【摘要】：本課題在傳統(tǒng)自行車設計的基礎上,運用人機工程學、自頂向下以及有限元分析等方法對其整體結構進行重新設計,并以設計后的雙輪躺式自行車為研究對象,進行分析優(yōu)化以及輕量化設計。本課題研究的內容主要包括:(1)運用自頂向下的設計方法設計雙輪躺式自行車,先確定躺式自行車的整體尺寸,然后再局部細化,并且將該自行車車架設計為具有前后伸縮功能的車架,將座椅設計為具有前后移動并且角度可調節(jié)功能的座椅。(2)運用人機工程學使產品更符合人體需求,通過人機工程學中的理論,使得該躺式自行車的各部件尺寸與人體尺寸相匹配,達到了舒適度的要求。(3)確定躺式自行車的關鍵尺寸,該自行車中的關鍵尺寸是與人體緊密相連的機構的尺寸,這些尺寸能夠影響人在騎行中的舒適度,即車架、躺椅、頭枕、把手和腳蹬等尺寸。(4)對躺式自行車進行結構設計,該躺式自行車是在傳統(tǒng)自行車的基礎上改進的,所以基本部件與傳統(tǒng)自行車部件類似。在設計的時候參考傳統(tǒng)自行車進行設計。(5)對該車進行運動學分析,通過裝配干涉檢查來確保躺式自行車無干涉現(xiàn)象并且能夠正常運行。(6)對該車進行結構靜力分析、模態(tài)分析、敏感度分析、優(yōu)化設計以及疲勞分析。靜力分析主要是檢驗該自行車的應力要小于許用應力,變形量要滿足QB/T1880-2008《自行車車架》行業(yè)要求,應不大于3.0mm。模態(tài)分析主要是研究該車的振動頻率以及是否會產生共振現(xiàn)象,通過分析可知該躺式自行車不會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。敏感度分析主要是研究該自行車中連接件和伸縮桿長度的變化對模型的整體最大應力、最大變形量以及各階模態(tài)分析的影響情況,通過分析可知連接件長度的變化對整體最大應力和最大變形量以及第五階頻率有較為明顯的影響;伸縮桿長度的變化對整體最大應力以及第一階和第三階頻率有較為明顯的影響。優(yōu)化設計主要是研究連接件和伸縮桿的長度在給定范圍內,并在許用應力和變形量均不超過標準規(guī)定的情況下,連接件和伸縮桿的長度在何值時應力和變形量達到最小值,優(yōu)化后連接桿長度為240mm,伸縮桿長度為26mm。疲勞分析主要研究該車腳蹬軸在斷裂之前所能承受的最大壽命,通過分析,可知腳蹬軸的疲勞壽命最小值為10~(5.745),滿足標準規(guī)定中的10萬次。(7)對該車車架進行輕量化設計,輕量化設計包含兩個方面,一方面通過更換更輕質的材料,另一方面通過減小該車車架壁厚。這兩種方式均可以使得該車車架在滿足力學性能的同時,質量變輕。通將材料由SCM415鉻鉬鋼更換為更輕質的碳纖維,分析后可知滿足力學性能要求;將壁厚由3mm減小到2mm,分析可知可滿足力學性能;當減小至1mm時,不滿足力學性能,所以壁厚不應過小。
【圖文】：

[5]。常見的自行車可以分為以下6類。如圖1.1所示為常見自行車的分類圖。該躺式自行車是城市休閑車中的一種。（a）城市休閑車 （b）折疊車（c）旅行車 （d）山地車（e）公路車 （f）死飛圖 1.1 自行車分類

時間 國家及發(fā)明人 特點1790 年 法國 西夫拉克最原始的自行車，木制，只有兩個輪子，沒有驅動和轉向裝置，靠雙腳蹬地前行。1817 年 德國 德萊斯 帶車把的木質兩輪自行車，仍然靠腳蹬地前行。1839 年 蘇格蘭 麥克米倫 裝有實心橡膠的輪胎，騎者可以雙腳離開地面。1861 年 法國 米肖父子在前輪上安設了能繞軸旋轉的腳蹬板，開始稱之為 自行車 。1867 年 英國 麥迪遜 第一輛裝有鋼絲輻條的自行車。1869 年 英國 雷諾開始研究如何減輕自行車的重量，用輻條來拉緊輪輞，用鋼管制成車架。1874 年 英國 勞森裝上鏈條和鏈輪，用后輪的轉動來推動車子前進，真正具有現(xiàn)代化形式的自行車誕生。1886 年英國 斯塔利英國 詹姆斯在原有車上安裝了前叉和車閘，使用滾子軸承，，前后輪的大小基本相同，開始使用橡膠車輪，車型與現(xiàn)代自行車基本相同。1887 年 德國曼內斯公司 無縫鋼管用于自行車生產。1888 年 愛爾人鄧洛普創(chuàng)造出充氣輪胎，為現(xiàn)代自行車的雛形奠定了基礎。20 世紀 英國 主要的自行車輸出國。2016 年 Colnago 公司 發(fā)布了一款意式氣動大組車。2017 年 Colnago 公司 推出了一款碳纖維空氣動力學自行車。2 3 4
【學位授予單位】：青島大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U484

【參考文獻】

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本文編號：2662344