自行車結(jié)構(gòu)分析課件

自行車結(jié)構(gòu)分析王眾張然11/25/20221自行車結(jié)構(gòu)分析王眾張然11/22/20221研究?jī)?nèi)容概述自行車的車把的應(yīng)力、應(yīng)變情況自行車主要承重結(jié)構(gòu)的受力情況11/25/20222研究?jī)?nèi)容概述自行車的車把的應(yīng)力、應(yīng)變情況11/22/2022自行車結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型簡(jiǎn)化自行車的結(jié)構(gòu)一般采用薄壁圓形桿件，其實(shí)際連接狀態(tài)為焊接，雖然焊接處將存在一部分的殘余應(yīng)力，但自行車結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為以下力學(xué)模型11/25/20223自行車結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型簡(jiǎn)化自行車的結(jié)構(gòu)一般采用薄壁圓形桿件應(yīng)變片的主要位置以及桿件尺寸11/25/20224應(yīng)變片的主要位置以及桿件尺寸11/22/2022411/25/2022511/22/2022511/25/2022611/22/20226車把的加載方案人扶把時(shí)應(yīng)力的測(cè)量利用砝碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M11/25/20227車把的加載方案人扶把時(shí)應(yīng)力的測(cè)量11/22/20227人加載時(shí)車身左右搖晃，不利于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，因此不能證明車體是否垂直于地面。11/25/20228人加載時(shí)車身左右搖晃，不利于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，11/22/202砝碼實(shí)驗(yàn)?zāi)M的實(shí)驗(yàn)數(shù)值11/25/20229砝碼實(shí)驗(yàn)?zāi)M的實(shí)驗(yàn)數(shù)值11/22/20229可見實(shí)驗(yàn)數(shù)值基本穩(wěn)定。實(shí)際上，重量加載在后車座上，后斜梁幾乎不發(fā)生應(yīng)變。11/25/202210可見實(shí)驗(yàn)數(shù)值基本穩(wěn)定。實(shí)際上，重量加載在后車座上，11/2211/25/20221111/22/202211車把彎扭組合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

右側(cè)με左側(cè)με右側(cè)加20N60左側(cè)加20N06同時(shí)加20N6811/25/202212車把彎扭組合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

右側(cè)με左側(cè)με右側(cè)加20N60左11/25/20221311/22/202213

右把加載εο上ε-45

ε45

εο

下ε-45

ε45

管3132-15-30-367右20N2827-8-27-251全20N3029-8-29-272全20N2624-10-30-282此數(shù)據(jù)是在測(cè)量人坐在車上后，給車把的應(yīng)變數(shù)值進(jìn)行理想化模擬：給車把左右套上剛管以便在車把上加砝碼，在數(shù)值接近人加載數(shù)值后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示車把中間是由鉸鏈連接加固。結(jié)論：經(jīng)過鉸鏈加固的車把鋼管不再傳遞力矩11/25/202214

加載εοε-45ε45εοε-45ε45管3132-15-測(cè)彎去扭με測(cè)扭去彎μεΕds左34.66.17Εds右38.64.8采用全橋法：11/25/202215測(cè)彎去扭με測(cè)扭去彎μεΕds左34.66.17Ε（MP）左右

左右測(cè)σw4.7395.287測(cè)τn0.2430.19理論σw4.6134.613理論τn0.3250.325誤差2.7%14.6%誤差

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-說明：1/4橋接法誤差較大，所以用了全橋，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力小于1，不進(jìn)行誤差計(jì)算。結(jié)論：理論與實(shí)際中，扭轉(zhuǎn)應(yīng)變很小,/εds/<10,τn〈1可以近似忽略11/25/202216（MP）左右

