自行车结构分析与设计

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1、自行车结构分析与设计摘要：自行车的结构分析与设计，具体来说可以从骑车运动学、结构、材料强度、加工方法、可靠性等方面进行考虑，尤其应当考虑的是人与自行车的协调关系。所以本论文从人机T程学的观点出发，分析设计口行车的结构及零部件；根据具体人体尺寸设计自行车五个关键的点，即自行车鞍座位置点、车把位置点的确定、中轴位置点、前轴位置点及后轴位置点。这样可达到缩短产甜开发周期，降低设计成本的效果，使得自行车在舒适性和安全稳定性方面得到改进，具有非常重大的实际意义。关键词：自行车；人机工程学；结构分析；设计中图分类号：U484文献标识码：A一、自行车车架选型车架是构成自行车的基木部件，它具

2、有载人和承受恶劣环境的功能，人仅仅是载重体，由于内部条件和外部条件的变化，使加在自行车上的载重比车体的自重大好几倍。另一方面，由于人体的自身动力和骑车技能，使自行车向前行驶，车架便成为运载人体安全前进的因素。因此车架应满足如下要求：强度要绝对牢固耐用；形状要便于人体发力；形状还要便于充分人体的控制机能。车架形状的确定，必须根据前后车轮摆在同一条水平线上并适合人体的身高，这样骑上后才能充分发挥双腿的驱动力。确定选择环形车架结构,这种环形车架结实耐用，对骑车者的安全性有很大的保证，而且结构紧凑,很大程度上增加了车体的美观性，因此现在普遍应用这种车架结构。二、前叉部分前叉通常由前叉

3、立管、前叉肩、前叉腿及前叉嘴所组成，前叉立管、叉肩、叉腿一般是用钎焊等方法焊接的。前叉嘴是将叉腿的端部压扁（放进衬片增强）。前叉立管，其外径安放在车架前管内（本次设计为22毫米），内径与把立管（本次设计为18毫米）配合在一起。还有从力学角度考虑，立管的下端，在下挡附近应力最大，因此立管下部应该加厚。叉肩、叉立管和叉腿分别经过冲压、锻造加工而成，最后再将两者以钎焊形式焊接到一起。叉腿是悬臂梁，考虑应力的合理分布，把它做成根部大，端部小的形状。这种形状的截面系数是从根部往端部逐渐减小的，并考虑到外力的影响，做成了前后方向呈长轴般的椭圆形。叉腿的长度及下部弯曲部分的曲率大小是由使用

4、车轮的直径和偏距的人小决定的。前叉部件均与车架材料一样，选用珞钳钢（30CrMo）作为材料。三、自行车架零部件设计牛架部件由前脸部分，中接头部分所组成，前脸和中接头部分都装有两套轴承,其形式种类虽多,但灵活的转动机能为其必要条件1•前脸设计（1）功能功能方面首先应该考虑的是前叉对车架的转动，即车把的转动灵活向题。为此，必须提高各部件的加工精度，特别是钢珠的滚动面与螺纹要同心，并要进行适当的热处理，力求变形小。前脸部分不同心，造成前叉组装上的偏心，前车轮与后车轮的不同心,这对车把的装配，影响极坏，因此不仅前脸部分，而且对车架，前脸的加工精度以及组装技术方面，都必须予以充分注意。

5、此外，在组装上也要注意，前叉挡绝对不可压紧，骑行中前脸部分要从前轮受到反力，有封受到相当大的冲击，必须有足够的强度。(2)使用要求它是通过上下各一套轴承连接车架和前叉的部件，对自行车的操纵、稳定性能影响很大，因此必须具备足够的机能和强度。2.中接头部分(1)功能中接头部分是自行车驱动上不可缺少的部件，由中轴和左右中轴碗，形成左右2套主轴承，装进车架的屮接头部分内固定起来，为了固定及调整轴承珠道而使用螺纹，但其形式和结构的种类很多，而且螺纹也容易缓和，所以放松问题值得考虑。(2)使用要求通常在骑行时，加在脚蹬上左右交错的踏力为534T克，申轴由于左右碗的支承，基

6、本上保持水平转动。其转动速度每分钟为4060转。必须注意作为特殊球轴承的机能，它承担着以低速转动而变动的交变载荷。即中轴的直度要好，左右珠道部要无偏心，碗的内外径无偏心以及螺纹的精度要高等等，在提高部件加工精度的同时，在车架方面也必须尽力防止螺纹的偏心。使用与车架一样的材料，用珞钳钢作为中接头的材料。中接头与车架体就是一体的。四、前后轴零部件设计前后轴部件与车圈、辐条都是组成车轮的主耍部件，它既要承受车轮所受的静的和动的载荷，又要使车轮转动得灵活轻快。它山轴皮和轴棍组成，为了减轻两者之间的摩擦，采用了轴承装置。自行车轴皮应具备以下功能：1.必须承受住车轮的静的

7、或动的载荷。2.通过辐条与车圈结合起来组成车轮，不得影响辐条的寿命和车轮的机能。条盘的间隔、条盘的厚度及其直径的大小，要保证尺寸精度。3.摩擦要少，转动要灵活。左右轴碗淬大变形，偏心要小。轴扌肖的外径与螺纹的偏心要小，螺纹的精度要高。珠道要精细加工，轴棍要直，螺纹精度要高。轴挡的位置必须保持端正。4.轴碗及轴挡的轴承面的强度要大，磨耗要小，不得产生压痕。设计要合理，材料要适当，热处理质量要好。5.根据各种形式、用途，要求变速机能、刹车机能等都必须良好。五、中轴零部件设计中轴是传动机构，传动力通过脚蹬、曲