蛋殼形便攜自行車設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、蛋殼形便攜自行車設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)校：隱去設(shè)計(jì)人員：隱去指導(dǎo)老師：隱去9蛋殼形便攜自行車摘要：環(huán)保健身成為品質(zhì)生活的重要組成部分，越來(lái)越多的人不愛(ài)開(kāi)車愛(ài)騎車。自行車的停放展示了現(xiàn)代都市的文明程度，隨意停放有礙市容， 集中停放又受到場(chǎng)地制約。針對(duì)這一問(wèn)題本小組設(shè)計(jì)了一種蛋殼形便攜自行車，該車和購(gòu)物車合為一體。購(gòu)物時(shí)折疊拖行，可當(dāng)購(gòu)物車用，購(gòu)物后展開(kāi)騎行， 該設(shè)計(jì)可以減少超市自行車的停放量,可以減少超市購(gòu)物車的使用量。便攜式自行車折疊后可以節(jié)約普通自行車五分之四的空間,且停放美觀。本設(shè)計(jì)低碳環(huán)保，可以緩解城市交通擁擠，適宜在大城市推廣使用。關(guān)鍵詞：便攜，自行車，購(gòu)物，低碳環(huán)保第一章 前言第二章 蛋殼形便

2、攜自行車方案設(shè)計(jì)2.1 對(duì)現(xiàn)有折疊自行車的分析2.2 購(gòu)物車式自行車設(shè)計(jì)方案確定第三章 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算3.2 前件與前架的連接設(shè)計(jì)3.3 前架與中架的連接設(shè)計(jì)3.4 后架與座椅支架設(shè)計(jì)3.5 車把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.6 車殼設(shè)計(jì)3.7 車門(mén)設(shè)計(jì)第四章 主要零部件有限元分析4.1 前架的有限元分析4.2 中架的有限元分析第五章 運(yùn)動(dòng)仿真5.1 仿真運(yùn)動(dòng)的步驟5.2 仿真設(shè)置及結(jié)果參考文獻(xiàn)致謝目錄1314151617181818192020212223第一章 前言1.1 自行車的發(fā)展過(guò)程簡(jiǎn)介據(jù)史料記載，最早的實(shí)物自行車是 1791 年法國(guó)人西拉夫克發(fā)明的在玩具馬車上裝兩個(gè)輪 子的“

3、玩具馬” 。因無(wú)驅(qū)動(dòng)裝置，坐墊較低，騎車人兩腳著地，用腳蹬地前進(jìn)。2 個(gè)木輪、 1 個(gè)鞍座和 1 個(gè)控1818 德國(guó)的德拉伊斯首創(chuàng)了前輪可以轉(zhuǎn)向的自行車。他用 制前輪的車把制成 1 輛木輪車，人坐在車上，用兩腳蹬地，驅(qū)動(dòng)木輪運(yùn)動(dòng)。1839 年蘇格蘭鐵匠麥克米蘭把自行車由木質(zhì)結(jié)構(gòu)改為金屬結(jié)構(gòu)，輪子做成前輪小后輪 大，在前輪處有腳蹬，通過(guò)曲柄使后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，騎車人用兩腳踩動(dòng)兩根長(zhǎng)桿車子就向前行進(jìn)， 騎車人的腳真正離開(kāi)了地面。1863 年法國(guó)馬車店老板米喬克斯在前輪上安裝了腳蹬。 1870 年法國(guó)的古里門(mén)為自行車裝 上了鋼絲輻條，采用加大前輪，以鏈條傳動(dòng)后輪的結(jié)構(gòu)。1874 年英國(guó)人勞森造出 1輛和今天

4、形式大致相同的自行車， 在車上開(kāi)始裝上鏈輪和鏈條， 用后輪驅(qū)動(dòng)車子前進(jìn)，成為安全自行車，但前輪仍比后輪大，鞍座較低。英國(guó)機(jī)械師斯塔雷，在自行車上安裝上前叉和剎車，首次使用橡膠作車輪，改進(jìn)了自行 車的很多結(jié)構(gòu)， 同時(shí)改造了很多生產(chǎn)自行車的機(jī)器， 為自行車的大量生產(chǎn)創(chuàng)造了條件， 被后 人稱為自行車工業(yè)之父。1885 年蘇格蘭的鄧洛普研制將充氣輪胎用于自行車，使自行車減震性能大大增強(qiáng)，讓騎 車的人騎行舒適度更為提高。再加上管材結(jié)構(gòu)，配上車鈴、支架、車燈等部件，前后輪改為 一樣大，到 19 世紀(jì)末自行車結(jié)構(gòu)就基本完善了。經(jīng)過(guò)將機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展的成果運(yùn)用于自 行車的設(shè)計(jì)制造的努力， 自行車開(kāi)始通過(guò)批量生

