武漢工業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計(論文）設(shè)計(論文)題目：酷跑雙輪車創(chuàng)新設(shè)計與制造姓名施業(yè)章學號09030１４１７院系機械工程學院專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化指導(dǎo)教師孫亮波20１3年６月摘要健身器材是體育產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。自改革開放以來，我國的健身器材產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，數(shù)量成倍增加,市場日益繁榮，各類健身器材開始進入家庭，國內(nèi)市場的規(guī)模不斷擴大。針對日趨繁榮的健身器材市場和以前的健身產(chǎn)品,本文將探討研究出一款新型的健身產(chǎn)品——酷跑雙輪車。論文首先對國內(nèi)外的同類現(xiàn)有產(chǎn)品進行分析，分析其利與弊，然后針對產(chǎn)品的不足和現(xiàn)有的技術(shù)條件，設(shè)計一款新型的產(chǎn)品。緊接著對新產(chǎn)品的主要功能進行分析與計算。本次研究將開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、經(jīng)濟實用的酷跑雙輪車,以改善目前市場類似產(chǎn)品的不足。關(guān)鍵詞：酷跑雙輪車創(chuàng)新設(shè)計轉(zhuǎn)向剎車AbstrａｃtThefｉtnessequiｐmentisanｉmportantpａrtofsportsｉndｕsｔry.Siｎｃetheｒeformaｎdopeninｇup,China＇sfitｎeｓsequiｐmeｎtindustryhａsbeeｎrapiｄｄｅveloｐmeｎt.Contiｎuouslyｉmprovetｈeqｕａlｉtyｏｆprodｕcts,ｔhenumｂerdoubleｄ，themarketｉsｂｏominｇ,allｋindsoffitｎesseqｕipｍentsｔaｒtedtoｅntｅｒthｅfaｍily，tｈedomesticmaｒketｓcaｌeiscontinuallｙeｘｐanding.Aimiｎgａt(yī)thebooｍingfｉｔnessequiｐmeｎtmarketanｄpｒｅviｏushealthprｏductｓ,thispapｅrｗｉｌlexploreanｅwｆｉtnｅssｐｒoducｔs-ｃoolrunningwhｅelｓ.Thepaperfirstanalysiｓtｏtｈｅｄoｍesｔiｃandｆoreｉgnsiｍiｌarexistｉnｇｐroｄuｃts,anaｌyzeｓｉtsadvaｎtageｓａnｄdｉsadｖantages,ａndthenforthelｉmitaｔｉｏｎsoｆｐrodｕctsaｎdthｅexｉstiｎgtechnology，anｅwｄeｓignofｐrodｕｃtｓ．Followｅdbｙtheａnａlysisaｎdcalcｕlａt(yī)ionofｔhemａiｎfuｎcｔｉonsofthｅｎeｗproｄuctｓ.Ｔhｉsｓtudywillｂｅdevelｏpedwithinｄeｐｅｎｄentiｎteｌlectualpｒopertｙｒiｇｈts,eｃonｏmｉcaｎdpｒacｔicａlcooｌrｕnnｉngwheelｓ，toimｐroｖetｈecurreｎｔｍａｒketsｉｍiｌarpｒodｕcts.Keｙwｏrdｓ：ｃoolrｕnnｉngwheeｌsInnovatiｖedｅsigntｕｒnｂｒakｅ目錄TOC\ｏ＂1-2"\h\ｕHYＰERLINK\l_Ｔoc19703摘要 ＰAGEREF_Toc197032HYPＥRLINＫ\ｌ＿Ｔoｃ2６Absｔract?ＰAGEＲEF_Tｏc263HYPERLIＮK\l＿Ｔoc２2282第一章緒論?８2５ＨYＰＥRＬINＫ\l_Toc３02４11．1課題來源?PＡGEREＦ_Toc302415ＨYＰERLIＮK\l＿Toc36７2１.2國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 PAＧERＥＦ_Toc367２6HYＰERLIＮK\l＿Toｃ430１.3現(xiàn)有市場產(chǎn)品的不足與弊端?PAGEREＦ_Tｏc4309ＨＹPERLINK＼ｌ_Tｏc２４1７21．4本文的主要研究內(nèi)容?PAＧERＥF_Toc２4１7210HYPERLＩNK\l_Tｏc91８91．5本文研究目的?PAGEREF＿Toc91８910HYＰEＲLIＮK\l_Toc147第二章酷跑雙輪車方案設(shè)計、功能分析與計算 PAＧERＥF_Toｃ14711HYＰEＲLＩNK\l＿Toc25２６０2.1新型酷跑雙輪車的設(shè)計思路?PＡGERＥF_Ｔｏc2526０１1HYPERLINK\ｌ_Toc553９2.1雙傳動系統(tǒng)的實現(xiàn)?PAGERＥF_Ｔoｃ553９12HYPＥRLINK\l＿Toc2762５2.2酷跑雙輪車運動原理分析?PＡGＥREF_Tｏｃ27６2512HＹＰERLINK＼l_Toc273372.2．1行駛?cè)羌芘R界分析?PAGＥREF＿Toc273３713HYPEＲLＩNK\l_Toc152332.2.２上坡大輪受力分析 PAGEＲＥF_Toc１523314HYＰERLINK\l_Toc107462．