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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 家用動(dòng)感單車的設(shè)計(jì)及仿真
姓 名
專 業(yè)
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
鄭州科技學(xué)院電氣工程學(xué)院
二○一六年四月
目 錄
摘 要 IV
Abstract V
第1章 緒論 1
1.1 選題的背景與意義 1
1.2 動(dòng)感單車概述 3
1.2.1 動(dòng)感單車的分類 4
1.2.2 動(dòng)感單車連接件的應(yīng)用 5
1.3 動(dòng)感單車在國(guó)內(nèi)和國(guó)外的情況 5
1.4 動(dòng)感單車的設(shè)計(jì)趨勢(shì) 6
1.4.1 便攜化設(shè)計(jì) 6
1.4.2 人性化設(shè)計(jì) 6
第2章 動(dòng)感單車總體設(shè)計(jì) 7
2.1 設(shè)計(jì)原則 7
2.2 人機(jī)工程設(shè)計(jì) 8
2.3 影響動(dòng)感單車性能的人體因素 9
2.4 動(dòng)感單車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要素分析 10
2.5 人一車動(dòng)態(tài)特性分析 12
2.6 動(dòng)感單車的構(gòu)成 13
2.7 動(dòng)感單車方案設(shè)計(jì) 14
第3章 動(dòng)感單車主要計(jì)算 15
3.1功率的計(jì)算 15
3.2 傳動(dòng)比 16
3.3 前后帶輪之間的帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 16
3.3.1 同步帶介紹 16
3.3.2 同步帶的特點(diǎn) 17
3.3.3 同步帶傳動(dòng)的主要失效形式 17
3.3.4 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 19
3.3.5 同步帶分類 20
3.3.6 同步帶計(jì)算選型 20
3.3.7 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 23
3.3.8 同步帶的設(shè)計(jì) 26
3.3.9 同步帶輪的設(shè)計(jì) 26
3.4 軸的設(shè)計(jì) 27
3.4.1帶輪上力的計(jì)算 27
3.4.2材料 27
3.4.3計(jì)算軸的最小直徑 27
3.4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
3.5軸的校核 28
3.6鍵的校核 29
3.7 軸承的校核 29
3.8 車架的強(qiáng)度與剛度的計(jì)算 30
第4章 三維圖的設(shè)計(jì) 36
4.1 車把組件 36
4.2 車架 36
4.3 大剛輪組件 37
4.4 座椅組件 37
4.5 整車裝配 38
結(jié) 論 39
參考文獻(xiàn) 40
致 謝 41
摘 要
全民健身，利國(guó)利民，隨著社會(huì)的發(fā)展人們開始越來越重視自己的身體健康，但在現(xiàn)在的中國(guó)由于生活水平層次不齊，所以并不是所以的人都能夠消費(fèi)得起天天到健身房進(jìn)行健身鍛煉的，所以設(shè)計(jì)一款適合廣大人民的需要，同時(shí)在普遍情況下能夠承受的單人或多人健身的動(dòng)感單車是具有廣闊的市場(chǎng)空間的，但現(xiàn)在的市場(chǎng)上的健身器械雖大部分是單人式多功能的組合健身器械，但由于其不和市場(chǎng)的標(biāo)價(jià)從而使得健身器械到現(xiàn)在為止依然不能進(jìn)入普通人家，為此設(shè)計(jì)一款價(jià)廉，且功能符合需要，實(shí)用的健身器械是我設(shè)計(jì)的主題，其中要注意避免像市場(chǎng)上的單人健身器械的利用率低的問題，同時(shí)滿足人們的需要，除此之外還要求外型美觀，安全耐用，工作平穩(wěn)，便于維護(hù)，制造加工方便，成本較低最為重要。
為此，我專門走訪了許多的健身房和一些健身專柜進(jìn)行實(shí)地考察，同時(shí)上網(wǎng)收集資料，了解廣大健身教練和用戶的感受，同時(shí)調(diào)查他們的需要，總結(jié)各方面的要求，設(shè)計(jì)了該款多功能動(dòng)感單車。
關(guān)鍵詞：動(dòng)感單車，健身，機(jī)械設(shè)計(jì)
Abstract
Fitness, the country, with the development of society, people increasingly began to pay attention to their own health, but now the Chinese standard of living due to the uneven levels, so it is not so everyone can afford to the gym every day fitness training, it is designed to fit the needs of a majority of the people, while in the general case can withstand single or multiplayer spinning fitness is a broad market space, but the fitness equipment now on the market is great single multi-function part is a combination of fitness equipment, but because of its price and the market is not making fitness equipment, up to now still can not enter the ordinary people, for the design of a low cost, and functionality to meet the needs and practical fitness equipment is the theme of my design, which should be taken to avoid like the single market on the fitness equipment problem of low utilization, while meeting the needs of the people, in addition to the requirements of appearance, safe, durable, smooth, easy to maintain, manufacturing process convenient, low cost is most important.
To this end, I specifically visited a lot of gym and some exercise counter field trips, and the Internet to gather information, understand the majority of fitness trainer and user experience, while investigating their needs, summarize all aspects of the requirements, design This versatile spinning.
