概念自行車設計說明

1、產品語義學課程設計說明書課題名稱：未來代步工具設計學院：機械與動力工程指導教師：田維飛班級：學號：學02024131姓名：魏卓群二。一五年五月二十四日概述自行車，又稱腳踏車或單車，通常是二輪的小型陸上車輛。人騎 上車后，以腳踩踏板為動力，是綠色環(huán)保的交通工具。英文bicycle 。 其中bi意指二，而cycle意指輪，即兩輪車。在中國內地、臺灣、 新加坡，通常稱其為“自行車”或“腳踏車”； 在港澳則通常稱其為 “單車”；而在日本稱為“自乾（轉）車”。自行車種類很多，有單 人自行車，雙人自行車還有多人自行車。自行車可以作為環(huán)保的交通工具用來代步、出行；越來越多的人 將自行車作為健身器材用來騎行鍛

2、煉、自行車出游；自行車本身也是一項體育競技運動，有公路自行車賽、山地自行車賽、場地自行車賽、 特技自行車比賽等。1866年清朝派出了第一個出洋考察團，其中19歲少年張德彝在 游記里使用到“自行車” 一詞，于是自行車一詞首次出現，并被一直 沿用至今。自行車是傳統(tǒng)產業(yè)，具有100多年的歷史，由于環(huán)保以及交通的 問題，自行車再度成為世界各國特別是發(fā)達國家居民喜愛的交通、健身工具，世界自行車行業(yè)的重心正從傳統(tǒng)的代步型交通工具向運動 型、山地型、休閑型轉變，在美、歐、日等發(fā)達國家，自行車是一種 較普遍的運動、健身、休閑和娛樂性產品。每年全世界自行車需求量 巨大，日本CYCLEPRESS數據統(tǒng)計顯示，全世

3、界自行車需求規(guī)模保 持在1.06億臺的水平，自行車年交易額約為 50億美元。自行車是人類發(fā)明的最成功的一種人力機械之一，它是由許多簡 單機械組成的復雜機械。清朝康熙年間，黃履莊潛心研制了自行車。清朝野史大觀記載：“黃履莊所制雙輪小車一輛，長三尺余，可 坐一人，不須推挽，能自行。行時，以手挽軸旁曲拐，則復行如初， 隨住隨挽日足行八十里?！庇纱丝梢?，他制造的自行車，前后各有一 個輪子，騎車人手搖軸旁曲拐，車就能前進，這是史料最早記載的自 行車。黃履莊以后大約100年，法國人西夫拉克1790年才制成了木 制自行車。構成系統(tǒng)結構自行車的車架、輪胎、腳踏、剎車、鏈條等 25個部件中，其基 本部件缺一不可

4、。其中，車架是自行車的骨架，它所承受的人和貨物 的重量最大。按照各部件的工作特點，大致可將其分為導向系統(tǒng)、驅 動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)：1 .導向系統(tǒng)：由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者可 以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。2 .驅動（傳動或行走）系統(tǒng)：由腳蹬、中軸、牙盤、曲柄、鏈條、 飛輪、后軸、后輪等部件組成。人的腳的蹬力是靠腳蹬通過曲柄，鏈 輪、鏈條、飛輪、后軸等部件傳動的，從而使自行車不斷前進。3 .制動系統(tǒng)：它由車閘部件組成、乘騎者可以隨時操縱車閘，使 行駛的自行車減速、停駛，確保行車安全。此外，為了安全和美觀，以及從實用出發(fā)，還裝配了車燈，支架, 車鈴等部件。組成車把前叉