3制動系統(tǒng)的分析?PAGEREＦ_Tｏc1074615HＹＰERＬIＮK\l_Toc8８6１2.4轉(zhuǎn)向功能的實現(xiàn) PAＧＥRＥF_Toc886118ＨYPEＲLＩＮK\l_Ｔｏc3１４21第三章三維建模和裝配?ＰAGＥRＥF_Tｏc31421２０HYPEＲLIＮK\l＿Toc1682５３.1Ｐro/Eｎgｉneeｒ軟件介紹?PAＧEREF_Tｏc１682520HYＰERＬINＫ\ｌ＿Toｃ3２３513．2酷跑雙輪車的三維建模?PＡGERＥF_Toc3235121HYＰＥRLＩNK\l_Ｔoc216423．3酷跑雙輪車的裝配 ＰAＧEREF_Tｏc21642２3HYPERＬINＫ\ｌ_Toc１09７8第四章重難點零部件的分析?PAＧEREF_Toc１09７8２７ＨYPERＬINＫ\l_Ｔｏc260５0４.1大滾輪?ＰＡGＥREF＿Tｏc２6050２7HＹＰＥＲLINＫ\ｌ_Toｃ251０94.3三角架?PAGEREF＿Toc2５1092９HYＰERLINK\l_Toc292374.4腳踏傳動機構(gòu) ９2３７30HYＰERLINK＼l＿Toc20１53第五章總結(jié)與心得體會?PAGEREF_Tｏc2015331HＹPERLINK\l_Tｏｃ32２435．1工作總結(jié)?PAGＥＲEF_Toc３224３３1HYＰERＬINK＼l_Toｃ81055.2畢業(yè)設(shè)計心得體會?PAＧEREF_Ｔｏｃ８１0531ＨYPERLINＫ\l_Toc29５１1致謝 PAGEREF＿Toｃ２951132ＨYPERLＩNK\ｌ_Toc146８１參考文獻 PAGＥREF_Toc１46８１33HYPERLINK\ｌ_Ｔoc8908附錄?PAGEＲEF_Toc890834第一章緒論1.1課題來源近年來,中國健身產(chǎn)業(yè)逐漸形成,全國健身俱樂部每年在以1０00家的速度遞增，北京健身俱樂部以每年３0家的速度遞增。２0０7年,全國俱樂部約2５00家，北京有465家，民營資本在整個健身產(chǎn)業(yè)占據(jù)了90%的份額。2０0７年中國健身市場規(guī)模為１０0—150億美元,開業(yè)2年以上的俱樂部２００７年會員人數(shù)比2００6年同比增長了4８%。２008年奧運會之后,國內(nèi)健身俱樂部數(shù)量急劇增長，雖然沒有具體的數(shù)據(jù)但是可以肯定的是具有一定規(guī)模的中國健身俱樂部的數(shù)量已經(jīng)達到了3400家以上。從政策角度來看,由于健身娛樂市場可以有效地拉動居民的消費，符合國家拉動內(nèi)需、刺激經(jīng)濟發(fā)展的政策,有望得到政府的進一步支持。同時,一個需要特別注意的發(fā)展傾向是從人們對健身娛樂的消費趨勢上來看，人們健康的需求也正逐步從被動的治療性向主動的預(yù)防保健型轉(zhuǎn)換,這也預(yù)示未來的健身娛樂市場必然向科學保健、運動和娛樂合理搭配的方式發(fā)展。總之，體育健身產(chǎn)業(yè)在我國還屬于正在成長期的新興產(chǎn)業(yè),它是一項前景廣大的朝陽產(chǎn)業(yè)，具有巨大的市場潛力。健身器材主要分為三大類，分別是低檔器材、中檔器材和高檔器材。跳繩、拉力器、啞鈴等是價格便宜的健身器材，此類低檔健身器性能單，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便,多在百元以內(nèi),而且也是大多數(shù)消費者家中必備的健身器材。其次是中檔健身器，如跑步機、健身車、劃船器等，價格多為千元以下。這類健身器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，某些性能也已達到較高水平,而且占地面積較小。另一種是高檔健身器,如多功能跑步機等,這類健身器具備跑步、劃船、蹬車、旋轉(zhuǎn)腰部、俯臥撐等多種功能,價格比較昂貴,大多在千元甚至萬元以上,且占地面積較大。目前,我國已有眾多健身器材生產(chǎn)企業(yè),世界上幾乎所有的普通健身器材類型，中國企業(yè)都在生產(chǎn),并為大量的境外品牌進行加工，中國制造的健身器材在國際市場上占據(jù)了約60％的份額,出口交易額達20億美元,出口已逐漸成為我國健身器材產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。健身器材市場分為家用以及商用市場兩部分，人們對于健身器材，特別是家用健身器材的需求也日益增加,因此家用市場的規(guī)模也遠較商用市場規(guī)模大且增長快。城市居民對體育用品的消費已經(jīng)從低檔為主向中高檔方向發(fā)展,農(nóng)村居民尤其是已經(jīng)進入小康生活標準的農(nóng)村地區(qū)，對中低檔體育用品的消費也將逐步形成新的需求。隨著農(nóng)村地區(qū)收入的增加將使健身市場的潛力變成現(xiàn)實，中國健身器材市場的年銷售額逐年增長,中國人對健康的關(guān)注正在形成個黃金市場。雖然健身隊伍的不斷擴大為健身器材生產(chǎn)商帶來了濃厚商機，但是行業(yè)存在的產(chǎn)品偽劣、夸大宣傳等不良現(xiàn)象也成為了制約行業(yè)發(fā)展的棘手問題。據(jù)中國社會調(diào)查事務(wù)所的項調(diào)查顯示：８3％的人認為國產(chǎn)健身器的質(zhì)量問題是制約消費者購買的主要原因。對一般家庭來說,追求性能優(yōu)越、質(zhì)量可靠、經(jīng)久耐用，是消費者的共同心愿。