Keywords: spinning, fitness, mechanical design
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家用動(dòng)感單車的設(shè)計(jì)及仿真
第1章 緒論
1.1 選題的背景與意義
動(dòng)感單車，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家中，動(dòng)感單車占有很大的市場(chǎng)。很多人們都在家中備放動(dòng)感單車，以備后用。而在我國(guó)，隨著近年來我國(guó)城市建設(shè)速度很快，邊遠(yuǎn)地區(qū)有很多經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)建筑，但是在短時(shí)間內(nèi)沒有公交車深入，人們又不喜歡長(zhǎng)時(shí)間的步行，所以，動(dòng)感單車便成為非常方便的工具。由于它折疊后體積小，高層住戶在上下班坐電梯時(shí)可拎帶，在住宅狹小的民居中，可將動(dòng)感單車放置于床下，不占居住面積，節(jié)省空間。動(dòng)感單車基本與普通單車相似，包括車把、車座、蹬板和輪子幾個(gè)部分，車身穩(wěn)固地聯(lián)結(jié)為一個(gè)整體。與普通單車不同的是，它的結(jié)構(gòu)可以做很大的調(diào)整，使騎行的人感覺更舒適。上車之前，首先要決定座位的高度，通常這個(gè)高度以自己站在地面、抬起大腿并與地面水平時(shí)的高度為準(zhǔn)，這樣在騎行的時(shí)候，大腿與小腿的夾角不會(huì)過小，從而減輕了膝蓋的負(fù)擔(dān)，避免其受到損傷；然后以座位的位置決定車把的位置，手扶在車把最前方，手肘靠在把位上最為合適，身體要緊湊，手臂伸向前方不覺得吃力就好。車把的高低也可以根據(jù)騎行者的身材升降。下面是一些動(dòng)感單車具體的結(jié)構(gòu)解析。 動(dòng)感單車的車頭：由把手及水壺架構(gòu)成，水壺架的設(shè)計(jì)時(shí)考慮長(zhǎng)時(shí)間的健身運(yùn)動(dòng)隨時(shí)需要補(bǔ)水的需求。擋泥板：位于車體與剎車系統(tǒng)間的擋泥板，這擋泥板的作用和普通單車是差不多的，是保護(hù)飛輪免受汗液與銹跡的侵蝕的。 飛輪：飛輪的主要作用是配重，也就是增加運(yùn)動(dòng)的負(fù)荷以起到一個(gè)加大訓(xùn)練強(qiáng)度的作用。電子剎車系統(tǒng)：很多的動(dòng)感單車上都配有電子剎車系統(tǒng)，這也讓很多動(dòng)感單車運(yùn)動(dòng)者能夠在疲憊的時(shí)候更好的控制和把握節(jié)奏。曲柄和腳踏：這同樣是普通自行車的類似結(jié)構(gòu)，起到一個(gè)驅(qū)動(dòng)的橋梁作用，動(dòng)感單車大部分的作用都是通過這個(gè)體現(xiàn)出來。座椅：動(dòng)感單車的座椅高度是可以方便調(diào)節(jié)的，這是為了讓不同身高的人適應(yīng)同樣的單車，是非常人性化的設(shè)計(jì)。車身固定框架：這是動(dòng)感單車的一個(gè)整體框架支撐結(jié)構(gòu)，基本上所有的動(dòng)感單車固定框架都是由金屬打造，這也是動(dòng)感單車能夠支撐體重超標(biāo)的人的主要原因。 功能編輯 可靠、牢固的部件：使用堅(jiān)固、高質(zhì)量的配件及材料，正確的動(dòng)感單車可經(jīng)受住高強(qiáng)度使用。易銹部分為不銹鋼結(jié)構(gòu)，飛輪使用鉻合金涂層處理，主體支架采用靜電噴涂技術(shù)可最大限度的防銹； 簡(jiǎn)易維護(hù)：必確動(dòng)感單車不僅外觀美觀，而且維護(hù)便捷； 使用簡(jiǎn)便：簡(jiǎn)易的插銷式調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供穩(wěn)定性和安全性；防滑多功能把手無需拆卸即可使用調(diào)節(jié)鈕及調(diào)節(jié)安全系 統(tǒng)安全的進(jìn)行調(diào)節(jié)；兩個(gè)處于不同部位的水壺架使用方便； 根據(jù)人類環(huán)境工程學(xué)設(shè)計(jì)的坐墊提供最大的舒適感：男女皆宜的坐墊適合初學(xué)者和有經(jīng)驗(yàn)的使用者，專業(yè)化設(shè)計(jì)糾正坐姿，提供最大舒適感 雙向踏腳：雙向選擇的踏腳及簡(jiǎn)易調(diào)節(jié)的踏腳綁帶滿足不同程度的使用者的需要，單車專用鞋和運(yùn)動(dòng)鞋均適用； 提供平滑、準(zhǔn)確的阻力：汽車工業(yè)中最新的技術(shù)和材料被應(yīng)用于阻力控制、飛輪和Poly V皮帶，提供用戶一種平滑、流暢的舒適感和持續(xù)“真實(shí)”的單車體驗(yàn)。 好處編輯 和平時(shí)的自行車雖然相近，但是在作用和功能上差得很多，動(dòng)感單車沒有單車的一些缺點(diǎn)，譬如安全性、腰部的長(zhǎng)時(shí)間的酸痛等，在動(dòng)感單車上都已經(jīng)得到了改良。動(dòng)感單車是經(jīng)過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采取人工力學(xué)工程的方法，選擇適合人體要求，不勞煩腰部，還能使得健身達(dá)到最大的效果，每個(gè)腳踏板上有兩個(gè)固定的鞋套，防止健身者在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候?qū)⒛_甩出去，秉承安全設(shè)計(jì)的理念。有些動(dòng)感單車具有拉伸功能，更能適合高矮胖瘦的各類人群。動(dòng)感單車根據(jù)自己承受的鍛煉量分為：力度鍛煉和強(qiáng)度鍛煉。根據(jù)調(diào)整自行車的阻力來選擇適合自己的鍛煉強(qiáng)度。你也可以選擇自己適合的鍛煉方式有坐勢(shì)與站勢(shì)倆種方法，要選擇適合自己的方法，倆種方式都能夠有效的鍛煉自身的腿部肌肉，以及腿部的力量與耐力，對(duì)促進(jìn)骨骼的生長(zhǎng)也挺有好處。如果你想對(duì)腿部增肌，建議采取力度鍛煉就好，如果想達(dá)到減肥燃脂的目的，建議選擇強(qiáng)度的鍛煉。無論這兩者的哪個(gè)，都建議大家一定要堅(jiān)持持久鍛煉，不能憑空想象，還是要靠個(gè)人，鍛煉是沒有人能幫到你，別人告訴你的是成功的捷徑，但是路還是要自己去走。盡量一周騎動(dòng)感單車2~3次，每次在半小時(shí)到四十五分鐘左右，再配上一些增肌粉的使用，那效果會(huì)更加明顯。總之，如果大家想健身增肌的話，動(dòng)感單車是一個(gè)不錯(cuò)的項(xiàng)目，并不像別的訓(xùn)練項(xiàng)目那樣無聊，大家一起鍛煉的話，就會(huì)讓鍛煉更加有意思了。脂肪損失原理和所有的有氧運(yùn)動(dòng)，等，紡絲也充分體內(nèi)細(xì)胞的移動(dòng)之后激活，同時(shí)能量消耗，實(shí)現(xiàn)脂肪損失的目的。據(jù)教練，紡紗是最大的健身運(yùn)動(dòng)器材之一，體能的要求非常高，一般一個(gè)類可以消耗約500卡路里的熱量，而且還散發(fā)出大量出汗，體內(nèi)的水分流失很快，所以要及時(shí)補(bǔ)水。但是，大量失水，并不意味著它是由“節(jié)約用水”來減肥，如果你把手腕在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，你會(huì)清楚地看到自己在運(yùn)動(dòng)，它完全是在當(dāng)下脂肪的消耗。在與腿的臀部的中心鍛煉身體，腰部，背部，手臂肌肉可以得到充分的鍛煉，還要加強(qiáng)你的心臟和肺功能。 適合對(duì)象 起源于美國(guó)的動(dòng)感單車沾染著濃濃的美國(guó)味道，活力四射、熱情奔放，因此頗受25～35歲的人群的青睞。不過在國(guó)外這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)可沒有年齡限制，因?yàn)樗O(shè)計(jì)上的科學(xué)性保證了參與者的安全，而且運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度完全是可控的，適應(yīng)于所有有運(yùn)動(dòng)能力的人。不過建議膝蓋有損傷的人不參加此項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檎麄€(gè)騎行過程中，膝關(guān)節(jié)的摩擦很大，再加上高強(qiáng)度的壓力，很容易形成潛在的傷害，在日后的運(yùn)動(dòng)過程中就會(huì)慢慢體現(xiàn)出來。心臟病和高血壓患者也最好不要參與，以免在高強(qiáng)度訓(xùn)練中發(fā)生危險(xiǎn)。 困擾SPINNING練習(xí)者的兩個(gè)錯(cuò)誤觀念 錯(cuò)誤觀念一：練動(dòng)感單車會(huì)不會(huì)讓四肢粗壯？