本科畢業(yè)論文-多功能自行車的設(shè)計(jì)與仿真

精品文檔歡迎下載湖北文理學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)正文題目多功能自行車的設(shè)計(jì)與仿真專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)機(jī)制0812班姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師職稱2012年5精品文檔歡迎下載多功能自行車的設(shè)計(jì)與仿真摘要：自行車是一種根本的出行交通工具。在當(dāng)今社會(huì)，雖然有更多的新型交通工具可供人選擇，但在提倡低碳生活的今天，自行車作為綠色交通工具更被人們所青睞，并成為人們生活中不可分割的一局部。本文通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上已有自行車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能進(jìn)行研究，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的原理，在考慮合理性與舒適性要求的根底上完成了多功能自行車的總體設(shè)計(jì)。同時(shí)應(yīng)用Pro/E軟件的高級(jí)建模技術(shù)和運(yùn)動(dòng)仿真功能對(duì)自行車進(jìn)行了三維建模、虛擬裝配及仿真。這樣更直觀、更全面地反映了多功能自行車的設(shè)計(jì)意圖，讓設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段就能清楚地見(jiàn)到產(chǎn)品的最終結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高了設(shè)計(jì)效率，符合現(xiàn)代技術(shù)的開(kāi)展要求，同時(shí)該設(shè)計(jì)對(duì)自行車新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)也有一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞：多功能自行車；虛擬裝配；三維建模；Pro/E；運(yùn)動(dòng)仿真DesignandSimulationofMultifunctionalBicycleAbstract：Peopletravelbikeisoneofthebasicmeansoftransport.Althoughintoday'ssociety,thereismorealternativemodeoftransportationforpeopletochoose,butinpromotinglowcarbonlivingtoday,abikeasagreentransportwasfavoredbymoreandbecomeanintegralpartofpeople'slives.Accordingtotheanalysisofthestructuralfeaturesandfunctionsontheexistingbicycleinthispaper,combinedwiththeergonomicsofprinciple,theoveralldesignofthemulti-functionbikewerecompletedbasedontherequirementsofrationalityandcomfortproperty.Atthesametime,a3Dmodeling,virtualassemblyandsimulationofabikewerecompletedbyadvancedmodelingtechniquesandmotionsimulationbasedonPro/Esoftware.Thisismoreintuitive,morecomprehensivelyreflectthedesignintentofthemultifunctionalbicycle.Designersatthedesignstagewecanclearlyseethefinalresultoftheproduct,timelydetectionofdesignproblems,shortenthedesignanddevelopmentcycle,thedesignefficiencywereimproved.Developmentrequirementsinlinewithmoderntechnology.Meanwhile,thedesignofbicycledevelopmentofnewproductsalsohavesomereference.Keywords:Multifunctionalbicycle;VirtualAssembling;3DModeling;Pro/E;MotionSimulation精品文檔歡迎下載目錄精品文檔歡迎下載1緒論 11.1本課題的研究背景 11.1.1自行車的研究現(xiàn)狀 11.1.2自行車的開(kāi)展趨勢(shì) 21.2虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)的意義及前景 51.3本課題研究的目的 71.4自行車材料的選擇 8鉻鉬鋼車架 8鋁合金車架 8鈦合金車架 9碳纖維車架 101.5本課題研究的主要內(nèi)容 111.6本章小結(jié) 112多功能自行車主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 122.1Pro/E設(shè)計(jì)方法概述 