左右測(cè)σw4.7395.287測(cè)τn0.243人加載時(shí)車把受力比較由此圖可以看出，加強(qiáng)部分的應(yīng)變很小，其他對(duì)稱位置的應(yīng)變基本呈現(xiàn)對(duì)稱形勢(shì)。因此實(shí)驗(yàn)時(shí)車基本水平。11/25/202217人加載時(shí)車把受力比較由此圖可以看出，加強(qiáng)部分的應(yīng)變很小，其他自行車主要承重結(jié)構(gòu)分析橫梁11/25/202218自行車主要承重結(jié)構(gòu)分析橫梁11/22/202218自行車在承受靜載荷時(shí)各梁的負(fù)荷不同，其中主梁受彎最大，因此各種自行車都必須設(shè)計(jì)主梁或?qū)⒅髁簝A斜一定角度從而承受人施加給的彎距。11/25/202219自行車在承受靜載荷時(shí)各梁的負(fù)荷不同，其中主梁受彎最大，因此各有些早期出產(chǎn)的24型女車，其主梁為U型結(jié)構(gòu)，因此其需要將主梁加固。電動(dòng)自行車就將其主梁進(jìn)行了加固，從而達(dá)到其本身的功能布局。11/25/202220有些早期出產(chǎn)的24型女車，其主梁為U型結(jié)構(gòu)，因此11/22/斜梁此梁也受彎距，但與主梁比較，顯得很小。11/25/202221斜梁此梁也受彎距，但與主梁比較，顯得很小。11/22/20211/25/20222211/22/202222自行車的車座梁受彎最小，只受軸向拉壓，因此某些賽車將此梁設(shè)計(jì)成為斷梁的形式，并在此安裝減震器，從而達(dá)到較好的效果。11/25/202223自行車的車座梁受彎最小，只受軸向拉壓，因此某些賽車將此梁設(shè)計(jì)自行車的車把雖然車把受到彎扭組合影響，可是扭矩的影響很小。實(shí)際上，對(duì)于普通型自行車，人坐在車上，由于車把受扭很小，所以車把可以設(shè)計(jì)的盡量舒服，美觀。但是車把受扭的考驗(yàn)是在自行車行使中突然捏閘時(shí)，扭矩會(huì)突然增大。但是本實(shí)驗(yàn)受于靜態(tài)的限制，無法對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行模擬。11/25/202224自行車的車把11/22/202224研究展望車座設(shè)計(jì)在什么位置上生物能可以得到最高利用人能平穩(wěn)地騎行前進(jìn)，是依靠車把兩端和車座三個(gè)支撐點(diǎn)形成一個(gè)平面，來維持平衡的。在這三個(gè)點(diǎn)中，車座是主要支撐點(diǎn)，它承受著大部份身體的重量。除了掌握正確的騎行姿勢(shì)，我們是否可以從結(jié)構(gòu)上考慮，進(jìn)一步降低能量的消耗。11/25/202225研究展望車座設(shè)計(jì)在什么位置上生物能可以得到最高利用人能平穩(wěn)地人在騎車時(shí)要考慮空氣阻力的問題，人們騎車向前進(jìn)時(shí)，必須突破空氣阻力，這就需要力量。下圖的車座升的很高，就是為了減少空氣阻力而設(shè)計(jì)的。11/25/202226人在騎車時(shí)要考慮空氣阻力的問題，人們騎車向前進(jìn)時(shí)，必須突破空通過學(xué)習(xí)自行車的發(fā)展史，可知1815年，世界上第一輛自行車出現(xiàn)在法國(guó)，借助腳蹬地的反作用力，使車輪向前滾動(dòng)。1869年，法國(guó)人瑪金在前輪上加了腳蹬，到1890年，英國(guó)一個(gè)醫(yī)生把實(shí)心輪胎改為充氣輪胎，減少了與地面的摩擦力，提高了車速。是否可以從結(jié)構(gòu)入手，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高車速？通過實(shí)驗(yàn)，初步設(shè)想通過改變自行車的主梁，斜梁，車鎖梁的長(zhǎng)短和角度，來改變?nèi)说闹匦奈恢?，從而達(dá)到提高車速的目的。11/25/202227通過學(xué)習(xí)自行車的發(fā)展史，可知1815年，世界上第一輛自行車出謝謝大家！11/25/202228謝謝大家！11/22/202228自行車結(jié)構(gòu)分析王眾張然11/25/202229自行車結(jié)構(gòu)分析王眾張然11/22/20221研究?jī)?nèi)容概述自行車的車把的應(yīng)力、應(yīng)變情況自行車主要承重結(jié)構(gòu)的受力情況11/25/202230研究?jī)?nèi)容概述自行車的車把的應(yīng)力、應(yīng)變情況11/22/2022自行車結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型簡(jiǎn)化自行車的結(jié)構(gòu)一般采用薄壁圓形桿件，其實(shí)際連接狀態(tài)為焊接，雖然焊接處將存在一部分的殘余應(yīng)力，但自行車結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為以下力學(xué)模型11/25/202231自行車結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型簡(jiǎn)化自行車的結(jié)構(gòu)一般采用薄壁圓形桿件應(yīng)變片的主要位置以及桿件尺寸11/25/202232應(yīng)變片的主要位置以及桿件尺寸11/22/2022411/25/20223311/22/2022511/25/20223411/22/20226車把的加載方案人扶把時(shí)應(yīng)力的測(cè)量利用砝碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M11/25/202235車把的加載方案人扶把時(shí)應(yīng)力的測(cè)量11/22/20227人加載時(shí)車身左右搖晃，不利于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，因此不能證明車體是否垂直于地面。11/25/202236人加載時(shí)車身左右搖晃，不利于靜態(tài)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，11/22/202砝碼實(shí)驗(yàn)?zāi)M的實(shí)驗(yàn)數(shù)值11/25/202237砝碼實(shí)驗(yàn)?zāi)M的實(shí)驗(yàn)數(shù)值11/22/20229可見實(shí)驗(yàn)數(shù)值基本穩(wěn)定。實(shí)際上，重量加載在后車座上，后斜梁幾乎不發(fā)生應(yīng)變。11/25/202238可見實(shí)驗(yàn)數(shù)值基本穩(wěn)定。實(shí)際上，重量加載在后車座上，11/2211/25/20223911/22/202211車把彎扭組合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