你可以去看看擁有多年訓(xùn)練經(jīng)歷的動(dòng)感單車外籍教練，他們結(jié)實(shí)修長(zhǎng)的外形會(huì)告訴你，絲毫不用擔(dān)心動(dòng)感單車會(huì)讓你變成"巨無霸"。 錯(cuò)誤觀念二：是不是出的汗越多，越能減肥？事實(shí)上，需要減的是脂肪，而不是水分。大量汗液的排出其實(shí)是身體水分的流失，而不一定表示身體脂肪得到大量消耗。 減肥姿勢(shì) 正確的姿勢(shì)應(yīng)該是：身體稍向前傾，身體兩臂伸直，腹部收緊，采用腹式呼吸方法，雙腿和車的橫梁平行或稍向內(nèi)扣，膝、髖關(guān)節(jié)保持協(xié)調(diào)，身體不要左右擺動(dòng)，注意把握騎行節(jié)奏。此外，蹬踏的姿勢(shì)也很重要?！叭藗兂３Ｒ詾?，常說的蹬踏就等同于腳往下踩的意思，腳蹬子轉(zhuǎn)一圈帶動(dòng)飛輪前進(jìn)就完事了，不過正確的說法是踩、拉、提、推這4樣動(dòng)作連在一起才叫蹬踏?！睂I(yè)教練石波現(xiàn)身說法：“先用腳掌往下踩，然后小腿往后收縮回拉，接著往上方向提，最后向前面推動(dòng)，這樣完成蹬踏一周360度。這樣有節(jié)奏的蹬踏，不但能夠省體力還可以加速?！绷硪环矫妫藗兩钏降奶岣?，健康與環(huán)保的意識(shí)已經(jīng)超越了物質(zhì)需求，我們進(jìn)行動(dòng)感單車這項(xiàng)研究，希望利用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)來解決動(dòng)感單車設(shè)計(jì)過程中的相關(guān)問題，豐富自身對(duì)于動(dòng)感單車的理解，并從這項(xiàng)研究和學(xué)習(xí)中提升自身知識(shí)水平與見解。
1.2 動(dòng)感單車概述
如果站在使用者的角度考慮，那么動(dòng)感單車需要滿足以下特點(diǎn)。（1）較輕的質(zhì)量。（2）動(dòng)感單車折疊后，體積變小，形狀規(guī)則，便于安放和提取。（3）折疊后可用手拖行。（4）使用時(shí)，展開后輪距應(yīng)盡量地變大，擁有良好的縱向穩(wěn)定性，合理的車身尺寸，給予騎行者輕松舒適的騎行環(huán)境，擁有較大的調(diào)整范圍以便于滿足更多人群的需要。（5）車速應(yīng)盡量等同于普通動(dòng)感單車騎行時(shí)的車速。（6）折疊，展開應(yīng)方便，不需借用外部工具，不需費(fèi)很大力。（7）材料質(zhì)量良好，擁有絕佳的安全性能，折疊鉸帶要有較高的加工精度以保持長(zhǎng)時(shí)間騎行的穩(wěn)定性。（8）豐富的色彩。
1.2.1 動(dòng)感單車的分類
根據(jù)折疊方式的不同，動(dòng)感單車大致分為以下幾類。
（1） 車架大梁動(dòng)感單車
目前來看，市場(chǎng)上最主要的折疊方式便是車架大梁折疊，通過折疊器，將大梁在腳踏板的中央對(duì)折，使前后輪并在一起，腳踏板可以豎立放置，座管及頭管上有伸縮裝置，可以改變動(dòng)感單車的高度，從而達(dá)到減小動(dòng)感單車體積的目的。這種折疊方式多采用鉸帶帶接，鉸帶帶接是曲面之間互相接觸，屬于低副。倘若設(shè)定承受載荷相同，鉸帶所承受的壓力相對(duì)較低，故可以傳遞較大的力。大梁在動(dòng)感單車中起著支撐作用，鉸帶帶接可以滿足強(qiáng)度需求。
車架大梁動(dòng)感單車體積較大，折疊后體積略高于原體積的50%，重量相對(duì)于其他類動(dòng)感單車較重，不便攜帶，通常置于汽車后備箱，火車等地。由于體積與普通動(dòng)感單車相似，車輪仍選擇大輪（或略小于普通車輪），可以保證舒適度。
（2） 前后叉動(dòng)感單車
前后叉折疊屬于一種新型的折疊方式。相對(duì)于車架大梁折疊，前后叉動(dòng)感單車在折疊后，體積更小，車輪依然可以在地面滾動(dòng)，便于人們手拎攜帶。但是，前后叉折疊方式特殊，穩(wěn)定性一般，載重較低。由于為了折疊后體積變得更小，故采取安裝小輪。同時(shí)，由于輪徑偏小，速度相對(duì)于普通動(dòng)感單車較慢，騎行略費(fèi)力，道路適應(yīng)能力低下（地面粗糙度要很小才適合），騎行舒適度一般。
（3） Strida動(dòng)感單車
這種折疊方式與前后叉折疊相似。不同的是，此款動(dòng)感單車采取的是特殊前后叉結(jié)構(gòu)，前后叉在兩個(gè)平面。這樣折疊后，動(dòng)感單車的前輪和后輪不用前后緊貼，而是并排放置，更減小了動(dòng)感單車折疊后的體積。與前后叉動(dòng)感單車相似，車輪可在地面滾動(dòng)，便于拖行。同樣由于折疊方式，采取小輪安裝，車速較慢，道路適應(yīng)能力底下，騎行舒適度一般。
(4)旅行箱式動(dòng)感單車
旅行箱式動(dòng)感單車是目前為止，在全球范圍內(nèi)最徹底的折疊方式，開啟和折疊會(huì)在十幾秒內(nèi)完成。折疊后，形狀規(guī)則，動(dòng)感單車可以像行李箱一樣自由拖動(dòng)，重量輕，約8-9kg，時(shí)速可達(dá)20km。
(5)A-bike動(dòng)感單車
A-bike動(dòng)感單車由英國(guó)設(shè)計(jì)師克萊夫·辛克萊爾伯爵設(shè)計(jì)，由于展開后，車身呈A字型，故稱為A-bike，它的車架由強(qiáng)化玻璃纖維制造，重量?jī)H5.5公斤，折疊后體積可縮小為0.03立方米，被稱為世界上最輕的動(dòng)感單車。由于折疊方式，A-bike采用小輪安裝，路面適應(yīng)能力較差。若要保持較高的車速，需設(shè)計(jì)多級(jí)傳動(dòng)。另外，車身不可安裝變速系統(tǒng)，騎行較費(fèi)力。
1.2.2 動(dòng)感單車連接件的應(yīng)用
（1）鉸帶結(jié)構(gòu)：鉸帶結(jié)構(gòu)是面與面的接觸，是低副帶接，可以承受較大的載荷。但是在運(yùn)動(dòng)過程中，可能出現(xiàn)慣性力失衡的現(xiàn)象，從而使機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷增加，穩(wěn)定性變差，只適用于低速場(chǎng)合。
(2)偏心凸輪：曲面接觸，結(jié)構(gòu)緊湊，潤(rùn)滑性能及摩擦性能較為優(yōu)秀，適用性強(qiáng)。
（3）軸承：軸承可以使軸無法平動(dòng)，只能轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承起支撐作用，主要承擔(dān)徑向載荷。所以軸承提高了軸的承載能力，提高材料的強(qiáng)度。但是在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，極易因摩擦而產(chǎn)生磨損，從而導(dǎo)致穩(wěn)定性變差。
1.3 動(dòng)感單車在國(guó)內(nèi)和國(guó)外的情況
動(dòng)感單車起源于歐洲，在1892年，法國(guó)富豪Charles Morel發(fā)明第一臺(tái)動(dòng)感單車，一時(shí)名聲大噪，隨后1895年，法國(guó)出現(xiàn)第一家動(dòng)感單車專賣店，不過當(dāng)時(shí)動(dòng)感單車多用于軍事用途，隨后很多公司均紛紛效仿生產(chǎn)動(dòng)感單車，已知的企業(yè)有Styria（奧地利）Dursley-Pederson(英國(guó))，Seidel&Naumann（德國(guó)）等。19世紀(jì)50年代，動(dòng)感單車發(fā)展?jié)u緩，主要是因?yàn)闄C(jī)車盛行。不過在19世紀(jì)60年代，動(dòng)感單車的熱情死灰復(fù)燃，引爆的原因是因?yàn)?962年面市的英國(guó)AM車（Moulton Bicycle）。隨后，動(dòng)感單車變得流行，世界各國(guó)數(shù)十家企業(yè)競(jìng)相生產(chǎn)，動(dòng)感單車進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。目前，世界上生產(chǎn)動(dòng)感單車的廠家超過100家，且不斷增加，動(dòng)感單車的市場(chǎng)也越來越大。
而在我國(guó)，動(dòng)感單車仍處于起步階段。不過隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境與健康問題日益嚴(yán)重，擁堵的交通給人們也帶來了極大的困擾，人們迫切地需要一種靈巧輕便的交通工具。而動(dòng)感單車恰好滿足這些要求。越來越多的人在短途代步時(shí)選擇動(dòng)感單車，不僅減少環(huán)境污染，不懼交通擁堵問題，而且攜帶，停放都很方便。在假日旅游中，很多人都將動(dòng)感單車放入汽車后備箱，騎行時(shí)再取出。這種健康的生活方式吸引了很多人。所以，動(dòng)感單車在我國(guó)有著良好的發(fā)展前景。
1.4 動(dòng)感單車的設(shè)計(jì)趨勢(shì)
1.4.1 便攜化設(shè)計(jì)
