變速自行車變速結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)摘要自行車一直都是最常見的交通工具，現(xiàn)在早已經(jīng)被大眾熟知，毫不夸張地說它也是個(gè)家喻戶曉的角色了。殊不知，伴隨著現(xiàn)代社會(huì)公共交通的迅速發(fā)展趨勢(shì)，伴隨著大量的人重視生活的感受，以自行車為關(guān)鍵代步工具的時(shí)期逐漸漸漸地成為了過往。因此，自行車的類型已經(jīng)有了明顯的變化，其中以山地自行車為代表的變速系自行車愈發(fā)吸引人們的注意。自行車輕便靈巧的設(shè)計(jì)越來越受到人們的重視。相比其他交通工具，自行車看似內(nèi)涵簡單，但其核心部分也有很多學(xué)問。一批又一批的機(jī)械科學(xué)家也投入了大量的精力進(jìn)行探索和研發(fā)，不斷將自行車推向休閑、可靠、創(chuàng)新。然而，在這個(gè)充滿挑戰(zhàn)和機(jī)遇的時(shí)代，人們?cè)絹碓较Ｍ孕熊嚹軌蛞愿〉妮敵隽Λ@得更大的扭轉(zhuǎn)力，最終讓自行車獲得更快更穩(wěn)的速度。毫無疑問，這不僅是對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的考驗(yàn)，也是對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的考驗(yàn)。本論文的主要研究對(duì)象是變速自行車的核心——變速系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的主要工作包括以下幾個(gè)方面：首先，通過對(duì)國內(nèi)外有關(guān)自行車驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)的大量研讀，然后在掌握其基本原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)飛輪、鏈輪、前后撥鏈器、鏈條等的尺寸類型等的設(shè)計(jì)和相關(guān)強(qiáng)度的計(jì)算校驗(yàn)。此次設(shè)計(jì)選用基礎(chǔ)理論設(shè)計(jì)和前人經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合的方式，對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)信息開展安全系數(shù)剖析，隨后根據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，用三維軟件SolidWorks制作出實(shí)體模型的零件圖和裝配圖。關(guān)鍵字：自行車變速系統(tǒng)零件圖SolidWorks目錄摘要 i第一章緒論 11.1研究背景與意義 11.1.1變速自行車簡介 11.1.2變速自行車的現(xiàn)狀和前景 11.1.3變速自行車的發(fā)展史 21.1.4變速自行車在如今生活中的運(yùn)用 31. 2變速自行車的結(jié)構(gòu)組成 31.2.1自行車的構(gòu)成 4第二章自行車的變速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)分析 92．1自行車的變速裝置的工作原理 92．2選擇合適的變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及設(shè)計(jì)過程 102．2．1確定變速系統(tǒng)的方案 102．3變速器的總體設(shè)計(jì)過程 102．3．1確定各零件的設(shè)計(jì)順序 112．3．2運(yùn)動(dòng)過程涉及的相關(guān)計(jì)算及基本草圖的擬定 11第三章鏈條設(shè)計(jì) 113．1確定變速系統(tǒng)鏈條參數(shù) 113．2確定零件材料及熱處理工藝： 14第四章后撥鏈器的設(shè)計(jì) 154．1后撥鏈器的特點(diǎn) 154．2后援鏈器材料的選用 154、3后撥鏈器的設(shè)計(jì)條件 154．3．1對(duì)應(yīng)的飛輪各齒間間距： 154．3．3變速性能： 154．3．4設(shè)計(jì)滿足的條件的后撥鏈器和的彈簧 154．3．5后撥鏈器的整體的裝配 164.3．6連接組設(shè)計(jì) 164.3.7導(dǎo)輪組設(shè)計(jì) 19第五章鏈輪和飛輪設(shè)計(jì)及選材 215.1設(shè)計(jì)條件 215.2材料選擇 23第六章前撥鏈器的設(shè)計(jì) 256.1工作原理 256.2材料選擇 256.3牙盤間距 256.4驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì) 25第七章自行車變速比分析 277.1傳動(dòng)比和變速比 277.1.1速度比 277.1.2傳動(dòng)比 277.1.3傳動(dòng)行程 287.2自行車各齒輪變換的理論速度比 287.3日常中實(shí)際調(diào)速的使用方法 28第八章ANSYS有限元分析 29參考文獻(xiàn) 33附錄1整車三視圖 34附錄2整車裝配圖 35第一章緒論1.1研究背景與意義1.1.1變速自行車簡介第三次工業(yè)革命后，經(jīng)濟(jì)文化的迅猛發(fā)展，自行車對(duì)于人們的日常生活已經(jīng)不再僅僅只是一種交通工具了，而是更多地被用于娛樂休閑、健身鍛煉。如今僅僅是符合人們簡單的日常需要已經(jīng)不再能滿足人們的追求了，漸漸地愈來愈多的變速類自行車被人們所青睞?，F(xiàn)階段，自行車作為便捷出行、休閑娛樂常用工具愈來愈受大家所喜愛。但若是在山地類型或是路段較為崎嶇、坡度較陡的區(qū)域騎行時(shí)，速率必須不斷地轉(zhuǎn)變，這時(shí)變速系統(tǒng)的作用就彰顯出來了，同時(shí)，也更能讓大家感受到興奮感和趣味性。不了解自行車的人可能會(huì)覺得自行車內(nèi)涵簡單，殊不知，雖然自行車結(jié)構(gòu)簡易，構(gòu)件不繁雜，但僅關(guān)于其穩(wěn)定性和靈巧性這些點(diǎn)就一直聚焦著眾多學(xué)者的興趣與研究浪潮，應(yīng)運(yùn)而生地涌現(xiàn)大批知名企業(yè)——如圣希沃、喜德盛等等，不經(jīng)意間自行車的新代步理念再一次向前躍進(jìn)了一大步，向著更高一層進(jìn)軍。其中，只論變速系統(tǒng)的研究而言，也出現(xiàn)了許多馳名中外的企業(yè)，例如BELLROAD（貝爾），ROCKBROS（洛克兄弟）等企業(yè)。在當(dāng)下這個(gè)科技日新月異的時(shí)代，我們?cè)谧兯倨魃系难芯咳匀贿€在砥礪前行[1]。對(duì)于變速自行車來說，變速系統(tǒng)毫無疑問地被視為核心，能否達(dá)到高效性、靈巧性、耐用性很大程度上與之有著直接關(guān)系。可是在一般自行車上改裝傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)危害自行車的抗壓強(qiáng)度，毫無疑問對(duì)于整車來說這并不是簡單“1+1”的疊加問題，要從其全面性的方面來剖析。這給現(xiàn)如今的學(xué)者產(chǎn)生了廣闊的科研開發(fā)前景，期待著能符合當(dāng)今正快速發(fā)展社會(huì)的更高的要求。1.1.2變速自行車的現(xiàn)狀和前景自行車自誕生以來已經(jīng)發(fā)展了200多年，從默默無聞發(fā)展到有口皆碑。作為綠色出行的代表，它不污染環(huán)境，而且簡單便捷，所以當(dāng)前變速自行車不光是在西方發(fā)達(dá)國家中普遍使用的同時(shí)也在眾多的發(fā)展中國家廣泛地流行。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在全球范圍內(nèi)有超過60個(gè)地區(qū)正生產(chǎn)制造著自行車。從分布上來看，亞洲地區(qū)、歐洲地區(qū)和北美地區(qū)是世界上最主要的自行車生產(chǎn)國分布地。最初國內(nèi)涉及自行車研究的人相對(duì)較少，市場幾乎被國外壟斷，國內(nèi)自行車也主要處于低端市場，但自經(jīng)濟(jì)全球化迅速發(fā)展以來國內(nèi)自行車類產(chǎn)業(yè)發(fā)生了改天換日般的變化，如今自行車出口量已經(jīng)達(dá)到世界第一。