〞。在元件放置操控板中單擊完成按鈕，在默認位置裝配第1個元件〔默認的組件坐標系對齊元件坐標系〕。圖3.1車架的裝配車架與鞍座的裝配先導入上鞍座,選取默認的定位方式，選擇操作命令將鞍座移動到車架附近，選擇兩者的軸線，約束類型為相合，然后選擇兩個貼合面，選擇相合約束，定義方向，這樣鞍座的裝配就完成了。圖3.2車架和鞍座的裝配3.2.4車架與把手的裝配將把手零件圖導入裝配文件之中，然后將其移動到車架裝配附近的位置，選擇把手的軸線和車架的軸線，選擇相合命令，然后選擇貼合面，單擊相合，留有一個自由度，可以提供應把手旋轉。圖3.3車架與把手的裝配3.2.5車架與前后叉的裝配為了保證自行車折疊，前后叉與車架間應該設計成可以旋轉的結構。前叉與把手的支架用剛性連接，保證整體可以轉動，與主車架用銷釘連接，保證轉動；后叉與后車架用剛性連接，也保證整體轉動。在右工具箱中單擊將元件添加到組件按鈕，彈出“翻開〞對話框。通過“翻開〞對話框查找到相關文件，單擊“翻開〞對話框。在元件放置操控板的預定義集列表框中選擇“銷釘〞選項，分別選擇元件和組件的一對對齊的軸。再次在元件放置操控板的約束列表框中選擇“對齊〞選項，分別選擇元件和組件的一對對齊的參照面。系統(tǒng)提示“狀態(tài)：完成連接定義〞。在元件放置操控板中單擊完成按鈕，完成第2個零件的裝配。繼續(xù)重復前面的操作，將后叉也裝配起來。圖3.4車架等與前后叉的裝配3.2.6鏈輪等傳動裝置與車架等的裝配先導入零件車架,選取默認的定位方式，之后導入踩踏裝置，采用銷釘連接，使其自由轉動；然后導入踏板，同樣也采用銷釘連接；再導入鏈輪，選擇操作命令將車輪移動到車架附近,先選取兩零件的配合孔的軸線，接著選取貼合曲面，方式為相合，即可完成對車輪的裝配。留有一個自由度，可以供旋轉。選擇操作命令將鏈輪移動到車架附近，選擇兩者的軸線，選擇插入工具欄中的相合，然后選擇貼合面，點擊相合，定義方向即可。鏈輪與腳踏板之間的裝配為剛性連接，踩踏腳踏板帶動大鏈輪轉動，大鏈輪通過鏈條帶動小鏈輪轉動，小鏈輪與后車輪之間為剛性連接，小鏈輪帶動后車輪轉動，驅動后車輪前進，便到達了自行車行駛的目的。下列圖為鏈輪和踏板的裝配圖：圖3.5鏈輪、踏板和車架的裝配自行車整機裝配先導入車輪，選取固定的約束類型，即可完成其定位。接著導入各種部件，采取軸線對齊和貼合面相合的約束類型；之后導入鏈輪部件，采用軸相合和面偏距的約束類型。以上工作完成后，就是要將銷釘，螺釘等其他部件組裝上去。然后將自行車染上相匹配的顏色，最終可以得到裝配總圖。圖3.6自行車的裝配總圖1圖3.7自行車的裝配總圖2自行車折疊后主車架與前后叉的裝配先導入主車架，選擇固定的約束類型，即可完成其定位。再導入輔助架，主車架前后通過一個銷釘與輔助架連接，輔助架與主車架通過這個銷釘可以轉動，之后輔助架與前后叉通過剛性連接固定，選擇適當合理的距離。輔助支撐于主車架之間也通過銷釘連接，可自由轉動，轉動適宜的位置也可固定；輔助支撐上連接有一小輪子，可與地面接觸，輔助支撐的添加可使輪椅更穩(wěn)固。圖3.9折疊后主車架與前后叉的裝配自行車折疊后座板與前叉的裝配先導入前叉，選擇固定的裝配模式，即可完成定位。再依次導入其他部件，前叉與座板之間通過輔助架連接，輔助架與前叉之間為剛性連接，在實際中，通過焊接完成；輔助架與座板之間通過銷釘連接，折疊成輪椅時，座板轉過90度與水平面平行。因為座板要承受人的重量，這就要求前叉具有很好的強度，這可通過選擇適當的材料來完成。圖3.10前叉與座板的裝配自行車折疊后傳動局部的裝配自行車折疊時，因為傳動裝置含有鏈條，所以不好折疊，因此將傳動裝置與踏板和后輪作為一個整體折疊，既保證了自行車行走過程中的可靠性和穩(wěn)定性，也減少了自行車折疊的困難，使得自行車折疊更加方便、更加容易。圖3.11傳動裝置與踏板和后輪的裝配自行車折疊后座板的裝配自行車折疊成輪椅后，座板為主要的載重物件，因此裝配一定要保證牢固，座板分為前后兩局部，通過輔助架與前后叉固定，輔助架與座板之間通過銷釘連接，便于轉動，也可前后調整兩座板之間的距離，使兩座板之間更好裝配；自行車折疊后前后兩座板之間通過兩個銷釘完全固定，保證連接的可靠性和穩(wěn)固性，使其不會向下壓彎，讓人坐在座板上更加舒適、更加放心。圖3.12折疊后前后座板的裝配3.3自行車的多功能設計與仿真將自行車前后兩個車輪折疊起來，通過中間的車板相連接，形成座椅，車架可以當成靠背，車架上的輔助支撐翻開，使小輪在地面輔助滑動，輪椅便會更穩(wěn)。車把手也可以轉個方向，還可以在上面掛一些物品。圖3.13自行車的多功能裝配圖3.14自行車的折疊后裝配總圖3.4多功能自行車的色彩設計自行車的形式美是由造型，色彩，圖案，裝潢等多方面因素綜合而成的。但在眾多的因素中，色彩居于舉足輕重的作用，它最先能引起消費者的注意，并給人以深刻的印象。