自行車動強(qiáng)度分析文獻(xiàn)綜述

1、杭州電了科技大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文）文獻(xiàn)綜述 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 運(yùn)動型自行車的動強(qiáng)度分析與設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)綜述題目 運(yùn)動型自行車創(chuàng)新設(shè)計(jì) 學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè) 車輛工程 姓名 鄭少杰 班級 學(xué)號 指導(dǎo)教師 田燕萍 運(yùn)動型自行車的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 一、前言 隨著人類文明的發(fā)展，各種負(fù)面影響隨之而來，交通擁堵、環(huán)境惡化、人們健康 水平下降等問題普遍存在 1 。越來越多的人們在改變著自己的出行方式，選擇自行車 作為交通和健身工具。隨著生活節(jié)奏的加快，交通擁堵、環(huán)境惡化、人們健康水平下 降等問題普遍存在。 改變出行方式是解決上述問題的辦法之一， 騎自行車不僅方便快 捷、節(jié)能減排，而且還有益于身心健康。以自行

2、車作為代步健身工具，不失為當(dāng)前最 積極主動、最綠色環(huán)保的一種方法 2-3 。為了促進(jìn)自行車行業(yè)的發(fā)展，必須引入創(chuàng)新 的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 二、主題 現(xiàn)有自行車的使用如此之廣 , 其優(yōu)點(diǎn)固然很多 , 但也存在著諸多不足 , 人們在 設(shè)計(jì)、使用中不斷改進(jìn) , 新車型不斷涌現(xiàn) 4 。自行車產(chǎn)品的功能擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)、材料以 及工藝更新，使產(chǎn)品類別趨于復(fù)雜，分類方法越來越多，大致有：按照使用功能或 者乘騎目的的不同將自行車分為：通勤車（交通用車） 、休閑車（越野、旅行或健身 用車）、運(yùn)動車（訓(xùn)練或比賽用車， 一般指公路或者專用場地競賽車） 、競技車（攀巖、 速降、慢騎、獨(dú)輪平衡等競技或表演用車、也稱特種

3、車）等；按照使用環(huán)境或適用 路面的不同將自行車分為： 公路自行車、 山地自行車、沙灘自行車、 全地形自行車等； 按照乘騎對象的年齡不同可以將自行車分為： 玩具自行車（適用4歲以下兒童） 、兒 童自行車（通常適用48歲兒童）、少兒自行車（適用814歲兒童）、成人自行車、 老年自行車等；根據(jù)車架的結(jié)構(gòu)特征將自行車分為普通車、折疊車、避震車等； 根據(jù)車架等主體部件所用材料分為碳鋼車、鋁合金車、合金鋼車、碳纖維車等；按 照有無輔助動力分為電動自行車、助動車等 5 。 就自行車來說， 人性化設(shè)計(jì)更多是基于人體工程學(xué)上考慮， 即如何讓自行車騎行 更舒適。自行車發(fā)展百余年歷史， 人體工程學(xué)方面的研究已很成熟

4、， 現(xiàn)在依然朝著更 為精細(xì)的方向發(fā)展 6。普通自行車最大的缺點(diǎn)就是在安全、舒適、省力等性能方面的 不相容性.普通自行車的速度低、 費(fèi)力且舒適度差是個(gè)較大的問題 .由人機(jī)工學(xué)研究可 知, 普通自行車的車座窄小 , 呈窄三角形, 影響蹬車動作 , 尤其是山地車、 跑車、賽 車的車座更窄 , 就更缺乏舒適感 , 使得駕駛者易疲勞 7 。 自行車設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的工作， 也是一門專業(yè)的抖學(xué)。 國外自行車工業(yè)發(fā)達(dá) 的國家都在自行車設(shè)計(jì)中投入了大量人力、 物力和財(cái)力， 也取得了很好的效果。 我國 雖然被稱為自行車生產(chǎn)王國，但在產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作上與國外先進(jìn)水平相比還存在差距。 為了迅速提高我國自行車水平， 必