然而另一方面由于技術(shù)還未完全成熟我國仍未實(shí)現(xiàn)攻占國際產(chǎn)業(yè)鏈的高端市場的任務(wù)，仍和發(fā)達(dá)國家有一定的差距。僅就自行車的車架而言，鎢極惰性氣體保護(hù)焊接、氬弧焊接、機(jī)械釬焊接等先進(jìn)的焊接技術(shù)已被歐美等國家普遍地運(yùn)用于自行車車架的制造。而就車架涂裝而言，德國延用了相對(duì)古典的噴丸加工；日本選擇噴涂、磷化雙管齊下的方法；瑞士的自行車制造商選用了先以細(xì)致的手工拋光的方法處理，繼而進(jìn)行表面清洗和凈化最后完成磷化處理技術(shù)提高工件的耐腐蝕性；美國的如今在制造車架方面和其他國家也算是殊途同歸了[2]，不過其在車架材料方面研究更多，有著很多特殊材料的車架。近些年，率先完成技術(shù)革命的歐美等發(fā)達(dá)國家開發(fā)著各種各樣的自行車的產(chǎn)品，不管是對(duì)于材料選用方面，還是整體的設(shè)計(jì)方案，乃至是車子的副產(chǎn)品都在大步躍進(jìn)著，每每出行令人眼前一亮的新設(shè)計(jì)。而作為變速自行車核心的變速系統(tǒng)更是不斷向著高端技術(shù)方向發(fā)起“猛攻”。以往西方國家的變速自行車檔位就已經(jīng)完成三檔換速、五檔換速、十檔換速、十二檔換速等，然而如今科技迅猛發(fā)展已經(jīng)出現(xiàn)了很多車系達(dá)到二十一檔換速、二十四檔換速、二十七檔換速甚至已經(jīng)實(shí)現(xiàn)三十檔換速?，F(xiàn)在自行車正逐漸提升人體工程學(xué)和流體力學(xué)對(duì)設(shè)計(jì)的影響，車身逐漸的更加呈現(xiàn)出流線感，撥鏈組成在變小，同時(shí)導(dǎo)向板方面也在加長。除此之外，西方發(fā)達(dá)國家、美國以及日本先后研制出了自行車電控變速系統(tǒng)[3]，至此自行車變速系統(tǒng)又向著智能化、科技化邁出了一大步。如今眾多地區(qū)甚至是國家對(duì)變速系統(tǒng)的研究日趨奔向?qū)崿F(xiàn)變速系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、導(dǎo)向一體化這個(gè)目標(biāo)，同時(shí)全自動(dòng)定位、全自動(dòng)變速、操作更貼近人性化這個(gè)方向也正在砥礪前行。1.1.3變速自行車的發(fā)展史大家都知道電燈是誰發(fā)明的，然而是誰在什么時(shí)候發(fā)明了自行車卻是鮮有人知。1766年，在達(dá)芬奇1490年的手稿上發(fā)現(xiàn)了自行車的設(shè)計(jì)圖。18世紀(jì)90年代，法蘭西人西夫拉克發(fā)明出了最原始的自行車，原始到只有兩個(gè)車輪。直到1817年，德國人卡爾杜萊斯在自行車上裝了個(gè)車把，成為了當(dāng)今自行車最初的雛形，也正因此他成為了一般公認(rèn)的自行車發(fā)明人，這也是歷史上首次出現(xiàn)的不再依靠馬匹的特別的車。因此，這成為了人們對(duì)自行車最初的歷史記憶。到了1819年，美德兩國就開始著手自行車的培訓(xùn)教育，成立最早的“駕?！?。另一方面，第一次工業(yè)革命尚未結(jié)束，火車、汽車還未完善，走在前列的德英美等國也依舊以馬車為交通工具。甚至“騎木馬”成為了當(dāng)時(shí)潮流，一度是持續(xù)了十年之久！1830年，法蘭西議會(huì)宣布采用這類“木馬車”作為郵遞員送信的代步工具。1939年，英格蘭人托馬麥克米倫一直在思考怎樣才能騎行更舒適。通過不斷的摸索，他最終設(shè)計(jì)出了一款前輪比后輪大，同時(shí)采用鐵制車輪代替以往的木制車輪的方案，并裝上了腳踏和曲柄的自行車。第一次測(cè)試結(jié)果一天騎了20公里，毫無疑問這是自行車發(fā)展史上的一大重要的里程碑。同時(shí)，這樣實(shí)現(xiàn)了終結(jié)腳踏地面來驅(qū)動(dòng)車子前行的局面，這也為當(dāng)今自行車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)建立了初始的模板。19世紀(jì)八十年代末，愛爾蘭的鄧洛普意外發(fā)明了“充氣輪胎”并成功的將它應(yīng)用在了自行車上，這一系列操作也讓他成為了現(xiàn)代單車雛形的開拓者，這也是自行車發(fā)展歷程上一項(xiàng)十分關(guān)鍵的創(chuàng)造。不但解決了自行車一直以來最難受的振動(dòng)問題，還大大地促進(jìn)了自行車的速率?？墒悄菚r(shí)候橡膠相對(duì)稀有，一般家庭也難以負(fù)擔(dān)，因此未能普遍應(yīng)用。自18世紀(jì)90年代到19世紀(jì)80年代末，自行車自誕生就處于不斷完善的狀態(tài)，經(jīng)歷了近百年的砥礪前行才奠基了現(xiàn)代自行車的雛形。時(shí)過境遷，自行車已成為全球范圍內(nèi)使用人群最廣，最容易上手，最便捷方便的外出工具之一。圖1-1自行車百年發(fā)展變化1.1.4變速自行車在如今生活中的運(yùn)用在和平與發(fā)展的時(shí)代背景下，科技文化蓬勃發(fā)展，為變速自行車的發(fā)展和各種技術(shù)完善提供極大的便利。如今大家更追求自行車設(shè)計(jì)貼近人們生活，要求能夠更好的滿足日常需求。起初，人們把它視作短路線的交通工具的一種便利選擇和平日里的簡單運(yùn)動(dòng)的鍛煉器材。如今山地變速自行車贏得了廣大騎行愛好者的偏愛。當(dāng)下，變速自行車在體育賽事中發(fā)光發(fā)熱。其中耳熟能詳?shù)拇碛腥蛐灾愂颅h(huán)法自行車賽，西班牙環(huán)賽，意大利環(huán)賽等。其中環(huán)法賽是最頂級(jí)的、歐洲影響最廣、全世界范圍內(nèi)規(guī)模最大的賽事，毫無疑問這是競技水平最高的自行車類比賽，甚至其收視率都高達(dá)40%以上。在中國，愈來愈多的騎行友們不謀而合的選擇了“騎云南、騎川藏”等來點(diǎn)綴日常的樂趣。自然，很多人依舊把它作為生活中的重要交通工具。此外，單車在日常社交和平日工作也發(fā)揮著特有的功效。不過當(dāng)下社會(huì)自行車的主要受眾依就是“騎游族”、“學(xué)生黨”、“城市務(wù)工者”以及用它開展休閑娛樂鍛煉的人等。2變速自行車的結(jié)構(gòu)組成變速自行車由車架部分、剎車系統(tǒng)、變速器系統(tǒng)、車輪等許多部分組成，其中的基礎(chǔ)元部件每一個(gè)都不可或缺，是自行車的靈魂。當(dāng)前市面上擁有變速功能的自行車一般包含著五個(gè)重要組成機(jī)構(gòu)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、剎車機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、變速機(jī)構(gòu)和避震機(jī)構(gòu)[4]。圖1-2自行車結(jié)構(gòu)1.2.1自行車的構(gòu)成麻雀雖小，五臟俱全。每輛自行車都有著同等豐富的零部件。這同時(shí)也意味著，無論什么類型，價(jià)格是高昂或者是便宜，什么重量，用途還是品牌的變速自行車，都具備圖1-3所示的基本部分。圖1-3變速自行車結(jié)構(gòu)思維圖1）龍頭龍頭主要是由車把和把立組成，而車把當(dāng)前主要有兩種比較常見，是直把和燕把。當(dāng)然，隨著科技的發(fā)展，彎把、蝴蝶把也越來越多了。直把的構(gòu)造決定了他更省力，輕，風(fēng)阻還小，就是操控性差了點(diǎn)，剛開始用會(huì)不習(xí)慣。燕把相反，重一些，風(fēng)阻大一些，但是騎起來比較舒服。雖然燕把重一些，但可以通過換用碳纖維材質(zhì)的燕把減輕重量。一般專業(yè)賽事，或者比較進(jìn)階的業(yè)務(wù)選手會(huì)更喜歡直把。但如果是選擇在平路上騎，或者偏向休閑更多的話，燕把則是更好的選擇。圖1-4直把燕把彎把蝴蝶把2）車架一個(gè)變速自行車車最重要的部分是車架，車架就像人體的骨架。車架的幾何構(gòu)型會(huì)直接影響到騎行體驗(yàn)，能不能伸展開身體很重要[5]。很多車架看起來沒什么差別，但是騎起來的時(shí)候，那種“適合爆發(fā)”和“休閑舒適”的感覺是完全不一樣的。如今車架各家基本都有自己的標(biāo)準(zhǔn)，而且S，M，L等的數(shù)據(jù)還不一樣。