122.2多功能自行車的總體設(shè)計(jì) 122.2.1自行車的組成 12自行車設(shè)計(jì)原那么與設(shè)計(jì)流程 122.3自行車根本尺寸設(shè)計(jì) 142.4車身的設(shè)計(jì) 162.4.1車架的設(shè)計(jì) 16前叉的設(shè)計(jì) 17把手的設(shè)計(jì) 182.4.4鞍座的設(shè)計(jì) 192.4.5腳蹬的設(shè)計(jì) 20車把與鞍座之間的相對(duì)位置 20鞍座與腳踏之間的相對(duì)位置 212.5車輪的設(shè)計(jì) 212.6鏈輪小輪盤的設(shè)計(jì) 222.7鏈輪大輪盤的設(shè)計(jì) 232.8鏈條設(shè)計(jì) 232.9折疊后的輪椅座位設(shè)計(jì) 242.10人體工程學(xué)在自行車設(shè)計(jì)中應(yīng)用的思考 242.11本章小結(jié) 253自行車的裝配設(shè)計(jì)與功能仿真 263.1裝配概述 263.2自行車的裝配過(guò)程 263.2.1自行車裝配的根本原那么 263.2.2車架的裝配 273.2.3車架與鞍座的裝配 283.2.4車架與把手的裝配 28車架與前后叉的裝配 293.2.6鏈輪等傳動(dòng)裝置與車架等的裝配 303.2.7自行車整機(jī)裝配 303.2.8自行車折疊后主車架與前后叉的裝配 31自行車折疊后座板與前叉的裝配 323.2.10自行車折疊后傳動(dòng)局部的裝配 323.3自行車的多功能設(shè)計(jì)與仿真 333.4多功能自行車的色彩設(shè)計(jì) 343.5本章小結(jié) 35[參考文獻(xiàn)] 36附錄 37致謝 39精品文檔歡迎下載1緒論1.1本課題的研究背景1.1.1自行車的研究現(xiàn)狀在種類繁多的現(xiàn)代交通工具中,自行車一直是和人們?nèi)粘Ｉ铌P(guān)系最密切的交通工具之一。自行車自誕生至今已有近200年歷史。如果要溯本求源,在造型上,自行車最初從獨(dú)輪車(類似于哪叱的風(fēng)火輪)開(kāi)展來(lái)的,經(jīng)歷木制玩具馬、充氣式輪胎自行車、大小輪車、第一輛標(biāo)準(zhǔn)的鏈輪驅(qū)動(dòng)式平安車,到現(xiàn)在的折疊車。而從功能上來(lái)看,自行車最初是由作為玩耍、娛樂(lè)的用具開(kāi)始,經(jīng)由交通工具、運(yùn)輸工具到今天的休閑、娛樂(lè)、健身的伙伴,甚至成為人們生活藝術(shù)的化身。雖然在科技極其高度興旺的今天,有很多交通工具比自行車更舒適、快捷、方便。但是,在倡導(dǎo)環(huán)保交通工具的今天,自行車在許多歐洲興旺國(guó)家卻越來(lái)越受到青睞,而且成為城市交通的重要組成局部。21世紀(jì)是環(huán)保的世紀(jì),綠色的世紀(jì),像自行車這種以人為本,以人為先的交通工具既保證了交通秩序和平安,又營(yíng)造了一種優(yōu)秀的人文氣氛,使得整個(gè)道路交通成為一種文明而和諧的整體。換個(gè)角度思考,這就要求自行車的設(shè)計(jì),一方面要以科學(xué)技術(shù)為根底,設(shè)計(jì)出可持續(xù)開(kāi)展和生態(tài)化的自行車。在今天,設(shè)計(jì)是不是合理,是不是有價(jià)值,也許首先就看這個(gè)設(shè)計(jì)符合不符合生態(tài)化的理念。另一方面,自行車的設(shè)計(jì)應(yīng)能夠滿足各個(gè)層次的消費(fèi)者需要,使自行車具有功能性、易用性和快樂(lè)性等特性。在自行車研究上，國(guó)外建立了一整套詳細(xì)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)體系，今一百年來(lái)的設(shè)計(jì)風(fēng)格對(duì)自行車有著深刻的影響，而國(guó)外設(shè)計(jì)者對(duì)此研究得比擬透徹，在自行車設(shè)計(jì)創(chuàng)新方面，以用戶的舒適，方便，平安等人性化設(shè)計(jì)為考慮起點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，1930年，第一臺(tái)用于軍用使用的折疊自行車誕生，開(kāi)拓了折疊車的歷史。其次，國(guó)外對(duì)自行車的材料研究處于領(lǐng)先地位。在20世界初期，歐洲自行車根本完成了完善自行車各部件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)，在20世紀(jì)40年代，鋁合金的自行車在歐洲研制成功，并于50年代開(kāi)始出現(xiàn)于各大市場(chǎng)。1948年，日本設(shè)計(jì)了第一款競(jìng)技自行車，并且在1956年設(shè)計(jì)更現(xiàn)代的女性自行車。20世紀(jì)70年代，英國(guó)人Brampton創(chuàng)造了小型的鋁合金折疊自行車，改變了人們對(duì)折疊自行車的使用理念。隨后，國(guó)外對(duì)自行車材料有了回歸性的研究，2021年，歐洲有竹子制作成的自行車，還有寶馬公司設(shè)計(jì)的眾多概念自行車。近年來(lái)，由于自行車經(jīng)濟(jì)，使用性強(qiáng)，無(wú)污染，還能增強(qiáng)體質(zhì)，所以外國(guó)又出現(xiàn)了重新啟動(dòng)自行車的趨勢(shì)，因而我國(guó)不少名牌自行車還遠(yuǎn)銷到歐美，亞飛拉美等國(guó)家。自行車的開(kāi)展趨勢(shì)未來(lái)自行車的開(kāi)展趨勢(shì)是:輕質(zhì)高檔、款式多變、功能多樣、外形美觀。1、輕質(zhì)高檔90年代后自行車將向輕質(zhì)化高強(qiáng)度的中高檔產(chǎn)品方向開(kāi)展。