折疊式自行車(chē)的整體設(shè)計(jì)7張CAD圖

折疊式自行車(chē)的整體設(shè)計(jì)7張CAD圖,折疊式,自行車(chē),整體,設(shè)計(jì),CAD 文章編號(hào):1006-2343(2014)06-161-05 一種新型無(wú)鏈折疊式自行車(chē)的數(shù)字化設(shè)計(jì) 聞霞1，2，曾鎮(zhèn)清3(1．三明學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，福建三明365004，E-mail:wenxia_wen@163．com;2．三明機(jī)械CAD工程研究中心，福建三明365000;3．福建西河衛(wèi)浴科技有限公司，福建泉州510641) 選段： 自從進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)現(xiàn)代化的發(fā)展，摩托車(chē)、小轎車(chē)等交通工具進(jìn)入人們的生活，自行車(chē)似乎突然淡出了人們的視野。然而，近幾年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，私家車(chē)大量涌現(xiàn)而引發(fā)城市交通擁擠、喧囂、空氣污染、自駕車(chē)引起的頸椎病等問(wèn)題，快節(jié)奏的生活更是讓人們?nèi)狈\(yùn)動(dòng)機(jī)會(huì)，人們的生活理念也隨之發(fā)生了變化，低碳環(huán)保、綠色健康成為人們向往的生活。無(wú)鏈折疊式自行車(chē)因其環(huán)保、健身、娛樂(lè)及便捷等優(yōu)點(diǎn)再次受到人們的青睞。新型無(wú)鏈折疊式自行車(chē)是隨著現(xiàn)代都市生活理念變化而設(shè)計(jì)的一種集綠色環(huán)保、健身、娛樂(lè)、時(shí)尚、便捷、輕巧等特點(diǎn)為一體的新型交通工具。設(shè)計(jì)理念跟隨時(shí)代的人性化設(shè)計(jì)，賦予美感、時(shí)尚、充滿(mǎn)情趣和活力，其設(shè)計(jì)的核心是“以人為本”，自行車(chē)設(shè)計(jì)、優(yōu)化成為永恒的主題。 1無(wú)鏈折疊自行車(chē)的誕生及發(fā)展現(xiàn)狀 1．1自行車(chē)的誕生及發(fā)展 1818年年輕的德國(guó)替林人德萊斯首創(chuàng)了前輪可以轉(zhuǎn)向的自行車(chē)。1858年蘇格蘭的鄧洛普研制將充氣輪胎用于自行車(chē)，使自行車(chē)減振性能大大增強(qiáng)，讓騎車(chē)人的騎行舒適度更為提高。再加上管材結(jié)構(gòu)，配上車(chē)鈴、支架、車(chē)燈等部件，前后輪改為一樣大，到19世紀(jì)末自行車(chē)結(jié)構(gòu)就基本完善了［3］。自行車(chē)開(kāi)始通過(guò)批量化生產(chǎn)逐漸走進(jìn)普通人的生活，成為人們生活中方便、快捷的代步工具。隨著人們生活水平的提高，綠色健康與低碳環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，自行車(chē)不會(huì)因?yàn)樾滦蜋C(jī)動(dòng)車(chē)交通工具的發(fā)展而減少。但是現(xiàn)在的城市交通擁擠、存車(chē)處面積明顯不足，機(jī)動(dòng)車(chē)的停放已被公認(rèn)為全球性的難題，而在我國(guó)，比機(jī)動(dòng)車(chē)停放更難的是自行車(chē)的停放問(wèn)題［4］。市內(nèi)各街道、人行道占用停車(chē)的情況嚴(yán)重，自行車(chē)被盜現(xiàn)象十分普遍。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧快捷、攜帶方便的折疊自行車(chē)可以很好地解決這些問(wèn)題。 1．2自行車(chē)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的發(fā)展變化 自行車(chē)自問(wèn)世以來(lái)，主要釆用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要是鏈輪和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。這些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和性能限制了自行車(chē)的使用性能和力的轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高，自行車(chē)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)已成為人力自行車(chē)性能提高的主要技術(shù)瓶頸［5］。鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)，具有制造簡(jiǎn)單，安裝、維修以及更換方便等優(yōu)點(diǎn)，但是鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)存在容易玷污衣物、脫鏈、傳動(dòng)效率不高等缺點(diǎn)，而且鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)結(jié)構(gòu)需要占用空間大，質(zhì)量偏重，不符合輕便、結(jié)構(gòu)緊湊、便于折疊等問(wèn)題。2005年北京喬特自行車(chē)有限公司經(jīng)過(guò)多年開(kāi)發(fā)，向市場(chǎng)推出了一種榮獲國(guó)家專(zhuān)利發(fā)明權(quán)的無(wú)鏈杠桿傳動(dòng)自行車(chē)［6］，與鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)方式相同的圓周式運(yùn)動(dòng)，占用空間偏大。2012年由闞海輝設(shè)計(jì)的變速錐齒輪無(wú)鏈自行車(chē)［7］，并申請(qǐng)了國(guó)家專(zhuān)利，實(shí)現(xiàn)了無(wú)鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)，但該設(shè)計(jì)僅對(duì)原有鏈?zhǔn)阶孕熊?chē)的改造。2009年淮陰工學(xué)院機(jī)械工程系的卜云峰等人設(shè)計(jì)一款四連杠桿式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無(wú)鏈?zhǔn)阶孕熊?chē)［5］，應(yīng)用杠桿原理和齒輪傳動(dòng)原理，結(jié)合四連桿運(yùn)動(dòng)軌跡有效加長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中杠桿的力臂長(zhǎng)度、增大對(duì)頂角，提高了能量轉(zhuǎn)換效率。但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不適合于折疊自行車(chē)的設(shè)計(jì)。 2新型無(wú)鏈折疊式自行車(chē)設(shè)計(jì)理念 2．1新型無(wú)鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧針對(duì)目前自行車(chē)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀，為折疊自行車(chē)設(shè)計(jì)需要，研發(fā)一款棘輪式無(wú)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)自行車(chē)，避免了傳統(tǒng)無(wú)鏈杠桿式傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，適合輕便、折疊的特點(diǎn)，其傳動(dòng)原理在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中有詳細(xì)的闡述。 2．2具有良好的減振性能的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)人性化的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是舒適性，在自行車(chē)支架上連桿設(shè)計(jì)為彈簧支架實(shí)現(xiàn)了行進(jìn)過(guò)程中彈性緩沖，極大的改善了騎車(chē)的舒適度，彈簧支架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。 2．3傳動(dòng)裝置采用棘輪式無(wú)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，便于折疊傳統(tǒng)鏈?zhǔn)阶孕熊?chē)鏈傳動(dòng)由鏈輪、鏈條及飛輪三部分組成，其不足之處在于:①騎行過(guò)程中會(huì)出線(xiàn)脫鏈、斷鏈、夾褲、潤(rùn)滑油橫流污衣褲等現(xiàn)象，②采用鏈罩，鏈條如從鏈輪或飛輪上滑下時(shí)，重新安裝很困難。③鏈輪直徑較大，導(dǎo)致鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)體積大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，外形不美觀，對(duì)折疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。 該款新型折疊無(wú)鏈?zhǔn)阶孕熊?chē)采用棘輪式傳動(dòng)，機(jī)構(gòu)集中在后輪部分采用兩個(gè)棘輪、四個(gè)錐齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)異步運(yùn)動(dòng)及腳踏往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，后輪設(shè)計(jì)較大，而前輪直徑設(shè)計(jì)較小，因此使得整車(chē)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，便于折疊。 