盡管車架很重要，奠定了基礎(chǔ)的體驗(yàn)，后期還可以通過調(diào)節(jié)其他部分來改善自己的騎行體驗(yàn)，同時(shí)人體具有適應(yīng)性，會(huì)慢慢適應(yīng)車架。另外，車架主要有鋁合金，碳纖維和鈦合金三種材質(zhì)，各有優(yōu)勢(shì)，沒哪一種絕對(duì)是最好的。鋼架接近淘汰，如今已經(jīng)不再值得考慮。鋁合金，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，家用比較多是這種。缺點(diǎn)是剛性比較低，容易金屬疲勞，同時(shí)韌性也比較差，也就是容易變形。因?yàn)閯傂缘?，管體一般都要加料，所以更重一些。碳纖維，一堆纖維像衣服一樣編制在一起。耐拉扯，剛性高，重量輕。現(xiàn)在的比賽專用材料。缺點(diǎn)是碳纖維的各向異性，即如果撞擊的時(shí)候角度不太好，就非常容易壞，比較脆。而且碳纖維附著的樹脂經(jīng)歷風(fēng)吹日曬，也很容易壞掉，因此不耐用。鈦合金，接近完美的材料，比重低且剛性好。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，對(duì)不參加此比賽且有錢的車友來說是最好的選擇。韌性好，耐腐蝕，容易打理都是優(yōu)點(diǎn)。不過，因?yàn)橹谱鞴に噯栴}，也存在鈦合金車架比鋁合金的還重的情況。3）車座車座主要是由坐墊和坐桿組成。坐桿的高度一般可調(diào)節(jié)，過高或者過低對(duì)于騎行時(shí)候的伸展有影響。坐墊是人體直接接觸的部分，因此舒適性非常非常的重要。一個(gè)好的坐墊應(yīng)該支撐坐骨而不是臀部。4）變速系統(tǒng)變速系統(tǒng)通常包括兩個(gè)主要的部件：傳動(dòng)構(gòu)件和變速器，一個(gè)負(fù)責(zé)把使用者做的功傳遞給輪子，一個(gè)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)輪子的轉(zhuǎn)速。圖1-5自行車變速器結(jié)構(gòu)圖5）避震系統(tǒng)避震系統(tǒng)是為了把撞擊的沖擊力減緩[7]，有軟尾和硬尾的區(qū)分。相較于硬尾的僅擁有避震前叉，軟尾則更為全面，擁有全車避震類型，都是前后避震相助相濟(jì)。硬尾和軟尾的避震邏輯都是受到撞擊的時(shí)候收縮，吸收沖擊力。當(dāng)然，能吸收沖擊力，當(dāng)然也可以吸收你踩踏的力量。前叉的重點(diǎn)是避震行程（也就是最大能夠壓縮多少），流暢性（壓縮和回彈順不順利）和阻尼（壓縮和回彈費(fèi)不費(fèi)力）。相比硬尾，軟尾的設(shè)計(jì)和組成會(huì)比硬尾更復(fù)雜，設(shè)計(jì)成本就上去了，所以通常同配置軟尾的車比硬尾價(jià)格會(huì)昂貴得多。軟尾有四種常見的避震方式，而硬尾的避震方式主要是前叉壓縮，軟尾都有。流暢性和阻尼由避震方式?jīng)Q定，有彈簧叉，阻力膠，油簧叉，油氣叉，各有優(yōu)劣。彈簧和阻力膠沒有阻尼，一般。油簧叉和油氣叉都以油為阻尼，好一點(diǎn)的都是油叉。硬尾適合日常出行上下班，休閑一些；軟尾適合比賽，尤其是速降一類，會(huì)有極大沖擊力的那種。6）剎車系統(tǒng)組成有剎車，剎把，剎車線。一般有兩種，碟剎和V剎。碟剎又分為兩種，機(jī)械碟剎和油壓式碟剎。V剎的價(jià)格比較低，碟剎比較高。V剎的原理是橡膠和車圈摩擦接觸來達(dá)到剎車的效果的。所需的零件比較少，所以V剎價(jià)格比碟剎便宜很多，在頻繁高速剎車的情況下摩擦片會(huì)發(fā)熱，效果變差一些。碟剎的剎車原理是圖1-5中的盤片和碟剎摩擦片摩擦制動(dòng)，制動(dòng)的反應(yīng)更快，效果更好。在雨天等或者泥濘場合，對(duì)于V剎的性能下降更少，且因?yàn)槭卿撈?，所以散熱更快。圖1-6碟剎結(jié)構(gòu)圖7）車輪常見有三種，分別是29（又稱29er），27.5（同時(shí)也被稱為650b）和26的。最早的輪子都是26的，后來有企業(yè)開發(fā)出了27.5乃至更大的。這些都是指的輪子的直徑。比較好的選擇方式是看用途和喜好，輪子越小，操控性越靈活，起步越快，重量越輕；輪子越大巡航越不費(fèi)力，抓地力也更好，攻角（車子遇到方形障礙的時(shí)候形成的夾角，可看作越過障礙的容易程度的評(píng)判）更小。車輪里面還可以看到車胎，車胎是一個(gè)講究的東西。不同的材質(zhì)，花紋，大小都可以有很多內(nèi)涵。用于越野情況的話，較多選擇是29；其余的則選擇27.5偏多，雖然26現(xiàn)在已經(jīng)比較少了，不過仍然沒有退出自行車的舞臺(tái)。第二章自行車的變速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)分析2．1自行車的變速裝置的工作原理在通常狀況下，變速裝置大都由H/L（即高/低）限位螺絲、飛輪組、鏈輪、前撥鏈器、后撥鏈器、鏈條等部分組成[8]。在選購變速自行車的時(shí)候，首先考慮到的類型便是我們所經(jīng)久不衰的山地自行車，而其種類又大多都和普通山地車的設(shè)計(jì)原理大同小異，所以下面我們就來研究一下普通山地自行車的工作原理。而實(shí)際上，山地自行車的變速模式基本與現(xiàn)在的一般車輛相同，因?yàn)榇蟛糠值钠胀ㄆ嚩际峭ㄟ^更換齒輪來改善傳動(dòng)比，而山地自行車則是主要使用供應(yīng)鏈條來驅(qū)動(dòng)。在山地自行車中，牙盤組和腳踏板們所共用的軸承，通常也被叫做主動(dòng)軸。而相比于變速自行車，一些不具備變速功能的古典自行車通常都是通過改變自己的主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速率，來實(shí)現(xiàn)每一次的行駛。我們將框架與后輪相連的軸稱為驅(qū)動(dòng)軸。我們的主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的連接是由兩根鎖鏈連接起來的，我們踩下踏板，驅(qū)動(dòng)軸就會(huì)得到動(dòng)力，然后再用鏈子把驅(qū)動(dòng)功傳給從動(dòng)軸，這樣我們就可以用更少的功率得到更高的轉(zhuǎn)速，既省力又省車。如今，山地自行車的變速等級(jí)不斷增加，而我選擇研究的目標(biāo)是目前比較高等級(jí)的能實(shí)現(xiàn)三十級(jí)變速的變速車。常見的山地自行車在主動(dòng)軸上一般裝有3個(gè)齒數(shù)依次增加的齒輪，在從動(dòng)軸上一般會(huì)安裝6~10個(gè)齒數(shù)從小到大的齒輪。變速控制主要是通過固定在車把上的一條變速繩來調(diào)節(jié)安裝在前后軸的變速桿，有時(shí)變速線也會(huì)安裝在其他手容易操作的地方。當(dāng)我們需要換檔的時(shí)候，我們可以通過相應(yīng)的換檔桿，將鏈條變換到不同的檔位，經(jīng)過簡單的操作操作者就可以很容易地實(shí)現(xiàn)換檔調(diào)速效果了。后撥導(dǎo)向輪的存在主要是為了保證鏈條穩(wěn)定的，而緊張感輪顧名思義，就是為了使鏈條在什么狀況下都具有相應(yīng)的張力的功能，同時(shí)，使之與齒輪緊緊嚙合。張力輪的位置與擺臂相連，受彈簧的控制。首先使用“鏈盤”“放大”騎手的力量，并通過“鏈條”傳遞到“飛輪”上，使后輪開始旋轉(zhuǎn)，并在摩擦阻力的反作用下推動(dòng)車子向著相反的方向行駛。變速單車是通過調(diào)整鏈輪和飛輪的齒數(shù)比例來實(shí)現(xiàn)的[9]。鏈盤的“大盤”和“小飛”的飛輪結(jié)合在一起，“大盤”旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)“小飛”旋轉(zhuǎn)，而“小飛”就會(huì)把后面的輪子推得更遠(yuǎn)，所以速度才能達(dá)到最大。但是，這時(shí)，因?yàn)槟_蹬的輪圈半徑和“大盤”的軸線半徑幾乎沒有什么差別，因此，人對(duì)“大盤”施加的作用力就不會(huì)很大了。此時(shí)，盡管速度很快，但騎自行車的人卻要消耗更多的能量。鏈盤的“小盤”和“大飛”的飛輪在一起，“小盤”旋轉(zhuǎn)，“大飛”旋轉(zhuǎn)的次數(shù)很少，“大飛”的后輪也不會(huì)有太大的變化，所以速度是最慢的。但這時(shí)，因?yàn)槟_踏板的圓心和“小盤”的圓心有很大的不同，因此，人在踏板上的作用力就會(huì)對(duì)“小盤”產(chǎn)生很大的推動(dòng)作用。