自行車結構的創(chuàng)新設計

1、車輛結構與原理課程設計題目自行車結構的創(chuàng)新設計（女）專業(yè)年級姓名學號同組成員指導老師任務書錯誤!未定義書簽。第一章緒論2.1.1 研究背景及意義2.1.2 自行車的發(fā)展現(xiàn)狀2.1.2.1 自行車的發(fā)明與演變21.2.2 自行車交通發(fā)展現(xiàn)狀錯誤!未定義書簽。1.3 折疊自行車的優(yōu)點和前景31.3.1 折疊自行車的優(yōu)點4.1.3.2 折疊自行車的市場前景4第二章設計方案的確定52.1 自行車結構創(chuàng)新來源5.2.2 主要技術要求錯誤!未定義書簽。2.3 研究方法錯誤!未定義書簽。2.4 設計過程錯誤!未定義書簽。2.4.1 確定設計綱要62.4.2 確定折疊方式.7.2.4.3 確定傳動機構8.第三

2、章折疊自行車結構設計93.1 結構分析9.3.1.1 設計中的不同點9.3.1.2 車的折疊過程113.2 關節(jié)機構133.2.1 車頭把手機構1.23.2.2 前身下部結構1.33.2.3 車身與鞍座結構1.33.2.4 傳動機構1.43.3 基于人體工程學的自行車把手、車座的關系153.4 受力計算16第四章設計的改進1.94.1 車頭把手不能折疊194.2 齒輪箱太大194.3 腳踏板的位置安排得還不夠合理19第五章總結與展望205.1 總結205.2 展望20參考文獻21任務書自行車結構的創(chuàng)新設計（女）要求設一個女式的自行車結構。完成以下具體工作，車架的結構、車輪的選擇、制動系統(tǒng)的方式

3、等。畫出系統(tǒng)的總裝配圖，并畫出基于人體工程學的自行車把手、車座、腳踏板之間的關系。編寫設計說明書1份。分組情況本小組2人，設組長1人，分工合作完成。參考資料車輛結構與原理相關書籍。機械設計相關書籍及手冊。設計時間小組成員第一章緒論1.1 研究背景及意義“當今社會，由于污染、交通擁擠等問題的出現(xiàn)，在城市交通車的設計上便捷與環(huán)保成為一大趨勢，城市出現(xiàn)大量折疊自行車的蹤影。”折疊自行車形態(tài)巧妙、綠色環(huán)保，既能夠很好節(jié)省空間又滿足人們快節(jié)奏生活的需要，為未來理想短途交通工具。根據(jù)女士自行車發(fā)展趨勢，分析折疊自行車折疊方式，從人性化和美觀中出發(fā)，設計更便捷、更加適合女性使用的折疊自行車。1.2 自行車的

4、發(fā)展現(xiàn)狀在種類繁多的現(xiàn)代交通工具中，自行車一直和人們日常生活關系最密切的產(chǎn)品之一。自行車自誕生至今已有200多年的歷史。從作為玩耍、娛樂的用具開始，經(jīng)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。1.2.1 自行車的發(fā)明與演變據(jù)史料記載，最早的實物自行車是1791年法國人西夫拉克發(fā)明的在玩具木馬上裝兩個輪子的“玩具馬”。因無驅動裝置，坐墊較低，騎車人兩腳著地，用腳蹬地前進。1818年年輕的德國看林人德萊斯首創(chuàng)了前輪可以轉向的自行車。他用2個木輪、1個鞍座和1個控制前輪的車把制成1輛木輪車，人坐在車上，用兩腳蹬地，驅動木輪運動。1839年蘇格蘭鐵匠麥克米蘭把自行