5、產(chǎn)走進(jìn)普通人的生活， 成為人們生活中方便、 快捷的交通工具。1.2 傳統(tǒng)自行車的缺點(diǎn)傳統(tǒng)自行車作為短途代步工具具備其他交通工具不可替代的功能，但是傳統(tǒng)自行車的體 積過(guò)大，停放不方便，且占用面積大，不利于在外停放和家中停放?，F(xiàn)在的城市交通擁擠、 存車面積明顯不足、 自行車停車場(chǎng)所缺乏、 占用人行道停車情況嚴(yán)重且自行車被盜現(xiàn)象也十 分嚴(yán)重。因此設(shè)計(jì)一種占地面積小、輕便、防盜、時(shí)尚的可折疊自行車就顯得十分有必要。1.3 折疊自行車的前景和優(yōu)點(diǎn)1）前景折疊自行車是 20 世紀(jì) 30 年代在歐洲起源于軍事用途并伴隨著轎車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

6、從而使之體積更小、量更輕、強(qiáng)度更大、更結(jié)實(shí)耐用。目前折疊自行車主要集中在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。在這些國(guó)家，很多私人轎車都配備折疊自行車， 以備應(yīng)急和休閑之用。 根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)， 正處在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和轎車開(kāi)始大量進(jìn)入家庭階段的我國(guó)， 自行車行業(yè)產(chǎn)業(yè)即將迎來(lái)更大的發(fā)展機(jī)遇，而折疊自行車的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)符合國(guó)情，其發(fā)展空間將有很大的優(yōu)勢(shì)。自行車的發(fā)展方向是設(shè)計(jì)個(gè)性化、功能綜合化、自重輕量化、操縱方便化、 款式多樣化，自行車系列產(chǎn)品將得到更迅速的發(fā)展， 并形成高中低多檔次格局，尤其折疊自行車是我國(guó)最具潛力取得世界領(lǐng)先水平的產(chǎn)品。目前已經(jīng)有折疊自行車使用單列向心球軸承、腹板結(jié)構(gòu)及獨(dú)創(chuàng)的711齒分體小飛輪,解

7、決了小自行車受傳動(dòng)比限制的技術(shù)難題， 使小自行車不但體積小、重量輕而且速度快， 十分便于騎行、 攜帶和存放。 通過(guò) 12 英寸樣車在各種路況試騎后， 速度與 26 英寸自行車相同，騎行操控性、舒適性、安全性均非常令人滿意，完全可以滿足成人代步需要，整車質(zhì)量只有59公斤，大大低于普通 26 英寸自行車，開(kāi)發(fā)形成系列產(chǎn)品后，極具潛力。在城市部分取代 26 英寸自行車，成為上班族、學(xué)生、有車族、老年人的時(shí)尚選擇，有著誘人的市場(chǎng)前景。2）折疊自行車優(yōu)點(diǎn)：1 ）靈活攜帶：折疊式自行車比一般自行車要輕，折疊后其體積不到普通自行車的五分之一，體積小，重量輕，提著上樓、上電梯、上公交、乘地鐵，都不費(fèi)勁，是公共