然而，目前市場上銷售的些健身器功能不齊全、部件易損壞的現(xiàn)象相當嚴重?？傊?我國健身器材行業(yè)盡管內(nèi)外銷市場趨旺，但在國際市場缺乏知名品牌卻是個不得不面對的事實。目前,我國出口的健身器材產(chǎn)品基本上是以“委托加工”和“貼牌生產(chǎn)”的方式進入國際市場，產(chǎn)品附加值較低。同時，與國際先進水平相比,我國不少生產(chǎn)企業(yè)還處在仿制生產(chǎn)階段,產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新能力不足。在消費領(lǐng)域，與歐美等發(fā)達國家相比,健身器材產(chǎn)品在家庭的普及率及用于健身運動的人均消費還很低。這也意味著，我國健身器材行業(yè)仍有很廣闊的發(fā)展空間。因此，中國健身器材工業(yè)企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢,加大科技創(chuàng)新,努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強自主研發(fā)能力，有關(guān)部門也在盡快制訂出健身器材統(tǒng)一的技術(shù)安全標準，加強售后服務(wù)。只有這樣才能在新形勢下立于不敗之地。有鑒于此，為了滿足人們的娛樂健身需求,本文將探討如何設(shè)計出一款新型的酷跑雙輪車。該雙輪車既可以用電力驅(qū)動,也可以用人力驅(qū)動,既可以成為娛樂代步工具,也可以達到健身的目的。本次研究將開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、經(jīng)濟實用的酷跑雙輪車,以改善目前市場類似產(chǎn)品的不足。1.2國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀根據(jù)調(diào)查目前市場上五款已有的產(chǎn)品,通過分析其各自的優(yōu)點及缺點，結(jié)合自身工藝能力和市場特點開發(fā)設(shè)計出一種新型的酷跑雙輪車。現(xiàn)在列舉市場上已有的產(chǎn)品，并對其優(yōu)缺點進行分析。圖１-1“金牛座”電力驅(qū)動雙輪車圖1-1是一款騎行式的賽格威(Ｓegｗａｙ，又譯思維車）,它由電力驅(qū)動，采用兩個輪子做平衡,根據(jù)人體的傾斜車身可以智能調(diào)整平衡。與一般直立式賽格威不同的是,這款車采用了仿摩托車設(shè)計,使用者可以乘坐在座位上。設(shè)計者為這款車取名為“金牛座”，希望通過這樣的設(shè)計改善城市交通擁堵的問題。這款雙輪車其優(yōu)點是安全舒適,缺點也很明顯,由于采用電力驅(qū)動，行駛距離短,成本十分昂貴。圖１－2電動雙輪單人車圖１-２為澳洲阿德萊德大學工程系的學生歷經(jīng)兩年多的時間，制作完成了這輛電動雙輪單人車。這輛看似科幻感十足的雙輪車采用純電動電機,依靠座椅下的電瓶提供動力。該車配備了內(nèi)置橫向穩(wěn)定系統(tǒng)和減震裝置，駕駛者可以使用搖桿控制車的前進與后退,行駛起來既安全又平穩(wěn)。此外,這輛車還能讓駕駛者體驗“旋轉(zhuǎn)”駕駛的獨特感受。這輛車的優(yōu)點是行駛速度快,易于控制,缺點則是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修難度大，成本高。圖1-3賽格威環(huán)保電動雙輪車圖1-3這種雙輪車英文名叫Segwａy，中文名叫賽格威,是一種智能的環(huán)保電動車,這款車是純電力驅(qū)動的,包括運動控制,控制指令通過安裝在踏板上的精密陀螺儀獲得,運用了“動態(tài)穩(wěn)定”的運動學概念。據(jù)稱,這個車最高時速可達20公里,載重１1０公斤。只要自控能力強，能把這個車想成一個平板,靜靜的踩上去，并保持重心在身體縱軸的中央,車就能穩(wěn)穩(wěn)的立在那兒。當身體重心靠前或靠后時,踏板隨之傾斜，根據(jù)陀螺儀采集的信號，運算芯片會迅速為電機發(fā)出指令,車就隨即被驅(qū)動，車的行進速度與身體傾斜的程度呈正比。轉(zhuǎn)彎是靠車把實現(xiàn)，雖然造型與自行車幾乎一樣,但絕不能扭動，否則在雙腳反作用力下,車會轉(zhuǎn)向預(yù)期的反方向。正確的方法是輕輕向欲轉(zhuǎn)的方向扯動手把,同樣還是在利用踏板水平面的傾斜來控制方向。這就意味著,如果身體重心有左右方向的傾斜，也同樣能實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。轉(zhuǎn)彎動作依靠兩個車輪的轉(zhuǎn)速差達成，當車靜止狀態(tài)時,還能像坦克一樣原地轉(zhuǎn)向。此輛雙輪車優(yōu)點前面已經(jīng)說得很明顯,但其八萬的售價則是致命傷,在國內(nèi)同樣的價格已經(jīng)可以買一輛小轎車，因此控制成本尤為重要。圖1-4獨輪車圖1-4為北京奧運會上進行娛樂健身表演的獨輪車，通過腳踏使副輪與外圈大輪摩擦實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，依靠身體傾斜實現(xiàn)騎行過程中的轉(zhuǎn)向。結(jié)構(gòu)簡單、新穎,外形比較炫酷。但平衡性能難以控制,駕駛技術(shù)要求高，獨輪車的座位舒適程度較低。