2．4充分選用應(yīng)用新型材料，質(zhì)量輕 運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘的原理［8］，確定自行車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)部件主要尺寸，改進(jìn)車(chē)架材料，可采用鋁合金、鈦合金、鎂合金、碳纖維等，使得車(chē)架質(zhì)量更輕，強(qiáng)度更高。在新工藝技術(shù)方面，主要研究方向是使用最少的材料，實(shí)現(xiàn)更高的機(jī)械強(qiáng)度，例如，使用可變截面的管材和板材替換原來(lái)同一界面的材料，使得自行車(chē)性能更加可靠，使用材料更少。 該款新型折疊無(wú)鏈?zhǔn)阶孕熊?chē)車(chē)架的設(shè)計(jì)采用鋁合金6061T6材料，鋁合金具有質(zhì)量輕，可塑性好，剛性高，高抗氧化等優(yōu)點(diǎn)，雖然造價(jià)會(huì)比起傳統(tǒng)的高碳鋼車(chē)架昂貴，但是在制造車(chē)架的形狀上有很大的變化空間，可以通過(guò)軟件優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的設(shè)計(jì)，最優(yōu)化來(lái)節(jié)約制造成本。 2．5設(shè)計(jì)折疊過(guò)程簡(jiǎn)單，快捷，便于攜帶 折疊或打開(kāi)需要合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品的形態(tài)，以期能夠更好的實(shí)現(xiàn)它的設(shè)計(jì)訴求。在折疊式自行車(chē)的設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，盡量將一個(gè)折疊自行車(chē)設(shè)計(jì)成一個(gè)規(guī)整的造型，努力將它的傳動(dòng)裝置通過(guò)折疊后能隱藏在內(nèi)部，這樣的設(shè)計(jì)不僅滿(mǎn)足了美學(xué)上的需求，同時(shí)這樣的造型更易于攜帶。該款無(wú)鏈折疊自行車(chē)的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)人性化，簡(jiǎn)單便捷，折疊時(shí)間應(yīng)在十幾秒鐘內(nèi)完成，否則將會(huì)失去普及性和實(shí)用性。 3整車(chē)結(jié)構(gòu)數(shù)字化的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 數(shù)字化設(shè)計(jì)是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想，也是集各種優(yōu)秀設(shè)計(jì)工具為一體的設(shè)計(jì)平臺(tái)［9］。利用iNPD(integrated New Product Development)技術(shù)的工業(yè)設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)該款新型無(wú)鏈折疊自行車(chē)的設(shè)計(jì)。 3．1新型無(wú)鏈折疊式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)該款新型無(wú)鏈?zhǔn)秸郫B自行車(chē)后輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用兩個(gè)棘輪、棘爪、小棘爪、棘輪軸、軸承及踏桿曲柄主要部件實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，其后輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖如圖5所示，其爪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)后輪軸旋轉(zhuǎn)，由于后輪軸與后輪為剛性聯(lián)接，因而實(shí)現(xiàn)后輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。棘輪(如圖3所示結(jié)構(gòu))環(huán)內(nèi)的棘齒可實(shí)現(xiàn)單方向傳動(dòng)，內(nèi)部采用4個(gè)錐齒輪相互嚙合實(shí)現(xiàn)異步傳動(dòng)。