8、交通的最佳伴侶。2）快速折疊：折疊與打開(kāi)時(shí)均無(wú)需工具，整個(gè)過(guò)程只需十幾秒鐘而已。把手、坐墊無(wú)須任何工具也可自由調(diào)整高低，男女老幼皆可乘騎。3）駕馭自如：依據(jù)人體力學(xué)而設(shè)計(jì)的折疊自行車，車輪不大，通過(guò)調(diào)整前后齒比，騎行舒適快速省力，把手、坐墊高低均可調(diào)整。4）保持時(shí)尚：折疊車外形靚麗，做工精美，絕對(duì)是時(shí)尚一族的頂好裝備。5）送禮佳品：價(jià)格、外觀、功能，都決定它是送禮的好選擇。6）健身環(huán)保：騎折疊自行車不僅是最好的有氧運(yùn)動(dòng)之一，也符合綠色出行的主題。第二章便攜式自行車方案設(shè)計(jì)2.1已有折疊自行車的分析現(xiàn)在的市場(chǎng)上存在著各種各樣的折疊自行車，廠家們也在爭(zhēng)先的推出新產(chǎn)品，為求能夠吸引更多消費(fèi)者的注意力

9、，增加銷售量。但是在這些款式中，大部分折疊自行車的折疊機(jī)構(gòu)都是千篇一律、大同小異的，多數(shù)都只不過(guò)在顏色和材料或者是小部件上有所區(qū)分,沒(méi)什么設(shè)計(jì)能真正做到真正意義上的改進(jìn)。市場(chǎng)上大部分的折疊自行車雖然折疊后體積是比傳統(tǒng)自行車小一點(diǎn)，但對(duì)于廣大用戶而言， 市場(chǎng)上很多折疊自行車折疊后還是很難攜帶,盡管也有一些折疊車品牌陸續(xù)推出了折疊車提包，但提包體積很大，非人力可以攜帶行走。因此，折疊自行車已經(jīng)成為自行車的一種發(fā)展優(yōu)勢(shì)，人們?cè)谶x購(gòu)自行車是都會(huì)首先考慮折疊自行車，所以，現(xiàn)在人們對(duì)購(gòu)買選擇自行車的要求已經(jīng)不僅僅局限于使用舒適,還包括外形、結(jié)構(gòu)和存放空間等等，所以只是簡(jiǎn)單的改變一些小部件，改變顏色和材料等

10、得改進(jìn)已經(jīng)不存在著什么明顯的優(yōu)勢(shì)。如何能把折疊自行車折疊后的體積更小，折疊操作更方便、省時(shí)、靈活，已經(jīng)成為廣大折疊自行車開(kāi)發(fā)者的挑戰(zhàn)。自折疊自行車出現(xiàn)以來(lái)，人們嘗試了多種折疊方式，其中運(yùn)用最廣的折疊方式是將車架大梁折疊，前后車輪能疊在一起，車把側(cè)放倒，座管壓到底，腳踏板折疊，車把折疊，如圖2.1所示；這種折疊方式在折疊后體積確實(shí)縮小了，但外形不規(guī)則，必須提著行走，不便于攜帶，收起、展開(kāi)費(fèi)事，且折疊后沒(méi)有固定裝置，這種折疊方式僅適用于折疊后便于家中存放。因此雖然技術(shù)較為成熟，但并不是理想的折疊式自行車。折疊方式影響著自行車的各項(xiàng)性能。一種設(shè)計(jì)方式被消費(fèi)者接受并被廠家廣泛采用也自然會(huì)成為行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)

11、，但是自折疊自行車出現(xiàn)以來(lái)， 人們嘗試的多種折疊方式都有其局限性。圖2.1大梁折疊式自行車. ,nrl這種折疊方式是目前較為成熟的折疊方式，但這種折疊方式有較多不便之處，折疊較為復(fù)雜，且折疊后前后輪無(wú)固定裝置，導(dǎo)致前后輪容易分開(kāi)， 折疊后所占的空間比理論空間要折疊功大的多，且無(wú)提手之類的裝置。 這種折疊自行車只適用于閑置的自行車在家中存放,能大大的降低了。另一種折疊自行車改變了傳統(tǒng)的折疊方式，是目前全球最小最輕的折疊自行車。自行車僅重5.5公斤，折疊后可以放入包中，如同一把雨傘。這種折疊自行車的制造者是英國(guó)發(fā)明家克萊夫辛克萊爵士，他曾在1970年發(fā)明當(dāng)時(shí)世界上最小的袖珍計(jì)算器。該自行車可以承受