由于動(dòng)感單車在生活中經(jīng)常攜帶，所以它應(yīng)該滿足輕巧，靈便的特點(diǎn)。并且要考慮穩(wěn)定性，貼合性及重力傳遞合理性。為了更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)需求，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品形態(tài)。在動(dòng)感單車規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)該盡量保持折疊后具有規(guī)則的形態(tài)，傳動(dòng)裝置折疊后可以隱藏于車體內(nèi)部。不僅為了美觀，也是為了便于攜帶。
1.4.2 人性化設(shè)計(jì)
隨著人們對(duì)產(chǎn)品要求的提高，設(shè)計(jì)動(dòng)感單車時(shí)，應(yīng)考慮產(chǎn)品適應(yīng)人與環(huán)境的要求。無論是輔助部分，還是功能主體部分，都應(yīng)該達(dá)到人性化的設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，要有個(gè)性化的造型及符合人體結(jié)構(gòu)的造型，提升使用者的舒適度。例如，旅行箱式動(dòng)感單車，相對(duì)于車架大梁動(dòng)感單車，就顯得輕松許多，不過更理想的情況是可以考慮將動(dòng)感單車設(shè)計(jì)成手推車等，使之融入到日常生活里
第2章 動(dòng)感單車總體設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)原則
動(dòng)感單車的設(shè)計(jì)尺寸是根據(jù)人體尺寸來設(shè)計(jì)的,各個(gè)部分的定位均參照人體尺寸。人體的主要尺寸:國(guó)標(biāo)GB10000-1988給出身高、體重、上臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)共六項(xiàng)主要尺寸數(shù)據(jù)。
下表是我國(guó)成年人人體主要尺寸和坐姿人人體尺寸(摘自GB10000-1988《中國(guó)成年人人體尺寸》):
表2-1 我國(guó)成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸
主要尺寸
男(18～60歲)
女(15～55歲)
百分位數(shù)
5
50
95
5
50
95
身高
1583
1678
1775
1484
1570
1659
體重∕kg
48
59
75
42
52
66
上臂長(zhǎng)
289
313
338
262
284
308
前臂長(zhǎng)
216
237
258
193
213
234
大腿長(zhǎng)
428
465
505
402
438
476
小腿長(zhǎng)
338
369
403
313
344
376
坐姿尺寸
男(18～60歲)
女(15～55歲)
坐高
858
908
958
809
855
901
坐姿頸椎
615
657
701
579
617
657
坐姿眼高
749
798
847
695
739
783
坐姿肩高
557
598
641
518
556
594
坐姿肘高
228
263
298
215
251
284
坐姿大腿
112
130
151
113
130
151
坐姿膝高
456
493
532
424
458
493
小腿加足
383
413
448
342
382
405
坐深
421
457
494
401
433
469
臀膝距
515
554
595
496
529
570
坐姿下肢
921
992
1063
851
912
975
設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
1. 座的形式與尺度及其功用有關(guān)
2. 座材的尺度必須參照人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)確定
3. 身體的主要重量應(yīng)由臀部坐骨結(jié)節(jié)承擔(dān)
4. 座材前緣處，大腿與動(dòng)感單車之間壓力應(yīng)盡量減小
5. 腰椎下部應(yīng)提供支承，設(shè)置適當(dāng)?shù)目勘骋越档捅巢烤o張度
6. 器材墊必須有足夠的墊料和適當(dāng)?shù)挠捕?，使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨結(jié)節(jié)區(qū)域
組成動(dòng)感單車的功能是供人騎行，就發(fā)揮動(dòng)感單車的功能作用而言，把人看作動(dòng)感單車的組成部分是完全合理的。因此，人在騎車時(shí)組成了人一車系統(tǒng)，該人一車系統(tǒng)中的人一車界面關(guān)系可由圖1-1來進(jìn)行分析。
2.2 人機(jī)工程設(shè)計(jì)
1、人與支撐部件的關(guān)系
圖2-2 人-車界面關(guān)系
支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是動(dòng)感單車的構(gòu)架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證動(dòng)感單車的整體性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)感單車的功能。從人機(jī)關(guān)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(guān)系，與騎車人的位置和肌肉的動(dòng)作有著性的設(shè)計(jì)參數(shù)。
2、人與動(dòng)力接受部件關(guān)系
受力部件主要是踏板和曲柄。功率是由上產(chǎn)生的曲柄旋轉(zhuǎn)的雙踏力下肢運(yùn)動(dòng)騎車者的腳。為了使工作和舒適感，必須坐人的體質(zhì)和紡紗和物理努力的紡紗元件之間的大小關(guān)系，能量轉(zhuǎn)化人體腿部肌肉的收縮和起動(dòng)問題之間運(yùn)動(dòng)的研究。
3、人與傳動(dòng)部件關(guān)系
傳動(dòng)部件包含了滾珠、帶條和帶輪。人們通過力帶和驅(qū)動(dòng)滑輪由后輪驅(qū)動(dòng)，從而使紡絲前進(jìn)。傳輸設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分是具有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率高和可靠性，有可轉(zhuǎn)向。確保高的傳輸效率，以利用一定的強(qiáng)度和較大的輸出功率。。
4、人與工作部件關(guān)系
工作部分是一個(gè)輪子鋼圈和輪胎。大部分的輪胎膨脹時(shí)，少數(shù)是固體。一方面騎車人的肌肉力量的車輪，被有效地轉(zhuǎn)化為向前運(yùn)動(dòng)的同一地面接觸力;另一方面，騎車人的握力被轉(zhuǎn)換成由接地部產(chǎn)生的制動(dòng)力。在設(shè)計(jì)動(dòng)感單車的各部分尺寸、車閘及變速器等時(shí)，應(yīng)該著眼于騎車人一動(dòng)力一傳動(dòng)一工作的連貫性，才可能設(shè)計(jì)出同騎車人手的大小或握力相適應(yīng)的閘把、剎車力合適的車閘，才不會(huì)產(chǎn)生失誤。
2.3 影響動(dòng)感單車性能的人體因素
影響動(dòng)感單車性能的人體因素很多，如圖1-2 所示?，F(xiàn)主要分析下述幾點(diǎn)：
1．人的體格因素
以身高 H 為基本因素，其他身體的能力與 H 成比例，并有與H2、 H3成比例的特性。如手臂、腿、氣管等的長(zhǎng)度與身高成比例，從而以骨關(guān)節(jié)為中心所產(chǎn)生的力矩、步幅等，都取決于H的大小。肌肉、大動(dòng)脈、骨骼的截面積以及肺泡的表面積等都可看成與 H2成比例。肺活量測(cè)定，血容量，心臟容量等可以看作比例和H3。上輸出性能，理論，彈跳力和H物理影響正比于速度成正比H2的能力，和H3作為力的函數(shù)成正比。但實(shí)際上每個(gè)人不同的體質(zhì)，往往超過20％的偏差。
2.人力下肢肌力
紡紗騎的動(dòng)力，主要是騎車人的下肢肌力。當(dāng)人們騎自行車，肌肉骨骼內(nèi)部的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為肌肉收縮機(jī)械能。紡紗踏板旋轉(zhuǎn)是由輸出的腿部肌肉的收縮來完成，一般說長(zhǎng)腿比人的青睞腿短。通過訓(xùn)練某個(gè)人通過肌肉收縮，通常正比于肌肉的橫截面面積，大約每平方厘米40--50N，所產(chǎn)生的力可提高到65 N。
3.民眾輸出功率
人民的力量輸出變化作為車手的身體素質(zhì)，力量，騎位置，如持續(xù)時(shí)間和速度比變化。平均成年男性的最大輸出功率約為0.7馬力（0.51千瓦），可以持續(xù)10秒。如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其值要小得多，持續(xù)LH，只有約1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。
4.人類腳的速度