它預(yù)示著自行車在用材方面又將進(jìn)行一次重大革命,進(jìn)入輕合金和復(fù)合材料的時(shí)代。1791年法國(guó)人西布拉克制成的世界上第一輛自行車是全木結(jié)構(gòu)。1839年,蘇格蘭人馬克米蘭將木制結(jié)構(gòu)的自行車改為鋼鐵結(jié)構(gòu),這是自行車用材上的一次重大革命。1839年,愛(ài)爾蘭的鄧祿普給自行車裝上充氣胎、使自行車的結(jié)構(gòu)根本定型。進(jìn)入20世紀(jì)后,自行車用材那么一直以普通碳素鋼為主。用鋼制成的自行車,普通車重量為25kg、輕便車為20kg,賽車低于15kg隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展、冶煉工業(yè)水平的提高,輕合金材料的應(yīng)用面逐漸擴(kuò)大。最早應(yīng)用于自行車工業(yè)的輕合金材料要屬鋁合金。鋁合金材料具有重量輕、強(qiáng)度高、抗腐蝕、工藝性能好,價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)、從而成為生產(chǎn)中、高檔自行車的理想用材。鋁合金自行車重約15kg,售價(jià)每輛可達(dá)200美元以上。應(yīng)用于自行車工業(yè)的輕合金材料除鋁合金之外,還有鉻鋁合金、鋁鎂合金、欽合金等。欽合金的比重僅為鋼的一半,但其抗拉強(qiáng)度卻是目前金屬材料中強(qiáng)度較高的一種。因此,用欽合金來(lái)制作自行車極具魅力。由于冶煉技術(shù)和加工工藝等因素而使其制作本錢昂貴,欽合金自行車暫不能形成商品。復(fù)合材料碳纖維應(yīng)用于自行車工業(yè)只是近幾年的事情,但自碳纖維自行車誕生之日起,便顯示出強(qiáng)大的生命力。碳纖維的比重只有鋼的4,比鋁還輕,而強(qiáng)度卻是鋼的4倍,它既沒(méi)有明顯的性能頂點(diǎn),亦沒(méi)有最低的價(jià)格限度,用碳纖維制造的自行車重量?jī)H為9kg。臺(tái)灣巨大公司新推出一輛碳纖維自行車售價(jià)為692美元,該公司的目標(biāo)是:在短時(shí)間內(nèi)努力降低其價(jià)格至500美元以下,到達(dá)廣闊消費(fèi)者均可接受的程度。可以相信,隨著市場(chǎng)對(duì)此種材料的認(rèn)可和商業(yè)上的成功(價(jià)格下降),九十年代中后期,碳纖維自行車將會(huì)占據(jù)自行車市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。據(jù)資料顯示,目前生產(chǎn)碳纖維自行車的國(guó)家和地區(qū)有:美國(guó)、日本、法國(guó)、意大利和臺(tái)灣省,我國(guó)已著手此方面的研究。美國(guó)現(xiàn)在約有12家公司共生產(chǎn)有20種型號(hào)的碳纖維自行車。美國(guó)今年銷售此類車將達(dá)2萬(wàn)輛,1995年復(fù)合材料制成的自行車產(chǎn)品其銷量將超過(guò)鋼制自行車,1997年那么會(huì)超過(guò)鋁合金自行車。2、款式多變自行車產(chǎn)品的款式變化將會(huì)越來(lái)越多,越來(lái)越奇特。國(guó)外自行車品種是年年有變化,五年一大變。81年到85年是BMX越野車的黃金時(shí)代,86年便被MTB山地車取而代之?，F(xiàn)在一種結(jié)合運(yùn)動(dòng)賽車與山地車之優(yōu)點(diǎn)的“混合自行車〞,繼MTB山地車之后“粉墨登場(chǎng)〞,它既有運(yùn)動(dòng)賽車的速度又有MTB山地車的強(qiáng)度;既可跑路,又能登山。可以預(yù)計(jì),九十年代前期為MTB的天下,后期那么由新一代混合自行車主導(dǎo)市場(chǎng)。3、功能多樣集娛樂(lè)、健身、運(yùn)動(dòng)型自行車產(chǎn)品將會(huì)成為自行車市場(chǎng)的主流。這是因?yàn)樽孕熊囘\(yùn)動(dòng)將成為主要的體育運(yùn)動(dòng)工程,自行車將成為一種娛樂(lè)工具?，F(xiàn)代三項(xiàng)鐵人運(yùn)動(dòng)的興起,更是自行車成為娛樂(lè)工具的強(qiáng)力助動(dòng)劑。九十年代社會(huì)老齡化問(wèn)題將日益突出,婦女兒童亦紛紛參加到自行車運(yùn)動(dòng)行列,因而在九十年代,適合老年人、婦女、兒童騎行的自行車產(chǎn)品極具市場(chǎng)潛力。交通堵塞、車位難尋、高層住宅成為現(xiàn)代都市生活的縮影。折疊式自行車將以其獨(dú)具的魅力(折疊后體積小、不占空間、易攜引)暢銷九十年代自行車市場(chǎng)。4、外型美觀當(dāng)今的中、高檔自行車產(chǎn)品其傳動(dòng)系統(tǒng)都為輕快的多級(jí)變速,目前最多的達(dá)三鏈輪八飛24變速,因而速度極快。自行車產(chǎn)品設(shè)計(jì)者們將會(huì)充分考慮運(yùn)動(dòng)時(shí)的每一個(gè)技術(shù)問(wèn)題,空氣動(dòng)力學(xué)將得到充分的運(yùn)用?？梢韵胂?自行車產(chǎn)品定會(huì)極具流線型而使其外型更美觀。大自然色彩將會(huì)成為九十年代自行車的主色調(diào)。九十年代隨著自行車整車的高檔化,自行車零部件的開(kāi)發(fā)亦將日新月異。日本島野公司和桑塔公司最新推出了安裝在把橫管下方的姆指按壓式換檔器?？芭芍Z羅公司亦推出一種轉(zhuǎn)動(dòng)把手套即可換檔的新型換檔器。進(jìn)入九十年代,自行車變速撥鏈器將會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的開(kāi)展階段。