同時(shí)通過(guò)內(nèi)部錐齒輪相互嚙合傳動(dòng)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)踏桿曲柄的異步動(dòng)作，自運(yùn)動(dòng)原理:由腳踏上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，棘輪通過(guò)棘行車(chē)運(yùn)動(dòng)的速度由腳踏桿抬起最大的角度、輪轂的半徑及往復(fù)一次循環(huán)所用時(shí)間等因素決定，采用碟剎裝置實(shí)現(xiàn)剎車(chē)，制動(dòng)效果較好，制動(dòng)時(shí)，摩擦制動(dòng)塊16加緊后剎車(chē)片15實(shí)現(xiàn)后剎車(chē)片制動(dòng)，而后剎車(chē)片與后輪轂及軸套是剛性連接，從而實(shí)現(xiàn)后輪剎車(chē)制動(dòng)。 3．2新型無(wú)鏈折疊式自行車(chē)折疊方式的設(shè)計(jì)目前常用的折疊自行車(chē)的分類(lèi)方式可以分為:①車(chē)架大梁折疊式(對(duì)折式)，②前后叉折疊式③坐管車(chē)架折疊式④異形車(chē)架折疊式⑤A－BIKE折疊式疊等幾種折疊方式［11］。該款折疊無(wú)鏈?zhǔn)阶孕熊?chē)的設(shè)計(jì)偏重于前后叉折疊式，保留了輪子的拖動(dòng)功能;在車(chē)架桿的下方設(shè)計(jì)彈簧支架的減振裝置尺寸較短，便于折疊，剛性彈簧起到緩沖作用，增加騎車(chē)的舒適性;并綜合考慮了滿(mǎn)足合理結(jié)構(gòu)、時(shí)尚外觀、折疊方便、攜帶便捷等綜合因素，適合出現(xiàn)在地鐵、辦公場(chǎng)所、校園等場(chǎng)合。 該款折疊無(wú)鏈?zhǔn)阶孕熊?chē)折疊步驟主要分為:①前桿4設(shè)計(jì)為可伸縮桿，折疊時(shí)先向下收縮變短，然后繞車(chē)架桿1和車(chē)架6連接處向下旋轉(zhuǎn)至使前桿4與車(chē)架6相平齊，使得小輪正好位于大輪的正上方;②車(chē)座旋轉(zhuǎn)與車(chē)座桿9成直線(xiàn)，然后一起旋轉(zhuǎn)進(jìn)入車(chē)架桿1中，完成折疊。折疊方式既保留了大輪子的拖動(dòng)功能，而且還保留的把手在最上方使用功能。折疊步驟簡(jiǎn)單，巧妙，體積不到原來(lái)的1/3。 折疊自行車(chē)的 創(chuàng)新設(shè)計(jì)與研究 文｜匡焱 （黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院 黃岡 438002） 選段： 1 折疊自行車(chē)的起源和發(fā)展 折疊自行車(chē)是 20 世紀(jì) 30 年代在歐洲起源于軍事用途，并伴隨著轎車(chē)的普及和城 市人口的增多而發(fā)展起來(lái)的。近些年由于采用各種新材料、新技術(shù)及結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，從而 使體積更小、重量更輕、更結(jié)實(shí)耐用 [2]。 目前，市場(chǎng)上出售的自行車(chē)品種繁多，如公路自行車(chē)、山地自行車(chē)、旅游自行車(chē)等， 眾多的自行車(chē)都存在一個(gè)明顯的問(wèn)題，就是攜帶非常不方便，這無(wú)疑給使用者帶來(lái)麻煩， 尤其是在這個(gè)高速發(fā)展的時(shí)代。因此，人們迫切需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活，便于 儲(chǔ)放的交通工具。 自行車(chē)的發(fā)展方向是設(shè)計(jì)輕量化、個(gè)性化、功能化、方便化、款式多樣化 , 自行 車(chē)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(chē)是我 國(guó)最具潛力并取得世界領(lǐng)先水平的產(chǎn)品。一般折疊車(chē)有車(chē)架折疊關(guān)節(jié)和立管折疊關(guān)節(jié) 構(gòu)成，通過(guò)車(chē)架折疊，將前后兩輪對(duì)折在一起，可減少 45% 左右的長(zhǎng)度。整車(chē)在折疊 后可放入登機(jī)箱和折疊包內(nèi)，以及汽車(chē)的后備箱內(nèi)。在折疊的使用過(guò)程中也不需要借助外來(lái)工具，可通過(guò)手動(dòng)自行將車(chē)折疊展開(kāi)，自行折疊。在折疊后，通過(guò)座桿為支撐點(diǎn)使車(chē)能立穩(wěn)。折疊自行車(chē)攜帶和使用方便舒適，開(kāi)發(fā)形成系列產(chǎn)品后,極具潛力。 2 折疊自行車(chē)的優(yōu)點(diǎn) 自行車(chē)作為短途代步工具，具備其他交通工具不可替代的功能，而折疊自行車(chē)則比自行車(chē)具有更多的優(yōu)點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn)： 1）壽命長(zhǎng)。自行車(chē)放在室外日曬雨淋，車(chē)體老化嚴(yán)重，放在公共場(chǎng)所被盜令人十分頭疼。