雖然現(xiàn)在的速度很慢，但使用者的輸入力作功是最少的。眾所周知，驅(qū)動(dòng)軸的牽引頻率愈高，其轉(zhuǎn)速愈高。因此，在一定情況下，單純的變速并不能起到太大的作用。一般來說，我們的前輪都圖2-圖2-1變數(shù)器簡圖2．2選擇合適的變速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案以及設(shè)計(jì)過程2．2．1確定變速系統(tǒng)的方案首先，根據(jù)設(shè)計(jì)想法選擇的變速系統(tǒng)級(jí)別是3*10級(jí)別，即是選擇的鏈輪由3個(gè)齒數(shù)依次增加的齒輪構(gòu)成，而飛輪則由10個(gè)齒輪組成，僅就變速等級(jí)來說它的變速級(jí)別還是比較高的，不過在日常的各種場景中卻是有著廣泛的適用性。根據(jù)學(xué)習(xí)《機(jī)械設(shè)計(jì)》及《機(jī)械原理》的有關(guān)內(nèi)容，完成了這一項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)計(jì)劃在以下兩個(gè)設(shè)計(jì)方法中進(jìn)行比較研究：設(shè)計(jì)一：考慮利用齒輪來實(shí)現(xiàn)傳遞速比設(shè)計(jì)二：考慮利用鏈條來實(shí)現(xiàn)傳遞速比在比較了這兩個(gè)不同的設(shè)計(jì)之后，發(fā)現(xiàn)第一個(gè)設(shè)計(jì)中會(huì)有很多的問題，尤其是就齒輪來說要達(dá)到高精度其成本就必然會(huì)十分昂貴，且對(duì)于山地越野狀況并不理想，然而相對(duì)來說，采用鏈條傳遞速度比在很多方面會(huì)顯得更有優(yōu)勢(shì)。2．3變速器的總體設(shè)計(jì)過程第一步，考慮合適的變速比，并在此基礎(chǔ)上選擇牙盤和飛輪相應(yīng)的齒數(shù)。第二步，首先按照工程設(shè)計(jì)條件，參閱有關(guān)資料選定適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的功率，然后在按照《機(jī)械設(shè)計(jì)》等的設(shè)計(jì)規(guī)范下，選定各主部的工程設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)以及所需要采用的機(jī)構(gòu)型式。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)采用了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)與理論設(shè)計(jì)結(jié)合，經(jīng)過深入研究了以往的自行車的變速供應(yīng)鏈條的各種技術(shù)參數(shù)，再按照《機(jī)械設(shè)計(jì)》的鏈條傳動(dòng)，進(jìn)而測(cè)算出配套用的鏈輪、飛輪的各種技術(shù)參數(shù)，在確認(rèn)了上述數(shù)值之后，再經(jīng)過了理論驗(yàn)算，以及強(qiáng)度校核等。最后通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)前撥鏈器、后撥鏈器的各種技術(shù)參數(shù)，選用了適當(dāng)?shù)慕饘俨牧稀?．3．1確定各零件的設(shè)計(jì)順序關(guān)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)順序偏向是從里到外、從核心到外圍、從片面到全局、從概略到詳細(xì)的過程，故經(jīng)過研究后選擇從鏈條設(shè)計(jì)開始，之后是后撥鏈器的設(shè)計(jì)，然后依次去完成飛輪、鏈輪和前撥鏈器對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)。2．3．2完成設(shè)計(jì)變速系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的計(jì)算1)完成鏈條各項(xiàng)參數(shù)設(shè)計(jì)的計(jì)算。2)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及撥鏈器部分進(jìn)行強(qiáng)度、剛性的校核。3)完成相關(guān)SolidWorks模型的建立。第三章鏈條設(shè)計(jì)3．1確定變速系統(tǒng)鏈條參數(shù)首先，鏈條驅(qū)動(dòng)兼具嚙合傳動(dòng)和帶傳動(dòng)兩大功能特色。和常規(guī)的條帶傳動(dòng)方式相比，直鏈傳動(dòng)并不會(huì)延展線性走偏、打滑等的問題，可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的均值傳動(dòng)比;傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡單緊湊，初始支撐不大,且軸向載荷也較少。傳動(dòng)鏈具備了強(qiáng)大的承載能力和速度超高的傳遞效能(達(dá)到95%以上)。另一方面，相對(duì)于普通的嚙合傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)具備顯著的減震減噪的實(shí)際效果。它有著構(gòu)造簡易、組裝精度低、生產(chǎn)制造成本低的優(yōu)勢(shì)?？梢员憬莸剡M(jìn)行長距離傳送。鏈傳動(dòng)的特性是：輸出功率大，距離較遠(yuǎn)，構(gòu)造簡易，生產(chǎn)制造和應(yīng)用精度低，成本低廉。但是，考慮到它的瞬時(shí)傳動(dòng)比的不穩(wěn)定性，并非一直都以一種平穩(wěn)姿態(tài)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)和輕微的噪音，基于以上特點(diǎn)其快速運(yùn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定差，故只合適平行面軸間行車，不適宜快速大負(fù)載轉(zhuǎn)變。通常，鏈傳動(dòng)是在傳輸功率P小于100kw、鏈速在15米每秒以下、傳動(dòng)比i不超過7的情況下使用的。本設(shè)計(jì)中采用的是十級(jí)飛輪和三級(jí)鏈輪，按照《國家自行車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求，我們要實(shí)現(xiàn)多級(jí)變速，所以飛輪齒數(shù)為11、13、15、17、19、21、24、28、32、36，牙盤（鏈輪）齒數(shù)取22、32、48。在設(shè)計(jì)低速飛輪和高速鏈輪的滾子鏈傳動(dòng)時(shí)，首要考慮的便是其可能發(fā)生的幾種常見的失效形式，如發(fā)生疲勞破壞或是靜力破壞情況，亦或是發(fā)生鉸鏈的膠合、磨損等狀況[10]，而首要目標(biāo)便是避開它們。如今國內(nèi)外鏈條零件選用的鋼材主要區(qū)別在內(nèi)外鏈板上。鏈板的使用性能要求有較高的抗拉強(qiáng)度及一定的 韌性。國內(nèi)普遍選用40Mn、45Mn制造，較少采用35號(hào)鋼。鏈條一般包括滾子鏈，齒形鏈二類。由于滾子鏈構(gòu)造簡單，能量損耗較低，諸多優(yōu)點(diǎn)讓它成為了我們平日中常見的角色。目前的主流自行車使用滾子鏈的比比皆是。關(guān)于滾子鏈標(biāo)準(zhǔn)如今已化分成A、B兩個(gè)系列產(chǎn)品，其中,A系列是符合中國鏈標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸規(guī)格;B系統(tǒng)則是符合中國歐盟(以加拿大為首)鏈技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的尺寸規(guī)格，相互之間除去節(jié)距相似之外，其余都具有本系各自的特征。目前，由于A系主要適用于高速度、重載等主要傳動(dòng)系統(tǒng)任務(wù)，在國內(nèi)市場也已大部分使用了A系滾子鏈的傳動(dòng)技術(shù)[11]。