自行車速度的提高,對(duì)其制動(dòng)性能的要求亦就越高,因此類似摩托車制動(dòng)裝置的液壓閘將會(huì)應(yīng)用于自行車上,避震懸掛裝置亦是如此。自行車工業(yè)的開(kāi)展變化,必然會(huì)將最新的技術(shù)和工藝應(yīng)用于自行車上。如輕合金焊接工藝,復(fù)合材料的粘接技術(shù)等。電子技術(shù)亦將應(yīng)用于自行車工業(yè),諸如電子撥鏈器、電子自行車測(cè)速表等。自行車將進(jìn)入信息時(shí)代,騎車人只要按動(dòng)裝在自行車上的微電腦,便可知自己的騎行速度,累計(jì)行程、運(yùn)動(dòng)量大小、心率變化等。同時(shí)，自行車外表裝飾趨于時(shí)裝化、人性化，五顏六色的自行車不僅能發(fā)揮其使用功能，同時(shí)它還能表達(dá)出個(gè)人的個(gè)性和愛(ài)好。這是因?yàn)楹枚嗳速I自行車也像買時(shí)裝一樣喜歡挑挑揀揀，這種情況現(xiàn)在國(guó)外相當(dāng)普遍。今天，國(guó)外自行車的顏色可謂豐富多彩，一般均為多色、雙色鑲拼和多種色彩組合而成的色彩(有三色、四色、五色甚至更多)以及立體感較強(qiáng)的熒光絲紋貼花、花色貼花，各種瑩光漆、珠光漆、裂紋漆、條紋漆更為常見(jiàn)。除此之外，表現(xiàn)各種人物和動(dòng)物的藝術(shù)圖案現(xiàn)也紛紛進(jìn)入車架外表涂飾這一領(lǐng)域，有的廠家已將生動(dòng)活潑的動(dòng)物圖案、兒童卡通畫(huà)，甚至自行車運(yùn)動(dòng)競(jìng)賽冠軍(各種不同的比賽運(yùn)動(dòng)工程冠軍)及電影明星畫(huà)像也搬上粗暴的山地自行車或越野自行車車架。為了使自行車色彩更為和諧，有局部廠家在車把把立管上還采用了色彩和車架相仿的多彩朦朧藝術(shù)圖案的外表裝飾，這種裝飾使人在視覺(jué)和觸覺(jué)上始終有一種新鮮的感覺(jué)，目前已成為自行車市場(chǎng)上的一種流行趨勢(shì)。總而言之,自行車產(chǎn)品日趨高檔。自行車用材進(jìn)入輕合金和復(fù)合材料時(shí)代。自行車款式將圍繞著娛樂(lè)、健身、運(yùn)動(dòng)這一主題而不斷變化。自行車零部件大放異彩,電子技術(shù)會(huì)在自行車工業(yè)得到廣泛應(yīng)用。因此，自行車設(shè)計(jì)，一方面要滿足消費(fèi)者的需求，使自行車具有功能性，人性化，另一方面要符合當(dāng)前社會(huì)科技開(kāi)展的要求，具有時(shí)代性。如何設(shè)計(jì)和一個(gè)功能強(qiáng)大、人性化的自行車成為了當(dāng)今人們比擬關(guān)心的問(wèn)題。以下是兩款設(shè)計(jì)比擬新穎的自行車：第1款：此自行車為可折疊的自行車，自行車后架為一個(gè)背包的形狀，自行車可折疊收攏到背包范圍內(nèi)，便于攜帶，設(shè)計(jì)特別新穎。圖1.1可折疊式背包自行車第2款:這一款自行車可稱之為概念車,設(shè)計(jì)很獨(dú)特,造型很美觀,在座椅的地方的改進(jìn)特別突出,顯示出當(dāng)代自行車的多樣性.圖1.2概念車的造型1.2虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)的意義及前景虛擬樣機(jī)技術(shù)就是在建立第一臺(tái)物理樣機(jī)之前，設(shè)計(jì)師利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行仿真分析并從圖形方式顯示該系統(tǒng)在真實(shí)工程條件下的各種特性，從而修改并得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)；虛擬樣機(jī)是一種計(jì)算機(jī)模型，它能夠反映實(shí)際產(chǎn)品的特性，包括外觀、空間關(guān)系以及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性。借助于這項(xiàng)技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以在計(jì)算機(jī)上建立機(jī)械系統(tǒng)模型，伴之以三維可視化處理，模擬在真實(shí)環(huán)境下系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性并根據(jù)仿真結(jié)果精簡(jiǎn)和優(yōu)化系統(tǒng)；虛擬樣機(jī)技術(shù)利用虛擬環(huán)境在可視化方面的優(yōu)勢(shì)以及可交互式探索虛擬物體功能，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何、功能、制造等許多方面交互的建模與分析。它在CAD模型的根底上，把虛擬技術(shù)與仿真方法相結(jié)合，為產(chǎn)品的研發(fā)提供了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)方法。1994年Boeing777在世界上首次借助虛擬樣機(jī)技術(shù)(VirtualPrototyping簡(jiǎn)稱VP)成功取代大型物理模型，保證了機(jī)翼和機(jī)身的一次接合成功，縮短了數(shù)千小時(shí)的研發(fā)周期，開(kāi)創(chuàng)了VP研究應(yīng)用的先河。