5、車由木質結構改為金屬結構，輪子做成前輪小后輪大，在前輪處有腳蹬，通過曲柄使后輪轉動，騎車人用兩腳踩動兩根長桿車子就向前行進，騎車人的腳真正離開了地面。1863年法國馬車店老板米喬克斯在前輪安裝了腳蹬。1870年法國的古里門為自行車裝上了鋼絲輻條，采用加大前輪，以鏈條傳動的結構。1874年英國人勞森造出1輛和今天形式大致相同的自行車，在車上開始裝上鏈輪和鏈條，用后輪驅動車子前進，稱為安全自行車，但前輪仍比后輪大，鞍座較低。英國機械師塔雷，在自行車上裝上前叉和剎車，首次使用橡膠作車輪，并改進了自行車的很多結構，同時改造了許多生產(chǎn)自行車零件的機器，為自行車大量生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，被后人稱為自行車工業(yè)之父

6、。1885年蘇格蘭的鄧祿普研制將充氣輪胎用于自行車，使自行車減震性能大大增強，讓騎車人的騎行舒適度更為提高。再加上管材結構，配上車鈴、支架、車燈等部件，前后輪改為一樣大，到19世紀末自行車結構就基本完善了。經(jīng)過將機械工業(yè)技術發(fā)展的成果運用于自行車的設計制造上的努力，自行車開始通過批量生產(chǎn)走進普通人的生活，成為人們生活中方便、快捷的交通工具。1.2.2 自行車交通發(fā)展現(xiàn)狀汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，在給交通帶來便利的同時，在能源消耗和環(huán)境污染上也也產(chǎn)生極大的問題。隨著人們生活水平的提高，健康與環(huán)保意識的增強，自行車不會因為其他交通工具的發(fā)展而減少。即使在歐美發(fā)達國家，在家庭小轎車十分普及、公共交通工具有

7、增無減。主要原因是面對機動車輛對環(huán)境造成的嚴重污染和在城市交通形成的堵塞，歐美各國相繼采取措施，鼓勵人們使用自行車。自行車作為短途代步工具具備其他交通工具不可代替的作用。人們騎自行車到達公交站或其他快速交通站點，然后改乘其它公共交通工具到達目的地附近的站點。這種模式主要適用于兩種情況，一種是自行車和軌道交通換乘，另一種是和公共汽車尤其是大站快車的換乘。但是現(xiàn)在的城市交通擁擠、存車處面積明顯不足，機動車的停處已被公認為全球性的難題。自行車停車場缺乏，占用人行道停車的情況嚴重，近些年來自行車被盜現(xiàn)象也十分嚴重。結構簡單、靈巧快捷、便于攜帶的折疊自行車可以很好的解決這些問題。1.3 折疊自行車的優(yōu)點

8、和前景折疊自行車是20世紀30年代在歐洲起源于軍事用途并伴隨著轎車的普及和人口的增多而發(fā)展起來的，近些年由于采用各種新材料、新技術及結構創(chuàng)新從而使之體積更小、質量更輕、更結實耐用。1.3.1 折疊自行車的優(yōu)點折疊自行車折疊后車體的長度和面積能縮小一半，不需要任何緊固工具，能在半分鐘內完成折疊或展開鎖定。根據(jù)存放場地的大小使用折疊，存放占地小，適合窄小地方的搬運和存放，使用性能方面優(yōu)于廣泛使用的24-26英寸的自行車。折疊自行車有很多優(yōu)點，主要有：（1）壽命超長。（2）時尚浪漫。（3）騎乘輕松。（4）實用便捷。1.3.2 折疊自行車的市場前景目前折疊自行車市場主要集中在歐美等發(fā)達國家。在這些國家

9、，很多私人轎車都配備折疊自行車，以備應急和休閑只用，根據(jù)發(fā)達國家自行車發(fā)展的經(jīng)驗，正處于經(jīng)濟高速發(fā)展和轎車開始大量進入家庭階段的我國，自行車產(chǎn)業(yè)即將迎來更大的發(fā)展機遇，而折疊自行車以其獨特的符合國情的優(yōu)勢將會出現(xiàn)很大的發(fā)展空間。自行車的發(fā)展方向是設計個性化、功能綜合化、自重輕量化、操縱方便化、款式多樣化，自行車系列產(chǎn)品將得到更迅速的發(fā)展，并形成高、中、低多檔次格局，尤其折疊自行車是我國最具潛力取得世界領先水平的產(chǎn)品。目前已有折疊自行車使用單列向心球軸承、輻板結構及獨創(chuàng)的7-11齒分體小飛輪，解決了小輪自行車不但體積小、重量輕而且速度快，十分便于騎行、攜帶和存放。通過12英寸樣車在各種路況試騎后