鏈條形式由主動(dòng)鏈輪按速度n1和當(dāng)量的單排鏈計(jì)算的，功率P圖3-1滾子鏈GB/T1243A系列表3-1滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)鏈號(hào)節(jié)距P排距Pt內(nèi)鏈條內(nèi)寬滾子外徑d1max內(nèi)鏈板高度h2max銷軸直徑d2max極限拉伸載荷（單排）Q每米質(zhì)量（單排）b1minmmKNKg/m05B85.64357.112.314.40.1806B9.52510.245.726.358.263.288.90.408B12.713.927.758.5111.814.4517.80.708A12.714.387.857.9512.073.9613.80.610A15.87518.119.410.1615.095.0821.8112A19.0522.7812.5711.9118.085.9431.11.516A25.429.2915.7515.8824.137.9255.62.620A31.7535.7618.919.0530.189.5386.73.8該結(jié)構(gòu)采用高速鏈輪和低速飛輪的滾子鏈傳動(dòng)，該鏈條的最大軸力由自行車的實(shí)際重量和足底與中軸線之間的距離來確定，其中輸出軸的最大功率為P令其取P=180W，而鏈輪的平均速度為n1依據(jù)《中國自行車標(biāo)準(zhǔn)》中的建議的齒數(shù)，取z1=48，由此可求得傳動(dòng)比為 i=z1根據(jù)鏈輪的轉(zhuǎn)速n1=378r/min n2=4.設(shè)計(jì)功率Pca， Pca=其中：Ka——工況系數(shù)取1。KzKpP——傳遞效率。5.鏈條節(jié)距由設(shè)計(jì)功率Pca=88.2w，取p為08A情況下的節(jié)距，由表3-1可知p=12.76.初選中心距a0 a0=（30~50）p，a0按鏈節(jié)數(shù)計(jì)算公式L Lp0=2=1027.鏈條長度為 L=Lp0實(shí)際中心距aa=p/4?{Lp0=0.318?8.鏈速VV=z1根據(jù)QB/T1716-93規(guī)范，因鏈條必須符合變速條件故采用自行車鏈條1/2*3/32。已知參數(shù)：鏈節(jié)距p=12.7mm，內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1≥2.4mm，內(nèi)鏈節(jié)外寬b2≤8.2mm，滾子外徑d1=7.8mm。根據(jù)現(xiàn)有條件，輔以《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》內(nèi)對(duì)應(yīng)條件，可得到其他相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：b1=2.38mm，b2=8.2mm，d1=7.8mm，d2=3.66mm，h2=9.91mm。依據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)在SolidWorks中建立出如圖3-2的鏈條。圖3-2SolidWorks建?！湕l圖3-2SolidWorks建?！湕l3．2確定零件材料及熱處理工藝：通過查閱關(guān)于自行車設(shè)備應(yīng)用材料的相關(guān)文獻(xiàn)，得到表3-2內(nèi)相應(yīng)數(shù)據(jù)。表3-2零件材料及其熱處理零件名銷軸外片滾子內(nèi)片材料40Cr低碳鋼盤條45號(hào)鋼45號(hào)鋼熱處理工藝淬火+油火+回火淬火+回火滲碳+淬火+回火滲碳+淬火+回火第四章后撥鏈器的設(shè)計(jì)4．1后撥鏈器的特點(diǎn)撥鏈器作為一種典型的機(jī)械裝置，它是在多層鏈輪與多級(jí)飛輪配合的情況下，改變供給鏈的位置，從而獲得各種變速的機(jī)械裝置。在以前它也叫做變速桿。如今這種“新變速桿”還分成了“前后變速桿”，即是前撥與后撥。其中，后撥是一種能夠在多個(gè)階段上調(diào)整鏈的運(yùn)動(dòng)方向的機(jī)械裝置。它的優(yōu)點(diǎn)是速度調(diào)節(jié)簡單、平穩(wěn)、無噪音。但一般而言，后撥鏈器的種類又有高速、低速以及其它類型定位式的區(qū)別。(在固定到腳踏車上的鋼絲繩索處于放松狀態(tài)，也就是撥鏈裝置扭轉(zhuǎn)彈簧的回動(dòng)時(shí)，后面的傳動(dòng)裝置就會(huì)發(fā)生換檔，而處于最小速度齒輪上的就是低速式。與之相反的則毫無疑問的是高速式，而處于兩者之間的則為其它類型，一般沒有變速彈簧)連接組、導(dǎo)輪組和拆片作為后撥鏈器的主要組成部分，每個(gè)都扮演著重要的角色。連接組有內(nèi)、外連接板之分，其內(nèi)部裝有一個(gè)彈片，用來保證恢復(fù)和一定的時(shí)間。在外接線板上設(shè)有低位限塊,以及用于與緊固錨桿的通氣孔。而內(nèi)部連接板的連接速度高于高位的連接速度。連接件作為后變速桿的一個(gè)非常關(guān)鍵的部件,它決定了它能否順利、精確地行駛，并且具有出色的換檔性能。折片組成由折片,固定螺栓,前后座軸承,后部座椅,前后座扭簧等主要零部件所構(gòu)成,同時(shí),折片焊接于后叉頭上。導(dǎo)輪組主要有扭簧、張緊輪、導(dǎo)輪、上下引板、下座軸承、下座扭簧的基本構(gòu)造,并采用扭轉(zhuǎn)彈簧和導(dǎo)向輪，為避免鏈條掉落[12]。4．2后撥鏈器材料的選用在保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量和節(jié)約制造費(fèi)用的前提下，對(duì)未承載或無法承載彈性的零件，采用塑料材料，而對(duì)某些零件具有較復(fù)雜的零件；那么應(yīng)該選擇塑料材料，主要是尼龍。內(nèi)外聯(lián)結(jié)板件選用的材料主要是中、低溫的熱軋鋼板，通常選用ZQ235。而空氣彈簧通常選用65Mn鋼。4、3關(guān)于后撥的設(shè)計(jì)4．3．1對(duì)應(yīng)的飛輪各齒間間距：根據(jù)《中國自行車標(biāo)準(zhǔn)》，可以設(shè)置各個(gè)飛輪之間的空隙。其中T-6的間隔是3.43毫米；T-5的間隔是3.33毫米；而5-4則具有3.23毫米的間隔；剩下還有4-3、3-2和2-1他們的間隔分別為3.23毫米、3.2毫米和4.0毫米，也就是說，為了保證更精確的速度，后撥的沖程也應(yīng)該是相同的。3．3變速情況下應(yīng)實(shí)現(xiàn)的性能要求：在起步前即鏈輪不運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行變速時(shí)，要求鏈輪要在轉(zhuǎn)動(dòng)小于270°就實(shí)現(xiàn)調(diào)速。在騎行過程中即鏈輪進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)過程進(jìn)行變速時(shí)，則要求鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)要小于180°就實(shí)現(xiàn)對(duì)車子的調(diào)速。4．3．4對(duì)后撥內(nèi)的彈簧的設(shè)計(jì)l.彈簧的基本要求：對(duì)于導(dǎo)彈簧來說，其使用壽命次數(shù)設(shè)定至少3×10關(guān)于前后扭簧的壽命設(shè)計(jì)其要求也不應(yīng)少于3×102．在任何情況下，后撥鏈器都不會(huì)與輪轂、鏈條發(fā)生碰撞。在可能的情況下，盡量減少從導(dǎo)向齒輪到齒輪的間隙，以便在換檔時(shí)更加順暢。在進(jìn)行內(nèi)部和外部的防塵處理時(shí)，必須保證不會(huì)發(fā)生碰撞，并考慮到結(jié)構(gòu)緊湊。4．3．5關(guān)于后撥的各零件的設(shè)計(jì)要求必須充分地考慮到每個(gè)零件的大小，在保證不發(fā)生干涉的情況下，必須充分地兼顧前后軸承的剛性，并通過合理的結(jié)構(gòu)來保證其外觀的美觀。特別是對(duì)彈簧、鉚接、螺栓進(jìn)行了耐久性和拉伸性能測(cè)試。達(dá)到設(shè)計(jì)的有效性需求。4.3．6關(guān)于連接組的設(shè)計(jì)1）對(duì)于導(dǎo)彈簧的相關(guān)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)：一根具有平衡載荷性能的圓筒型彈簧；其所受最大載荷Fmax=28.7±0.01N；彈簧在受載荷Fmax時(shí)所產(chǎn)生的變形量λmax=35mm；壽命設(shè)定為最大使用次數(shù)為104次；其自由高H選擇合適的材料從實(shí)際使用情況可知，其對(duì)材料并沒有特殊要求。