虛擬樣機(jī)技術(shù)是在CAX／DFX(CAD、CAM、CAE、CAPP、DFA、DFM、DFT、DFS、DFD等)技術(shù)根底上開(kāi)展起來(lái)的，它進(jìn)一步融合信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和仿真技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上建立數(shù)字化模型，伴之以三維可視化處理，模擬在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，并根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與過(guò)程，為產(chǎn)品的研發(fā)提供了一個(gè)全新的設(shè)計(jì)方法。機(jī)械工程中的虛擬樣機(jī)技術(shù)又稱為機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，是20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)開(kāi)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，其核心是機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)，同時(shí)還包括三維CAD建模技術(shù)，有限元分析技術(shù)，機(jī)電液控技術(shù)最優(yōu)化技術(shù)等相關(guān)技術(shù)。與傳統(tǒng)的基于物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)方法相比，虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)方法具有以下特點(diǎn)：(1)全新的研發(fā)模式。傳統(tǒng)的研發(fā)方法從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)是一個(gè)串行過(guò)程，這種方法存在很多的弊端。而虛擬樣機(jī)技術(shù)真正地實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)角度的產(chǎn)品優(yōu)化，它基于并行工程，使產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段就可以迅速地分析、比擬多種設(shè)計(jì)方案，確定影響性能的敏感參數(shù)，并通過(guò)可視化技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品、預(yù)測(cè)產(chǎn)品在真實(shí)工況下的特征以及所具有的響應(yīng)，直至獲得最優(yōu)工作性能。(2)更低的研發(fā)本錢、更短的研發(fā)周期、更高的產(chǎn)品質(zhì)量。采用虛樣機(jī)設(shè)計(jì)方法有助于擺脫對(duì)物理樣機(jī)的依賴。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型(即虛擬樣機(jī))，可以完成無(wú)數(shù)次物理樣機(jī)無(wú)法進(jìn)行的虛擬試驗(yàn)(本錢和時(shí)間條件不允許)。從而無(wú)需制造及試驗(yàn)物理樣機(jī)就可獲得最優(yōu)方案，因此不但減少了物理樣機(jī)的數(shù)量，而且縮短了研發(fā)周期、提高了產(chǎn)品質(zhì)量。(3)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的重要手段。目前世界范圍內(nèi)廣泛地接受了動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的概念，即為了適應(yīng)快速變化的全球市場(chǎng)，克服單個(gè)企業(yè)資源的局限性，出現(xiàn)了在一定時(shí)間內(nèi)，通過(guò)Internet(或Intranet)臨時(shí)締結(jié)成的一種虛擬企業(yè)，為實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)和制造，參盟企業(yè)這間產(chǎn)品信息的敏捷交流尤顯重要，而虛擬樣機(jī)是一種數(shù)字化模型，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輸送產(chǎn)品信息，具有傳遞快速、反響及時(shí)的特點(diǎn)，進(jìn)而使動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的活動(dòng)具有高度的并行性。虛擬樣機(jī)技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過(guò)界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化虛擬樣機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的。國(guó)外虛擬樣機(jī)相關(guān)技術(shù)軟件的商業(yè)化過(guò)程已經(jīng)完成。目前由二十多家公司在這個(gè)日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)。比擬有影響的有美國(guó)機(jī)械動(dòng)力學(xué)公司(Me—charlatanicDynamicsInc．)