10、，速度與26英寸自行車相同，騎行操作性、舒適性、安全性均非常令人滿意，完全可滿足成人代步需要，整車質量5-9公斤，大大低于普通26英寸自行車，開發(fā)形成系列產(chǎn)品后，極具潛力。在城市部分取代26英寸自行車，成為上班族、學生、有車族、老年人的時尚選擇，有著誘人的市場前景。相對于其他種類的自行車更適合女性使用。第二章設計方案的確定2.1 自行車結構創(chuàng)新來源本設計主要是在現(xiàn)有的折疊自行車的基礎上作出改良與創(chuàng)新?，F(xiàn)有的折疊自行車折疊后的體積都比較大，所以要首先在合理的構造的前提下思考如何在減少折疊后的體積這一點上下手，不只是簡單的的直線伸縮，還利用各種的機構，在傳統(tǒng)的載人自行車的基礎上去掉了后座，這樣子就

11、能夠更加擴大節(jié)省材料和體積的可能性，為我們的創(chuàng)新設計創(chuàng)造更大的思維空間。本設計在結構上做了很大程度上的改進，外形也有了很大的突破。折疊后比以往的設計體積更小，折疊方式更方便，重量更輕。有些折疊自行車雖然體積是變小了，車的齒輪的傳動比太少，只有一級傳動，騎上去后腳即使把腳踏板踩得飛快，相比于普通自行車的車速依然顯得非常遜色，因此就要思考一下可以用什么方法來解決這一問題。參考了牙箱的傳動機構，就想到在傳動上不是僅僅只能局限在一級傳動上，所以齒輪就在普遍的鏈條與齒輪的一級傳動改成了鏈條與齒輪的二級傳動，以此來增加腳踏板的轉動軸與車輪的傳動比，是人能夠在不用拼命的踩就能得到一定的車速，達到悠閑地行駛的

12、效果。最普遍的折疊方式是車頭與車座位置的伸縮和單純的把折疊自行車從中間折疊一半，也并不能縮小多少的體積，自行車還是大大的一臺在那里?，F(xiàn)今已存在的折疊扇就是折疊機構中很成功的例子，因此可以把折疊扇的折疊方式借鑒或靈活運用到折疊自行車上面去。把伸縮與旋轉折疊的方式相結合，就可以做到更大限度的節(jié)省空間。2.2 主要技術要求1 .采用現(xiàn)代設計方法完成各部分的設計。2 .使用該設備能實現(xiàn)展開后安全正常行使，折疊后便于攜帶等功。3 .要求總體結構尺寸最小化，關鍵零部件強度、剛度足夠。4 .動作安全可靠，工作時運動平穩(wěn)。5 .整體結構布局優(yōu)化。6 .主要技術參數(shù)最大展開尺寸：1240*500*980傳動比：

13、1:4（腳踏一圈與車輪轉動圈數(shù)之比）最小折疊尺寸：720*210*820最大承重：100kg最高時速：40km/h設計重量：7.5kg剎車線：1.5MM不銹鋼車輪直徑：200mm行程：628mm2.3 研究方法1 .設計這一折疊自行車可以從查閱現(xiàn)有的文獻資料中對現(xiàn)有自行車的機構進行了解分析，理解現(xiàn)有折疊自行車工作原理及運轉方式。2 .對現(xiàn)實生活中的自行車實物盡心觀察，分析各零部件的功能以及尺寸。3 .借鑒優(yōu)良的設計，把已掌握的基本機械設計知識運用到折疊自行車的設計與創(chuàng)新中去，做到學以致用。4 .理論與實際相結合，不一味的尋求另類和創(chuàng)新。2.4 設計過程2.4.1 確定設計綱要整理已找到的問題及