當(dāng)擁有折疊自行車(chē)后，可以方便的把折疊自行車(chē)放在家里、辦公室、汽車(chē)后備箱里，不用擔(dān)心被風(fēng)吹日曬雨淋而減少它的使用壽命。 2）體積小，便于儲(chǔ)藏。折疊自行車(chē)通過(guò)折疊，前輪和后輪折疊在一起，可以減少50%左右的長(zhǎng)度，便于攜帶、收藏，還能防盜。 3）實(shí)用便捷。折疊自行車(chē)集交通、休閑、運(yùn)動(dòng)于一體。可作交通工具出行，可放置在汽車(chē)后備箱里，郊游時(shí)既可享受汽車(chē)的便利，在郊外又可騎行享受田園風(fēng)光的樂(lè)趣。 4）騎乘輕松，簡(jiǎn)單易調(diào)，男女老少皆宜。 5）健康環(huán)保。不會(huì)像汽車(chē)一樣使用不可再生資源，折疊式自行車(chē)對(duì)空氣無(wú)污染。同時(shí)現(xiàn)在的人們?nèi)狈﹀憻?，騎自行車(chē)可以適當(dāng)鍛煉身體。 6）時(shí)尚浪漫。折疊式自行車(chē)色彩明亮，具有視覺(jué)沖擊感，而且比一般自行車(chē)輕，提上樓、上電梯、上公車(chē)、乘地鐵,都不費(fèi)勁,是公共交通的最佳伴侶。 3 折疊自行車(chē)的設(shè)計(jì)方向 一個(gè)好的折疊自行車(chē)對(duì)設(shè)計(jì)和加工工藝上的要求會(huì)高于普通的兩輪自行車(chē)，所要權(quán)衡的因素和達(dá)到的要求也很多，以下是重點(diǎn)考慮的幾點(diǎn)： 1）質(zhì)量輕，體積小，節(jié)省體力。 2）材料的力學(xué)性能要好，不怕被擠壓，這是為了將折疊自行車(chē)放置在轎車(chē)車(chē)廂內(nèi)，折疊自行車(chē)它上面會(huì)擱置其它的物品，不會(huì)因?yàn)橹貕憾棺孕熊?chē)變形。 3）騎行舒適，調(diào)整范圍大，可適合不同人群。 4）騎行速度快。要求它的傳動(dòng)變速比和大眾化自行車(chē)相差 5）折疊、展開(kāi)方便快捷。無(wú)須太用力，即可在十幾秒到一分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)展開(kāi)折疊。折疊車(chē)在隨身攜帶過(guò)程中，要保證它的折疊和展開(kāi)能夠快速完成，來(lái)保障騎乘者在不同路段對(duì)折疊車(chē)的折疊和展開(kāi)順利進(jìn)行。 6）安全系數(shù)要求高。具有穩(wěn)定性能，對(duì)鎖緊裝置要求高。 7）外觀時(shí)尚。 4 折疊自行車(chē)的設(shè)計(jì)方案 自從折疊自行車(chē)發(fā)明以來(lái)，就有人不斷嘗試把折疊自行車(chē)弄得更小一些，占用空間更少一些。各種形式的折疊自行車(chē)層出不窮，剖其究竟，廣泛的折疊方式是將大梁折疊或收縮，將前后輪折疊在一起，將車(chē)座降低，車(chē)把側(cè)放。這種方式雖然實(shí)現(xiàn)了折疊，減小了車(chē)體面積。但是不足之處顯而易見(jiàn)，這種設(shè)計(jì)折疊效果不佳，并且需要拖行，攜帶不便，對(duì)于折疊車(chē)來(lái)說(shuō)，意義不大。 而這次創(chuàng)新型自行車(chē)大膽的設(shè)計(jì)成單前叉，為前輪創(chuàng)造折疊環(huán)境。車(chē)把和豎桿的折疊有效的減小了車(chē)體折疊后占地空間，前后輪折疊安放在月牙形車(chē)身內(nèi)完成三環(huán)重合的折疊效果。它是一種構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔獨(dú)特，能夠單人折疊和展開(kāi)，攜帶和使用方便的三圓（前車(chē)輪、后車(chē)輪、呈月牙形半圓的車(chē)身架）折疊自行車(chē)。 5 市場(chǎng)前景 隨著人們生活水平的提高,健康與環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),自行車(chē)不會(huì)因?yàn)槠渌煌üぞ叩陌l(fā)展而減少。自行車(chē)作為短途代步工具，具備其他交通工具不可替代的功能。它成為上班族、學(xué)生、有車(chē)族、老年人的時(shí)尚選擇，將會(huì)帶來(lái)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[3]。而根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家自行車(chē)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和轎車(chē)開(kāi)始大量進(jìn)入家庭階段，自行車(chē)產(chǎn)業(yè)也即將迎來(lái)發(fā)展變革的機(jī)遇，折疊自行車(chē)則以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，符合我國(guó)未來(lái)交通發(fā)展的需求，以此看來(lái)，折疊自行車(chē)在我國(guó)的前景十分廣闊。