紡絲是非常有節(jié)奏的運(yùn)動(dòng)，這往往保持與人的心臟節(jié)律的節(jié)奏有一定的關(guān)系。健康的心臟跳動(dòng)70次/分，一般腳60R /分鐘旋轉(zhuǎn)的節(jié)奏是比較合適的。設(shè)計(jì)確定常規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)的速度。
5.人體平衡功能
騎手自己的平衡功能是影響紡紗性能的一個(gè)重要因素，如果缺乏平衡功能，即使它是一個(gè)很好的運(yùn)動(dòng)成績(jī)也平穩(wěn)旋轉(zhuǎn);如果我們有性能的良好平衡，但它可以一些缺陷上掩蓋紡絲設(shè)計(jì)。
6.人的手和抓地力
影響制動(dòng)人的因素的表現(xiàn)是主要的人的手和握力，男人和女人，成人和兒童，以及手柄的大小是不一樣的。據(jù)測(cè)試，而不會(huì)導(dǎo)致手制動(dòng)感到疼痛申請(qǐng)時(shí)間長(zhǎng)，只希望用約10％的最大握力就能獲得必要的減速。
7 ．人的疲勞
人體疲勞和疼痛是對(duì)騎車出力性能的不利因素，其產(chǎn)生原因有人體因素，也有動(dòng)感單車結(jié)構(gòu)因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負(fù)擔(dān)過大，騎車姿勢(shì)不合適，以及體重對(duì)鞍座的體壓分體不合適等引起的。此外，影響出力因素還有人的最大攝氧量。
2.4 動(dòng)感單車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要素分析
影響動(dòng)感單車性能的因素除了上述人的因素外，還有許多機(jī)械因素，如圖1-3所示。為了獲得動(dòng)感單車較佳的性能，必須把人的因素與機(jī)械因素有機(jī)地結(jié)合起來，以使人一車協(xié)調(diào)。為此，著重分析與人體相關(guān)的結(jié)構(gòu)要素。
1．速比
大小帶輪的齒數(shù)比，與帶輪直徑比相一致，一般控制在2.3-4.0的范圍內(nèi)。利用速比關(guān)系可取得騎行時(shí)所必要的功率和必要的速度。速比要合適，如果太小，無論人的肌力有多大，由于不能充分提高轉(zhuǎn)速，所以就得不到大的輸出功率。也由于速比小，在限定的曲柄轉(zhuǎn)速下，得不到必要的騎行速度（后輪轉(zhuǎn)速）。速比過大時(shí)，要求的踏力也大，容易使人疲勞。為了保持不疲倦的持續(xù)騎行，希望肌肉的負(fù)擔(dān)約為最大肌力的10% ，按此選擇速比和曲柄轉(zhuǎn)速，可得到比較好的效果。
2．曲柄長(zhǎng)度
傳統(tǒng)的動(dòng)感單車設(shè)計(jì)，一般從杠桿原理考慮比較多，對(duì)人研究少，認(rèn)為曲柄越長(zhǎng)越有力。曲柄過長(zhǎng)后，為了不使腳蹬碰到前泥板，不得不加大中軸至前軸的距離（前心距）。這樣勢(shì)必加長(zhǎng)車架，影響了正確的坐車姿勢(shì)，使人感到臀部痛。若能按人的身長(zhǎng)或下肢長(zhǎng)來考慮曲柄長(zhǎng)度，則可使人省力和舒適。通常曲柄長(zhǎng)度的基準(zhǔn)，取人體身長(zhǎng)的 1／10 ，也相當(dāng)于大腿骨長(zhǎng)的 1／2 。
3 ．三接點(diǎn)位置
正確的騎車姿勢(shì)，是由騎車人和動(dòng)感單車三個(gè)接點(diǎn)位置決定的，如圖2-3(a）中所示的鞍座位置 A 、車把位置B 、腳蹬位置C 。按三點(diǎn)調(diào)整法，AB 和AC 約等，一般 AB = ( AC 一 3 ) cm , A點(diǎn)略低于B點(diǎn)，約為5cm 。
4 ．鞍座位置
鞍座裝得過低，騎行時(shí)雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)感到疲軟無力；鞍座裝得過高，騎行時(shí)腿部的肌肉拉得過緊，腳趾部分用力過多，雙腳也容易疲勞。騎車時(shí)適當(dāng)?shù)挠昧Σ课皇悄_掌。設(shè)計(jì)或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窩部位中心緊靠鞍座中部，使手的中指能觸到裝配帶輪的中軸心為宜。人體各部尺寸都有一定的聯(lián)系，只要腋窩中心至中指的長(zhǎng)度確定下來，鞍座高度便可大致確定。行駛較快的車，鞍座位置要向前移動(dòng)，行駛較慢的車，鞍座位置要向后移動(dòng)，否則都不利于騎行，如圖2-3 ( b ）、（ c ）所示。
5 ．車閘
設(shè)計(jì)時(shí)，閘把開擋、力率和閘把力要與人手的大小和握力相適應(yīng)。靈敏度高的車閘，隨著閘把上力的增大，剎車力也按比例地增加。如果閘把力到達(dá)某一程度不發(fā)生剎車作用，繼而又驟然生效，說明這種車閘設(shè)計(jì)不良。在緊急情況下操縱時(shí)，理想的施閘力和減速度見表2-1 。
圖2-3自行設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要素
表2-1 理想的施閘力和減速度
閘把施閘力/N
相對(duì)握力%
減速度
說明
60
350
500
10
70
100
0.1g
0.6g
0.8g
控制下坡速度
全剎車
緊急全剎車
注：g=9.8m/s2
2.5 人一車動(dòng)態(tài)特性分析
1 ．動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性
動(dòng)感單車的穩(wěn)定是行駛過程中的穩(wěn)定，是一種動(dòng)態(tài)平衡的穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性影響到動(dòng)感單車騎行中的動(dòng)作，包括直進(jìn)穩(wěn)定性和前后左右方向的穩(wěn)定性，見圖 1-5(a）。顯然，穩(wěn)定性對(duì)安全行駛是必不可少的特性。
2．力學(xué)特性
動(dòng)感單車行駛在平地上轉(zhuǎn)彎的條件是側(cè)向力（與離心力平衡）與動(dòng)感單車總重量（人和車的重量）的合力作用線要通過輪胎與地面的接觸點(diǎn)。這當(dāng)然與騎車人有關(guān)，但更重要的是動(dòng)感單車的造型要有適合這種力學(xué)特征的結(jié)構(gòu)形式。
3 ．轉(zhuǎn)向特性
動(dòng)感單車轉(zhuǎn)彎時(shí)可能有三種情況：
人體和車身向內(nèi)傾的角度相等。即騎車人身體的中心線和車子的中心線一致時(shí)，動(dòng)感單車就可以轉(zhuǎn)彎，即所謂中傾旋轉(zhuǎn)，見圖1-5(b) ；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角大時(shí)，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎即所謂內(nèi)傾旋轉(zhuǎn)，見圖（c）；騎車人的傾斜角比車子的傾斜角小時(shí)，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎即所謂外傾旋轉(zhuǎn)，見圖(d))。
2.6 動(dòng)感單車的構(gòu)成
動(dòng)感單車的整體構(gòu)成由以下幾大模塊：
(1).車身
在行駛中，車身的造型對(duì)整個(gè)行駛的效率有著很大的影響，因?yàn)檐嚿淼脑煨椭苯佑绊懙降氖切羞M(jìn)的阻力。此處設(shè)計(jì)的水陸動(dòng)感單車的車體造型也已達(dá)到最小阻力位佳，通過流體力學(xué)，我們可以針對(duì)各種造型在水中行進(jìn)時(shí)所受的阻力進(jìn)行分析，核定最佳造型設(shè)計(jì)以達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)效率。
(2).傳動(dòng)系統(tǒng)
通過機(jī)械設(shè)計(jì)我們可以比較確切的分析各種傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)關(guān)系進(jìn)而計(jì)算出總傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率進(jìn)行核算。
(4).導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
正常直線行駛時(shí)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)不構(gòu)成阻力，設(shè)計(jì)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單便捷為好。
2.7 動(dòng)感單車方案設(shè)計(jì)