圖1－5情人雙輪車圖１-５為情人雙輪車,它通過兩個腳踏裝置經(jīng)由鏈輪分別驅(qū)動副輪,再經(jīng)摩擦使兩邊的大輪前行,需兩個駕駛者默契配合才能實現(xiàn)直線行駛、轉(zhuǎn)向。通過摩擦力傳動，損失能量大,同時在行駛過程中無緊急制動裝置。１.３現(xiàn)有市場產(chǎn)品的不足與弊端通過對市場同類產(chǎn)品調(diào)研可知,現(xiàn)有產(chǎn)品特點如下:成本較高；結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易于加工制造；以腳踏方式通過摩擦傳遞動力驅(qū)動大輪子實現(xiàn)運動，能耗較大；轉(zhuǎn)向功能不完善或較有難度,不能在緊急情況下及時轉(zhuǎn)向;不具備緊急制動功能;平衡性較差，驅(qū)車難度大。1.4本文的主要研究內(nèi)容基于已有產(chǎn)品的不足,本論文致力于設(shè)計出一款實用且經(jīng)濟的新型酷跑雙輪車。該雙輪車要考慮現(xiàn)實需求，結(jié)合目前的工藝水準，克服以往產(chǎn)品中出現(xiàn)的不易操作,轉(zhuǎn)向困難,剎車不方便等弊端，最重要的是要使該雙輪車制造成本低、功能強、可靠性高,具有廣闊的市場前景。論文主要包括以下幾個方面的內(nèi)容:酷跑雙輪車的設(shè)計思路；酷跑雙輪車的運動分析;酷跑雙輪車的受力分析及計算；重要零部件的分析;酷跑雙輪車的創(chuàng)新點。1．5本文研究目的大學生撰寫畢業(yè)論文的目的,主要有兩個方面;一是對學生的知識相能力進行一次全面的考核。二是對學生進行科學研究基本功的訓練，培養(yǎng)學生綜合運用所學知識獨立地分析問題和解決問題的能力,為以后撰寫專業(yè)學術(shù)論文打下良好的基礎(chǔ)。針對此次畢業(yè)設(shè)計來說,具體有以下幾個方面。(1）綜合運用專業(yè)理論知識提高資料的收集與分析能力；(2）提高計算機綜合應(yīng)用能力,學習和熟練掌握計算機ＣAD，ＰRO/E等軟件;（3）培養(yǎng)對工程圖的識別與繪制能力；（4）完成畢業(yè)設(shè)計的各個環(huán)節(jié);（５）撰寫的論文要有條例，并努力提高自學能力、獨立分析與解決問題的能力。第二章酷跑雙輪車方案設(shè)計、功能分析與計算２.１新型酷跑雙輪車的設(shè)計思路基于以上對市場現(xiàn)有同類性能分析,針對傳動系統(tǒng)單一、駕駛舒適度差、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不完善、無緊急制動裝置等,創(chuàng)新設(shè)計并制造了一款酷跑雙輪車。該產(chǎn)品的機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計思路如圖2-１。同類產(chǎn)品對比同類產(chǎn)品對比市場需求及定位雙輪并行車社區(qū)娛樂健身機械創(chuàng)新設(shè)計創(chuàng)新功能傳動系統(tǒng)運動原理分析摩擦板實現(xiàn)剎車單軸實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向棘輪離合原理腳踏與電機的雙動力輸入地面、大輪、三角架相對運動分析具備緊急制動，完善的轉(zhuǎn)向功能雙輸入便于休閑健身電機功率、車架尺寸確定，大輪的加工并行大輪運動可行集休閑、娛樂、健身于一體的酷跑雙輪車圖2-1酷跑雙輪車機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計流程圖通過腳踏和電機驅(qū)動兩種方式提供驅(qū)動力,酷跑雙輪車依靠兩個并行大輪與地面接觸，腳踏和電機的動力通過多級鏈條傳動傳遞到大滾輪中心軸,驅(qū)使大輪滾動。[1]電機傳動時可通過調(diào)速模塊對電機調(diào)速,滿足所需的速度。在電力不足或蹬踏者需要的情況下可通過蹬踏前行。三角架通過滾子與大輪內(nèi)圈接觸而獲得支撐,人坐立在兩三角架固定的座椅內(nèi),并在轉(zhuǎn)動過程中使人體基本保持平衡。2.１雙傳動系統(tǒng)的實現(xiàn)現(xiàn)實生活中具有雙傳動系統(tǒng)的典型例子就是電動車了,設(shè)計酷跑雙輪車的雙系統(tǒng)時我大量參考了電動車，電動車采用電機驅(qū)動,當電量不足時可以用人力驅(qū)動。為了實現(xiàn)雙動力輸入互不干擾,利用棘輪機構(gòu)的單向傳遞動力的特點，雙動力輸入經(jīng)過棘輪傳到主傳動軸從而實現(xiàn)雙驅(qū)動形式。腳踏輸入達到健身,電機輸入又可以做到休閑娛樂。當采用雙動力輸入時，腳踏與電機驅(qū)動兩兩之間不會產(chǎn)生互相干擾,輸出速度由轉(zhuǎn)速高的驅(qū)動方式提供。[2]圖2-2酷跑雙輪車傳動系統(tǒng)圖2.２酷跑雙輪車運動原理分析通過分析雙輪車的運動,可得出具有三個相對性：大輪滾輪相對地面的滾動；三角架、駕駛員及座架等相對固定的人和裝置相對大輪的滾動;人及三角架等相對地面的運動。在動力的驅(qū)使下，可能會有以下兩種運動:第一種是大輪相對地面不動，而三角架和人等相對大輪轉(zhuǎn)動;第二種是大輪相對地面滾動,而人和三角架等相對地面作近似平移運動。設(shè)計希望為第二種運動，在此過程中,三角架始終保持人坐立其上的近似正立姿態(tài)，盡量減小三角架輕微的前后轉(zhuǎn)動。2．2.1行駛?cè)羌芘R界分析假設(shè)大輪相對地面不動，計算三角架及人等裝置相對大輪逆時針轉(zhuǎn)動所需的臨界轉(zhuǎn)矩。