12、的重量最高為 112公斤，它的高度可以調(diào)節(jié)。 而且它折疊和展開(kāi)都比較便捷，只需大約20秒。雖然展開(kāi)后，這種自行車的車輪只有普通自行車的四分之一大，但辛克萊說(shuō)，騎在上面照樣很穩(wěn)當(dāng)。但是這種自行車目前在國(guó)內(nèi)還不是很流行，其售價(jià)為300美元左右，對(duì)于國(guó)內(nèi)人來(lái)說(shuō)，還不是能很好的接受。 通過(guò)對(duì)以上折疊自行車的分析，目前較好的折疊方式為折疊前后叉。但這僅解決了折疊的問(wèn)題， 折疊自行車安全的問(wèn)題未解決。折疊自行車很輕便, 它的輕是一大特點(diǎn)，也是一大缺點(diǎn)，放在室外容易被人偷走。22自行車方案設(shè)計(jì)綜合考慮，折疊方法采用前后叉折疊的方式，這樣比較節(jié)約空間。其次，為了保證自行我們決定將自行車折疊后留出車的安全，并且

13、能方便自行車在超市或者擁擠的菜場(chǎng)中行走,定空間，這樣，在購(gòu)物時(shí)可以代替購(gòu)物車，且自行車可以真正的做到隨身攜帶，也保證了自行車的安全如圖2.2所示。車門(mén)J:/ 車簍圖2.2折疊自行車為了使折疊自行車能夠?qū)崿F(xiàn)展開(kāi)后安全正常行駛,折疊后便于攜帶，且折疊后自行車整體骨架壓縮在車殼下部，這樣便于車殼上部空出足夠的空間，車架折疊采用前后叉折疊方式, 這樣便于前后車殼閉合； 總體結(jié)構(gòu)尺寸最小化， 關(guān)鍵零部件強(qiáng)度、剛度足夠；動(dòng)作安全可靠, 工作時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；整個(gè)結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，結(jié)合各種折疊自行車方案實(shí)力，結(jié)合實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn), 最終確定了如圖2.3所示的主要折疊關(guān)節(jié)圖框架。第三章主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算三

14、維CAD軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)三維實(shí)體本設(shè)計(jì)小組通過(guò)Autodesk Inven tor P rofessio nal的建模。Inven tor 產(chǎn)品提供了一組全面的設(shè)計(jì)工具，支持三維設(shè)計(jì)和各種文檔、管路設(shè)計(jì)和驗(yàn)證設(shè)計(jì)。Inven tor 不僅包含數(shù)據(jù)管理軟件、AutoCAD Mecha nical的二維工程圖和局部3.1所示。詳圖，還在此基礎(chǔ)上加入與真正的DW（兼容的三維設(shè)計(jì)。Inven tor提供的專家系統(tǒng)能以最快捷的方式生成制造用工程圖，從而加速了從草圖到成品的過(guò)程，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如車門(mén)前殼后殼把手座椅后架中架K1圖3.1可進(jìn)超市便攜式自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(1)113.1.1主要技術(shù)要求采用Inven t

15、or 3維設(shè)計(jì)完成各部分的設(shè)計(jì)，使用該設(shè)備能實(shí)現(xiàn)展開(kāi)后安全正常行使，折疊后便于攜帶等功能，要求總體結(jié)構(gòu)尺寸最小化,關(guān)鍵零部件強(qiáng)度、剛度足夠。動(dòng)作安全可靠，工作時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，整體結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化。主要技術(shù)參數(shù):最大展開(kāi)尺寸： 857.13*500*1000 mm ；傳動(dòng)比：腳踏一圈與車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)之比i=3 ；最小折疊尺寸：500*500*1000 mm ； 最大承重：100kg ； 設(shè)計(jì)重量：7.6kg ；(6)車輪直徑：150mm3.1.2主要尺寸計(jì)算我們自定義大鏈輪轉(zhuǎn)速:“2 = 30r/min傳動(dòng)功率為:P = 0.3KW根據(jù)折疊自行車尺寸的大小取小鏈輪齒數(shù):=17自定義傳動(dòng)比:則大鏈輪齒數(shù)為:

16、=3*17 = 51初定中心距取:a = 30P則鏈節(jié)數(shù):Z1 + Z217 + 51104.98恥 LP =105滾子鏈的主要尺寸:滾子外徑:銷軸直徑:+ 2 旦 + ( )2 Xr maxdz max5mm2mm30p13內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬:bimi n = 5mm內(nèi)鏈節(jié)外寬:b2max = 9mm17鏈輪基本尺寸:分度圓直徑:Sin180其中小鏈輪分度圓直徑為:da2 二 d 1.25p drdf廠 a - dr-23.05- 7.9= 15.15mmp10.180 sinZ1.180 sin17p10.180 sinZ2.180 sin 51zdi =二 23.05mm大鏈輪分度圓直徑為:=1

17、62.44mmd2 =齒頂圓直徑： da = d + 1.25p- dr其中小鏈輪為:da廠 di +1.25p-d廠 2305+1.25*10-7.9= 28mm大鏈輪為:= 16244+1.25*10- 7.9二 167mm齒根圓直徑：d f d d r其中小鏈輪為:大鏈輪為:df廠 d2- dr = 16244- 7.9= 154.54mm額宀功率R二巳= 2*0 0.36KW額疋功率： 0 c k k1*1甘 0.36KW（其中Ka二1.2平穩(wěn)載荷，kz = 1, kp = 1）小鏈輪轉(zhuǎn)速：n1 = in2 = 90r/min鏈節(jié)距:由 F0 - 0.36KW、n1 = in 90r/

18、min由教材圖14.17得出選08A號(hào)滾子鏈恥 P = 10mm確定實(shí)際中心距:中心距:a =予（Lp -互產(chǎn)）+ 治三互）爲(wèi);二門(mén)）+J（105-寧r5）2止 350.83mm取 a = 350mm作用軸上載荷:鏈速:niZipv =60X10009= 0.255m/s60X1000有效拉力:100 = 1176.47N0.255軸上載荷:Fq.2KaFi-1.2 1.2 1176.47-1694.12N3.2前件與前架設(shè)計(jì)前件與前架采用鉸鏈連接，由滑銷來(lái)固定如圖3.2所示?；N由彈簧壓著，處于前件滑且折疊時(shí)也比較方便,槽下端，這樣是為了保證自行車在行駛過(guò)程中滑銷不會(huì)隨意亂動(dòng),用將滑銷向上拉

19、起，滑銷就可以沿著滑道滑到后面一個(gè)鎖扣了。A3.2前件與前架結(jié)構(gòu)變化圖憚S固定.詞槃帶肓01就3.3前架與中架設(shè)計(jì)前架與中架是整車中的主要結(jié)構(gòu)件，其承受所有的重量，為了保證其有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)將其截面設(shè)計(jì)為橢圓型，這樣可以保證其在豎直方向上的強(qiáng)度如圖3.3與3.4所示。圖3.3前架圖3.4中架架與中架配合時(shí)采用 Z字型配合，這種配合比直接兩個(gè)橢圓面配合精度要高。前架與中架由車架銷鎖定，車架銷末端裝有彈簧，一般情況下，車架銷受彈簧彈力作用處在中架末端，使用時(shí)只需將車架銷向后拉如圖3.5所示。然后將前架與中架合上， 車架銷 自動(dòng)鎖上，使用簡(jiǎn)單便捷。車架銷向后拉.然后 前架與中架合上圖3.5前架與

20、中架連接一般情況下車架銷不受力或受力較小如圖3.6所示，力主要作用與前架與中架的結(jié)合面。車架銷的作用是保證前架與中架不會(huì)因?yàn)樾旭傔^(guò)程中的顛簸導(dǎo)致前后架分離。重力妥力面如圖3.6下車架3.4后架與座椅支架設(shè)計(jì)由于本款自行車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將所有零件折疊后集中在下部，所以座椅部分也需要折 疊，但折疊的方式不同于以往的，并不是將座椅完全壓到底部，而是壓縮一半，然后座椅以鉸鏈的形式與中架連接。如圖3.7所示座椅由部件1固定，中架與后架在3處結(jié)合，然后由 部件2固定。中架與后架成一定的角度， 增加了自行車的穩(wěn)定性， 避免了中架受力過(guò)大會(huì)折 彎的可能性。2圖3.7后架與座椅支架設(shè)計(jì)3.5車把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.8所

