自行車造型設(shè)計

1、摘 要在制圖軟件中，Solidworks軟件自上而下方法的研究已成為研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，逐漸成為一種趨勢。在 Solidworks環(huán)境中 ,通過產(chǎn)品 、部件和零件三者之間參數(shù)關(guān)聯(lián) ,采用一種基于裝配約束的參數(shù)化設(shè)計方法實(shí)現(xiàn)部件的參數(shù)化建模 ,闡述了這種參數(shù)化設(shè)計方法中的關(guān)鍵技術(shù) ,包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的劃分 、尺寸分析 、關(guān)聯(lián)設(shè)計 、基于布局草圖的設(shè)計和方程式的添加 ;運(yùn)用部件參數(shù)化設(shè)計方法構(gòu)建了一個 Solidworks 部件庫 。采用這種方法 ,有利于產(chǎn)品的修改和系列化 ,提高設(shè)計效率。本文在參閱了國內(nèi)外大量對參數(shù)化設(shè)計的文獻(xiàn)基礎(chǔ)之上，以自行車自上而下設(shè)計為例，進(jìn)一步探討了自上而下的發(fā)展和過程。并根

2、據(jù)參數(shù)化過程中出現(xiàn)的API函數(shù)進(jìn)行闡述，讓設(shè)計人員從繁瑣的繪圖工作中解脫出來，集中精力選擇和優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期。【關(guān)鍵詞】：Solidworks；裝配約束；自上而下；部件庫；自行車ABSTRACTIn drawing software, the method of top-down design research has become the focus of research and development, Top-down, and gradually become a trend. The thesis discusses the parametric mod

3、eling method of component s completed by adopting the parametric method based o n assembly constraint through t heir parametric links of product component s and part s under the SolidWorks. Meanwhile , it introduces the key technique of this method , including the partition of product structure , di

4、mension analysis , relating design , assembly design based on layout sketch and t he accession of equation. The thesis creates a component s library in t he SolidWorks by using t he method of parametric design for component s. Adopting t his method will be in favor of t he modification and serial de

5、sign of a product , and raise t he design efficiency. Based on a large number of domestic parametric design based on the literature, bicycle of parametric design, for example, further discusses the development and the process parameters. And according to the parametric process, API design personnel

6、from drawing work freed, concentrate on selection and optimal design parameters, improve product quality, shorten the product design cycle.KEYWORDS：SolidWorks；assembly constraint ；Top-down；component s library；bicycle 目 錄第1章 緒論11.1自行車的行業(yè)11.2選題依據(jù)與研究意義11.3課題的研究及研究現(xiàn)狀2第2章 自行車的一般設(shè)計52.1自行車的新型材料52.2自行車造型62.

7、3自行車結(jié)構(gòu)62.4自行車功能72.5人與自行車系統(tǒng)82.5.1人與支撐部件的關(guān)系92.6.1基本原則102.6.2結(jié)構(gòu)尺寸確定10第3章 自行車零件的作用及三維建模123.1自行車簡介123.2三維建模123.2.1創(chuàng)建布局草圖123.2.2自行車零件車架133.2.3自行車零件車把133.2.4自行車零件前叉143.2.5自行車零件鞍座143.2.6自行車零件車輪153.2.7自行車零件踏板組合件163.2.8自行車零件后座、擋泥板、鏈盒183.3自行車整車三維模型203.4自行車的爆炸視圖21第4章 Solidworks simulation對自行車的結(jié)構(gòu)分析234.1Solidwork

8、s Simulation234.2線性靜態(tài)分析234.3結(jié)構(gòu)分析234.4對自行車的力學(xué)分析244.4.1對前叉的分析過程244.5運(yùn)行結(jié)果25結(jié)論27參考文獻(xiàn)28致謝30自行車造型設(shè)計第1章 緒論1.1自行車的行業(yè)自行車歷史淵源久長。據(jù)史料文字記載，大約公元前2300年，中國、埃及、印度都出現(xiàn)過人類原始的自行車雛形。意大利龐貝城中的壁畫是最早的圖形記載。世界上第一輛真正的自行車是由法國人米狄德，西福拉克于1790年發(fā)明的兩輪腳蹬自行車。鏈條式驅(qū)動裝置的發(fā)明者是英國人丁斯塔利和勞森。1888年英國人鄧洛普將實(shí)心輪胎改為充氣輪胎，使行駛較為輕便。自行車的發(fā)展，從車型看，20世紀(jì)60年代初期以普遍

9、車輕便車為主，到70年代開始流行小輪車，80年代則是山地車的天下。而近10年來的世界自行車市場結(jié)合城市輕便車和山地車兩者優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計的混合型自行車。隨著全球環(huán)保綠色浪潮的興起以及人們由于生活節(jié)奏加快而對交通工具速度上的要求進(jìn)一步提升。自行車市場向高檔化方向的發(fā)展，已成為全球自行車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。目前，我國共有自行車整車廠和零件廠1081家。自行車整車廠數(shù)量占行業(yè)企業(yè)總數(shù)的1/3，整個自行車行業(yè)。國有、三資和組裝型企業(yè)三足鼎立，年生產(chǎn)能力為6000多萬輛。經(jīng)過80多年的發(fā)展，我國自行車行業(yè)取得了驕人的進(jìn)步，自行車的款式和種類不斷得到豐富。目前行業(yè)產(chǎn)品范圍主要包括各種類型、檔次、功能的自行車、助

10、力自行車、童車與各類自行車零件。今年來，一些自行車生產(chǎn)廠挖掘生產(chǎn)潛力，開發(fā)了各類健身車、健身器材等。同時，產(chǎn)品品種擺脫了單一的普通車生產(chǎn)，發(fā)展為載重車、輕便車、運(yùn)動車、賽車、山地車、城市車等6大系列上萬個規(guī)格樣式。采用的材料從單一的鋼材逐步發(fā)展鋁合金、工程塑料與碳纖維復(fù)合材料等。同時自行車零件品種顯著增加，檔次提高較快。1.2選題依據(jù)與研究意義自行車從發(fā)明伊始就是一種最普及的大眾化的輕便交通工具，其造價低廉、維修簡單、使用方便，無污染，深受人們喜愛。至今它仍然是一些國家的城市和農(nóng)村的重要交通工具。而自行車的用途已由單一的代步載貨工具向娛樂、健身、旅游等方向發(fā)展。如何設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理、騎車輕快、美