5、須在設(shè)計(jì)工作中下功夫。 自行車設(shè)計(jì)涉及到大量計(jì) 算和技術(shù)問題， 包括自行車設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、 自行車設(shè)計(jì)的使用要求和步驟、 自 行車設(shè)計(jì)人員要求、 自行車影響出功率的機(jī)械因素、 自行車行駛阻力、 自行車安全要 求、自行車設(shè)計(jì)的配合要求八個(gè)方面 8 。 人體自行車機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對于提高運(yùn)動員的成績以及保護(hù)騎車者的身體健康 有著重要作用。從自行車誕生之初，人們就從人體生理學(xué)角度不斷優(yōu)化自行車的設(shè)計(jì)， 目前自行車的基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定， 但是很多幾何參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)還沒有成型。 自行車 機(jī)構(gòu)的優(yōu)化要從機(jī)構(gòu)學(xué)的角度出發(fā)， 結(jié)合人體的生理特征， 將人體和自行車機(jī)構(gòu)優(yōu)化， 以省力為主要目標(biāo)，兼顧舒適度，探討了

6、車座坐高、曲柄長度和人體參數(shù)（大腿和小 腿的長度）之間的關(guān)系， 繪制出相應(yīng)的性能指標(biāo)圖譜， 從而得到這些指標(biāo)與坐高等參 數(shù)的映射關(guān)系，并以此建立人體自行車機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法 9 。 目前，許多學(xué)者、 研究機(jī)構(gòu)與公司已經(jīng)著手于自行車個(gè)性化設(shè)計(jì)的研究， 并取得 了一些成果。 有些學(xué)者利用經(jīng)驗(yàn)公式并結(jié)合編程和繪圖進(jìn)行自行車設(shè)計(jì)。 例如，鄧益 民和張仲源等人 10 利用人體尺寸數(shù)據(jù)庫、 自行車國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫及自行車經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫 為基礎(chǔ)，結(jié)合人機(jī)學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。 北京工業(yè)大學(xué)的張聰敏 11 利用自組織數(shù)據(jù)挖掘算 法對收集的 210 名運(yùn)動員的身體尺寸信息及其自行車的尺寸信息進(jìn)行分析， 總結(jié)出兩 者之間的關(guān)系

7、公式，并以此作為設(shè)計(jì)自行車車架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。澳大利亞的 Mclean 和 Parker12 在研究本國的場地自行車運(yùn)動員時(shí)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，得出鞍座高度應(yīng)該為 100%的跨高高度左右的結(jié)論。還有很多學(xué)者利用經(jīng)驗(yàn)公式，著重于提高騎車舒適度 來設(shè)計(jì)自行車。例如 , 荷蘭 Delft 理工大學(xué)的 Henri 等人13 利用一個(gè)試驗(yàn)研究和一個(gè) 實(shí)驗(yàn)室研究來測試車架參數(shù)對于騎車人舒適度的影響， 他們通過總結(jié)人體尺寸參數(shù)和 測試參與試驗(yàn)人員的舒適度之間的數(shù)據(jù)關(guān)系， 開發(fā)出一款適用于商業(yè)的自行車選購系 統(tǒng)。又如，英國薩里大學(xué)工程學(xué)院的 Sharp14 教授通過理論計(jì)算與仿真的方法對標(biāo)準(zhǔn) 自行車的各個(gè)參數(shù) （

8、包括車輪大小等 ） 進(jìn)行優(yōu)化，旨在提高自行車的穩(wěn)定性， 即騎行者 對自行車的控制。 一些自行車公司也依據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式設(shè)計(jì)相應(yīng)軟件， 采集用戶身體以及 騎車習(xí)慣等各個(gè)參數(shù)后進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，Seven公司定制自行車所需客戶填寫的表格， 其更加注重人的感覺和舒適度， 而對于車架具體參數(shù)如車輪大小等等往往都需要客戶 自己來選擇?；诖罅啃畔⒑蛿?shù)據(jù)，再加上客戶的特殊要求，Seven公司憑此為個(gè)人 “量身設(shè)計(jì)”舒適的自行車。 市場要求自行車企業(yè)提高產(chǎn)品開發(fā)研制效率， 以最快的時(shí)間和最優(yōu)的產(chǎn)品搶占市 場，因此需要一種新的設(shè)計(jì)研發(fā)方法去縮短開發(fā)周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。 傳統(tǒng)的自行車 開發(fā)過程以串行過程來實(shí)現(xiàn)， 它是以