21、示。傳統(tǒng)的自行車車把是不可折疊的，有了折疊自行車之后，不僅車身的折疊方式有多種,而且自行車的車把也可以折疊，最開(kāi)始的折疊方法都是將車把主干折疊如圖2圖3.8車把不可折疊的自行車229這種折疊方式折疊時(shí)要將車把調(diào)整到與輪胎平行。展開(kāi)時(shí)又要將車把重新對(duì)齊，這樣容易導(dǎo)致車把沒(méi)有對(duì)正而在后期騎行時(shí)不方便?；谶@種自行車的改進(jìn)，后來(lái)將車把旋轉(zhuǎn)的角3.9所示。是車把把手的各個(gè)功能槽，把手展開(kāi)時(shí)，圖中1與4, 2與5,3與7對(duì)應(yīng)結(jié)合。把手由度固定在兩個(gè)彈簧銷上，騎行時(shí)固定在一個(gè)銷上，折疊時(shí)固定在另一個(gè)銷上。本設(shè)計(jì)的車把在豎直方向上一般不用折疊，但在水平方向上將把手進(jìn)行折疊如圖彈簧的彈力向下拉。4圖3.9可以

22、折疊的車把結(jié)構(gòu)3.6車殼設(shè)計(jì)車殼是本次設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，車殼設(shè)計(jì)成不需要時(shí)可以隨意拆卸。自行車折疊后集中在車殼的下部，上部空出足夠的空間來(lái)存儲(chǔ)物品如圖3.10所示。展開(kāi)時(shí)如需存放物品也可將擋板拉起,可以當(dāng)車簍用，而且比一般的車簍空間要大的多。擋板采用滑塊加定位銷固定，方便使用。擋板隔板上部存儲(chǔ)空間圖3.10車殼及擋板結(jié)構(gòu)固定3.7車門(mén)設(shè)計(jì)本折疊自行車將折疊與購(gòu)物車結(jié)合，為了方便存儲(chǔ)物品，必須有個(gè)門(mén)。而我們?cè)O(shè)計(jì)的車殼是一個(gè)橢圓形的外觀，無(wú)法用傳統(tǒng)的鉸鏈?zhǔn)介T(mén)軸， 通過(guò)日常生活的觀察， 門(mén)軸的靈感來(lái)自 窗戶如圖3.11所示。圖3.11車門(mén)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在許多小區(qū)里的窗戶都采用的這樣的方式，不過(guò)他們是將滑塊固定，然

23、后2處裝有滑只需要將1處向塊，窗戶打開(kāi)時(shí)窗戶就剛好在中間。而我們的不需要自行車的門(mén)開(kāi)到中間, 外移動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)，避免1處與車殼發(fā)生干涉。所以我們將 2處固定，由滑塊來(lái)移動(dòng)，而且這樣設(shè)計(jì)還有一點(diǎn)好處，就是滑塊處的自鎖能力較好， 不必當(dāng)心車門(mén)打開(kāi)時(shí)由于騎行的阻力將門(mén) 合上了。第四章 主要零部件的有限元分析本設(shè)計(jì)小組通過(guò) Autodesk Inven tor P rofessio nal三維CAD軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)三維實(shí)體的建模。Inven tor產(chǎn)品提供了一組全面的設(shè)計(jì)工具，支持三維設(shè)計(jì)和各種文檔、管路設(shè)計(jì)和驗(yàn)證設(shè)計(jì)。Inven tor 不僅包含數(shù)據(jù)管理軟件、AutoCAD Mecha nical的二維工

24、程圖和局部詳圖，還在此基礎(chǔ)上加入與真正的DWG兼容的三維設(shè)計(jì)。Inven tor 提供的專家系統(tǒng)能以最快 捷的方式生成制造用工程圖，從而加速了從草圖到成品的過(guò)程。4.1前架的有限元分析結(jié)果前架與中架是我們的主要受力件，其強(qiáng)度要滿足一定的要求。我們通過(guò)Inven tor的應(yīng)力分析功能對(duì)前架進(jìn)行分析。通過(guò)查數(shù)據(jù)得，一般成年男性體重在 50公斤至80公斤，而女性的體重要比男性的輕，如圖4.1所示年齡1身 官1521561601621641651631701721761946474950515254565760214647495051525456576D234$4749505152545657eo25

25、4643495051535556576127474850515253555653612947495152535456S859623140495152535456565962334505152535S575&59633549505252535557596063374P51535354565960616439505253535557596061654151525454555759616265男子標(biāo)港體重対照表（公斤，厘米年齡I昌r尋1521561&015416S1721761S016410319505252545S536164S770215153545557606265S9722352535566