11、觀舒適的自行車成為當(dāng)前各自行車生產(chǎn)廠家熱切關(guān)心的問題，自下而上設(shè)計法是比較傳統(tǒng)的方法，先設(shè)計并造型零件，然后將之插入裝配體，接著使用配合來定位自行車參數(shù)零件。若想更改零件，必須單獨(dú)編輯零件，這些更改可以在裝配體中看見。自上而下法在Solidworks也成“關(guān)聯(lián)設(shè)計”，是指在裝配體的布局草圖上布置設(shè)計信息，然后把信息傳遞到下級的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，從開始就把零部件作為系統(tǒng)的一部分并考慮零部件之間的相互作用，隨著設(shè)計的進(jìn)行，更為的細(xì)節(jié)信息成為可能并被包含到設(shè)計當(dāng)中。通過在一個布局草圖中表達(dá)整體設(shè)計意圖，就很容易做出正確的設(shè)計修改。運(yùn)用機(jī)械設(shè)計等知識完成自行車骨架結(jié)構(gòu)的設(shè)計同時，利用Solidworks的建模

12、功能，建立三維模型。最后應(yīng)用Solidworks的運(yùn)動仿真功能，使得自行車設(shè)計直觀、快捷、高效。該技術(shù)在機(jī)械工程、化工設(shè)備。汽車制造等很多領(lǐng)域有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價值。Solidworks是美國Solidworks公司的一款高性能三維機(jī)械設(shè)計提供了一個方便的可視化平臺，設(shè)計創(chuàng)建自行車的三維模型，把整個自行車系統(tǒng)拆分成相互獨(dú)立且整體統(tǒng)一的模塊，模塊內(nèi)部的零件又可以實(shí)現(xiàn)互換的柔性化裝配。1.3課題的研究及研究現(xiàn)狀近年來，關(guān)于自行車設(shè)計和以及在對Solidworks的力學(xué)分析，國內(nèi)外在這些方面的不斷的研究,對于自行車方面的研究國內(nèi)主要有：王建華1等人對運(yùn)動自行車整個車架結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計，讓運(yùn)動自行車適

13、應(yīng)人體的特征，從而發(fā)揮騎車者體能技術(shù)發(fā)揮。謝慶森、林俊聰2等人在基于Pro/E的自行車參數(shù)化設(shè)計主要是縮短自行車設(shè)計的周期，提高自行車設(shè)計的水平，提出了自行車參數(shù)化設(shè)計理論，闡述了系統(tǒng)的構(gòu)建原理和系統(tǒng)框架。張祥林、鄧?yán)?等人研究面向裝配的自行車CAD系統(tǒng)研究，其為了提高自行車設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量,而基于UG 建立了自行車CAD 系統(tǒng), 引入了參數(shù)化模板和裝配接口模型，還闡述了參數(shù)化建模、自動裝配、干涉檢查等關(guān)鍵技術(shù)在該系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)。陳東祥、胡冬梅4的碩士論文基于Pro/Engineer的自行車參數(shù)化計系統(tǒng)中是對當(dāng)前我國CAD技術(shù)應(yīng)用日益普及和推廣，而自行車CAD二次開發(fā)相對落后的現(xiàn)狀，利用Pro

14、Engineer提供的二次開發(fā)工具ProToolkit和VisualC+60的集成開發(fā)環(huán)境，對ProEngineer進(jìn)行二次開發(fā)，建立了一個快速的自行車設(shè)計系統(tǒng)。采用三維造型技術(shù)與參數(shù)化設(shè)計相結(jié)合的方法，通過ProToolkit應(yīng)用程序設(shè)計模塊，進(jìn)入自行車零件模型庫，對零件模型進(jìn)行調(diào)用、修改、再生等操作，從而實(shí)現(xiàn)自行車產(chǎn)品的快速設(shè)計。林霜5的論文主要研究與分析自行車設(shè)計中的人機(jī)因素，從人機(jī)工程學(xué)的角度出發(fā),對自行車設(shè)計的發(fā)展、自行車設(shè)計中人的因素和自行車設(shè)計人機(jī)關(guān)系進(jìn)行分析和研究。利用三維造型軟件設(shè)計出自行車,借助人機(jī)分析軟件結(jié)合自行車結(jié)構(gòu)和人的因素進(jìn)行分析自行車設(shè)計的合理性和舒適性。鄧?yán)?研

15、究參數(shù)化模板的自行車快速設(shè)計方法，是針對自行車的設(shè)計建立了基于UG的專用CAD系統(tǒng)。通過對自行車零部件進(jìn)行ABC分析和幾何形狀分析,建立了描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模板,創(chuàng)建了完善的零部件數(shù)據(jù)庫,開發(fā)了不同款式自行車車架的快速設(shè)計模塊和零部件自動裝配模塊,實(shí)現(xiàn)了對產(chǎn)品配置、模具明細(xì)表以及其它產(chǎn)品相關(guān)信息的管理,快速生成工程圖,有效地指導(dǎo)分析和生產(chǎn),并為知識的再利用提供基礎(chǔ)。王璞7主要研究兒童自行車，是以兒童為中心的前提下提出了兒童參與設(shè)計的方式、分析了兒童參與自行車設(shè)計的組織過程,并構(gòu)建了兒童自行車用戶參與設(shè)計的任務(wù)模型和思維模型。對兒童參與設(shè)計中界面的設(shè)計依兒童年齡層次不同,提出了不同的設(shè)計指導(dǎo)意

16、見。 實(shí)踐部分對兒童自行車進(jìn)行了模塊化的劃分,歸納出適于兒童參與設(shè)計的基本模塊部分。建立了兒童自行車個性化設(shè)計的基本模塊庫與個性化模塊庫。宋賢敦8自針對自行車設(shè)計，從自行車的使用要求，及設(shè)計要求進(jìn)行展開闡述。林俊聰9研究與開發(fā)自行車模塊化概念設(shè)計系統(tǒng)，而此文是在研究模塊化設(shè)計和概念化設(shè)計的基礎(chǔ)之上,針對自行車設(shè)計的特點(diǎn),探討了自行車的模塊化概念設(shè)計的理論和實(shí)現(xiàn)。分析了自行車模塊化概念設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),并把該系統(tǒng)拆分成3個相對獨(dú)立的子系統(tǒng):基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、自行車模塊化數(shù)據(jù)庫、用戶交互接口。鄧國光10從力學(xué)角度較為詳細(xì)地研究了自行車運(yùn)動員的蹬踏方式，并用微機(jī)控制系統(tǒng)自行車運(yùn)動訓(xùn)練測試臺得出的數(shù)據(jù)，研究出

17、曲柄旋轉(zhuǎn)角與蹬踏角的關(guān)系。劉軍、耿國強(qiáng) 11的主要研究了Solidworks自上而下設(shè)計方法。林修成、張朝陽12的論文是對自行車行駛穩(wěn)定性及后進(jìn)動性的力學(xué)分析，文章首先根據(jù)拉格朗H方程，得到廣義坐標(biāo)下的車輪運(yùn)動的拉格朗H方程，然后根據(jù)廣義坐標(biāo)下的拉格朗H微分方程研究車輪的運(yùn)動狀態(tài)，車輪初始的不穩(wěn)定性，在直線行駛中的穩(wěn)定性，抗沖擊性以及自行車轉(zhuǎn)彎時的后進(jìn)動問題傾翻的問題，從而回答了自行車在彎道行駛車身處于顛倒?fàn)顟B(tài)，在重力作用下而不致。李立順、孟祥德等人13的論文基于Solidworks的整車自裝卸車虛擬設(shè)計與運(yùn)動仿真，主要介紹了基于Solidworks軟件進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)虛擬設(shè)計和運(yùn)動仿真的基本方法