根據(jù)人體尺寸和重量,身高175cm，體重6０kｇ,設(shè)計大輪直徑１.4ｍ。以下計算分析滿足上式的阻力矩，設(shè)計電機驅(qū)動下酷跑雙輪車最高時速2０公里/小時，查表獲得各種材質(zhì)之間的摩擦系數(shù)，并據(jù)此計算電機功率、轉(zhuǎn)速及其選定、人蹬踏時的力以計算人的做功和熱量損失。［3]圖2-3正常行駛臨界受力分析三角架及人等裝置的受力分析如圖2-3,這里需要說明下，將人、三角架、座椅等裝置的重心認為在D點,d=,實際上重心應(yīng)在三角架等腰三角形中線偏右一定距離,臨界平衡時該中線有一定角度偏右傾斜,這里簡化處理如圖４?？傻靡韵铝胤匠?（式1）（式1）(式2)(式2)(式３）(式３）根據(jù)初步選定的結(jié)構(gòu)尺寸,此處已知，，；忽略三角架上方滾子接觸的力,下方兩處滾動摩擦力，，取鋼鐵與鋼鐵的滾動摩阻系數(shù)；三角架小滾輪半徑，三角架及人和座椅等的重量。解方程得,,。根據(jù)之前的假設(shè),分析實際的結(jié)果和簡化后計算出的結(jié)果比較，實際阻力矩應(yīng)比計算出的要大，因為沒有考慮到三角架重心偏右對外部驅(qū)動力矩的影響。2.2.2上坡大輪受力分析圖2－4爬坡時臨界受力分析大輪沿有一定傾斜角的斜面滾動上行，如圖2-4,省略大輪的厚度0.0４m,列受力分析方程:此處給出相關(guān)參數(shù)值；;；,其中滾阻系數(shù),大輪半徑。解方程得關(guān)系式，選取最大坡度傾斜度，計算此時所需驅(qū)動力矩。根據(jù)以上兩種相對運動的分析的計算結(jié)果得出結(jié)論，當兩個大輪正常行駛時由于重力和小滾輪的摩擦力共同提供的扭矩，使得三角架與兩個大輪保持相對轉(zhuǎn)動的同時又與地面保持水平方向的運動；當雙輪車在爬坡時,根據(jù)設(shè)定最高爬坡角度,計算出爬坡的阻力矩。[4]基于以上根據(jù)計算得出平路行駛阻力矩和爬坡時的阻力矩。選擇最大的阻力矩計算出實際驅(qū)動力矩T，由功率與扭矩的計算關(guān)系，根據(jù)傳動時的效率損失，算出電機功率。計算出需要實際驅(qū)動功率為353W，選取相近的電機進行對比如表2-１:表２-1市場調(diào)查可選電機銘牌如下：規(guī)格３50W３6V450W3６V額定轉(zhuǎn)速/rpm290０31０0額定扭矩/Nm１．151.３8額定電流／A≤１2.５/9.4≤1６.0／1２.0電機效率／%(額定點)≥78≥７８減速比6.7:１考慮到實際傳動系統(tǒng)效率可能偏小、或各零件運動隱性損耗，故實際選用的電機額定功率要比理論計算的電機驅(qū)動功率大。根據(jù)市場調(diào)查選用36V直流伺服450Ｗ電機。2.３制動系統(tǒng)的分析為了探討如何設(shè)計酷跑雙輪車的制動系統(tǒng)，在此本文例舉了一些現(xiàn)實中常用的制動系統(tǒng),以自行車為例,因為自行車的剎車裝置是最常見的。側(cè)拉式剎車中拉式剎車Ｖ夾剎車懸臂式剎車碟剎圖2－5側(cè)拉式剎車系統(tǒng)1．側(cè)拉式剎車（競賽公路車)側(cè)拉式剎車以螺栓為剎車臂的旋轉(zhuǎn)軸心,當煞車導(dǎo)線被拉緊，固定在軸樞上的２支剎車臂旋轉(zhuǎn)并使剎車塊向輪圈靠近，即可以摩擦輪圈使車輪停止轉(zhuǎn)動。不便之處是在于剎車塊若和軸樞的距離越遠，就越難將剎車器調(diào)整至中心位置，所以適合用在狹窄的輪胎與小輪徑的車胎，所以一般多用于競賽型公路車,至于寬輪胎的山地車就不合適了。圖２－6中拉式剎車系統(tǒng)2.中拉式剎車中拉式剎車的剎車臂左右對稱,剎車導(dǎo)線連接到吊線架后，以2條導(dǎo)線連接剎車臂和吊線架；利用導(dǎo)線將剎車把手上的力傳導(dǎo)至剎車臂,使得剎車塊接觸輪圈達到剎車的效果。不便之處是非常難以調(diào)整到對稱的中心點。難以調(diào)整至理想的制動剎車效果。現(xiàn)今已基本很少使用。圖2-7Ｖ夾剎車系統(tǒng)３.V夾剎車Ｖ夾剎車時近年流行的新開發(fā)的剎車器。目前已成為山地車制動器的絕對主流。V夾剎車包含了2個分開的剎車臂,并固定在車架的軸樞,剎車的工作原理是由把手用力,導(dǎo)線拉動兩剎車臂向輪圈靠攏，而導(dǎo)線僅僅靠一硬質(zhì)導(dǎo)管來傳動力量，所以沒有吊線架，安裝上更加簡單。因為力臂大，機械效率比傳統(tǒng)煞車更高，而同時安裝，調(diào)整容易,所以被廣泛應(yīng)用。圖２-8懸臂式剎車系統(tǒng)4.懸臂式剎車懸臂式剎車包含2個分開并左右對稱的剎車臂,并被固定在車架的軸樞上;剎車的導(dǎo)線連到吊線架骺,以2條導(dǎo)線連接剎車臂和吊線架,再利用導(dǎo)線拉緊,將剎車把手上的力傳導(dǎo)至剎車臂,使剎車塊接觸輪圈達到剎車的效果。與中拉式剎車的做動方式很相似。不便之處與中拉式剎車一樣，難以調(diào)解，易損壞。圖2-9碟剎系統(tǒng)５.碟剎碟剎的制動方式，使在花鼓上安裝一塊和車輪同步旋轉(zhuǎn)的碟盤,并在前叉及車架上裝置卡鉗，再通過卡鉗內(nèi)的剎車塊夾緊碟盤,進而得到剎車的目的。這樣的碟剎制動系統(tǒng)過去已經(jīng)一致成功的應(yīng)用在摩托車上,至于應(yīng)用于自行車上,由于早期碟剎技術(shù)不夠成熟,價格高，重量過重等問題無法普及。但經(jīng)過多年的研究和改善,已經(jīng)漸漸普及，甚至成為高端車的標致性配備。