的ADAMS(AutomaticDy—manicAnalysisofMechanicalSystem)，CADSI公司的DADS(DynamicAnalysisandDesignSystem)，PTC公司的Pro/ENGINEER及德國(guó)航天局的SIMPACK,其他還有ANSYS、ADINA、IDEAS、FLOW3D、MSC、Software等等；其中美國(guó)機(jī)械動(dòng)力學(xué)公司的ADAMS占據(jù)了市場(chǎng)的50％以上。由于機(jī)械系統(tǒng)仿真分析提供的分析技術(shù)能夠滿足真實(shí)系統(tǒng)并行工程設(shè)計(jì)要求，通過(guò)建立機(jī)械系統(tǒng)的模擬樣機(jī)，使得在物理樣機(jī)建造前便可分析出它們的工作性能，因而其日益受到國(guó)內(nèi)外機(jī)械領(lǐng)域的重視。應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航空航天業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、通用機(jī)械到人機(jī)工程學(xué)、醫(yī)學(xué)以及工程咨詢等不同領(lǐng)域。但國(guó)內(nèi)的研究范圍較狹窄，在制造行業(yè)中應(yīng)用還有待普及。Pro/E是法國(guó)達(dá)索公司開(kāi)發(fā)的專業(yè)大型高端CAD/CAE/CAM一體化應(yīng)用軟件，在世界CAD/CAE/CAM領(lǐng)域中處于領(lǐng)軍者地位，其內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工業(yè)造型設(shè)計(jì)、三維模型設(shè)計(jì)、分析計(jì)算、動(dòng)態(tài)模擬與仿真、工程圖輸出，到生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過(guò)程，其應(yīng)用范圍涉及機(jī)械、航空航天、汽車、造船、通用機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械和電子等諸多領(lǐng)域。作為PLM協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成局部，它可以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來(lái)的產(chǎn)品，并支持從工程前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。模塊化的Pro/E系列產(chǎn)品旨在滿足客戶在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)中的需要，包括風(fēng)格和外型設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、設(shè)備與系統(tǒng)工程、管理數(shù)字樣機(jī)、機(jī)械加工、分析和模擬。Pro/E產(chǎn)品基于開(kāi)放式可擴(kuò)展的V5架構(gòu)。通過(guò)使企業(yè)能夠重用產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)，縮短開(kāi)發(fā)周期，Pro/E解決方案加快企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的需求的反響。自1999年以來(lái)，市場(chǎng)上廣泛采用它的數(shù)字樣機(jī)流程，從而使之成為世界上最常用的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。Pro/E系列產(chǎn)品已經(jīng)在七大領(lǐng)域里成為首要的3D設(shè)計(jì)和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設(shè)計(jì)、電力與電子、消費(fèi)品和通用機(jī)械制造。1.3本課題研究的目的該課題通過(guò)對(duì)自行車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和原理進(jìn)行分析，對(duì)自行車的功能進(jìn)行了創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，應(yīng)用Pro/E三維軟件高級(jí)建模技術(shù)和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真功能對(duì)自行車進(jìn)行三維建模、虛擬裝配以及仿真，以便對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)及優(yōu)化。通過(guò)該課題的研究，全面而廣泛地了解當(dāng)前國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的最新開(kāi)展動(dòng)態(tài)，系統(tǒng)的掌握了自行車的性能、用途以及其設(shè)計(jì)原那么，對(duì)所學(xué)知識(shí)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解。該設(shè)計(jì)可以有效降低本錢，縮減產(chǎn)品的研發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)效率，為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)奠定了根底。