18、，綜合利用Solidworks的參數(shù)化、變量化建模技術(shù)以及自下而上和自上而下相結(jié)合的設(shè)計方法，完成了整體自裝卸車的虛擬設(shè)計，證明了這種方法可有效提高設(shè)計效率，具有良好的應(yīng)用前景。付永忠14基于Solidworks的自頂而下裝配體設(shè)計及運(yùn)動仿真，改論文指出了傳統(tǒng)的自下而上裝配體設(shè)計的缺點(diǎn)，并提出自頂而下裝配體與運(yùn)動仿真相結(jié)合的產(chǎn)品設(shè)計方法。鄭向華15基于Solidworks的機(jī)械手運(yùn)動仿真設(shè)計，本文在上料機(jī)械手設(shè)計與研究的基礎(chǔ)上，具體進(jìn)行了機(jī)械手仿真動畫設(shè)計。楊艷紅、周紅生等人 16的碩士論文液壓傳動自行車車自頂向下設(shè)計及傳動分析，液壓傳動自行車是一種新型的交通工具，通過繪制液壓傳動自行車的概念

19、草圖，基于參數(shù)化特征建模技術(shù)多層次的裝配模型，利用自頂向下設(shè)計方法完成液壓傳動自行車的骨架模型及整機(jī)設(shè)計，并對液壓泵和馬達(dá)傳動原理進(jìn)行分析。結(jié)果表明，自頂向下設(shè)計方法為提高產(chǎn)品的快速更新設(shè)計提供了一條新路子。國外在自行車方面的研究：Soden和Adeyefai17對騎車中的自行車做了受力分析，指出騎車開始是蹬踏力可達(dá)到人體體重的三倍。Hull和他的合作者們18研究了騎車生物力學(xué)，用五趕平面機(jī)構(gòu)模擬具有圓鏈輪驅(qū)動的腳蹬自行車系統(tǒng)，探討了腳蹬力和腳蹬速率如何影響騎行過程以及鉸鏈力矩節(jié)奏的關(guān)系。 第2章 自行車的一般設(shè)計2.1自行車的新型材料運(yùn)用在自行車上的材料多種多樣，目前比較流行的材質(zhì)有鋼材、鋁

20、合金、鎂合金、欽合金、高分子碳纖維材料、復(fù)合材料等。鋁合金是目前最看好的材質(zhì)，在80年代初期就己經(jīng)開始被大量運(yùn)用在自行車制造上，雖然鋁合金車架重量輕、延伸性相當(dāng)好，但應(yīng)力較集中，所以性能較差。近年來鋁合金材質(zhì)在車架上運(yùn)用了新技術(shù)，其中漸進(jìn)式抽管法最被看好，即分?jǐn)?shù)次將鋁材逐漸抽薄，減少重量而又不損失強(qiáng)度，消除了車架接縫處的潛在斷裂處。英國設(shè)計者Kirk Precision大膽地利用新型材料高純度鎂，通過鎂合金澆注成模方法，再結(jié)合高科技制造設(shè)備和計算機(jī)輔助設(shè)計手段，成功地將大規(guī)模制造的優(yōu)勢運(yùn)用到傳統(tǒng)手工制造的自行車行業(yè)中來，生產(chǎn)出比相同大小和重量的鋼管車架質(zhì)量更輕、剛度更高，性能更佳、動感更強(qiáng)的合

21、金管車架。欽合金在航空工業(yè)上普遍被運(yùn)用，同時也漸漸被自行車行業(yè)所注意。欽合金穩(wěn)定性高、不易氧化.強(qiáng)度高、抗腐蝕性好.吸震性也十分好，如此多的優(yōu)點(diǎn)和制造難度使得欽合金車架的價格一直十分昂貴.復(fù)合材料在運(yùn)動器材方面蓬勃發(fā)展，加上制造技術(shù)漸趨成熟，引起有心人士投入復(fù)合材料代替金屬的開發(fā)。碳纖維是一種纖維補(bǔ)強(qiáng)的熱固樹脂，屬于非金屬材料，它重量輕、可塑性大、耐牢性卓越，防震性能好，與同質(zhì)量的金屬相比有更優(yōu)良的強(qiáng)度與剛硬度;將碳纖維管狀物與鋁合金接頭這兩種截然不同性能的物體以高分子接著劑膠合組成一體化成型車架，最適用于競賽型的自行車。碳纖維自行車的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r如下所述。80年代中期，意大利、法國、英國和

22、美國利用復(fù)合材料和工程塑料方面的技術(shù)優(yōu)勢.相繼開發(fā)成功了用碳纖維管和鋁合金接頭粘接成車架的碳纖維自行車。隨后，歐美等國對自行車進(jìn)行計算機(jī)輔助受力分析和強(qiáng)度計算，使計算機(jī)外形更符合人機(jī)工程學(xué)的要求，研制出碳纖維整體車架成型工藝。90年代初，國外廠商將粘接型和整體性進(jìn)行混合技術(shù)，即用碳纖維管和多通接頭作“底”.外敷纏繞碳纖維層，使多通接管掩埋在里面，外部看起來似整體成型。以確保自行車的強(qiáng)度。臺灣最大的自行車廠商捷安特Giantl公司與臺灣材料研究室共同開發(fā)碳纖維自行車，成功開發(fā)一種新穎的鋁合金金屬壓注接頭膠接碳纖維自行車構(gòu)架。隨后.公司于1993年聯(lián)合開發(fā)整體碳纖維自行車構(gòu)架，便臺灣自行車工業(yè)發(fā)展

23、上一新臺階。近年來臺灣自行車業(yè)者將諸多新開發(fā)的高科技材料大量運(yùn)用于傳統(tǒng)的自行車產(chǎn)品.提高功能性和實(shí)用性，大幅度減輕自行車重量，使產(chǎn)品的附加價值大為增加。1993年，我國天津飛鴿自行車(集團(tuán))公司和北京環(huán)航復(fù)合材料公司聯(lián)合投資開發(fā)粘接型碳纖維自行車。深圳中華自行車公司自行研制可焊接碳纖維自行車。但整體成型碳纖維車架國內(nèi)目前還是空白。2.2自行車造型現(xiàn)代自行車造型設(shè)計的一大特點(diǎn)就是應(yīng)用新材料、新工藝、新結(jié)構(gòu)。有種無輻條、前后輪均為碳素鋼輪的自行車，其前輪略小，后輪略大，造型整體呈前傾狀態(tài)，高速行駛時，能減少空氣阻力具有較強(qiáng)的速度感和力感。1999年臺北自行車展示會上，Elebike公司展出了由工程