故選用常被用于制作扭簧、拉簧的碳素彈簧鋼絲，其具有強(qiáng)勁彈性的特點(diǎn)。因?yàn)樗淖畲蠊ぷ黝l次設(shè)置為≥104次，所以要求[τ]=0.45選定合適的纏繞比C后（一般取5~9），計(jì)算對(duì)應(yīng)的曲度系數(shù)KK=4C?14C?4+0.165C對(duì)于彈簧絲的直徑d'設(shè)計(jì) d'≧1.6FmaxKC[τ]對(duì)于彈簧中徑D的初步選取。由D1>9mm，D2≦15mm，因此D可選擇的有三種，它們分別是10mm、11mm和12mm。對(duì)彈簧直徑d'的初步計(jì)算， d’=D/C (4-3)計(jì)算結(jié)果如表4-1。表4-1不同纏繞比下的彈簧的d’CDKdd’σB5121.310.82.216506101.250.851.717007111.210.891.617508121.191.121.2517509121.171.21.33200CDKdd’σB由表4-1內(nèi)數(shù)據(jù)比較可知，若C取5、6、7，則d，d’差距太大，故最終只考慮8、9。關(guān)于其的工作的理論圈數(shù)n的計(jì)算， n=Gd8F其中，d=12mm，G=8?104，λ當(dāng)C=8時(shí),n≈23節(jié)距p=1.2mm自由高H H0≈當(dāng)n=8時(shí)，H0≈49.1；當(dāng)n=9但H0確定彈簧絲的幾何參數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸外徑D2 D2=D+d=12+1.2=13.2mm內(nèi)徑D1 D1=D?d=12?1.2=10.8mm展開長度L為 L=Dn1 =11?12?3.14/cosα=418mm校核疲勞強(qiáng)度彈簧材質(zhì)內(nèi)部所形成的最小循環(huán)應(yīng)力：τmin=8KDF其中， F Fmin=F故有 Fmin=11.9+7.74=17.7N關(guān)于疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)的統(tǒng)計(jì)值Sca=τ極限工作載荷： Flim=π安裝工作載荷： Fmin=0.2?FF單位變形所需的載荷稱為彈簧剛度KF,軸向變形量為λ， λ=8nFC3其安裝變形量λmin λmin =23.44/1.50=15.62mm最大變形量 λmax=Fmax極限變形量 λlim=Flim2）調(diào)節(jié)螺栓設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)目標(biāo)：高低去調(diào)節(jié)螺絲在后撥中起到很重要的調(diào)整功能，一般通過H、L來調(diào)整，以提高后端沖程。此螺栓在聯(lián)結(jié)過程中，會(huì)受一根與軸向相同的拉力，因此，將其暫時(shí)設(shè)定為d=M5，公稱長l=12mm，其用材則選用45號(hào)鋼材。關(guān)于螺栓的中徑d2關(guān)于常見的鋸齒形螺紋的螺栓： d2?0.65 =0.651539從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中可以看出：[P]=10,關(guān)于對(duì)內(nèi)螺紋的強(qiáng)度檢驗(yàn)p=Fπd根據(jù)《金屬材料手冊(cè)》內(nèi)的相關(guān)內(nèi)容，[σ]=360MPa，故結(jié)果驗(yàn)證其滿足了螺紋的強(qiáng)度。對(duì)于螺桿的強(qiáng)度的相關(guān)檢驗(yàn) σe=σ2+3τ2=4F3）關(guān)于鉚釘?shù)脑O(shè)計(jì)和相關(guān)的強(qiáng)度校核該鉚釘與BM、PM之間有彈簧相連，其拉彈簧D為13.6mm，鉚釘長度9mm，Mlim選用鉚釘?shù)某叽纭⒉馁|(zhì)以及表面處理方法依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，選用碳素結(jié)構(gòu)鋼型號(hào)Q235-A，退火加工處理。選擇鉚釘參數(shù)按照《機(jī)械設(shè)計(jì)》的設(shè)計(jì)需求，可得Σδ=29mm，l=25mm，d=3.3mm，鉚釘距離強(qiáng)度計(jì)算鉚釘?shù)膲簯?yīng)力、剪應(yīng)力和工作面結(jié)構(gòu)擠壓應(yīng)力均假設(shè)為均勻分布。最大工作載荷F Fmax= =最大工作應(yīng)力σmax σmax=F = =4700000Pa=4.7MPa由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知其許用內(nèi)部應(yīng)力[σ]為115MPa，得鉚釘受·變載荷等于許用載荷的百分之十，即為11.5MPa，而最大工作載荷為4.7MPa是小于受變載荷，則鉚釘能夠滿足要求。4）螺栓受力的分析1.將繩子的牽引力FR向結(jié)合面上平移，增加反轉(zhuǎn)力矩M該螺栓組連的橫向負(fù)荷力矩FR=50N和反轉(zhuǎn)力矩M=3mm*50N=150N?mm共同影響作用。 預(yù)緊力 F0?其中，結(jié)合面m=1，f取0.15，防滑系數(shù)Ks 取1.1。2.傾覆力矩M所引起的螺栓載荷在力矩M作用下，螺栓應(yīng)受的拉力F F=M/Z=150/3=50N (4-22) 3.螺栓在軸向方向所受的總拉力ΣF, ΣF=F04.強(qiáng)度計(jì)算1）許用拉應(yīng)力[σ]的計(jì)算螺栓的機(jī)械性能選擇4.8級(jí)，同時(shí)取σ3=340MPa [σ]=σ3/S=340/1.4=241.9MPa5.螺栓直徑計(jì)算 d1?4×1.3×122.56.校核檢驗(yàn)擠壓應(yīng)力的相關(guān)狀況初步設(shè)計(jì)目標(biāo)：目標(biāo)一：實(shí)現(xiàn)上端的結(jié)合面正常情況下不會(huì)有縫隙出現(xiàn)；目標(biāo)二：保證下端的結(jié)合面在正常情況下不會(huì)被壓潰。關(guān)于結(jié)合面其面積S和其抗彎截面的系數(shù)W的相關(guān)計(jì)算 S=a?a=5?5=25 W=M/關(guān)于目標(biāo)一的設(shè)計(jì) σpmin=Z為滿足設(shè)計(jì)要求，選擇M5的GB5781-86即螺紋大徑為5mm的六角螺栓，其它剩余的參數(shù)可以按照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》規(guī)格選擇：d材料的選擇是油鋼（45號(hào)鋼），對(duì)外表進(jìn)行鍍鋅鈍化處理，其公差的等級(jí)是C，其螺紋公差為6g。標(biāo)記：螺紋尺寸d=M5，公稱直徑l=16mm，C級(jí)六角頭螺栓性能等級(jí)48級(jí)，用螺栓連接GB5781-86M6×16,進(jìn)行鍍鋅鈍化關(guān)于目標(biāo)二的校對(duì) σpmax=Z其中許用的擠壓應(yīng)力[7.螺母的相關(guān)參數(shù)的選擇由螺栓的螺紋大徑為5mm，故選擇Ⅰ型的六角螺母，且根據(jù)精度要求選擇C級(jí)即可。其參數(shù)對(duì)應(yīng)是：d標(biāo)記：螺紋規(guī)格D=M5性能等級(jí)為45級(jí)，表面鍍鋅鈍化C級(jí)的I型六角螺母，GB42-86M5,螺紋公差7H。4.3.7對(duì)導(dǎo)輪組的相關(guān)設(shè)計(jì)1）對(duì)防塵板的相關(guān)設(shè)計(jì)防塵板除了可以防止灰塵外，還可以將導(dǎo)向輪連接起來，這樣在換檔時(shí)就不會(huì)與鏈輪產(chǎn)生干擾，從而出現(xiàn)影響使用壽命的情況了，最終材料選用ZQ235。2）對(duì)于導(dǎo)輪的相關(guān)設(shè)計(jì)張緊輪和導(dǎo)輪均選用13齒型，Q235為宜，端面齒形則為“三圓弧一直線”結(jié)構(gòu)。