目前動(dòng)感單車設(shè)計(jì)各式各樣，這里的設(shè)計(jì)主要從傳動(dòng)系統(tǒng)方面來結(jié)合設(shè)計(jì)。分析以上性能需求，并根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，針對(duì)推傳動(dòng)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)提出以下方案的特點(diǎn)及創(chuàng)新:
1. 該方案采取大量三角形結(jié)構(gòu)，從而確保該產(chǎn)品的穩(wěn)定性及耐用性
2.帶條傳動(dòng)使動(dòng)力能更好的傳遞，達(dá)到省力的效果。
3. 該產(chǎn)品人性化設(shè)計(jì)，提高了該產(chǎn)品的實(shí)用性。
第3章 動(dòng)感單車主要計(jì)算
3.1功率的計(jì)算
1、輸入功率的計(jì)算
人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢(shì)、持續(xù)時(shí)間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，但只能能持續(xù) 10s左右。如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。動(dòng)感單車運(yùn)動(dòng)是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關(guān)系。健康人的心臟跳動(dòng)為70 次／min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉(zhuǎn)動(dòng)較為合適。設(shè)計(jì)時(shí)以這一常用速度來確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。但本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為一休閑式娛樂工具，故對(duì)體力要求不能有過多要求。我們根據(jù)腳踩蹬的力量來計(jì)算在娛樂為主的休閑前提下的輸出功率 。
以此為參考，正常人踩蹬動(dòng)感單車的力量約為30~40N,娛樂情況下我們估算為30N，踩蹬速度適當(dāng)?shù)娜?轉(zhuǎn)/秒，
故本次設(shè)計(jì)的人的輸出功率為
（180mm為一般動(dòng)感單車的踩踏杠的長(zhǎng)度）。
2、 傳動(dòng)效率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：
踩踏關(guān)節(jié)的損失：=0.97
帶傳動(dòng)的損失：=0.96
滾動(dòng)軸承：=
軸系效率：=0.98
由以上算出的總的傳動(dòng)效率：
==0.83
所以明輪的輸出功率為
3.2 傳動(dòng)比
根據(jù)傳動(dòng)比的一般分配原則，我們應(yīng)該使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等，考慮到在騎乘動(dòng)感單車時(shí)一般分配的傳動(dòng)比為2.5左右，為了適應(yīng)和習(xí)慣在陸地上的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣及降低生產(chǎn)成本，我們這里就優(yōu)先選用帶傳動(dòng)比為2.5的傳動(dòng)比。
3.3 前后帶輪之間的帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.3.1 同步帶介紹
同步帶是綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的新塑傳動(dòng)帶。它由一個(gè)工作面與鏈輪嚙合的帶齒的齒槽駕駛，這是較高的拉伸強(qiáng)度，伸長(zhǎng)率小的纖維材料或金屬材料的強(qiáng)層，從而使在傳輸過程日長(zhǎng)皮帶保持不變，在帶之間及在鑄造的滑動(dòng)，從而保證了主室滑輪傳送過程中，從動(dòng)車輪滑移是步驟驅(qū)動(dòng)器之間沒有差別。
同步帶傳動(dòng)（見圖3.5）時(shí)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，對(duì)軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對(duì)于要求同步的傳動(dòng)也可用于低速傳動(dòng)。
圖3.5 同步帶傳動(dòng)
皮帶驅(qū)動(dòng)裝置是由環(huán)形帶齒的間距的內(nèi)周面設(shè)置，并與形成在相應(yīng)的車輪保??持一致。它結(jié)合了皮帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和??齒輪驅(qū)動(dòng)自己的優(yōu)勢(shì)。旋轉(zhuǎn)，并通過肺泡齒輪嚙合來傳遞動(dòng)力。皮帶驅(qū)動(dòng)器具有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，非滑移率將是恒定的，穩(wěn)定的傳輸，吸收振動(dòng)，噪聲，傳動(dòng)比范圍，一般可達(dá)1:10。允許高達(dá)50M / S，從幾瓦的功率傳輸?shù)桨偾呔€速度。傳動(dòng)效率高，一般可達(dá)98％以上，體積小巧，適合多軸傳動(dòng)，不需潤(rùn)滑，無污染，因此您可以在工作不允許污染和工作環(huán)境惡劣更多的地方低。該產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各類紡織，機(jī)床，煙草，通訊電纜，輕工，化工，冶金，儀器儀表，食品，礦山，石油，汽車和機(jī)械傳動(dòng)等行業(yè)。皮帶使用時(shí)，只需更換皮帶傳動(dòng)摩擦傳動(dòng)的概念，擴(kuò)大了皮帶傳動(dòng)的范圍內(nèi)，從而成為其研究的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的對(duì)象的新方式傳輸帶，帶傳動(dòng)的發(fā)展開辟了新的途徑。
3.3.2 同步帶的特點(diǎn)
(1)、傳動(dòng)準(zhǔn)確，工作時(shí)無滑動(dòng)，具有恒定的傳動(dòng)比；
(2)、傳動(dòng)平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；
(3)、傳動(dòng)效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯；
(4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤(rùn)滑，維護(hù)費(fèi)用低；
(5)、速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦；
(6)、可用于長(zhǎng)距離傳動(dòng)，中心距可達(dá)10m以上。
3.3.3 同步帶傳動(dòng)的主要失效形式
在同步帶傳動(dòng)中常見的失效形式有如下幾種：
(1)、同步帶的承載繩斷裂破壞
在操作過程中脊髓損傷斷裂傳送帶是一種常見的故障模式。故障是在功率傳輸，在過大的張力的載體繩索的過程中的帶，而使主機(jī)被拉斷繩。也主動(dòng)釣魚輪直徑當(dāng)選過小，軸承繩索承受更大的循環(huán)彎曲疲勞應(yīng)力的進(jìn)入和退出與一掄也會(huì)產(chǎn)生彎曲疲勞折斷(見圖3.6)。
圖3.6 同步帶承載繩斷裂損壞
(2)、同步帶的爬齒和跳齒
根據(jù)對(duì)帶爬齒和跳齒現(xiàn)象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學(xué)兩種因素所引起。因此為避免產(chǎn)生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施：
1、控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號(hào)所決定的許用圓周力。
2、控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內(nèi)。
3、適當(dāng)增大帶安裝時(shí)的初拉力開。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。
4、提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現(xiàn)象的產(chǎn)生。
(3)、帶齒的剪切破壞
帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中，在剪切和擠壓應(yīng)力作用下帶齒表面產(chǎn)生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴(kuò)展，并沿承線繩表面延件，直至整個(gè)帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見圖3.7）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個(gè)：