24、學(xué)院的學(xué)生設(shè)計的兩人同時駕駛的新型三輪電動自行車。車的前輪有一個轉(zhuǎn)矩，電池安裝在座墊下面，車駕與擋泥板創(chuàng)造出一種優(yōu)美的流線形?！傲缪蛐汀薄ⅰ鞍滋禊Z型”等使自行車造型趨于多樣化。“流線型”結(jié)構(gòu)造型以及改變駕駛者的姿態(tài)的“身尚式”造型是自行車造型發(fā)展的新趨勢。2.3自行車結(jié)構(gòu)自行車的結(jié)構(gòu)多樣，金屬板、塑料的組合式、管式、組成式、軸傳動機(jī)構(gòu)、橡膠車架、碳精纖維車架、無幅條車輪、單輪車式、曲柄式往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)、鋼絲幅條車輪、無滾珠軸承、蛇腹車架、雙管車架、雙圓棒車架、蜂窩結(jié)構(gòu)、玻璃纖維車架、流線型結(jié)構(gòu)、整體車輪、驅(qū)動部與后軸的整體連結(jié)、無螺絲安裝、帶式驅(qū)動機(jī)構(gòu)、流式驅(qū)動機(jī)構(gòu)等m。而折疊式自行車是近幾年發(fā)

25、展起來的一種新型結(jié)構(gòu)的自行車.結(jié)構(gòu)更簡便，性能更高.(1)獨(dú)轉(zhuǎn)健身自行豐一種獨(dú)輪健身自行車，由搖動手柄、腳踏，輪子和保護(hù)架構(gòu)成，搖動手柄和腳踏分別與棘爪傳動機(jī)構(gòu)的棘爪固定，棘輪與車輪同軸轉(zhuǎn)動。使用者通過兩手的前后搖動和腳踩腳踏兩種方式連續(xù)驅(qū)動車輪行走。(2)折圣式自行豐德國斯圖嘉特市車輛設(shè)計鍛造公司最近開發(fā)成功一種隨意放入任何一種行李箱內(nèi)的微型折疊式自行車。它裝有可調(diào)式支承座的鞍管和車架上的避震器可迅速從車架上卸下，車架通過一種新式中軸活絡(luò)關(guān)節(jié)一步折疊到位。車架制造采用“中空事骨架件”方法，既有效提高車架抗扭強(qiáng)度.又可顯著減輕車架重量。日本成功制造出總重量僅為6. 5千克的一種新型的安全可靠的

26、折盛式輕便自行車，堪稱世界上最輕量的自行車。車體材料采用堅固而較輕的欽合金，所有框架采用中空工藝加工，框架管子的壁厚僅有1毫米，此外，輪胎采用了聚氨酷橡膠等輕量材料，所有部位盡可能設(shè)法變輕.折疊設(shè)計方面，對折疊后的高度、厚度都進(jìn)行了嚴(yán)格調(diào)查比較，產(chǎn)品最終實(shí)現(xiàn)了能滿足多種情況下的攜帶與放置。臺灣展開發(fā)公司推出的折疊式電動自行車獲日本外觀及結(jié)構(gòu)專利權(quán)。全車僅32公斤，攜帶方便、機(jī)動性高。該車采用微電腦控制器，剎車自動斷電，電源歸零起動，具有電量指示燈，啟動扭力大，速度可達(dá)25公里/hr，充電時間4-6小時，平地續(xù)航力可達(dá)40公里。前輪配置的12. 5英寸避震器已獲臺灣專利權(quán)，是目前臺灣行程尺寸最短

27、的避震器。我國柯思達(dá)發(fā)明的折疊自行車系列產(chǎn)品，性能上具有折疊迅速、結(jié)構(gòu)簡便的特點(diǎn)，與同類產(chǎn)品相比，體積小1/2，重量輕1/3，折疊時間為2-4秒，可隨意掛靠，攜帶便利。2.4自行車功能自行車除了作為一種交通工具，還具有健身、娛樂、競賽等多方面功能。隨著高新技術(shù)的不斷提高，運(yùn)用越來越廣泛，功能越來越完備，出現(xiàn)了水陸兩用自行車、多檔變速自行車、登山越野自行車等多功能型自行車。(1)多檔變速自行車變速裝置的形式很多，內(nèi)裝、外裝、手動無級變速、電氣式自動無級變速、流體變速、細(xì)繩式、帶式、隨動式、離合器式、磁力式、連桿式、摩擦離合器式、摩擦板式、離心力式、異型電機(jī)式、柱塞式、和諧傳動、行星齒輪式、照相機(jī)

28、光圈式、改變鏈輪徑、凸輪偏心式(帶行星齒輪和鏈輪)、橡膠變速式、滾珠螺絲變速等等。外裝變速器直接接觸外部空間，變速的范圍較大，多用于山地車。內(nèi)裝變速器暗藏于后花鼓中，由于設(shè)計的空間有限，變速的范圍較有限，一般用于城市內(nèi)騎行的輕便車。森威系列中的摩擦式換檔變速器，采用低接觸式走線方式和擺動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)前、后自動定位定檔工NDEX調(diào)速。它選用高強(qiáng)度的壓鑄鋁、塑脂件，采用旋轉(zhuǎn)手柄、GD型飛輪，具有預(yù)撥功能，使得工NDEX系統(tǒng)達(dá)到平順、準(zhǔn)確的變速性能。最新產(chǎn)品中還有通過電腦感應(yīng)和微型馬達(dá)來自動進(jìn)行變速的全自動內(nèi)變速系統(tǒng)。通過變速把上的電腦液晶FLGHT DECK電子顯示系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顯示時間、平均速度、騎行總

29、距離等17種的功能。(2)山地自行牟山地自行車適于行駛在不平整的路面上。由Bertone公司和通用(GM)的子公司歐寶聯(lián)合開發(fā)的山地自行車，用一根管材構(gòu)成的龍骨代替了傳統(tǒng)的四邊形車架。此車將后輪，車鏈連接腳蹬子的中軸作成一體，減震器安裝在鎂管中，從而使得24速換檔機(jī)構(gòu)中的鏈條張緊力不受到車輪跳動的影響，解決了后懸掛系統(tǒng)的自行車經(jīng)常遇到的問題。(3)遭震賽車在登山自行車、下坡賽車上，為了降低自行車車輛重量，發(fā)揮乘騎者的最大極限，提高耐沖擊性，普遍采用高性能的前后叉避震設(shè)計，懸吊式后避震系統(tǒng)和彈簧壓迫式的傳動系統(tǒng)。在把手、避震座管、立管等各部分均采用創(chuàng)新的材料，使自行車的“減震”功能幾乎可以與機(jī)車