由于碟剎在制動時的力矩位于花鼓和輻條之間，將對輻條造成較大的壓力，所以采用碟剎時,必須盡量選擇采用交叉式編織輻條和黃銅接頭的輪組。碟片的尺寸直徑一般為160ｍm,180mm，20３mm,碟盤越大，提供的剎車力量越強,重量越重；反之力量越小，越輕。而大碟盤散熱快，可以防止剎車功能減弱;但碟盤越大,會更大的放大偏擺的比率，越容易發(fā)出噪音。[５][６][７]仔細研究以上幾種剎車方式后，再結(jié)合酷跑雙輪車進行分析,發(fā)現(xiàn)酷跑雙輪車的設(shè)計外形是由并排的雙輪組成,所以以上幾種剎車方式根本不適用此雙輪車,即便是確保三角架與大車輪保持相對靜止，但是由于整體慣性也會繼續(xù)滾動前行一段距離,因此為了保證安全的制動,在酷跑雙輪車后面增設(shè)一個摩擦板。當實施制動的時候，拉動手剎刀摩擦板與地面產(chǎn)生摩擦，這樣使得三角架與大輪保持相對靜止同時又能與地面保持相對靜止。在拉動手剎制動的同時,要求電機、腳踏降速或停止,來實現(xiàn)平穩(wěn)快速剎車。圖2-1０制動系統(tǒng)２.4轉(zhuǎn)向功能的實現(xiàn)為了探討如何設(shè)計酷跑雙輪車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，在此本文特地參考了汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng),因為汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是最常見、最經(jīng)典的案例。HYＰERLＩNK"http:/／ｂaiｋe.ｂaidu.ｃoｍ／ｖiew/4０33.htm"汽車在拐彎時車輪的軌線是圓弧,如果汽車向左轉(zhuǎn)彎，圓弧的中心點在左側(cè),在相同的時間里,右側(cè)輪子走的弧線比左側(cè)輪子長,為了平衡這個差異,就要左邊輪子慢一點，右邊輪子快一點，用不同的轉(zhuǎn)速來彌補距離的差異。［8][９]如果后ＨYＰERLINK"httｐ:／/ｂａike.bａｉ/view／１０３749.hｔm"輪軸做成一個整體，就無法做到兩側(cè)輪子的轉(zhuǎn)速差異，也就是做不到自動調(diào)整。為了自動調(diào)整后輪的轉(zhuǎn)速差,就用到了差速器。圖２-1１汽車的后輪轉(zhuǎn)向借鑒汽車差速器的轉(zhuǎn)向原理,利用在較低速度下，對轉(zhuǎn)向一邊的輪子進行摩擦制動,使一邊輪子的速度降下來，實現(xiàn)兩輪轉(zhuǎn)速差異進行轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)。先減速后轉(zhuǎn)向，避免高速下緊急轉(zhuǎn)向的側(cè)翻。其實現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能部件圖如下：圖２-12轉(zhuǎn)向裝置在輪子低速前行中轉(zhuǎn)彎時，可以根據(jù)欲轉(zhuǎn)彎的角度而把握手剎的力度和時間,從而操作簡單輕松地實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。第三章三維建模和裝配3.1Pｒo/Engiｎeeｒ軟件介紹此次畢業(yè)設(shè)計我用的三維建模軟件是Ｐｒo／Engiｎeｅr，因為在三維造型和裝配上它有很多不可比擬的優(yōu)勢，給后續(xù)工作帶來了極大的方便。Pｒｏ/Engiｎｅｅr操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司(PTC)旗下的CＡD/CＡM/CＡＥ一體化的三維軟件。Ｐro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱,是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者,在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Prｏ/Eｎgiｎeer作為當今世界機械CAD/ＣAE/CAＭ領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的ＣAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Ｐro／Ｅ第一個提出了參數(shù)化設(shè)計的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫來解決特征的相關(guān)性問題。另外,它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進行選擇,而不必安裝所有模塊。Pro／E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計至生產(chǎn)全過程集成到一起,實現(xiàn)并行工程設(shè)計。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機上。Pro／E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。1.參數(shù)化設(shè)計相對于產(chǎn)品而言,我們可以把它看成幾何模型，而無論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征,而每一種構(gòu)成特征,都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。