5、合件自行車前叉輪圈車條刖軸自行車變速系統(tǒng)車架鞍座車閘輪胎前撥鏈器飛輪后撥鏈器鏈條后軸曲柄鏈輪中軸腳蹬1、車體部分：包括車架、前叉、車把、鞍座和前叉合件等，是自行車的主體。傳動部分包括腳蹬、曲柄、鏈輪、鏈條、中軸和飛輪等, 由人力踩動腳蹬，通過以上傳動件帶動車輪旋轉，驅車前行。2、行動部分：即前后車輪、包括前后軸部件、輻條、輪輛（車 圈）、輪胎等。3、安全裝置：包括制動器（車閘）、車燈、車鈴、反射裝置等。根據需要，還可增加一些附件，如支架、衣架、保險叉、擋泥板、 氣筒等。另外，裝有變速機構的運動車、競賽車、山地車等還裝有變 速控制器和前后撥鏈器等。4、手腳雙動力自行車的組成：在傳統(tǒng)自行車的車架上

6、增加了一 個合金制成的盒子，盒子內包含著各種傳動零件，通過力的相互作用, 從而實現了手腳雙動力，簡單的推拉車把動作，從而實現用車把就能 讓車子前進，不僅省力，還能健身。部件1 .車架部件是構成自行車的基本結構體，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。車架部件的結構形式有很多，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、安全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 的安全、平穩(wěn)、和輕快。一般輻條是等徑的，為了減輕重力，也有制 成兩端大、

7、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。2 .外胎：分軟邊胎和硬邊胎兩種。軟邊胎斷面較寬，能全部裹住 內胎，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。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，花紋較深也是適應越野山地用。3 .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，牙盤，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)格是否合適， 將直接影 響騎車人的

8、放腳位置是否合適，自行車的驅動能否順利進行。腳踏：可分為整體式腳踏和組合式腳踏。無論什么款式的腳踏都必須有腳踏面，必須安全可靠，具有一定的防滑性能，可以選用橡膠、 塑料或金屬材料制造。腳踏必須轉動靈活。28 / 28腳蹬4 .前叉部件：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。5 .鏈條：鏈條又稱車鏈、滾子鏈，安裝在連輪和飛輪上。具作用 是將腳

9、踏力由曲柄、鏈輪傳遞到飛輪和后輪上，帶動自行車前進。鏈條鏈輪：用高強度鋼材制成，保證其達到需要的拉力。6 .飛輪：飛輪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。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、絲擋幾鋼球等零件組成。其單級飛輪工作原理：當向 前踏動腳踏時，鏈條帶動飛輪向前轉動，這時飛輪內齒和千斤相含， 飛輪的轉動力通過千斤傳到芯子，芯子帶動后軸和后輪轉動，自行車 就前進了。當停止踏動腳踏板時，鏈條和外套都不旋轉，但后輪在慣性作用 下仍然帶動芯子和千斤向前轉動

10、，當反向踏動腳踏時，外套反向轉動， 會加速千斤的滑動，使“嗒嗒”聲響得更急促。多級飛輪是自行車變 速裝置中的一個重要部件。多級飛輪是在單級飛輪的基礎上，增加幾片飛輪片，與中軸上的 鏈輪結合，組成各種不同的傳遞比，從而改變了自行車的速度。分類編輯 普通單車一般指坤車，騎行姿勢為彎腿站立式，優(yōu)點是舒適度較高，長時 間騎行不易疲乏。缺點是彎腿姿勢不易加速，且普通自行車零件多采 用非常普通的零件，也難以達到很高的速度。公路單車用來在平滑公路路面上使用的車種，由于平滑路面阻力較小，公路自行車的設計更大考量高速，往往使用可減低風阻的下彎把手，較 窄的高氣壓低阻力外胎，擋位較高，且輪徑比一般的登山越野車都大

11、， 由于車架和配件不需像山地車一樣需要加強， 所以往往重量較輕，在 公路上騎行時效率很高。由于車架無需加強又往往采用簡單高效的菱 形設計，公路車是最為優(yōu)美的自行車。健身單車健康、時尚、新概念 全新理念設計的健身自行車，最主要的特點就是手腳雙動力，時速可達 40km/h;做功方式多、健 身效果好。騎行本自行車時，手腳可同時對自行車驅動做功，也可單 獨用手或腳驅動做功。采用腳拉腳蹬直線式、手拉擺桿擺動式做功方 式，既提高了自行車的行駛速度，又鍛煉了腿部肌肉、臂部肌肉。獲 得多項國家專利，適應于中老年人作代步健身的交通工具之用，也可適應于年輕人作旅游娛樂之用。場地單車場地自行車用于在室內極其平滑的橢