30、相媲美。同時，為了減少抗風(fēng)阻系數(shù)，以往管狀的車身已逐漸為扁平的設(shè)計所代替。第四章車架造型設(shè)計自行車創(chuàng)新設(shè)計包括所示的各個方面，本論文重點(diǎn)討論車架造型、傳動系統(tǒng)方案設(shè)計。本章首先研究車架造型設(shè)計。2.5人與自行車系統(tǒng) 組成自行車的功能是供人騎行，就發(fā)揮自行車的功能作用而言，把人看作自行車的組成部分是完全合理的。因此，人在騎車時組成了人一車系統(tǒng)，該人一車系統(tǒng)中的人一車界面關(guān)系可由圖來進(jìn)行分析。圖2.1人與自行車的關(guān)系2.5.1人與支撐部件的關(guān)系支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構(gòu)架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證自行車的整體性，實(shí)現(xiàn)自行車的功能。從人機(jī)關(guān)系來看，

31、鞍座、車把和車架等的位置和大小，以及它們間的相互關(guān)系，與騎車人的位置和肌肉的動作有著性的設(shè)計參數(shù)。 2.5.2人與動力接受部件關(guān)系 動力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動力是靠騎車人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運(yùn)動的力使曲柄轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的。為了使人省力和有舒適感，必須在騎自行車人的體格和體力與自行車元件的尺寸關(guān)系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運(yùn)動與曲柄轉(zhuǎn)動之間的能量轉(zhuǎn)換問題。2.5.3人與傳動部件關(guān)系 傳動部件主要是滾珠、鏈條和鏈輪。人的作用力是通過鏈條和鏈輪傳動而帶動后輪轉(zhuǎn)動，從而使自行車前移。傳動部分的設(shè)計關(guān)鍵是要有較高的傳動效率和可靠性，且有易操縱的變速機(jī)構(gòu)。保證較高的傳動效率，才能使人用一定的肌

32、力而獲得較大的輸出功率。 2.5.4人與工作部件關(guān)系 工作部件就是車輪，即車圈、輪胎等。絕大部分輪胎是充氣的，少數(shù)是實(shí)心的。車輪一方面把騎車人的肌肉力量，有效地轉(zhuǎn)換為同地面接觸而向前運(yùn)動的力；另一方面將騎車人的握力轉(zhuǎn)換為與接地部分所產(chǎn)生的剎車阻力。在設(shè)計自行車的各部分尺寸、車閘及變速器等時，應(yīng)該著眼于騎車人動力傳動工作的連貫性，才可能設(shè)計出同騎車人手的大小或握力相適應(yīng)的閘把、剎車力適當(dāng)?shù)能囬l，才不會發(fā)生剎車阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象。 2.6自行車設(shè)計原則自行車設(shè)計要從材料強(qiáng)度、騎行運(yùn)動學(xué)、加工工藝，可靠性等各個方面進(jìn)行考慮，這些因素都直接影響著車架的外觀美感、強(qiáng)度大小和彈性優(yōu)劣。而車架造型很大程

33、度上決定著自行車騎行好壞、易轉(zhuǎn)性能、騎行舒暢感等。車架管材的長短、構(gòu)成的角度等影響整體自行車的特性。除考慮車架的造型結(jié)構(gòu)尺寸外，尤其應(yīng)該考慮自行車與人的協(xié)調(diào)關(guān)系，以及身體尺寸與自行車各部件之間的關(guān)系。主要的基本技術(shù)參數(shù)有:前管軸線與地面夾角、立管軸線與地面夾角p、傳動中心距C、前后輪中心距D、中接頭中心離地距離E等。只有這些參數(shù)均趨于合理，才能保證自行車的穩(wěn)定性和操縱性。下面以大眾車為例，討論如何確定車架設(shè)計方案。2.6.1基本原則(1)自行車的性能是通過人來體現(xiàn)的，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)以人為主，充分考慮到人體工程學(xué)、自行車運(yùn)動學(xué)、形態(tài)美學(xué)等方面的知識。(2)車架的形狀和尺度與其功能有關(guān)。要求外形尺

34、寸合適，以提高騎行舒適性;要求所受阻力最小，騎行的輸出性能最佳。(3)要求有足夠的剛性和強(qiáng)度，并且盡量減少重量。具有良好的抗沖擊、耐疲勞性，以保證壽命使用。2.6.2結(jié)構(gòu)尺寸確定(1)車架規(guī)格運(yùn)動員下肢(大腿、小腿、腳)的長短，決定車架的高度。上肢(上臂、下臂和手腕)的長短與胸之和，決定車架的長度。(2)前角和后角前角指前管對于車架的傾斜度。前角為710時，操縱性和穩(wěn)定性都比較好，確定其范圍為650 -750。賽車車架的前角更陡，采用730-750，這樣在騎行時反應(yīng)快，速度靈活。坐管角取與前角相同，陡的角度可使騎車者前撲在中軸的上方，從而獲得較大的蹬力。后角指立管軸線與地面夾角。后角決定了騎行

35、者在自行車上的重心位置，一般認(rèn)為在680 -73。范圍內(nèi)。當(dāng)傳動中心距設(shè)定的值較小時，角度偏小，反之偏大。(3)前又翹度前叉翹度指前管中心線和前輪軸之間的垂直距離。為提高自行車的的導(dǎo)向靈活性，一般取較小的值。(4)上管長度從鞍立管接頭到前叉接頭的長度，角度較陡的賽車車架相應(yīng)地使上管縮短了。這樣可使騎車者能下?lián)渲p手握住車把騎行，以減小風(fēng)的阻力并增強(qiáng)腳踏的力量。(5)轉(zhuǎn)距為了減少自行車的重量，提高運(yùn)動性能，必須考慮盡量縮短輪距。前、后輪中心距的尺寸大小與傳動中心距有關(guān)，當(dāng)傳動中心距較小時前、后輪中心距可取小一些，反之取大一點(diǎn)。(6)后心距從保證車架的剛性和良好的加速性能出發(fā)，盡量縮短后心距。第3

36、章 自行車零件的作用及三維建模3.1自行車簡介自行車的車架、輪胎、腳踏、剎車等24個部件中，其基本部件缺一不可。其中，車架是自行的車的骨架，它所承受的人或貨物的重量最大。按照各部件工作特點(diǎn)，大致可將其分為導(dǎo)向系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)：1.導(dǎo)向系統(tǒng)：有車把、前輪、前叉等部件組成。騎乘者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。2.驅(qū)動系統(tǒng)：有腳蹬、曲柄、鏈條、飛輪、后輪等部件組成。人腳的腳蹬力是靠腳蹬通過曲柄，鏈輪、鏈條、飛輪等部件傳動的，從而使自行車不斷前進(jìn)。3.制動系統(tǒng)：由車閘部件組成、乘者可以隨時操縱車閘，使行駛的減速、始、停，以確保行車安全。此外，為了安全和美觀，以及從實(shí)用出發(fā)，還裝