14、可改善的機會，建立我們對折疊自行車設計的綱要。車身材料采用較常見的自行車材料，可以采用普通的Q235鋼，整臺自行車的價格盡量控制在平民能接受的范圍。車的零部件采用普通的標準件，可以避免使用過程中自行車出問題時需更換專用零件遇到的麻煩，維修簡單。結構盡量簡單，使用簡單的結構，一方面可以簡化制造加工及裝配流程，減少生產(chǎn)的成本，另一方面可以方便使用者裝拆自行車。車身占用空間小，無論在運輸還是外出旅行，車身占用的空間越小，給人帶來的便利就越大，也能相應減少自行車的成本。傳動部件傳動比要大，使自行車車身占用空間小的話，車輪直徑的小尺寸是最起作用的，但是由于車輪小又要滿足使用者不至于費很大力氣卻不能使車的

15、速度達到普通自行車的速度，所以考慮到用大傳動比，小結構的折疊自行車用兩個齒輪傳動是不能達到大的傳動比，我們綜合考慮之后，采用二級齒輪傳動來加大小空間使用的傳動比。搜集資料階段，能接觸的資源有：現(xiàn)有的自行車；網(wǎng)絡資源；圖書資料；及對自行車有點研究的朋友。而做最多是采用網(wǎng)絡資源，帶著自己對折疊自行車的設計想法通過上網(wǎng)找關于折疊自行車，下載折疊自行車的圖片及參數(shù)，主要是上淘寶網(wǎng)上搜集參數(shù)，也可以參考自己要搜索的自行車的市場價格。經(jīng)過搜索，發(fā)現(xiàn)市場上折疊自行車的結構基本采用平行四邊形，即折疊的形式是兩個三角形合并，但這種折疊方式需要空間比較大。有一種結構是采用雨傘式折疊結構，折疊之后就像收傘的效果，占

16、用空間小。還有一種折疊方式像多功能小刀的折疊方式，但是這樣結構強度方面比較差。整理多個方案之后，我們選用雨傘式折疊結構的設計，即A-Bike公司的設計，這種結構簡單，占用空間小，這種結構的設計比較接近我們的設計目的。綜上，最終選用的設計方案是：總體結構是雨傘式折疊結構，車身材料主要用Q235鋼，零部件采用通用標準件，直徑220mm左右的小車輪，傳動齒輪采用二級傳動。組員分工合作整理設計方案，計算修改各部件尺寸及強度，設計齒輪及飛輪的直徑和齒數(shù)，定車輪的直徑，和進一步設計折疊機構。手繪各個部件及自行車總體的草圖，對部分機構進行修改，組員一起用SOILDWORKS軟件繪制出自行車的零件圖及裝配圖。

17、2.4.2 確定折疊方式為了使折疊自行車能夠實現(xiàn)展開后安全正常行駛，折疊后便于攜帶等功能；總體結構尺寸最小化，關鍵零部件強度、剛度足夠；動作安全可靠，工作時運動平穩(wěn)；整個結構布局優(yōu)化，結合各種折疊自行車方案實力，結合實際生活經(jīng)驗，最終確定了如圖2-1所示的總體結構框架。圖2-1總體結構框架2.4.3 確定傳動機構目前，國內外普遍采用一級傳動，速度稍慢于普通自行車，所以為了增大傳動比，可以采用二級傳動或者是三級傳動來增大傳動比，但因為三級傳動結構過于復雜，所占空間過大，對折疊后的尺寸有所影響，同時也加大了自行車自身的重量，最關鍵的是發(fā)現(xiàn)由于傳動比過大騎行是所需的力比較大，在騎行時就可能把休閑代步

18、變成一種超大負荷的運動。為了改變這種缺陷，最后還是采用二級傳動，這樣不僅減小自行車折疊后的尺寸、總重量和騎行是所需的力，同時也使結構變得更加簡單、合理。第三章折疊自行車結構設計3.1 結構分析3.1.1 設計中的不同點設計一款可折疊、尺寸小、質量輕、攜帶方便的自行車，其車體部分的設計尤為重要，也是能否設計出一款小巧的折疊自行車的關鍵，這也是我們本小組設計的重點。目前市場上出現(xiàn)得最多人折疊自行車是將兩個輪相互疊并在個起得折疊方式，盡管對折了差不多一半，但還是占挺大空間的，而且在結構上也比較簡單，一般只需一個或兩個關節(jié)折就行，當然在成本上也會比較便宜。可折疊自行車不僅要考慮每條連接桿的桿身的受力還