右側(cè)με左側(cè)με右側(cè)加20N60左側(cè)加20N06同時(shí)加20N6811/25/202240車把彎扭組合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

右側(cè)με左側(cè)με右側(cè)加20N60左11/25/20224111/22/202213

右把加載εο上ε-45

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管3132-15-30-367右20N2827-8-27-251全20N3029-8-29-272全20N2624-10-30-282此數(shù)據(jù)是在測(cè)量人坐在車上后，給車把的應(yīng)變數(shù)值進(jìn)行理想化模擬：給車把左右套上剛管以便在車把上加砝碼，在數(shù)值接近人加載數(shù)值后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)顯示車把中間是由鉸鏈連接加固。結(jié)論：經(jīng)過鉸鏈加固的車把鋼管不再傳遞力矩11/25/202242

加載εοε-45ε45εοε-45ε45管3132-15-測(cè)彎去扭με測(cè)扭去彎μεΕds左34.66.17Εds右38.64.8采用全橋法：11/25/202243測(cè)彎去扭με測(cè)扭去彎μεΕds左34.66.17Ε（MP）左右

左右測(cè)σw4.7395.287測(cè)τn0.2430.19理論σw4.6134.613理論τn0.3250.325誤差2.7%14.6%誤差

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-說明：1/4橋接法誤差較大，所以用了全橋，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力小于1，不進(jìn)行誤差計(jì)算。結(jié)論：理論與實(shí)際中，扭轉(zhuǎn)應(yīng)變很小,/εds/<10,τn〈1可以近似忽略11/25/202244（MP）左右

左右測(cè)σw4.7395.287測(cè)τn0.243人加載時(shí)車把受力比較由此圖可以看出，加強(qiáng)部分的應(yīng)變很小，其他對(duì)稱位置的應(yīng)變基本呈現(xiàn)對(duì)稱形勢(shì)。因此實(shí)驗(yàn)時(shí)車基本水平。11/25/202245人加載時(shí)車把受力比較由此圖可以看出，加強(qiáng)部分的應(yīng)變很小，其他自行車主要承重結(jié)構(gòu)分析橫梁11/25/202246自行車主要承重結(jié)構(gòu)分析橫梁11/22/202218自行車在承受靜載荷時(shí)各梁的負(fù)荷不同，其中主梁受彎最大，因此各種自行車都必須設(shè)計(jì)主梁或?qū)⒅髁簝A斜一定角度從而承受人施加給的彎距。11/25/202247自行車在承受靜載荷時(shí)各梁的負(fù)荷不同，其中主梁受彎最大，因此各有些早期出產(chǎn)的24型女車，其主梁為U型結(jié)構(gòu)，因此其需要將主梁加固。電動(dòng)自行車就將其主梁進(jìn)行了加固，從而達(dá)到其本身的功能布局。11/25/202248有些早期出產(chǎn)的24型女車，其主梁為U型結(jié)構(gòu)，因此11/22/斜梁此梁也受彎距，但與主梁比較，顯得很小。11/25/202249斜梁此梁也受彎距，但與主梁比較，顯得很小。11/22/20211/25/20225011/22/202222自行車的車座梁受彎最小，只受軸向拉壓，因此某些賽車將此梁設(shè)計(jì)成為斷梁的形式，并在此安裝減震器，從而達(dá)到較好的效果。11/25/202251自行車的車座梁受彎最小，只受軸向拉壓，因此某些賽車將此梁設(shè)計(jì)自行車的車把雖然車把受到彎扭組合影響，可是扭矩的影響很小。實(shí)際上，對(duì)于普通型自行車，人坐在車上，由于車把受扭很小，所以車把可以設(shè)計(jì)的盡量舒服，美觀。但是車把受扭的考驗(yàn)是在自行車行使中突然捏閘時(shí)，扭矩會(huì)突然增大。但是本實(shí)驗(yàn)受于靜態(tài)的限制，無法對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行模擬。11/25/202252自行車的車把11/22/202224研究展望車座設(shè)計(jì)在什么位置上生物能可以得到最高利用人能平穩(wěn)地騎行前進(jìn)，是依靠車把兩端和車座三個(gè)支撐點(diǎn)形成一個(gè)平面，來維持平衡的。在這三個(gè)點(diǎn)中，車座是主要支撐點(diǎn)，它承受著大部份身體的重量。除了掌握正確的騎行姿勢(shì)，我們是否可以從結(jié)構(gòu)上考慮，進(jìn)一步降低能量的消耗。11/25/202253研究展望車座設(shè)計(jì)在什么位置上生物能可以得到最高利用人能平穩(wěn)地人在騎車時(shí)要考慮空氣阻力的問題，人們騎車向前進(jìn)時(shí)，必須突破空氣阻力，這就需要力量。下圖的車座升的很高，就是為了減少空氣阻力而設(shè)計(jì)的。11/25/202254人在騎車時(shí)要考慮空氣阻力的問題，人們騎車向前進(jìn)時(shí)，必須突破空通過學(xué)