２.基于特征建模Pro/E是基于特征的實體模型化系統(tǒng),工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、殼、倒角及圓角,您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。３.單一數(shù)據(jù)庫（全相關(guān)）Pro／Engiｎeｅr是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CＡＤ/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作,不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如,一旦工程詳圖有改變，NＣ（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。［1０][11]3.２酷跑雙輪車的三維建模外形往往是消費者選擇健身器材的重要因素之一,酷炫的外形更容易吸引眼球，因此在酷跑雙輪車三維建模之前,首先繪制手工草圖,初步勾勒雙輪車整體外形輪廓,由于整體造型難度一般，不需要用到復(fù)雜的曲面，而Pｒｏ/E的功能足以滿足設(shè)計的需求,所以本文所有的三維實體全部采用Ｐrｏ/Engineer來設(shè)計。酷跑雙輪車整體外形及結(jié)構(gòu)的建模步驟是：首先畫出大滾輪；在大滾輪的基礎(chǔ)上畫出三腳架和支撐輻條；利用鏡像功能畫出另一半大滾輪和三腳架;畫出中心軸、從動軸、鏈輪和支撐架；在支撐架的基礎(chǔ)上畫出腳踏板和支撐板；畫出鏈條和座椅；畫出手剎柄和手剎板；畫出轉(zhuǎn)向手剎柄;最后畫出螺栓和螺帽以及小部件。表3-1零件建模效果從動軸大滾輪和三腳架電機鏈輪鏈條手剎板手剎柄踏板踏板支撐架中心軸彎管支撐板座椅轉(zhuǎn)向手剎柄支撐架3.３酷跑雙輪車的裝配完成零件建模后，在Pro/E新建一個ASM組件,首先導(dǎo)入大滾輪和三腳架，還有六根支撐輻條，如圖3-１所示。圖3-1在上一步基礎(chǔ)上再添加另一組大滾輪，三腳架和輻條,這樣雙輪車的兩個輪子就出來了,如圖３-2所示。圖3-2在上一步基礎(chǔ)上添加支撐桿，支撐踏板架和踏板，這幾個部件起固定支撐作用,如圖3-3所示。圖3-3在上一步基礎(chǔ)上添加電機和手剎板,如圖３-4所示。圖3-4在上一步基礎(chǔ)上添加鏈輪，對其進行軸向約束,如圖３－5所示。圖3-5在上一步基礎(chǔ)上添加鏈條，使其與鏈輪配合并約束,如圖3-6所示。圖3-6在上一步基礎(chǔ)上添加支撐板和座椅，如圖3－７所示。圖3－7最后一步添加手剎柄和螺栓、螺帽等零部件,使其剛性固定在支撐架上，如圖3-8所示。圖３－８第四章重難點零部件的分析酷跑裝輪車的重難點部件有四個，分別是：大滾輪,主傳動軸與滾輪中心軸，三角架,腳踏傳動機構(gòu)。4.１大滾輪由于尺寸比較大，在滿足強度和使用性能的同時選擇質(zhì)量較輕的材料制作大滾輪。通過查找相關(guān)材料的資料,最終選擇了玻璃鋼，HYPERＬINK"hｔtp:／／baｉke.ｂaidu.ｃoｍ/view/６783.htm＂玻璃鋼學名HYPERＬINK"http:/／ｂ/ｖiew/９2402.htm＂玻璃纖維增強ＨYPＥRLINK"htｔｐ://ｂaike.bａidｕ.com/view/3０5９８．ｈtm＂塑料,俗稱FRP(FibｅrReinforｃｅdＰｌastｉｃs),即纖維增強復(fù)合塑料。根據(jù)采用的纖維不同分為玻璃纖維增強復(fù)合塑料（ＧFRP),碳纖維增強復(fù)合塑料（CFRP）,硼纖維增強復(fù)合塑料等。它是以玻璃纖維及其制品（HＹPERLINK"ｈｔｔp:/／baike．baidu．com/vｉｅw/93１5０３．htm"玻璃布、帶、氈、紗等)作為增強材料，以合成樹脂作基體材料的一種HYPEＲＬIＮK"hｔtp:/／baike．bａiｄu.cｏm/viｅｗ／4５827．ｈtm"復(fù)合材料。纖維增強復(fù)合材料是由增強纖維和基體組成。ＨYPＥＲLＩNＫ＂httｐ://baiｋe.bａidu．coｍ/vｉeｗ／1７9４3６．htm"纖維（或晶須）的直徑很小,一般在10μｍ以下,缺陷較少又較小，斷裂應(yīng)變約為千分之三十以內(nèi),是脆性材料,易損傷、斷裂和受到腐蝕。基體相對于纖維來說,強度、模量都要低很多，但可以經(jīng)受住大的應(yīng)變,往往具有粘彈性和彈塑性,是韌性材料。[1２][１3]其相對密度在１.5~２.0之間,只有HYＰERLINＫ"hｔtp:/／bａike.ｂａiｄ／viｅw/64７303．htm＂碳鋼的1/4~1/５,可是ＨYＰＥRLINK"ｈttp://bａiｋe．ｂaｉdｕ.ｃｏm/viｅｗ／５4２5７７.htm＂拉伸強度卻接近,甚至超過碳素鋼，而比HYPERLＩNK"ｈｔtp:/／baｉke.baidu．cｏm/vieｗ/91950.htｍ"強度可以與高級合金鋼相比。它還具有優(yōu)良的工藝性:可以根據(jù)產(chǎn)品的形狀、技術(shù)要求、用途及數(shù)量來靈活地選擇成型工藝;工藝簡單，可以一次成型,經(jīng)濟效果突出,尤其對形狀復(fù)雜、不易成型的數(shù)量少的產(chǎn)品,更突出它的工藝優(yōu)越性。