19、要考慮到每個關節(jié)處的受力是否滿足強度或者其他要求，也即是對結構的要求會更高，各大部件主要有支撐部件、動力接受部件、傳動部件，還有工作部件。支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構架。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，實現(xiàn)自行車的功能。從人機關系來看，鞍座、車把和車架等的位置和大小，以及它們間的相互關系，與騎車人的位置和肌肉的動作有著緊密的聯(lián)系。動力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動力靠的是騎車人的雙腳踩在腳蹬上用力，下肢運動的力使曲柄轉動而產(chǎn)生動力。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系上下多做些功夫，即研究人體下肢肌肉

20、的收縮運動與曲柄轉動之間的能量轉換的問題。傳動部件主要是軸承、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動，從而使自行車前移。傳動部分的設計關鍵是要有較高的傳動效率和可靠性，且有易操縱的機構。保證較高的傳動效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。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)是實心的，在本設計中由于車輪比較小，因此我們采用無需充氣的實心輪胎。車輪一方面把騎車人的肌肉力量，有效地轉換為同地面接觸而向前運動的力；另一方面將騎車人的握力轉換為與接地部分所產(chǎn)生的剎車阻力。在設計自行車的各部分尺寸、車閘等時，應該著眼于騎車人一動力一傳動一工作的連貫性，才

21、可能設計出同騎車人手的大小或握力相適應的閘把、剎車力適當?shù)能囬l，才不會發(fā)生剎車阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象。如圖3-1所示，一輛整車由兩百多種、一千多個零件組成。這里把它們歸納為20個基本部件或部件組合和18個配件。自行車的基本部件包括：車架部件、車把部件、前叉部件、輪軸部件、中軸部件、飛輪部件、鏈條部件、車輪部件、泥板部件、車閘部件、腳蹬部件、鞍座部件。在這些部件中，由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成導向系統(tǒng)；由腳蹬、中軸、鏈條、飛輪、后軸、后輪等部件組成驅動系統(tǒng)；車把和車閘組成制動系統(tǒng)。圖3-1傳統(tǒng)自行車折疊方式以上這部車即是由中間折疊的典型結構，而且還是變速式可折疊自行車，大體看來除了可折疊外

22、跟其他普通自行車沒多大區(qū)別，其缺點就是折疊之后并沒有出現(xiàn)全新的功能，并且折疊之后的形體由于還是相當大，所以很難隨身攜帶。所以此次我們小組所設計的可折疊自行車就是為了解決包括這個問題，與傳統(tǒng)的自行車有很大的不同，如圖3-2所示，它是既有折疊又有伸縮結構，共有三步，首先是車身前后對折，然后是車頭向下收縮，再就是車頭向后旋轉。該設計源自于A-bike的設計風格，真正的A-bike分四步折疊，它還有最后一步是將把手跟踏板再向下折疊一下。從圖看，結構上比較簡潔，只有幾個部分而已，一是車頭，二是車身構架，三是鞍座，四是腳踏部分，五是齒輪傳動部分，六是剎車結構，七是車輪結構。圖3-2新型折疊自行車車頭結構靠

23、兩個軸承將車頭與車身的轉動連接于一起，以往的自行車都是靠珠子轉動，并不是軸承式的，用軸承的會比較簡便。車頭上方也是靠軸承支撐其與上身之間的旋轉，由于位置關系不能用一般的軸承，而是用滾筒式的，也就是那種不是用滾珠而是靠滑動摩擦的；車身由幾根擺動軸組成，因此在強度要求的考慮上需要比較嚴格，車身由于有伸縮功能，所以需要用到彈簧銷去固定，當需要折疊時可以向內側壓，再將內管向下伸縮；傳動機構采用二級傳動，靠鏈傳動來帶動車輪；剎車機構用目前市場上比較流行的利用橡膠摩擦輪轂的方式，在手把處改進成用手扭轉的方式去拉動鋼絲純，從而帶動橡膠使其向下壓縮，最終達到剎車的功能，此處是根據(jù)變速車把手扭轉變速的結構而引中