12、圓形賽道上使用的自行車，這種自行車 沒有車閘(剎車用的)，沒有變速器，且沒有可逆轉的飛輪。三項賽/計時賽自行車(Triathlon/Time Trial bicycle) 在三項 賽和計時賽運動中使用的公路自行車，三項賽和計時賽的最大特點就 是不允許使用牽引氣流(draft),也就是說選手必須完全通過自己的 力量來克服空氣阻力，而不允許騎在其他選手后面，所以三項賽/計時賽自行車在設計時非常注重讓選手保持一個減小空氣阻力的騎行 姿勢，同時注意減小自行車自身的空氣阻力。三項賽自行車還讓選手在騎行時使用和跑步時相近的肌肉組，這樣使從騎行到跑步的轉換更 容易。山地單車山地自行車5起源于1977年美國舊

13、金山。設計為山地自行車騎乘于山區(qū)的車種，通常具有變速器可變換省力或快速的檔位， 有些會在車架安裝避震器，部分的輪胎胎皮是巧克力胎紋以便于在無 鋪自行車面的路面騎乘。山地車零件的尺寸一般為英制單位。 車圈為 24/26/29英寸，輪胎尺寸一般為1.0-2.5英寸。車架尺寸也以英制 為單位，例如14"、17"、19”來表示車架尺寸的大小。詳細分為很多 類別，我們常見到的一般為xc類?？勺兯?，胎粗抓地力好適合越野， 有減震系統(tǒng)減小顛簸。整體強度較大抗沖擊能力強。相比普通自行車 強力騎行時更不易損壞。速降單車速降自行車，也稱落山自行車。英文簡稱 DH是一種極具挑戰(zhàn)性 的活動。騎手利

14、用特制的DH自行車在山坡上滑翔，甚至墜山來尋求 刺激。活動多在山脊、礦洞、雪地等地帶開展。奧地利人利用DHJ造出210.4KM/H的世界紀錄。速降自行車的車架角度與山地自行車有 所區(qū)別，零件與山地自行車一樣都為英制單位。 進行此項活時必須佩戴頭動盔、護甲等裝備。前叉減震的行程比山地自行車及XC自行車要長。輪胎寬度一般超過2英寸。兒童單車兒童單車又稱兒童自行車、兒童腳踏車，中國大陸、臺灣、新加坡，通常稱其為“兒童自行車”或“兒童腳踏車”； 在港澳則通常稱 其為“兒童單車”。兒童單車是童車之中的一大門類， 童車包括兒童 單車、兒童推車、嬰兒學步車、兒童三輪車、等幾大大類。旅行單車由公路自行車發(fā)展而

15、來，適合超遠程自給自足的旅行，有較舒適放松的車架幾何設計，能夠 負重，有很低的最低檔位，使用較寬的車胎，配件選擇方面追求可靠 耐用而不太側重減輕重量，往往是用山地車腳踏板。為山地演變而來。 絕大部分同山地相同但配置較靈活。例如車把可以換成蝴蝶形狀的可以用很多姿勢來把減小長時間中的疲勞。 前叉也可以裝減震或不減震的。車輪可以是700c或者26寸。但剎車一般都為v殺IJ?？梢院芊奖?的加裝貨架，瓦蓋，駝包。總之所有的改動都是為了增加耐用性和減 小在長途中疲勞感的產生。死飛單車死飛車起源于場地自行車，飛輪是固定的，向前踩車子向前，向后踩則車子向后， 后有一些另類的自行車愛好者利用廢棄的場地車作為工作