37、配了車燈，支架等部件。下面將在這一節(jié)中詳細(xì)介紹自行車主要部件的具體情況。3.2三維建模3.2.1創(chuàng)建布局草圖創(chuàng)建一個新的裝配體，在前視基準(zhǔn)面創(chuàng)建一個自行車草圖，在該草圖中繪制關(guān)鍵零件，并把每個零件生成塊，其中塊的名稱修改成零件的名稱，如圖3.1自行車布局草圖。每個塊只需要表達(dá)零件的關(guān)鍵形狀、尺寸和位置即可，不需要畫上全部的細(xì)節(jié)。圖3.1自行車布局草圖3.2.2自行車零件車架車架部件是構(gòu)成自行車的基本結(jié)構(gòu)體，也是自行車的骨架和主體，其他部件也都是直接或間接安裝在車架上的。車架就相當(dāng)于人的骨架，有了車架才能選用安裝車輪等零件完成整車設(shè)計。車架為了減輕管重量，提高強(qiáng)度，其材料通常由鐵、鋁合金等材料一

38、般采用普通碳素銅管，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經(jīng)過焊接、組合而成，根據(jù)管材的長短構(gòu)成的角度等影響整體自行車的特性。比如，直線騎行較好的自行車、易轉(zhuǎn)的自行車、騎行舒暢的自行車等，決定這些因素的很多都來自于車架，同時車架的形狀決定了自行車的整體外觀、類型和騎行性能。自行車車架的結(jié)構(gòu)形式有很多，但總體可以分為兩大類：即男式車架和女式車架。由于自行車是依靠人體自身的驅(qū)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(chǎn)生的沖擊載荷以及能否舒適、安全地運(yùn)載人體的重要結(jié)構(gòu)體，車架部件制造精度的優(yōu)劣，將直接影響乘者的安全、平穩(wěn)和輕快。3.2.3

39、自行車零件車把車把屬于自行車的導(dǎo)向部件，乘者可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。車把按形狀可分為平把、下垂把、上翹把等，按使用時手握的位置相對于把橫管的位置可分為前置式和后置式。設(shè)計時應(yīng)按不同的車種選擇合適的車把。運(yùn)動形自行車宜采用平把和下垂把，以手前置式為宜。圖3.2 自行車車把3.2.4自行車零件前叉前叉是自行車的導(dǎo)向部件之一。前叉在自行車結(jié)構(gòu)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(dǎo)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導(dǎo)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(zhì)，故前叉部

40、件必須具有足夠的強(qiáng)度等性質(zhì)。車胎充足氣后，車輪與道路的接觸面積小，摩擦阻力相應(yīng)減小，使得行駛較輕松。但是，一旦遇上高低不平的道路，就會顛簸不穩(wěn)，特別是前叉震動更加厲害。因此，近幾年來，人們又研究出了具有減震作用的前叉避震前叉。避震前叉將自行車的車架和前輪彈性的連接在一起，可吸收并緩解因路面不平而傳遞給車架的沖擊和震動，保持騎行的舒適和平穩(wěn)。由于減震裝雹具有緩沖作用，可以避免某些零件因過分震動而損壞。3.2.5自行車零件鞍座鞍座是保證長時間騎行不疲勞的關(guān)鍵部件，運(yùn)動車一般采用無彈簧式鞍座一一鞍座面下應(yīng)采用較硬的海綿，形狀以狹長為宜。鞍座的長度、寬度的鞍梁的結(jié)構(gòu)是以車型和乘者的性別、習(xí)慣來確定。鞍

41、座的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮乘者舒適。鞍座依靠鞍管與車架做鋼性連接，用來承受人體的重量。具體來說：鞍座面：是人體體重的支撐面，具有良好的強(qiáng)度和彈性，它由鞍座面皮和墊皮組成。鞍座架：又稱鞍梁，是鞍座的主體，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般由前后撐板，左右鞍撐，上下梁組成，并連接和支撐鞍面。鞍座簧：實(shí)質(zhì)上是鞍座架的一部分。它支撐著鞍座架和鞍座面，起著緩沖和減震的作用。鞍座簧的形式有立簧、臥簧和拉簧等幾種。鞍座夾：又稱鞍座卡，是由夾緊螺釘，座夾和夾板等組成，用來將鞍座固定在鞍簧上。自行車的座墊下安裝彈簧，可以利用它的緩沖作用以減小震動。圖3.3 鞍座3.2.6自行車零件車輪自行車的車輪屬于導(dǎo)向系統(tǒng)（前輪）也屬于驅(qū)動系

42、統(tǒng)（后輪），其種類型主要分為傳統(tǒng)型（輻條型）和實(shí)體型。傳統(tǒng)的自行車車輪由輪胎（內(nèi)胎、外胎）、輻條，花轂等組成，其結(jié)構(gòu)造型其中，車輪的外胎又分軟邊胎和硬邊胎兩種。軟邊胎斷面寬，能全部裹住內(nèi)胎，著地面積比較大，能適宜多種道路行駛。硬邊胎自重輕，著地面積小適宜在平坦的道路上行駛，具有阻力小，行駛輕快等優(yōu)點(diǎn)。外胎上的花紋是為了增加與地面的摩擦力。山地自行車的外胎寬度特別寬，花紋較深也是適應(yīng)越野山地用。車輪的輻條一般是等徑的，為了減輕重力，也有制成兩端大、中間小的變徑輻條，還有為了減少空氣阻力將輻條制成扁流線型。但近幾年，市場上出現(xiàn)了脫離傳統(tǒng)的車輪實(shí)體車輪，整個車輪都是一體的。這些造型奇特的車輪一般都用

43、在運(yùn)動型自行車上。兩種類型的車輪相較，輻條車輪較輕，但實(shí)體車輪更符合空氣動力學(xué)原理。圖3.4 車輪圖3.5 車輪3.2.7自行車零件踏板組合件踏板是自行車驅(qū)動系統(tǒng)的主要部件，是自行車驅(qū)動力蹬力的“傳點(diǎn)”。在這組組合件中包含中軸、曲柄等多種零件，具體組裝三維模型1、腳蹬部件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(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動曲柄，中軸，鏈條飛輪，使后輪轉(zhuǎn)動，從而使自行車前進(jìn)。因此腳蹬部件的結(jié)構(gòu)和規(guī)格是否合適，將直接影響騎車人的放腳位置是否合適，自行車的驅(qū)動能否順利進(jìn)行。2、腳踏板腳踏板可分為整體式腳踏板和組合式腳踏板。無論