26、5360636S707325525455575961S36771742752545557596154677174295355SS5759616467717431535555536062655S727533&45557536063&563727535545S5759616366G&7376375550595961636S69737E39555753606164667074774155575360626467707477我們?nèi)?m=80kg g=10N/kgG=mgG=80*10=800N0.7439mn。在允許將數(shù)據(jù)代入inven tor的應(yīng)力分析中，如圖4.1所示，將1固定，對(duì)2處施加800N

27、的力,給出前架的材料為不銹鋼，得出分析結(jié)果為位移變量，最大位移變量為范圍內(nèi)，最大應(yīng)力值為195.8MP,應(yīng)力值在材料的屈服值范圍之內(nèi)。*單ffl rm_陽(yáng).77 犬宦Z7.S=q圖4.1前架的有限元分析4.2中架的應(yīng)力分析中架是整輛自行車的核心，它與前架、后架、座椅都有連接，其強(qiáng)度要求能滿足三者的需求。我們給出中架的材料為不銹鋼，先固定中架的后端如圖 4.2所示，為了滿足強(qiáng)度的要0.003659mm。求，對(duì)前端給出1000N的力進(jìn)行應(yīng)力分析。得出的分析結(jié)果為最大的位移為然后我們將中架的前端固定，再對(duì)后端給出1000N的力進(jìn)行分析。分析結(jié)果如圖4.2所示。圖4.2中架的有限元分析第五章運(yùn)動(dòng)仿真計(jì)

28、算機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的方法,很多制造企業(yè)由于成立不久，沒(méi)有足夠的設(shè)計(jì)力量，或者沒(méi)有足夠的人手進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),但是卻又經(jīng)常遇到用戶提出的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)要求,研制周期短，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式，時(shí)間上根本不允許，而且生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，成本高。但是，如果利用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)， 首先對(duì)新產(chǎn)品進(jìn)行功能和結(jié)構(gòu)模擬,也方便進(jìn)行論證和交流改進(jìn)，確認(rèn)設(shè)計(jì)方案后可迅速轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)圖紙，逆推式的創(chuàng)新設(shè)計(jì),大大增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)應(yīng)變能力。通過(guò)虛擬技術(shù)可使設(shè)備處于全局運(yùn)行狀態(tài)，可任意剖切,觀察局部運(yùn)動(dòng)配合、功能工況等。當(dāng)設(shè)備機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)， 其等效執(zhí)行機(jī)構(gòu)是此時(shí)的研究觀察重點(diǎn)。三維虛擬技術(shù)可針對(duì)性觀察，屏蔽非工作環(huán)節(jié)，將該工況的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)

29、配合、等效液壓電器回路、信號(hào)傳感與邏輯伺服控制一覽無(wú)余。5.1仿真運(yùn)動(dòng)的步驟在INVENTOR軟件平臺(tái)上進(jìn)行零件的仿真運(yùn)動(dòng)時(shí)要做好以下2步。1）零件建模，并利用特征技術(shù)完成零件初步的三維立體模型。2）虛擬裝配，所有零件的三維實(shí)體模型建好后就可以開(kāi)始虛擬裝配,裝配先把零件裝配成小部件，而后由部件裝配成整機(jī)。可進(jìn)超市的便攜自行車裝配過(guò)程:先打開(kāi)一個(gè)文件作為作為裝配文件，然后將所有零件依次導(dǎo)入文件中。裝配自行車時(shí)，選擇配對(duì)條件以裝配件的邊和面為基準(zhǔn)，按配對(duì)條件進(jìn)行裝配。將自行車子裝配圖導(dǎo)入裝配文件中，按照同樣方法將其裝在車架上。按上述步驟裝配的自行車如圖5-1所示5.1可進(jìn)超市便攜自行車的虛擬裝配5