1、從人機(jī)工程學(xué)的角度,對(duì)自行車設(shè)計(jì)開(kāi)展進(jìn)行研究,總結(jié)自行車設(shè)計(jì)開(kāi)展的規(guī)律,預(yù)測(cè)未來(lái)自行車設(shè)計(jì)開(kāi)展的趨勢(shì),為未來(lái)自行車外觀造型設(shè)計(jì)提供可借鑒性的理論依據(jù)和理論指導(dǎo)；2、針對(duì)目前自行車結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析改進(jìn),提出可行性解決方法,提出自行車改進(jìn)設(shè)計(jì)新的思路和方法,期望能夠?yàn)榻窈笞孕熊嚨脑O(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)可以培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，有利于培養(yǎng)良好的工程素質(zhì)。通過(guò)畢業(yè)論文的寫(xiě)作，提高學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù)的能力及自學(xué)能力，進(jìn)一步提高文獻(xiàn)檢索和信息處理能力，而且通過(guò)該設(shè)計(jì)，可以為未來(lái)對(duì)該領(lǐng)域的一些設(shè)計(jì)與研究工作提供一定的參考價(jià)值。中國(guó)未來(lái)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須以創(chuàng)意與革新為首要條件,唯有真正好用且務(wù)實(shí)的商品才一能在市場(chǎng)上脫穎而出。符合人機(jī)工程,人性化的設(shè)計(jì)是最實(shí)在的,同時(shí)也是最前沿的潮流與趨勢(shì),是一種人文精神的表達(dá),是人與產(chǎn)品完美和諧的結(jié)合。在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi),隨著人民生活水平的日益提高,中國(guó)的自行車設(shè)計(jì)將更加注重娛樂(lè)、美觀、個(gè)性和舒適,更加人性化,而不再像原來(lái)只是一種交通工具。1.4自行車材料的選擇除了車架的造型對(duì)使用者有很大影響外，車架所使用的材料也是重要的因素。自行車的使用材料主要指車架所采用的材質(zhì)，自行車的材料有已往使用的鉻鉬鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現(xiàn)新材料，目前出現(xiàn)了不少用這些新材料制成的車架。鉻鉬鋼車架鉻鉬鋼車架優(yōu)點(diǎn)：(1)易加工歷史最悠久的車架，要屬鉻鉬鋼的車架是，也是人們運(yùn)用時(shí)間最久的材料。因此，無(wú)聊是加工或焊接工藝，大多數(shù)工廠已經(jīng)運(yùn)用嫻熟。(2)沖擊的吸收性能好騎乘感極強(qiáng)，彈性好，因?yàn)殂t鉬鋼組成的車架，可以吸收車體震動(dòng)帶來(lái)的沖擊力。(3)焊接工藝簡(jiǎn)單鉻鉬鋼的焊接工藝相對(duì)其他材料來(lái)說(shuō)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且也不需要經(jīng)過(guò)T4/T6處理等熱處理，因此操作和本錢相對(duì)簡(jiǎn)單。(4)價(jià)格低廉因?yàn)殇摬谋旧淼膬r(jià)格相對(duì)鋁合金，鈦合金等其他材料來(lái)說(shuō)相對(duì)廉價(jià)，所以其被大量運(yùn)用到自行車設(shè)計(jì)當(dāng)中。鉻鉬鋼車架的缺點(diǎn)：(1)防銹能力差鉻鉬鋼在沒(méi)有添加其他金屬的情況下，很容易和空氣發(fā)生化學(xué)反響而生銹。因此一般情況下，鉻鉬鋼必須得進(jìn)行外表處理的工序，但是在自行車使用過(guò)程中，很容易出現(xiàn)車架的磨損，因此，磨損的區(qū)域很容易產(chǎn)生銹斑。(2)鉻鉬鋼的抗疲勞度差鉻鉬鋼雖然硬度比擬大，但是柔韌性比擬差，即當(dāng)鉻鉬鋼第一次彎曲后，即使回復(fù)原位，但是其強(qiáng)度大大減弱。例如鉻鉬鋼車把在經(jīng)常的使用后，很容易產(chǎn)生形變或者自行車發(fā)生意外的沖撞，將會(huì)大大的縮短自行車的壽命，或者當(dāng)你在踩踏腳踏時(shí)感覺(jué)到不夠順利，那么有可能金屬就以發(fā)生了疲勞。1.4.2鋁合金車架鋁合金車架的優(yōu)點(diǎn)：鋁，相對(duì)來(lái)說(shuō)比鐵的比重輕，但是強(qiáng)度比擬軟，通過(guò)熱處理制成合金是增加其強(qiáng)度的一種方式并。時(shí)析出增強(qiáng)法是常用的一種熱處理方式，概括的說(shuō)，通過(guò)熱處理方式在阻礙金屬的變形。時(shí)效析出會(huì)在高溫的熱處理情況下伴隨出現(xiàn)，假設(shè)車架沒(méi)有經(jīng)過(guò)該程序，便會(huì)產(chǎn)生常溫時(shí)效。6061T6和7055T6是鋁合金車架的常用材料。T6標(biāo)志即表示之前經(jīng)過(guò)T4處理和熱處理。假設(shè)沒(méi)經(jīng)過(guò)熱處理，那么其強(qiáng)度只會(huì)比原鋁強(qiáng)度硬1/5左右。但是，某些具有自行車零件〔7055鋁〕，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，它并沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱處理。