自行車色彩設計決定了產品能否吸引人，為人所喜愛的一個重要因素。自行車色彩設計具有先聲奪人的藝術效果。有關研究說明，人們在觀察物體時，最初20秒內，色彩的影響占80%，形態(tài)占20%；2分鐘后，色彩的影響占60%，形態(tài)占40%；5分鐘后，色彩和形態(tài)占50%?？梢娚试谧孕熊囋O計中的重要性。自行車的色彩是使產品價值增值的一條重要捷徑。好的色彩設計可以使產品提高檔次和競爭力，提高生產的工業(yè)效率和平安性，美化人們的生活，滿足人們的精神方面的追求。自行車色彩效果的好壞關鍵在配色上,成功的色彩設計應把色彩的審美性與產品的實用性緊密結合起來，以取得高度統(tǒng)一的效果。隨著生產技術的日益進步，自行車設計如何適應消費者的需要就成了至關重要的問題。在亞洲市場的消費者眼中，自行車的色彩與形狀同樣收到特別注意。一些功能優(yōu)異，但外貌笨拙，色彩陳舊的自行車受到冷落，而那些外觀優(yōu)美又使用的自行車卻頗受消費者喜愛。如孩子們喜歡各種可愛的童車，假設色調鮮明，明快，比照強烈且統(tǒng)一協(xié)調，小寶寶一見就會笑逐顏開，愛不釋手；反之，假設將玩具設計成灰暗冷淡的色調，就會被冷落?？梢姡蕦ψ孕熊囀欠浅Ｖ匾?。在自行車設計過程中，還需要加強國際間經濟，文化交流，研究群眾的審美愛好，充分認識流行色對現代生活的重要影響，及時掌握國際，國內的一定時間，地域的流行色的趨勢和走向。使自行車通過色彩更新來強化時代意識，刺激消費。使自行車的色彩設計能夠抓住時代脈搏。最初自行車因為制作工藝問題，只能對鐵質進行本色的烤漆，因此最初自行車多以黑色，黑色拋光，鐵質本色為主。這種黑色，冷漠的色彩，正好反響出1885年左右工業(yè)的開展水平。而隨后隨著科技的開展，自行車和一般的產品一樣，根據使用人群的不同，用顏色區(qū)分開了，例如，深色調依舊是男士車，而粉色調的那么是女士車。而且大量的新質材料運用到了自行車中，例如鋁合金等，即使采用原色材質進行配色，也有很強的客觀欣性。而總的來說，自行車的色彩是跟隨著時代的開展而進行變更的。以目前來說，自行車設計是以簡潔，色彩鮮艷豐富為主。從市場銷售看，那些造型新穎，彰顯個性色彩的自行車備受消費者的青睞。3.5本章小結本章對自行車的結構進行了設計，并對其功能進行了仿真，通過Pro/E三維建模特征工具的綜合運用，創(chuàng)立了自行車的虛擬樣機模型，便于設計的更改和自行車結構的優(yōu)化。[參考文獻][1]孫桓，陳作模.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2006[2]方建軍，劉仕良.機械動態(tài)仿真與工程分析[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004[3]高秀華.機械三維動態(tài)設計仿真技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004[4]胡蓉，胡如夫.機械產品虛擬樣機協(xié)同開發(fā)技術[J].機床與液壓2003(3)[5]方建軍，劉仕良.機械動態(tài)仿真與工程分析[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004[6]劉舫.Pro/E寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2021[7]李成.Pro/EV5從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2021[8]上海江達科技開展.Pro/EV5根底教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021[9]詹熙達.Pro/EV5曲面設計實例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021[10]盛選禹.Pro/E機械設計命令詳解[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021[11]康鵬.Pro/EV5產品設計實例[M].北京：清華大學出版社，2006[12]詹熙達.Pro/EV5模具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021[13]姜楠，李文飛.人性化可折疊助行車設計[J].工程圖學學報，2021(4)[14]賈松，胡青春.新型自行車傳動機構的設計與應用[J].中國制造業(yè)信息化，2005〔7〕[15]張簡一，張莉等.以自行車為例看產品的創(chuàng)新設計[J].哈爾濱理工大學學報，2007