1、同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進(jìn)入輪齒槽，從而產(chǎn)生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致帶齒剪切損壞。
2、帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)過少，使嚙合帶齒承受過大的載荷，而產(chǎn)生剪切破壞。
3、同步帶的基體材料強(qiáng)度差。
為減少帶齒被剪切，首先應(yīng)嚴(yán)格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應(yīng)使帶與帶輪在圍齒區(qū)內(nèi)的嚙合齒數(shù)等于或大于6，此外在選材上應(yīng)采用有較高勿切韌擠壓強(qiáng)度的材料作為帶的基體材料。
圖3.7 帶齒的剪切破壞
(4)、帶齒的磨損
帶齒的磨損（見圖3.8）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應(yīng)在安裝時(shí)合理的調(diào)整帶的張緊力；在帶齒齒形設(shè)計(jì)時(shí)，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時(shí)輪齒的擠壓和刮削；此外應(yīng)提高同步帶帶齒材料的耐磨性。
圖3.8 帶齒磨損
(5)、同步帶帶背的龜裂(圖3.9)
同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)期后，有時(shí)在帶背會(huì)產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，而使帶失效。同步帶帶背產(chǎn)
生龜裂的原因如下，
1、帶基體材料的老化所引起；
2、帶長(zhǎng)期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產(chǎn)生龜裂。
圖3.9 同步帶帶背龜裂
防止帶背龜裂的方法是改進(jìn)帶基體材料的材質(zhì)，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。
3.3.4 同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
據(jù)對(duì)同步帶傳動(dòng)失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機(jī)械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴(yán)格，安裝調(diào)試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動(dòng)的主要失效形式為如下三種；
(1)同步帶的承載繩疲勞拉斷；
(2同步帶的打滑和跳齒；
(3)同步帶帶齒的磨損。
因此，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強(qiáng)度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質(zhì)較多的工作條件下應(yīng)對(duì)帶齒進(jìn)行耐磨性計(jì)算。
3.3.5 同步帶分類
同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。
梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡(jiǎn)稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對(duì)稱齒型（代號(hào)DA)和交錯(cuò)齒型(代號(hào)DB〕。
梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國(guó)采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO 5296制訂了同步帶傳動(dòng)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989。
弧齒同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應(yīng)力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應(yīng)力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。
弧齒同步帶耐磨性能好，工作時(shí)噪聲小，不需潤(rùn)滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
3.3.6 同步帶計(jì)算選型
設(shè)計(jì)功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)類型和每天連續(xù)工作的時(shí)間長(zhǎng)短等因素共同確定的，表達(dá)式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數(shù)，按表3.2工作情況系數(shù)選取=1.7；
表3.2 工作情況系數(shù)
2） 確定帶的型號(hào)和節(jié)距
可根據(jù)同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd'和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號(hào)和節(jié)距。
其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3.3
表3.3 同步帶選型
選同步帶的型號(hào)為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm
3) 選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2
可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。
查得小帶輪最小齒數(shù)14。
實(shí)際齒數(shù)應(yīng)該大于這個(gè)數(shù)據(jù)
初步取值z(mì)1=34故大帶輪齒數(shù)為：z2=i×z1=2.5×z1=50。
故z1=20，z2=50。
4） 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2
小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π≈86.53mm
5） 、驗(yàn)證帶速v
由公式v=πd1n1/60000計(jì)算得，
s﹤vmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3-2-4查得。
10、同步帶帶長(zhǎng)及其齒數(shù)確定
=()
=
=719.7mm
12、基本額定功率的計(jì)算
查基準(zhǔn)同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。
所以同步帶的基準(zhǔn)額定功率為
==0.21KW
表3.4 基準(zhǔn)寬度同步帶的許用工作壓力和單位長(zhǎng)度的質(zhì)量
13、計(jì)算作用在軸上力
=
=71.6N
3.3.7 同步帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分）
1、同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度
同步帶工作時(shí)，其承載繩中心線長(zhǎng)度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長(zhǎng)作為帶的公稱長(zhǎng)皮，稱為節(jié)線長(zhǎng)度。在同步帶傳動(dòng)中，帶節(jié)線長(zhǎng)度是一個(gè)重要
參數(shù)。當(dāng)傳動(dòng)的中心距已定時(shí)，帶的節(jié)線長(zhǎng)度過大過小，都會(huì)影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)梯形齒同步帶的各種哨線長(zhǎng)度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的同步帶節(jié)線長(zhǎng)度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表3.5）。
表3.5 帶節(jié)線長(zhǎng)度表
2、帶的節(jié)距Pb