3）對(duì)于導(dǎo)輪彈簧的相關(guān)設(shè)計(jì)由之前的完成設(shè)計(jì)作為基礎(chǔ)，再次對(duì)扭轉(zhuǎn)彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求其呈受力平穩(wěn)狀態(tài)，其中預(yù)扭矩Tl=6N?m，工作轉(zhuǎn)矩T2=115N?m，而扭轉(zhuǎn)角Φ=80°，周期設(shè)置要小于1×10確定材料及許用應(yīng)力從上表得知，該彈簧屬于Ⅱ類載荷彈簧，選Ⅱ類碳素彈簧鋼絲，E=202GPa，σB為1820MPa，σBp為0．5確定d彈簧鋼絲，選C=6，K=4C?14C?4 d彈簧鋼絲?332kTnπσBP=1.2由表4-1可知，彈簧鋼絲σB為1863MPa與原值相近，合乎設(shè)計(jì)要求，則中徑D D=d彈簧鋼絲?C=1.3?6=7.8mm確定彈簧的有限工作圈數(shù)n， n=Ed4其中，T2?T解之得，n=16.2，圈數(shù)取整后則是n=16。彈簧的扭轉(zhuǎn)剛度k k=Ed關(guān)于扭轉(zhuǎn)角和扭矩的計(jì)算最高實(shí)際工作轉(zhuǎn)矩時(shí)的扭力角? ?2=T2/k=91°， ?1=T1/k=10°， T1=k?1=52?2.37=13.9N?mTS=πσsd工作極限扭轉(zhuǎn)角Φ Φs=Ts/k=591/2.37=220°,彈簧節(jié)距t, t=d+σ1=0.5+1.7=1.8mm,自由長度H0 H0=d+nt=2.2?19+1.7=17.3mm螺旋角α α=arctan?t展開長度L L=πDncos?α+L0=π?10.2?19/cos?其中L0為工作臂長度。圖4-1SolidWorks建?！髶茏罱K根據(jù)上述一系列參數(shù)在SolidW圖4-1SolidWorks建?！髶艿谖逭骆溳喓惋w輪設(shè)計(jì)及選材

5.1設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)高速鏈輪與低速飛輪的滾子鏈傳動(dòng)，己知鏈輪最大軸功率P=80w，鏈輪平均轉(zhuǎn)速n1=378r／min，人對(duì)其作用的負(fù)荷也比較均勻[14]。鏈輪軸直徑為35mm。其中鏈輪齒數(shù)、實(shí)際傳動(dòng)比i、鏈輪轉(zhuǎn)速n1、飛輪轉(zhuǎn)速n2、設(shè)計(jì)功率Pcd、實(shí)際中心距a有效圓周力設(shè)計(jì) Fe=1000P/v=1000?0.18/2.24=80.36N由鏈速v=2.24m/s根據(jù)圖5-1可知選用方式Ⅱ滴油潤滑。圖5-1推薦的潤滑方式其中方式Ⅰ為人工定期潤滑，Ⅱ?yàn)榈斡蜐櫥?，Ⅲ為滴池潤滑或油盤飛濺潤滑，Ⅳ為壓力噴油潤滑。對(duì)軸心施加的拉力FP的計(jì)算圖5-1推薦的潤滑方式其中方式Ⅰ為人工定期潤滑，Ⅱ?yàn)榈斡蜐櫥?，Ⅲ為滴池潤滑或油盤飛濺潤滑，Ⅳ為壓力噴油潤滑。 FP 其中KFP為壓軸力系數(shù)，當(dāng)是水平傳動(dòng)的情況時(shí)取1.15以《機(jī)械設(shè)計(jì)》和下列基礎(chǔ)參數(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)鏈輪的高轉(zhuǎn)速（48）和飛輪（28）進(jìn)行定型設(shè)計(jì)：z可以求得：分度圓直徑 d鏈輪=p/sin180°/z1 d飛輪=p/sin180°/齒頂圓、齒根圓直徑計(jì)算： da鏈=d =195+12.7?(1?1.6/48)?7.92=200mm df鏈= da飛=d+p(1?1.6/ df飛=齒高計(jì)算 ?a=0.5?齒槽的相關(guān)設(shè)計(jì)齒槽的形狀設(shè)計(jì)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》得：鏈輪及飛輪齒圓弧半徑：remax r鏈eminr滾子定位圓弧半徑 ri=0．505d=0.506?7.92+0.069??d1=4.15mm滾子定位角α鏈=（120°?90°）/α飛=（120°?90°）/5.2材料的選擇關(guān)于鏈輪的選材首先必須具有較長的使用壽命和較高的硬度，而其中小輪的合數(shù)會(huì)更高，且撞擊強(qiáng)度也更大，因此如果選用小型的鏈條可以選用優(yōu)質(zhì)的材質(zhì)。本次設(shè)計(jì)的鏈輪會(huì)考慮選用輕重量輕，中低速，耐震動(dòng)，耐磨損耗等材質(zhì)材料。但是為了確保它的張力，應(yīng)選擇高強(qiáng)度的鋼板。由《機(jī)械工程材料》一書中提供的信息可知：大輪選用為45號(hào)鋼，其統(tǒng)一的數(shù)字代號(hào)是U20452，其中C的含量為0．42％~0．50％，Mn的含量為0．50％~0．80%，Si的含量為0．17％~0．37%，而Cr≦0.25％，其熱處理工藝為采用840℃淬火、600℃回火，其中δb≧600MPa，同樣δs≧355MPa，它的伸長率約為16％左右，而收縮率則為40％左右，會(huì)由沖擊功轉(zhuǎn)換出39J能量，退火硬度要求是≦197HB；相比大輪，小輪則選擇用優(yōu)質(zhì)的40Cr調(diào)質(zhì)鋼。飛輪必須滿足下列技術(shù)條件：飛輪的回轉(zhuǎn)靈敏，且不存在卡頓現(xiàn)象；飛輪的起動(dòng)是否滿足表5-1中的要求。表5-1飛輪的技術(shù)要求項(xiàng)目齒數(shù)芯子固定，使鏈輪旋轉(zhuǎn)時(shí)鏈輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，使芯子旋轉(zhuǎn)時(shí)兩測(cè)量值之和mm齒根部的斷面11~17≦0.30≦0.30≦0.5018~26≦0.40≦0.40≦0.78圓跳動(dòng)27以上≦0.50≦0.50≦0.80齒根部的徑向圓≦0.50≦0.50≦0.80（2）鏈輪必須滿足以下技術(shù)條件：a）斷面圓跳動(dòng)量不得大于1.0mm。b）徑向圓跳動(dòng)量不得大于1.0mm。依據(jù)以上數(shù)據(jù)代入圖5-2SolidWorks建?！w輪組圖5-3SolidWorks建?！溳喗MSolidWorks建模得到如圖5-2飛輪，圖5-3鏈輪。圖5-2SolidWorks建模——飛輪組圖5-3SolidWorks建?！溳喗M第六章前撥鏈器的設(shè)計(jì)6.1工作原理在變速時(shí)，前撥起著至關(guān)重要的作用。它的工作原理是利用一根傳動(dòng)絲拖動(dòng)傳動(dòng)杠桿，傳動(dòng)杠桿與導(dǎo)向板相聯(lián)結(jié)，由此引導(dǎo)板微動(dòng)，將鏈輪推至較低的鏈盤或較高的鏈盤處，由此產(chǎn)生了撥鏈的功能；此外，在所述傳動(dòng)桿與所述固定杠桿之間，還設(shè)有回動(dòng)彈簧。我們可以將前變速器簡化為三連桿，在此基礎(chǔ)上，將連接于底座的連桿稱為主動(dòng)連桿，調(diào)整鏈的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的連桿是定位棒，連接于所述定位棒和所述傳動(dòng)桿的下方是導(dǎo)向板；該導(dǎo)片包括一個(gè)內(nèi)導(dǎo)向片和一個(gè)外導(dǎo)向片。因此，前撥包括四個(gè)部分：機(jī)座，驅(qū)動(dòng)部分，定位部分，導(dǎo)板。6.2材料選擇綜合考慮強(qiáng)度和材料成本，最終選用了Q235材質(zhì)，并選用了65Mn彈簧鋼作為扭簧的制作材料。6.3牙盤間距首先牙盤可調(diào)為3級(jí)，根據(jù)查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)，初選大牙盤到中牙盤間距為3.3mm，中牙和小牙之間選擇3.23mm。6.4驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)片、鉚釘和變速線連接螺栓是組成驅(qū)動(dòng)部分的核心成員。1）關(guān)于驅(qū)動(dòng)片的相關(guān)材料選定。以強(qiáng)度和使用環(huán)境為第一判斷，選用表面不處理或是經(jīng)鍍鋅的Q235型碳素鋼。2）鉚釘部分的設(shè)計(jì)在了解了鉚釘?shù)脑O(shè)計(jì)要求并依據(jù)其所處的位置和需求的承載強(qiáng)度，最終選用Q235型碳素鋼，形狀是為平錐頭的鉚釘。首先考慮設(shè)計(jì)釘桿的直徑d，參照《現(xiàn)代設(shè)計(jì)手冊(cè)連接件和緊固件》并按國家標(biāo)準(zhǔn)確定其直徑為d=3mm。然后是對(duì)釘孔直徑d0進(jìn)行考慮，參考《現(xiàn)代設(shè)計(jì)手冊(cè)連接件和緊固件》，可得d對(duì)鉚釘?shù)拈L度進(jìn)行計(jì)算，參考《現(xiàn)代設(shè)計(jì)手冊(cè)連接件和緊固件》當(dāng)選擇鉚接成半圓頭時(shí)， L=1.12Σδ+1.4d，其中，L——鉚合前釘材長度，Σδ——被連接件作為的總厚度，d——鉚釘直徑。所以L=1.12?4+1.4?8．7mm。對(duì)于鉚接結(jié)果的強(qiáng)度校核鉚接件會(huì)受30N橫向力的作用，下面將進(jìn)行對(duì)鉚釘?shù)目辜魪?qiáng)度τ、釘桿和孔壁之間的擠壓強(qiáng)度σp的校核 τ=4F橫 σp=F橫