基于以上特點，所以選擇玻璃鋼為大滾輪的材料。采用模壓成型法加工成型,再在輪輻邊鉆六個通孔,便于固定輻射條，如圖4－1所示。４.２主傳動軸與滾輪中心軸主傳動軸(見圖４－２）,軸上安裝有對稱四個鏈輪、兩個軸承。軸承采用深溝球軸承,該類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)簡單,制造成本低，易達到較高制造精度。深溝球軸承裝在軸上后,在軸承的軸向游隙范圍內(nèi),可限制軸或外殼兩個方向的軸向位移，因此可在雙向作軸向定位。［14］此外，該類軸承還具有一定的調(diào)心能力，當相對于外殼孔傾斜2′～1０′時，仍能正常工作，但對軸承壽命有一定影響。深溝球軸承保持架多為鋼板沖壓浪形保持架,大型軸承多采用車制金屬實體保持架。深溝球軸承是最常用的滾動軸承。它的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。主要用來承受徑向載荷，但當增大軸承徑向游隙時，具有一定的角接觸球軸承的性能，可以承受徑、軸向聯(lián)合載荷。與深溝球軸承規(guī)格尺寸相同的其它類型HＹPERＬIＮK"hｔtp://baike.baidu．coｍ/ｖｉeｗ/５5４5.ｈtm"軸承比較，此類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，但不耐沖擊，不適宜承受重載荷。[15］腳踏和電機動力通過該軸和鏈條傳動分流到兩大滾輪中心軸上。查閱相關(guān)設(shè)計手冊，選擇主傳動軸的的材料,確定軸上零件安裝方法,編制加工臺階、鍵槽及熱處理等工藝，提高加工精度。[16]圖4-1大滾輪圖4-2主傳動軸滾輪中心軸（見圖4－3)，軸上安裝鏈輪和法蘭盤,需要加工鍵槽限制鏈輪和法蘭盤的軸向轉(zhuǎn)動，及法蘭盤的軸端需要加工螺紋限制法蘭盤軸向竄動。由于中心軸在酷跑雙輪車中不需要承受很大的力矩,所以選用4５號鋼就足以滿足其需求,為了改善其力學性能,對其進行調(diào)制處理。［1７]圖4－3滾輪中心軸4．3三角架三角架的主框體用不銹鋼按設(shè)計尺寸焊接而成,分別在三個角的位置鉆孔，安裝三個內(nèi)滾輪叉架,并在兩三角架邊框上安裝三到四根平行杠,構(gòu)成車架。三角架材料選擇不銹鋼,主要原因是不銹鋼光亮有質(zhì)感,給人一種很炫酷的感覺,當然還有以下幾個優(yōu)點:化學性能：耐化學腐蝕和電化學腐蝕性能在鋼材里面是最好的,僅次于鈦合金。?２、物理性能:耐熱、耐高溫、還耐低溫甚至于耐超低溫。[18]

3、力學性能：根據(jù)不同的不銹鋼種類,力學性能各不相同，馬氏體不銹鋼具有高的強度、硬度，適合于制造既耐蝕又需要高強度、高耐磨性的零件。工藝性能：奧氏體不銹鋼工藝性能最好,由于塑性很好,可加工稱為各種板、管等型材,適合于壓力加工，馬氏體不銹鋼由于硬度高工藝性能差一些。[1９]圖4-４三角架４.４腳踏傳動機構(gòu)腳踏傳動帶有腳踏的曲柄連接主動輪,腳踏主動輪經(jīng)兩級傳動鏈連接到主傳動軸上。腳踏主動輪由一個支架固定—腳踏支架，腳踏從動輪安裝在與架在三角架一彎曲杠上,且腳踏支架一端通過套筒連接固定在彎曲杠上，另一端與車架固定。[20]彎曲杠分成兩端設(shè)計，使在安裝彎曲杠上的鏈輪拆裝方便和調(diào)節(jié)。圖4-５腳踏機構(gòu)第五章總結(jié)與心得體會5.1工作總結(jié)經(jīng)過為期四個多月的畢業(yè)設(shè)計工作,從一開始創(chuàng)新結(jié)構(gòu)的設(shè)計到三維建模仿真，再到制出平面圖，直至最后的撰寫論文,基本完成所有項目。本畢業(yè)設(shè)計涵蓋了機械專業(yè)的大部分學科，包括機械原理、機械設(shè)計、機械制圖、工程材料、參數(shù)建模等。其創(chuàng)新點主要有如下3點：1，通過拉動手剎桿,摩擦塊與地面發(fā)生摩擦實現(xiàn)剎車；拉動摩擦盤實現(xiàn)單輪降速，通過兩輪的轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。2,采用雙動力輸入，腳踏輸入可實現(xiàn)運動健身,控制電機操作具有較好的駕駛娛樂性，同時整車頗具科幻作品的外觀造型也增加了使用者的趣味性。3,為旅游景點和公園娛樂場所提供一款結(jié)構(gòu)簡單、外形炫酷的旅游觀光裝置，也可作為社區(qū)健身器材使用。5.2畢業(yè)設(shè)計心得體會酷跑雙輪車設(shè)計的過程鍛煉了我的綜合能力,主要是以下幾方面：1）機械專業(yè)知識能力——在機械科技制作中,一個好的作品或思路往往來源于對生活細微的觀察與敏銳的思考,需要利用所學的專業(yè)知識理論聯(lián)系實際進行吸收、消化、創(chuàng)新和再創(chuàng)造。我結(jié)合機械原理和機械設(shè)計對鏈傳動設(shè)計,創(chuàng)新設(shè)計—款炫酷外形的酷跑雙輪車。2)創(chuàng)新思維與設(shè)計能力——一個機械作品是否優(yōu)秀、是否有市場,關(guān)鍵在于創(chuàng)新點。機構(gòu)的設(shè)計是否新穎、巧妙，結(jié)構(gòu)是否簡單、執(zhí)行可靠,產(chǎn)品的使用是否舒適、便利，與市場同類產(chǎn)品相比,是否功能多樣、性價比更高等。3)動手能力——運用已學知識(如機械制造、機械制圖、機械設(shè)計、三維軟件等)設(shè)計出實物模型，運用Pro/E、ＡutoCAD等進行三維圖和工程圖的繪制。４)科技論文、報告寫作和提高學