如圖3.10所示，同步帶相鄰兩齒對(duì)應(yīng)點(diǎn)沿節(jié)線量度所得約長(zhǎng)度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號(hào)。在制造時(shí)，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸見表3.6。
3、帶的齒根寬度
一個(gè)帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點(diǎn)之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳動(dòng)較大的裁荷。
圖3.10 帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸
表3.6 梯形齒標(biāo)準(zhǔn)同步帶的齒形尺寸
4、帶的齒根圓角
帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時(shí)齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶
齒與輪齒嚙合時(shí)的有效接觸面積城小，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。
5、帶齒齒頂圓角半徑八
帶齒齒項(xiàng)圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時(shí)會(huì)否產(chǎn)生于沙。由于在同步帶傳動(dòng)中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時(shí)，
帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會(huì)超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會(huì)減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。
6、齒形角
梯形帶齒齒形角日的大小對(duì)帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動(dòng)時(shí)帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會(huì)使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。
3.3.8 同步帶的設(shè)計(jì)
在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3.7。帶的圖形如圖3.11。
表3.7 同步帶尺寸
型號(hào)
節(jié)距
齒形角
齒根厚
齒高
齒根圓角半徑
齒頂圓半徑
H
8
40。
6.12
4.3
1.02
1.02
圖3.11 同步帶
3.3.9 同步帶輪的設(shè)計(jì)
同步帶輪的設(shè)計(jì)的基本要求
1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出
由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動(dòng)，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。
2、輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時(shí)，應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時(shí)變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。
3、有良好的加了工藝性
加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產(chǎn)率，降低制造成本。
4、具有合理的齒形角
齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會(huì)造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。
3.4 軸的設(shè)計(jì)
3.4.1帶輪上力的計(jì)算
軸上傳遞的功率=X0.96X0.97X0.97=30.63 w
轉(zhuǎn)矩=9550000=9550000x30.63/150=1950110N.mm
3.4.2材料
可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
3.4.3計(jì)算軸的最小直徑
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3可取=120，
由于軸的直徑小于100mm，且由3個(gè)鍵槽，故將軸徑增加15%，即
d=x(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm
將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取d=10 mm
3.4.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、軸的外形結(jié)構(gòu)
2、根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
（1）、根據(jù)飛輪內(nèi)徑可得d67=30 mm，根據(jù)飛輪的寬度可得出L67=20 mm，右側(cè)采用軸肩定為，取d78=38 mm，L78=11 mm。
（2）、初選深溝球軸承D6204，其尺寸為dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根據(jù)裝配關(guān)系取L45=L910=15 mm 。
（3）、5處為一定位軸肩，故取d56=d89=25 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計(jì)算得L56=L89=383 mm 。
（4）、3處為一定位軸肩，故取d23=d910=16 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計(jì)算得L23=L910=33 mm。
（5）、1處為軸的最小直徑d=10 mm，攻螺紋，與螺母配合，選擇螺母為 GB/T 6172.1。通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預(yù)緊，故取L12=L1213=19 mm。
（6）、4處為一定位軸肩，所以取d34=d1011=18 mm，根據(jù)裝配關(guān)系計(jì)算得出，L34=L1011=40 mm。
至此已經(jīng)確定了軸的各段長(zhǎng)度和直徑。
3.5軸的校核
需要驗(yàn)算傳動(dòng)軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗(yàn)算傾角時(shí)，若支撐類型相同則只需驗(yàn)算支反力最大支撐處傾角；當(dāng)此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時(shí)，則齒輪處傾角不必驗(yàn)算。驗(yàn)算撓度時(shí)，要求驗(yàn)算受力最大的齒輪處，但通?？沈?yàn)算傳動(dòng)軸中點(diǎn)處撓度（誤差<%3）.
當(dāng)軸的各段直徑相差不大，計(jì)算精度要求不高時(shí)，可看做等直徑，采用平均直徑進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算花鍵軸傳動(dòng)軸一般只驗(yàn)算彎曲剛度，花鍵軸還應(yīng)進(jìn)行鍵側(cè)擠壓驗(yàn)算。彎曲剛度驗(yàn)算；的剛度時(shí)可采用平均直徑或當(dāng)量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡(jiǎn)支梁，其撓度和傾角計(jì)算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號(hào)，在同一平面上進(jìn)行代數(shù)疊加，不在同一平面上進(jìn)行向量疊加。
：通過受力分析，
最大撓度：
查【1】表3-12許用撓度；
。
3.6鍵的校核
鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應(yīng)力,取其中間值，。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得
可見連接的擠壓強(qiáng)度足夠了，鍵的標(biāo)記為：
3.7 軸承的校核
⑴、軸軸承的校核
Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負(fù)荷為19.5KN, 由于該軸的轉(zhuǎn)速是定值，所以齒輪越小越靠近