16、交通工具， 其在城市可以快速穿行，且價格低廉，同時需要一定的騎行技術。這 些特點使得它在英美等國家的自行車愛好者中很快流行開來，并成為一種街頭文化。各大自行車品牌也進行跟進，開發(fā)及推廣死飛車車種， 使之在大眾中普及開來，成為都市最流行的自行車款式。純粹的死飛 車需要一定的技術，并有危險性，所以這些廠商開發(fā)的產品，是死飛 和活飛兩用的，并裝有剎車，以保證安全。多人單車又稱為協(xié)力車，由兩人以上協(xié)同出力，由第一位控制方向。多用 于旅游景點供情侶、家庭、朋友們游玩使用。折疊單車折疊單車是為了便于攜帶與裝進車內而設計的車種，有些地方的鐵路及航 空等公共交通工具允許旅客隨身攜帶可折疊收合并裝袋的自行車。小

17、輪車又稱BMX分平花，街式，土坡等很多種類每種玩法也不盡相同， 另外此圖片不是BM濯一款概念化的 攀爬自行車。技術車技術車一種專門用于極限運動的自行車，這類車為了更適合特技 表演而作出了不少改造，比如更輕量化但堅固異常的車身，沒有變速 器，沒有置放架，甚至移去了剎車機制。動力結構設計（一）結構的擬定1.結構分析根據設計要求，人在與自行車互動的過程中分別有愕部與鞍座接觸、 手掌與車把接觸、腳底板與腳踏板接觸，其中腳踏板踩動連扛做旋轉 運動做功。影響自行車性能的因素除了上述人的因素外， 還有許多機械因素。 為了獲得自行車較佳的性能， 必須把人的因素與機械因素有機地結合起來， 以使人一車協(xié)調。 為此

18、， 著重分析與人體相關的結構要素。 （ 1）速比大小鏈輪的齒數比， 與鏈輪直徑比相一致， 一般控制在 2.3-4.0 的范圍內。 利用速比關系可取得騎行時所必要的功率和必要的速度。 速比要合適，如果太小，無論人的肌力有多大，由于不能充分提高轉速，所以就得不到大的輸出功率。也由于速比小，在限定的曲柄轉速下，得不到必要的騎行速度（后輪轉速） 。速比過大時，要求的踏力也大，容易使人疲勞。 為了保持不疲倦的持續(xù)騎行， 希望肌肉的負擔約為最大肌力的 10% ，按此選擇速比和曲柄轉速，可得到比較好的效果。（ 2）曲柄長度傳統(tǒng)的自行車設計，一般從杠桿原理考慮比較多，對人研究少，認為曲柄越長越有力。曲柄過長后

19、，為了不使腳蹬碰到前泥板，不得不加大中軸至前軸的距離（前心距） 。這樣勢必加長車架，影響了正確的坐車姿勢， 使人感到臀部痛。 若能按人的身長或下肢長來考慮曲柄長度，則可使人省力和舒適。通常曲柄長度的基準，取人體身長的 110 ，也相當于大腿骨長的 12 。 4）鞍座位置鞍座裝得過低，騎行時雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時間長了就會感到疲軟無力； 鞍座裝得過高， 騎行時腿部的肌肉拉得過緊，腳趾部分用力過多， 雙腳也容易疲勞。騎車時適當的用力部位是腳掌。 設計或校正鞍座位置高低最常用的方法， 是使手臂的腋窩部位中心緊靠鞍座中部， 使手的中指能觸到裝配鏈輪的中軸心為宜。 人體各部尺寸都有一定的聯系，只要腋窩中心至中指的長度確定下來，鞍座高度便可大致確定。行駛較快的車，鞍座位置要向前移動，行駛較慢的車，鞍座位置要向后移動，否則都不利于騎行。 （ 5）腳踏板與地面高度考慮到踩踏時腳尖易劃到船板， 故需保持腳踏板與船板的最