30、.2 仿真運(yùn)動(dòng)設(shè)置及結(jié)果進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析前， 首先進(jìn)入運(yùn)動(dòng)分析模塊，創(chuàng)建一個(gè)新的分析方案， 彈出運(yùn)動(dòng)預(yù)設(shè)置對(duì)話框，從對(duì)話框中選擇或輸入模型所需要的參數(shù)，如角度單位、對(duì)象的顏色、單位列表等，并設(shè)定分析環(huán)境，以便指定分析問(wèn)題的類型。對(duì)于自行車進(jìn)行分析時(shí)， 在參數(shù)預(yù)設(shè)置中，默認(rèn)長(zhǎng)度單位為度，時(shí)間單位為S,力的單位為N，重力加速度為一9810mm/s2,方向沿Z軸的負(fù)方向。(1) 創(chuàng)建機(jī)構(gòu)對(duì)象 在機(jī)構(gòu)應(yīng)用中，機(jī)構(gòu)由機(jī)構(gòu)對(duì)象組成。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)象，包括 創(chuàng)建組成該機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件(連桿) 、運(yùn)動(dòng)副、標(biāo)記等。若需要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，則應(yīng)為各構(gòu) 件賦予質(zhì)量特性，并在機(jī)構(gòu)中添加相應(yīng)的載荷對(duì)象。其創(chuàng)建過(guò)程如下： 創(chuàng)建構(gòu)

31、件：在機(jī)構(gòu)中，機(jī)架總是存在的，不需要?jiǎng)?chuàng)建。由自行車的結(jié)構(gòu)可知，由于自 行車軸承與機(jī)架相連， 我們可將其視為一體定義為一個(gè)構(gòu)件。 通過(guò)鉸鏈相連， 并通過(guò)連接銷 同軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，鉸鏈及其上連接螺栓可視為一個(gè)構(gòu)件。 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副：運(yùn)動(dòng)副是用來(lái)定義兩構(gòu)件間的連接方式。 創(chuàng)建標(biāo)記： 為了了解構(gòu)件上的某點(diǎn)的機(jī)構(gòu)分析結(jié)果， 如某點(diǎn)的位移、 速度、加速度等， 可以在該構(gòu)件的相應(yīng)點(diǎn)處創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)記。 通過(guò)標(biāo)記可獲得構(gòu)件上標(biāo)記所在位置的機(jī)構(gòu)分析結(jié) 果。載荷用于模擬零件間的彈性聯(lián)創(chuàng)建載荷： 在機(jī)構(gòu)的任意兩個(gè)構(gòu)件之間均可添加載荷。結(jié)、彈簧、阻尼元件，沖力、控制力等。力和扭矩不會(huì)影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，僅用于運(yùn)動(dòng)分析中 的作用力或反

32、作用力，且作用力的大小可通過(guò)圖形功能等多種方式來(lái)觀察。在創(chuàng)建構(gòu)件、 運(yùn)動(dòng)副、 標(biāo)記及相關(guān)的載荷對(duì)象等機(jī)構(gòu)對(duì)象后， 利用工具條對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分 析。當(dāng)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析時(shí)， 則必須賦予構(gòu)件質(zhì)量特性；若不需對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析，可 省去載荷對(duì)象的定義部分。 機(jī)構(gòu)模塊可用多種方式輸出機(jī)構(gòu)分析結(jié)果， 輸出動(dòng)態(tài)仿真的圖像 文件，輸出機(jī)構(gòu)的分析數(shù)據(jù)文件， 用線圖表示機(jī)構(gòu)的分析結(jié)果以及用電子表格輸出機(jī)構(gòu)的分 析結(jié)果等，在每種輸出方式中可輸出各類數(shù)據(jù)。(imm)20,000LS.OOO10.000O.OMiiID15時(shí)間202i5.2把手仿真運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)條件is妬點(diǎn)K1: 01呵BCl.HHSO.EHHlLO.WO0-WW頤的 達(dá)盒JNE冊(cè)a=,_,=01 殺件KI 30a憶gsasz Sts二儷5問(wèn)I4S束點(diǎn)KS: 2d5.3+ -斜壓22.號(hào)呦4車門(mén)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)條件如圖5-2所示為自行車把手的驅(qū)動(dòng)條件，在這種條件下把手就會(huì)按照給定的時(shí)間位移運(yùn)動(dòng)。如圖5-3所示為車門(mén)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)條件，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為角度，表示車門(mén)按照時(shí)間的變化轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。參考文獻(xiàn)1 Autodesk Inven tor P rofessio nal