dσ由此，該鉚釘滿足強(qiáng)度要求。根據(jù)《現(xiàn)代設(shè)計(jì)手冊(cè)連接件和緊固件》提供的信息可確定平錐頭鉚釘?shù)南嚓P(guān)參數(shù)選擇其型號(hào)為GB/T868的螺釘,其他參數(shù)分別為d=3mm,所選擇的材質(zhì)為Q235，其表面為未加工的扁平鉚接。3)關(guān)于變速線螺栓部分的設(shè)計(jì)采用半圓頭方頸螺栓，螺栓受有變速線的拉力和傾覆力矩，變速線的拉力F=50N,其所受的翻轉(zhuǎn)力矩M=3?50=150H螺栓連接的受力分析

預(yù)緊力的計(jì)算 F0?KSFfzi=1.2?50/1?0.35=171N, 螺栓所受的軸向總拉力∑F ∑F=螺栓的強(qiáng)度計(jì)算

用螺釘?shù)膭偠扔?jì)算螺釘與承受橫向載荷的緊螺釘聯(lián)接，根據(jù)第四強(qiáng)度理論可得： σ=1.3F0可求得： d1?則選擇直徑M6的螺栓校核螺栓的疲勞強(qiáng)度根據(jù)《現(xiàn)代設(shè)計(jì)手冊(cè)連接件和緊固件》得：ε=1，Kt=l，Ku=1.5， σa=螺栓的應(yīng)力幅值σ

σa=設(shè)計(jì)安全。校核結(jié)合面上的擠壓應(yīng)力結(jié)合面的面積S=b?b=36mmW=M/σB=150N?mm σPmax =171/36+150/98 =6.25MPa< σPmin≈經(jīng)檢驗(yàn)得，該螺栓疲勞強(qiáng)度符合要求。選用GB/T12M6的半圓頭方頸螺栓，對(duì)應(yīng)參數(shù)如下：dkmax=13.1mm,K1max=4.4,Kmax=4.08,Ssmax=6.3,r4）選擇墊圈依據(jù)《現(xiàn)代設(shè)計(jì)手冊(cè)連接件和緊固件》可知，選擇器平墊圈的等級(jí)為C級(jí)（GB/T95），螺紋大徑選擇6mm,關(guān)于墊圈參數(shù)的選擇：其是沒對(duì)表面情況進(jìn)行處理的8級(jí)性能螺墊。5）選擇螺母選擇未經(jīng)過表面加工的I型六角螺絲（GB/T6170）并按D=M6的標(biāo)準(zhǔn)選擇為8級(jí)。其他參數(shù)分別為：emin=11.05,Smax=10其內(nèi)部螺紋的規(guī)格是D=M6、8級(jí)性能、未經(jīng)過表面處理，A級(jí)I型六角螺母的標(biāo)記：螺母GB第七章自行車變速比分析7.1傳動(dòng)比和變速比7.1.1速度比自主輪和從動(dòng)輪的齒數(shù)之比叫做齒輪比，也是變速器比。顯然，當(dāng)主動(dòng)性輪和從動(dòng)輪的齒量相同時(shí)，這時(shí)從動(dòng)輪的速度也與主動(dòng)性輪相同，即主動(dòng)性輪齒數(shù)大于從動(dòng)輪的齒數(shù)，主動(dòng)性輪每轉(zhuǎn)動(dòng)個(gè)圈，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)過的路程將大于一圈，這樣速度就會(huì)增大。由此，因此，我們便可得知，變速比與主動(dòng)輪齒量成正比，而與從動(dòng)輪的齒數(shù)量成反相關(guān)，即x代表變速比,a代表主動(dòng)輪齒量,b代表從動(dòng)輪的齒數(shù)[16]，則有如下的關(guān)系表示： x=a/b (7-1)7.1.2傳動(dòng)比傳動(dòng)系統(tǒng)比又叫傳動(dòng)系數(shù)，它是齒輪比與后圈拉直的乘積。因?yàn)閚代表傳動(dòng)比,d代表代表前后圈直徑，所以將它們的關(guān)系表如下： n=a/d?b=x?d (7-2) 從上式可以看出，當(dāng)傳動(dòng)的齒輪比或變速比確定后，傳動(dòng)比n與后圈徑d成正比。7.1.3傳動(dòng)行程傳動(dòng)路程就是每踏過一圈，自行車前進(jìn)運(yùn)動(dòng)的距離叫做傳動(dòng)路程，或者叫做速比路程。其中選擇以S代表傳動(dòng)行程，則可由如下關(guān)系表示： S=πn（其中為π常數(shù)，通常π取3.14） 或是S=a/d?b?π (7-3)國際上通常是用御制代表車子的后輪長度，但傳動(dòng)速度多數(shù)是用米制單位，所以，我們的第一步就是將御制改為米制單位，1英寸=2.54cm,以h表示，則有h=2.54cm故變?yōu)椋?S=a/d?b?π??舉例說：一輛山地車牙盤為48齒，飛輪28齒，后輪直徑等于26寸時(shí)，求它的傳動(dòng)行程。由上述的公式： S=a/d?b?π?? =48/28?26?3．14?2．54=355cm即表示騎手腳踏過一圈，自行車將會(huì)前行3．55m。7.2自行車各齒輪變換的理論速度比下面的表7-1為鏈輪與飛輪理論上的變速比參照表。表7-1變速比參照表飛輪

鏈輪111315171921242832362221.691.471.291.161.050.920.790.690.61322.912.462.131.881.681.521.331.1410.89484.363.693.22.822.532.2921.711.51.337.3日常中實(shí)際調(diào)速的使用方法雖然理論上本次設(shè)計(jì)的變速系統(tǒng)會(huì)有30種變速選擇，但是還應(yīng)考慮生活中的實(shí)際情況。在日常騎行中建議的操作方式是：若前置1擋，則后置可選1~5擋為最佳；若在前置2擋，則最好在2~7擋后使用；若選最后一排即3擋，則最好是搭配7~10擋。前置1擋后置6~9擋和前置3擋后置1~4擋是比較忌諱的。因?yàn)檫@樣在使用的過程中，鏈條會(huì)處于一種非常嚴(yán)重的磨損狀態(tài)，比如前面的是第一個(gè)齒輪，后面的是第九個(gè)齒輪，再切換的時(shí)候，鏈條就會(huì)歪歪扭扭，隨著時(shí)間的推移，鏈條會(huì)慢慢的變軟，甚至?xí)嗔?，如果胡亂的使用，會(huì)讓鏈條、飛輪、牙盤的機(jī)械磨損更加嚴(yán)重。換而言之：左側(cè)的牙輪（小的）對(duì)左側(cè)的飛輪（大飛和鄰近的），中間對(duì)中間，右邊對(duì)右邊。圖7-1變速搭配推薦在日常騎行的時(shí)候，盡量把踏頻調(diào)高一些，在70-110之間，踩踏頻率比較高，不容易積累乳酸，要長時(shí)間的練習(xí)，才能達(dá)到這樣的效果。太大或者太小的齒輪并不適合，在熱身的前幾公里，可以用更小的齒輪來擴(kuò)張自己的血管，讓自己的肌肉更好的運(yùn)動(dòng)，在達(dá)到高速的時(shí)候，齒輪的比例可以慢慢的調(diào)大，根據(jù)路面的不同，可以根據(jù)路況的不同而靈活的改變，到了終點(diǎn)的時(shí)候，就需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整一下，這樣可以讓自己的速度更快，讓自己的速度更快。因?yàn)槊總€(gè)人的身體狀況都不一樣，所以每個(gè)人選擇的車系也會(huì)有一定的區(qū)別。比如輕型賽車的加速和爬坡能力雖然不錯(cuò)，但是受到了風(fēng)阻的影響，比例更大，因此，使用輕型車需要更好的變速技術(shù)，這樣才能發(fā)揮出最大的威力。但最大的齒輪比和最小的齒輪比例都不太好，前最大后最小，確實(shí)可以在最短的頻率下得到最快的速度，但實(shí)際上這樣做是錯(cuò)誤的，因?yàn)樾D(zhuǎn)的越大，每一次踢出的力道越大，頻率越低，血液循環(huán)越慢，越容易造成肌肉缺氧，而11齒和12齒的飛片，在所