24、出來的，這樣在外觀上少了以往的那個剎車把手，看起來簡潔了許多。3.1.2 車的折疊過程如圖3-3所示自行車各折疊部位圖3-3折疊前車架結構經(jīng)過圖中向上的箭頭折疊后成了圖3-4所示:r圖3-4折疊后車架結構3.2 關節(jié)機構3.2.1 車頭把手機構剎車裝置與伸縮裝置組成，如圖3-5所示，該結構是根據(jù)以往變速自行車的變速裝置改進過來的，它的原理是利用手把外套與手把之間的相對運動來拉動鋼絲純，從而使輪轂邊的剎車橡膠緊縮達到制動的效果：圖3-5車頭把手機構3.2.2 前身下部結構如圖3-6所示，本設計利用兩個軸承固定與車軸上，作為車頭與車身間相對運動的中介，剎車裝置是用圓盤式的，里面有一橡膠圈，由鋼絲繩

25、綁著，鋼絲繩一旦受力向里收縮，使橡膠壓著輪轂的突出部位靠他們之間的摩擦讓車輪制動，這就是剎車機構的基本原理，現(xiàn)在市面上很多自行車都使用這種剎車裝置：圖3-6前身下部結構3.2.3 車身與鞍座結構如圖3-7所示，此機構涉及的關節(jié)比較多，是強度與剛度必需重點考慮的對象，同時也是受力最大的部位，鞍座的支撐主要靠中間的橫梁與旁邊的支撐柱，橫梁起到防止鞍座受力后往后運動的作用，而支撐柱既起到橫梁的作用外，還起到向上支撐的作用。圖3-7車身與鞍座結構3.2.4 傳動機構如圖3-8所示，該折疊自行車的傳動裝置也用普通的鏈傳動，只是并非一級傳動，而是采用二級傳動，這樣一來不但可以加大齒輪的傳動比，還可以改變第

26、二級傳動齒輪的位置，可以調整齒輪位置，到達一預留度的作用：圖3-8傳動機構采用滾鏈傳動的一個最大原因是滾子鏈可以遠距離傳動，正適合自行車的結構配合，滾子鏈傳動是具有中間撓性件的非共腕嚙合傳動，其鏈輪齒廓的幾何形狀具有一定的靈活性，但又影響傳動質量、使用壽命以及加工的難易度。本次的自行車設計采用的是二級傳動，我們共用到了三個鏈輪，兩個為單齒輪，另中一個是中間連接齒輪，為雙層齒鏈輪。利用速比之間的關系可以得到自行車騎行時所需要的功率與必要的速度?？紤]到人性化問題，所以所選擇的速比要相當合適，如果太小，無論人的力氣有多大，都不能充分提高轉速，也就得不到比較大的輸出功率。相反而言，如果速比太小的話，在

27、限定的曲柄轉速下，也得不到必要的騎行速度，即后輪的轉速。速比過大，要求人的腳踏力也要大，在這種情況下容易使人疲勞。為了保持不疲倦的持續(xù)騎行，一般要求人的肌肉負擔為最大肌力的10%,按此條件去選擇速比和曲柄轉速，可得到較好的效果。但另一方面考慮到本次設計的自行車的車輪比較小，其轉一圈才走了半米多一點，行程比較小，所以我們在傳動比上選取得比較大，初步確定傳動比大概是1比4,根據(jù)這個比數(shù)再根據(jù)齒輪的放置位空間的大小初步確定鏈輪齒數(shù)分別為，踏板連接齒輪的齒數(shù)為Zi=18,中間起搭接作用齒輪齒數(shù)為Z2=9/22,與后輪配合的飛輪齒齒數(shù)為Z3=11o3.3 基于人體工程學的自行車把手、車座的關系人體工程學