9、順序的過程為前提， 在前一階段完成后， 下一階 段才開始，因此設(shè)計(jì)時(shí)間長，滿足不了快速的市場變化。其次，各部門協(xié)調(diào)不緊密， 增加了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)， 再到銷售之間的往返次數(shù)， 增加了不必要的開發(fā)費(fèi)用。 隨著計(jì) 算機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備價(jià)格不斷的降低，性能不斷的增強(qiáng)，以及 CAD/CAE 軟件數(shù) 量和功能的豐富，并行工程理論應(yīng)用于自行車的設(shè)計(jì)開發(fā)領(lǐng)域成為可能。Pro/EUG、 I-DEAS 等軟件適用于設(shè)計(jì)時(shí)的實(shí)體造型設(shè)計(jì)。在造型完成后，可通過相應(yīng)圖形接口 程序輸入 ANSYS/NASTRAN 運(yùn)用有限元分析軟件進(jìn)行分析。 在產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)階段， 利用Pro/link實(shí)現(xiàn)PDM (產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)，實(shí)現(xiàn)

10、團(tuán)隊(duì)中各成員的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同工作。 并行工程要求產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)階段考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期的所有要求，即質(zhì)量、 成本、制造、進(jìn)度、市場的要求。由于 PDM 技術(shù)的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)過程中有統(tǒng)一的產(chǎn) 品設(shè)計(jì)模型， 自行車項(xiàng)目開發(fā)小組的成員同步工作， 當(dāng)其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時(shí)， 其 余環(huán)節(jié)可快速地做出反應(yīng)。 并行工程引入自行車產(chǎn)品的開發(fā)， 縮短了開發(fā)周期， 提高 了企業(yè)對市場變化的敏感程度，有利于降低成本，提高利潤 15 。 概念自行車預(yù)示著未來自行車的發(fā)展前景。 由于普通自行車結(jié)構(gòu)繁雜 , 維修費(fèi)時(shí)， 本文采用新機(jī)構(gòu)替代傳統(tǒng)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)， 進(jìn)而達(dá)到概念自行車的設(shè)計(jì)目的。 概念自行車 設(shè)計(jì)研發(fā)的基本思路是

11、：在設(shè)計(jì)靈感基礎(chǔ)上進(jìn)行PS手繪，通過手繪圖紙進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 和產(chǎn)品造型，建立數(shù)學(xué)模型，并對其可行性進(jìn)行分析，進(jìn)而獲得理想的設(shè)計(jì)結(jié)果 16 。 三、總結(jié) 自行車作為一種綜合代步、運(yùn)輸、健身、旅游、娛樂等多功能產(chǎn)品，并不受社會 進(jìn)步、科學(xué)發(fā)達(dá)、經(jīng)濟(jì)富裕所制約。相反，由于環(huán)境、消費(fèi)觀念及生活方式改變等等 因素而提高， 并隨著科技的發(fā)展、 自行車功能的不斷延伸而更受消費(fèi)者的青睞。 個(gè)性 化、人性化的深入終將會引導(dǎo)出對人的心理需求的研究， 自行車的個(gè)性化、 人性化通 過自行車將人們精神層面的東西物化，通過更為具體的零部件細(xì)節(jié)對其進(jìn)行解析。 四、參考文獻(xiàn) 1 馬洪全，嚴(yán)海霞 體育運(yùn)動與現(xiàn)代社會生活方式 J.

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