44、什么款式的腳踏板都必須有腳踏面，必須安全可靠，并且具有一定的防滑性能，制造材料可以選用橡膠、塑料或金屬。腳踏板必須轉(zhuǎn)動靈活。腳踏板是整個車子，旋轉(zhuǎn)部位的動力源，過去的踏板其鞋底板自出力點(diǎn)中央至曲柄的距離都超過哪。近年來國外有新品，踏板軸的長度縮短為是可增加力矩的。圖3. 6 腳踏板3、曲柄曲柄的長度使用上，原則以下肢長來調(diào)配，此外還得考慮項目的應(yīng)用，一般曲柄大眾化的尺寸，都是從16.5 cm起，每隔0.25 cm為一標(biāo)準(zhǔn)，到17.5 cm，(165、167.5、170、172.5、175)等五種，但實(shí)際應(yīng)用時對其尺寸的要求更為精密化。4、鏈條鏈條又稱車鏈、滾子鏈，安裝在鏈輪和飛輪上。其作用是將

45、腳踏力由曲柄、鏈輪傳遞到飛輪和后輪上，帶動自行車前進(jìn)。4.2創(chuàng)建布局草圖創(chuàng)建一個新的裝配體，在前視基準(zhǔn)面創(chuàng)建一個自行車草圖，在該草圖中繪制關(guān)鍵零件，并把每個零件生成塊，其中塊的名稱修改成零件的名稱，如圖4.1自行車布局草圖。每個塊只需要表達(dá)零件的關(guān)鍵形狀、尺寸和位置即可，不需要畫上全部的細(xì)節(jié)。圖3.7 鏈條5、鏈輪鏈輪需用高強(qiáng)度鋼材制成，保證其達(dá)到需要的拉力強(qiáng)度。6、飛輪飛輪以內(nèi)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(gòu)成自行車的驅(qū)動系統(tǒng)。飛輪從結(jié)構(gòu)上可分為單級飛輪和多級飛輪兩大類。單級飛輪又稱為單鏈輪片飛輪，主要由外套、平擋和芯子、千斤、千斤簧、墊圈等零件組成。

46、單級飛輪的工作原理：當(dāng)向前踏動腳踏是，鏈條帶動飛輪向前轉(zhuǎn)動，這時飛輪內(nèi)齒和千斤相含，飛輪的轉(zhuǎn)動力通過千斤傳到芯子，芯子帶動后軸和后輪轉(zhuǎn)動，自行車就前進(jìn)了。當(dāng)停止踏動腳踏板時，鏈條和外套都不旋轉(zhuǎn)，但后輪在慣性作用下仍然帶動芯子和千斤向前轉(zhuǎn)動，這時飛輪內(nèi)齒產(chǎn)生相對滑動，由此將芯子壓縮到芯子的槽口內(nèi)，千斤又壓縮了千斤簧。當(dāng)千斤齒頂滑到飛輪內(nèi)齒頂端時，千斤簧被壓縮得最多，再稍微向前滑一點(diǎn)，千斤被千斤簧彈到齒根上，發(fā)出“嗒嗒”的聲響。芯子轉(zhuǎn)動加快，千斤也很快在各個飛輪內(nèi)齒上滑動，發(fā)出“嗒嗒”的聲音。當(dāng)反向踏動腳踏時，外套反向轉(zhuǎn)動，會加速千斤的滑動。使“嗒嗒”聲響的更急促。多級飛輪是自行車變速裝置中的一個

47、重要部件。多級飛輪是在單級飛輪的基礎(chǔ)上，增加幾片飛輪片，與中軸上的鏈輪結(jié)合，組成各種不同的傳遞比，從而改變了自行車的速度。3.2.8自行車零件后座、擋泥板、鏈盒自行車的部件除了上述的幾種主要部件，還包括擋泥板、撐腳、車閘等附件，具體功用、造型如下所述：、擋泥板：擋泥板屬可選擇性部件，休閑自行車一般都會安裝，但運(yùn)動車一般以不裝擋泥板為宜，有時也可采用窄形擋泥板。圖3.8 擋泥板2、后座后座又稱貨架，其功用主要用來承載，一般自行車都有安裝，運(yùn)動車則很少安裝。后座的造型非常多，圖2-11及是比較常見的造型圖3.9 后座3、車閘車閘是保證騎乘者安全的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是剎車的制動點(diǎn)不在輪緣上，不會損壞車圈的

48、電鍍層。車間按制動點(diǎn)的位置來分，可以分為輪緣閘和軸閘兩大類，我們重點(diǎn)介紹最常見的輪緣閘。輪緣閘是一種通過機(jī)械杠桿、推桿、拉桿或鋼絲繩等直接將高摩擦因素的閘皮壓向車圈邊緣后輪胎，將轉(zhuǎn)動中的車輪剎停的裝置。輪緣閘結(jié)構(gòu)簡單，維修保養(yǎng)方便，因此被廣泛使用。但是，如果接觸車圈輪緣不正，或雨水淋濕的影響，會降低摩擦，從而影響制動的效果。常見的有：普通閘：優(yōu)點(diǎn)為接觸面合理，制動力矩大，制動靈敏，剎車性能可靠，結(jié)構(gòu)簡單和安裝修理方便。鉗形閘：當(dāng)剎車時，其左右閘叉和閘皮就像鉗子一樣，緊緊地鉗住車圈的兩個端邊，達(dá)到使車減速或停的目的。優(yōu)點(diǎn)是剎車時力臂大，制動效果好，傳動零件少，調(diào)節(jié)和維修方便，重力輕，外形美觀。懸

49、臂閘：優(yōu)點(diǎn)為懸臂閘剎車時的力矩比鉗形閘更大。制動性能好，結(jié)構(gòu)簡單。重力輕，調(diào)節(jié)和維修方便。前觸閘：前觸閘是靠杠桿原理制動的。當(dāng)手握緊閘把時，閘把的另一頭梅接頭、拉桿、拉管向下壓，使閘皮向下壓至與輪胎接觸，產(chǎn)生摩擦制動力。其缺點(diǎn)是剎車教果與輪胎充氣程度有關(guān)。充氣不足時，會使摩擦力減小，影響剎車效果。腳閘：優(yōu)點(diǎn)為由于剎車是用腳力的，所以在腳閘上產(chǎn)生的正壓力越大，剎車效果越好。4.鏈盒圖3.10 鏈盒3.3自行車整車三維模型自行車設(shè)計在某種程度上是一種積累的過程。企業(yè)已有自行車產(chǎn)品以及國內(nèi)外自行車樣車的車型數(shù)據(jù)。蘊(yùn)涵著設(shè)計者的經(jīng)驗和知識。對于設(shè)計新產(chǎn)品具有很重要的借鑒作用。本文的自行車參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)

