【摘要】：本課題在傳統(tǒng)自行車(chē)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)、自頂向下以及有限元分析等方法對(duì)其整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì),并以設(shè)計(jì)后的雙輪躺式自行車(chē)為研究對(duì)象,進(jìn)行分析優(yōu)化以及輕量化設(shè)計(jì)。本課題研究的內(nèi)容主要包括:(1)運(yùn)用自頂向下的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)雙輪躺式自行車(chē),先確定躺式自行車(chē)的整體尺寸,然后再局部細(xì)化,并且將該自行車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)為具有前后伸縮功能的車(chē)架,將座椅設(shè)計(jì)為具有前后移動(dòng)并且角度可調(diào)節(jié)功能的座椅。(2)運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)使產(chǎn)品更符合人體需求,通過(guò)人機(jī)工程學(xué)中的理論,使得該躺式自行車(chē)的各部件尺寸與人體尺寸相匹配,達(dá)到了舒適度的要求。(3)確定躺式自行車(chē)的關(guān)鍵尺寸,該自行車(chē)中的關(guān)鍵尺寸是與人體緊密相連的機(jī)構(gòu)的尺寸,這些尺寸能夠影響人在騎行中的舒適度,即車(chē)架、躺椅、頭枕、把手和腳蹬等尺寸。(4)對(duì)躺式自行車(chē)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),該躺式自行車(chē)是在傳統(tǒng)自行車(chē)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的,所以基本部件與傳統(tǒng)自行車(chē)部件類(lèi)似。在設(shè)計(jì)的時(shí)候參考傳統(tǒng)自行車(chē)進(jìn)行設(shè)計(jì)。(5)對(duì)該車(chē)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析,通過(guò)裝配干涉檢查來(lái)確保躺式自行車(chē)無(wú)干涉現(xiàn)象并且能夠正常運(yùn)行。(6)對(duì)該車(chē)進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析、模態(tài)分析、敏感度分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)以及疲勞分析。靜力分析主要是檢驗(yàn)該自行車(chē)的應(yīng)力要小于許用應(yīng)力,變形量要滿(mǎn)足QB/T1880-2008《自行車(chē)車(chē)架》行業(yè)要求,應(yīng)不大于3.0mm。模態(tài)分析主要是研究該車(chē)的振動(dòng)頻率以及是否會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象,通過(guò)分析可知該躺式自行車(chē)不會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。敏感度分析主要是研究該自行車(chē)中連接件和伸縮桿長(zhǎng)度的變化對(duì)模型的整體最大應(yīng)力、最大變形量以及各階模態(tài)分析的影響情況,通過(guò)分析可知連接件長(zhǎng)度的變化對(duì)整體最大應(yīng)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(zhǎng)度的變化對(duì)整體最大應(yīng)力以及第一階和第三階頻率有較為明顯的影響。優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是研究連接件和伸縮桿的長(zhǎng)度在給定范圍內(nèi),并在許用應(yīng)力和變形量均不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況下,連接件和伸縮桿的長(zhǎng)度在何值時(shí)應(yīng)力和變形量達(dá)到最小值,優(yōu)化后連接桿長(zhǎng)度為240mm,伸縮桿長(zhǎng)度為26mm。疲勞分析主要研究該車(chē)腳蹬軸在斷裂之前所能承受的最大壽命,通過(guò)分析,可知腳蹬軸的疲勞壽命最小值為10~(5.745),滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中的10萬(wàn)次。(7)對(duì)該車(chē)車(chē)架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì),輕量化設(shè)計(jì)包含兩個(gè)方面,一方面通過(guò)更換更輕質(zhì)的材料,另一方面通過(guò)減小該車(chē)車(chē)架壁厚。這兩種方式均可以使得該車(chē)車(chē)架在滿(mǎn)足力學(xué)性能的同時(shí),質(zhì)量變輕。通將材料由SCM415鉻鉬鋼更換為更輕質(zhì)的碳纖維,分析后可知滿(mǎn)足力學(xué)性能要求;將壁厚由3mm減小到2mm,分析可知可滿(mǎn)足力學(xué)性能;當(dāng)減小至1mm時(shí),不滿(mǎn)足力學(xué)性能,所以壁厚不應(yīng)過(guò)小。
【圖文】：

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

時(shí)間 國(guó)家及發(fā)明人 特點(diǎn)1790 年 法國(guó) 西夫拉克最原始的自行車(chē)，木制，只有兩個(gè)輪子，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向裝置，靠雙腳蹬地前行。1817 年 德國(guó) 德萊斯 帶車(chē)把的木質(zhì)兩輪自行車(chē)，仍然靠腳蹬地前行。1839 年 蘇格蘭 麥克米倫 裝有實(shí)心橡膠的輪胎，騎者可以雙腳離開(kāi)地面。1861 年 法國(guó) 米肖父子在前輪上安設(shè)了能繞軸旋轉(zhuǎn)的腳蹬板，開(kāi)始稱(chēng)之為 自行車(chē) 。1867 年 英國(guó) 麥迪遜 第一輛裝有鋼絲輻條的自行車(chē)。1869 年 英國(guó) 雷諾開(kāi)始研究如何減輕自行車(chē)的重量，用輻條來(lái)拉緊輪輞，用鋼管制成車(chē)架。1874 年 英國(guó) 勞森裝上鏈條和鏈輪，用后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)推動(dòng)車(chē)子前進(jìn)，真正具有現(xiàn)代化形式的自行車(chē)誕生。1886 年英國(guó) 斯塔利英國(guó) 詹姆斯在原有車(chē)上安裝了前叉和車(chē)閘，使用滾子軸承，，前后輪的大小基本相同，開(kāi)始使用橡膠車(chē)輪，車(chē)型與現(xiàn)代自行車(chē)基本相同。1887 年 德國(guó)曼內(nèi)斯公司 無(wú)縫鋼管用于自行車(chē)生產(chǎn)。1888 年 愛(ài)爾人鄧洛普創(chuàng)造出充氣輪胎，為現(xiàn)代自行車(chē)的雛形奠定了基礎(chǔ)。20 世紀(jì) 英國(guó) 主要的自行車(chē)輸出國(guó)。2016 年 Colnago 公司 發(fā)布了一款意式氣動(dòng)大組車(chē)。2017 年 Colnago 公司 推出了一款碳纖維空氣動(dòng)力學(xué)自行車(chē)。2 3 4
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U484

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2662344