28、起源于歐美，二次世界大戰(zhàn)中開始運用人體工程學的原理和方法設計坦克、飛機的內艙，盡可能使人長時間地在小空間內減少疲勞，即處理好人、機、環(huán)境的協(xié)調關系。及至二次世界大戰(zhàn)后，各國把人體工程學的實踐和研究成果迅速有效地運用到空間技術、工業(yè)生產(chǎn)、建筑及室內設計中去。日本千葉大學小原教授認為：人體工程學是探知人體的工作能力及其極限，從而使人們所從事的工作趨向適應人體解剖學、生理學、心理學的各種特征。人體工程學聯(lián)系到自行車設計，其含義為：以人為主體，運間的合理協(xié)調關系，以適合人的身心活動要求，取得最佳的使用效能，其目標是安全、健康、高效和舒適。根據(jù)人體工程學相關理論確定上身姿態(tài)，進而確定車座和車把之間的相對

29、位置。調整人體模型的姿態(tài)，使脊柱弧形盡量接近自然狀態(tài)，另有人機學統(tǒng)計表明，人的上臂與上胸夾角為50度左右時騎姿最為舒適，人體上身騎行姿勢如圖3-9所示。圖3-9人體上身騎行姿勢根據(jù)人體上身騎行姿勢可以確定車把與車座之間相對位置，車把與車座之間距離為624mm3.4 受力分析計算1 .應力計算每種機構或結構都是由若干構件組成的，而這些構件的使用都是有其極限性的，而這些問題將會威脅到安全，實際工程中，常常會遇到構件受力過大導致出現(xiàn)破壞或更嚴重點的造成事故，另一情況就是在受力過大后產(chǎn)生過大的變形而影響機器或結構的正常工作，無論哪種情況，在實際運用中都是不允許的，所以每個產(chǎn)品都要求有足夠的抵抗破壞的能

30、力跟足夠的抵抗變形的能力，也就是要有足夠的強度跟剛度。除了解決強度跟剛度的問題外還要考慮到穩(wěn)定性，這也是結構設計上所必須注意的。GG圖3-10可折疊自行車車身結構使用性別為女性，身高155cm-165cm,亞洲人。根據(jù)國際標準體重計算公式體重（Kg）=【身高（厘米）-105】乘以0.9。估算出女性體重為45-54Kg0本次設計中所選用的材料是Q235鋼，這是一種比較常見的材料，性能上也相當可靠，自行車所承受的是變動載荷，所以安全系數(shù)需要更高一點，取的是n=1.5,Q235鋼的許用應力為(r=145MPa根據(jù)亞洲女性的體重，自行車所要承受的質量為54kg,主要校核的部位是車身那幾個關節(jié)，基本上受

31、力都集中在這些支撐柱與橫梁，所以其中的各桿都必需滿足強度與剛度甚至是穩(wěn)定性的最低要求，本次設計的可折疊自行車車身結構如圖3-10所示，主受力G,兩個支撐力F1與F2,角度a1為85度，角度a2為85度，角度B1為45度，B2為50度。根據(jù)正弦定理得：-G-FLsin1sin1GF2sin2sin2將數(shù)據(jù)代入以上公式可得：F1=383NF2=415NF1再根據(jù)：1一A1其中桿2的作用面積A1為31mm2可算得橫梁，即圖中的桿2,所受應力112.35MPa桿3的作用面積A2為40mm2,所受應力為210.4MPa由上面兩個應力與Q235的許用應力145MPa相對比，可明顯看出滿足要求。2 .車輪摩擦力圖3-11自行車前后輪摩擦自行車勻速行駛時前后輪的摩擦力如圖3-11,滾動阻力系數(shù)0.02。根據(jù)摩擦力公式:f123N第四章設計的改進4.1 車頭把手不能折疊為了保證車頭把手的強度，保證騎車者的安全，把手兩端我們設計中采用伸縮式結構，加大把手的徑向負載能力。改進的方法：在保證把手強度的前提下，利用折疊式結構使把手兩端可以折疊減小空間，從而能夠保證強度又能減少折疊后占用的空間。4.2 齒輪箱太大因為車身小，需要有較小的車輪，節(jié)省折疊后的占用空間。正因為車輪比