50、就是要將自行車車型尺寸及結(jié)構(gòu)型式數(shù)據(jù)信息和產(chǎn)品開發(fā)過程集成起來，創(chuàng)造出一種透明度很高的虛擬環(huán)境，能適應(yīng)復(fù)雜多變的變形設(shè)計的需求，保證在整個產(chǎn)品生命周期中使產(chǎn)品數(shù)據(jù)具有一致性定義的條件下，進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計的數(shù)據(jù)管理和過程控制。整車模型及其構(gòu)成的整車模型庫是在零件模型庫的基礎(chǔ)上建立的，整車模型通過車架、車把、前叉等模型的自由組裝，可以形成多種多群的類型，這些類型之間又存在著相似的關(guān)系，因此，將相似的模型歸為一組，找出最具代表性的，將之存放到模型庫中，構(gòu)成整車模型庫。利用車架模型的不同，完全可以歸結(jié)為兩種造型，而其他被替換掉的整車模型類型，可以通過系統(tǒng)完成后的整車修改模塊來重新生成，即通過相近造型的零件

51、模型的替換再生得到。圖3.11自行車的布局草圖3.4自行車的爆炸視圖 裝配爆炸圖是將裝配到一起的零部件分別移開，使設(shè)計人員可以更好地對裝配關(guān)系進(jìn)行分析和觀察。現(xiàn)在不少CAD三維軟件，都可形象地模擬出裝配體各零件間的裝配和拆卸過程，并直接轉(zhuǎn)化為動畫。如圖所示，自行車的爆炸圖。該軟件除可自動根據(jù)裝配關(guān)系生成爆炸圖外，還提供了自動和手動相結(jié)合的方法生產(chǎn)爆炸圖，在手動調(diào)整中可以對每個零件移出的方向、距離等進(jìn)行設(shè)定。圖3.12 自行車爆炸圖 第4章 Solidworks simulation對自行車的結(jié)構(gòu)分析4.1Solidworks SimulationSolidworks Simulation作為S

52、olidworksCOSMOSWork的新名詞，是與Solidworks完全集成的設(shè)計分析系統(tǒng)。它提供了單一屏幕解決方案來進(jìn)行應(yīng)力分析、頻率分析、扭曲分析、熱分析和優(yōu)化分析，憑借著快速解算器的強(qiáng)有力支持，使用戶能夠使用個人計算機(jī)快速解決大型問題。Solidworks Simulation提供了多種捆綁包，可滿足各項分析需要。4.2線性靜態(tài)分析線性分析是指當(dāng)載荷作用于物體表面上時，物體發(fā)生變化，載荷的作用將傳到整個物體。外部載荷會引起內(nèi)力和反作用力，使物體進(jìn)入平衡狀態(tài)。線性靜態(tài)分析有兩個假設(shè)。1.靜態(tài)假設(shè)。所有載荷被緩慢且逐漸應(yīng)用，直到它們達(dá)到其完全量值。在達(dá)到完全量值后，載荷保持不變。2.線性

53、假設(shè)。載荷和所引起的反應(yīng)力之間的關(guān)系是線性。4.3結(jié)構(gòu)分析首先，什么是結(jié)構(gòu)設(shè)計？結(jié)構(gòu)要處理比較靜態(tài)的物體。因為一個產(chǎn)品有了外型（造型設(shè)計）以后，就要做機(jī)構(gòu)設(shè)計來處理其運(yùn)動特性。然后，這樣的的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上是否堅固，就成了結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要課題了。在結(jié)構(gòu)分析中主要有三個方面：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與壽命評估由于結(jié)構(gòu)的速度、成本、耐久性、可靠性的要求不斷提高，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計師在設(shè)計結(jié)構(gòu)時，以減輕產(chǎn)品重量為最高原則。這樣，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與壽命的評估就變得越來越復(fù)雜，越來越重要來了。結(jié)構(gòu)優(yōu)化將設(shè)計問題的力學(xué)特性與數(shù)值方法中的各種相似的手段相結(jié)合，然后將高度非線性問題轉(zhuǎn)化為一系列近似的帶狀顯示約束問題，最后通過數(shù)學(xué)規(guī)劃法來解答。3

54、.有限元法以有限元分析為基礎(chǔ)?？梢苑治霎a(chǎn)品零件或組裝系統(tǒng)，以確保整個產(chǎn)品是符合設(shè)計要求的。有限元模型和產(chǎn)品的幾何模型是相關(guān)的，通過建模和分析后，計算出結(jié)構(gòu)反應(yīng)（變形、應(yīng)力、溫度等）。4.4對自行車的力學(xué)分析在現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)中，理論力學(xué)，材料力學(xué)及工程力學(xué)在實(shí)際生產(chǎn)過程中越來越發(fā)揮出其強(qiáng)大的作用。面對日益創(chuàng)新與進(jìn)步的社會，在社會生活中人們越來越重視自身所得的生活環(huán)境與生活質(zhì)量，這就要求像自行車、汽車、家用電器等這些與日常生活密不可分的產(chǎn)品的質(zhì)量性和安全性。而設(shè)計前的產(chǎn)品分析就是希望借助先進(jìn)的生產(chǎn)科技，最大化的節(jié)省企業(yè)的資源，對產(chǎn)品的質(zhì)量再設(shè)計前給予基本的保障，使其在以后的使用過程中能夠做到使顧客用

55、的放心，安心。在機(jī)械行業(yè)中，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計，生產(chǎn)及使用都涉及到機(jī)械材料、加工制造、日常使用等無時無刻不在影響著機(jī)械產(chǎn)品本身性能。當(dāng)產(chǎn)品的在使用過程中因為產(chǎn)品本身的問題給顧客的家庭或者企業(yè)本身帶來的傷害都是巨大的。所以在機(jī)械行業(yè)中對所設(shè)計的產(chǎn)品在生產(chǎn)加工之前做好預(yù)防工作是很有必要的。結(jié)構(gòu)力學(xué)分析，本身依靠所用材料本身的性能，對材料本身給予評定。對加工過程中所產(chǎn)生的力的變形，是得材料在由材料半成品成品的過程中所產(chǎn)生的不利于使用者或者工作人員的事情發(fā)生。由此可見，在設(shè)計過程中對產(chǎn)品進(jìn)行必要的產(chǎn)品力學(xué)分析，使設(shè)計人員在設(shè)計過程中即可清楚明白在生產(chǎn)實(shí)際的過程中材料會有哪些不利的因素產(chǎn)生，對生產(chǎn)者或者是使用者會造成什么樣的影響。并且在設(shè)計過程中盡量的去解決可以解決的問題，使其在以后的生產(chǎn)中和使用中減少或者避免事故的產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)分析的主要內(nèi)容是對產(chǎn)品在某一材料下，對該材料在加工過程中由于受到一定的力的情況下有可能產(chǎn)生的力學(xué)變形及這些變形可能會造成的事故或者是影響。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合具體的情況，對可能或者將要出現(xiàn)的情況進(jìn)行一定的合理評估，設(shè)計并解決由于結(jié)構(gòu)問題所出現(xiàn)的不良現(xiàn)象。4.4.1對前叉的分析過程前叉所受的分力以及輪子對其的作用力。由此對前叉的材料及受力情況進(jìn)行分析。1首先確定前叉的材料類型：對于自行車的材