它是常溫興的，并沒(méi)有時(shí)效性的產(chǎn)生。但是本身7055鋁的硬度就相當(dāng)?shù)母?，假設(shè)再進(jìn)行熱處理，其強(qiáng)度可高出一般鋁5的硬度五倍。除此之外，7005鋁是一種常見(jiàn)運(yùn)用于車架的材料，雖然它的硬度沒(méi)有7075鋁高，但是他在普通的溫度下，依舊能夠進(jìn)行時(shí)效反響。7005鋁也可以制作成車架的支撐薄片。但是材料本身的可塑性很低，彈性不夠大，所以經(jīng)常所見(jiàn)到的7005鋁的直徑都比擬寬外觀長(zhǎng)時(shí)間不容易產(chǎn)生形變鋁是屬于一種被腐蝕的金屬物質(zhì)，沒(méi)有被氧化的鋁根本是不可能存在的，它會(huì)在被氧化的過(guò)程中，在鋁的外表形成一層很薄的氧化膜。該氧化膜可以在一定程度上保持內(nèi)部的鋁材質(zhì)不被氧化。氧化膜是一種白色，不容易被發(fā)現(xiàn)的薄膜。近來(lái)許多商家為了謀求暴利，很多車架都被制作成超薄的形式。這些車架都的疲勞度都是相當(dāng)?shù)牡停虼顺霈F(xiàn)問(wèn)題的幾率相當(dāng)?shù)拇?。鋁合金車架的缺點(diǎn)：鋁的彈性和韌性相對(duì)其他車架材料較差。因此采用的車架管子是比擬粗，管徑比擬大，并且都需要進(jìn)行熱處理才能使用，否者強(qiáng)度都不夠使用。然而一般的熱處理設(shè)備相當(dāng)昂貴，一般中小規(guī)模的工廠無(wú)能力購(gòu)置設(shè)備，尤其是7005以上的金屬管材，多數(shù)情況下，必須制定廠家進(jìn)行熱處理。1.4.3鈦合金車架鈦合金車架的優(yōu)點(diǎn)：(1)可以制成量輕且高強(qiáng)度硬度的車架鈦金屬屬于質(zhì)輕強(qiáng)度高的稀有金屬，即使在鈦金屬中添加釩和鋁，強(qiáng)度相對(duì)于鋁合金來(lái)說(shuō)也是很高的，有利于各種自行車廠商設(shè)計(jì)。(2)抗腐蝕性強(qiáng)不易生銹：鈦的適應(yīng)能力很強(qiáng)，即使在很潮濕的環(huán)境下也不容易生銹，即使存放多年，色澤一樣多彩艷麗。(3)騎乘感好鈦合金常常用于前叉避震或者后避震的彈簧上。而用鈦合金制成的自行車車架韌性高質(zhì)量輕，便于長(zhǎng)時(shí)間的騎行。有些專業(yè)的騎手認(rèn)為，鈦合金的車架騎感好，柔軟性強(qiáng)，但是也有人僅僅喜歡鉻鉬鋼，他們認(rèn)為鉻鉬鋼車架課吸收的力道和沖擊性更好，并且視覺(jué)上，因?yàn)殂t鉬鋼的車架管徑比擬大，看起來(lái)會(huì)有更強(qiáng)的視覺(jué)感。鈦合金車架的缺點(diǎn)：鈦合金屬于稀有金屬，因此價(jià)格昂貴。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，但是提煉二氧化鈦的技術(shù)要求很高，并且本錢大，有風(fēng)險(xiǎn)。并且鈦合金之間的熔接難度很大，因?yàn)楫?dāng)鈦合金與空氣接觸后，馬上形成了二氧化鈦，當(dāng)鈦金屬形成二氧化鈦時(shí)，二氧化鈦局部會(huì)相當(dāng)?shù)拇?，?huì)導(dǎo)致接觸面硬度下降。因此焊接鈦金屬與鈦合金時(shí)，得使用昂貴的惰性氣體鎢來(lái)進(jìn)行。但最近有些高端的鋁合金車架比鈦合金車架貴，這從側(cè)面說(shuō)明了鈦合金的工藝提高了。1.4.4碳纖維車架碳纖維車架的優(yōu)點(diǎn)：(1).可以制作質(zhì)輕韌性好的車架碳纖維車架之所以強(qiáng)度高，是因?yàn)槠鋬?nèi)部的碳纖維結(jié)構(gòu)是對(duì)著發(fā)生應(yīng)力的方向?qū)訉盈B加的。因?yàn)樘祭w維車架是由其內(nèi)部的密度和強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度構(gòu)成，所起其車架質(zhì)輕而韌性大。(2).沖擊吸收性好碳纖維可以用來(lái)制作各種攀爬用的山地車，或者其他要求彈性大的其他領(lǐng)域。還有一些自行車，利用碳纖維彈性大的功能，可以不采用避震器。但是因?yàn)楦鱾€(gè)工廠之間的工藝差異比擬大，因此不同廠家的車架韌性不一樣。(3).車架的形態(tài)多樣化因?yàn)樘祭w維的可塑性比擬強(qiáng)，因此碳纖維可以塑造多種多樣的車架。碳纖維車架的缺點(diǎn)：(1)本錢高碳纖維是構(gòu)成碳纖維車架的重要組成局部，它的可拉伸強(qiáng)度高，但是天然的碳纖維韌性不夠，需要通過(guò)加工才能。然而各加工廠家的技術(shù)有限，因此加工碳纖維車架的價(jià)格和本錢較高。(2)尺寸單一由于碳纖維車架是是鑄模成型，因此，尺寸結(jié)構(gòu)變化需要重新鑄模，因此成本提高，使得碳纖維車架的造型單一。(3)在陽(yáng)光下容易變老化碳纖維假設(shè)在太陽(yáng)下長(zhǎng)期爆曬，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，因此長(zhǎng)期出去戶外的碳纖維自行車的色彩容易產(chǎn)生變化。鈦合金車架比擬好，自身有彈性而且壽命長(zhǎng)，強(qiáng)度高，綜合性能好。但價(jià)格相對(duì)來(lái)說(shuō)較貴些。1.5本課題研究的主要內(nèi)容了解自行車設(shè)計(jì)的開(kāi)展，通過(guò)各個(gè)時(shí)期自行車的造型特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、材料、色彩等設(shè)計(jì)要素分析自行車外觀造型特點(diǎn),從而總結(jié)出各個(gè)時(shí)期自行車設(shè)計(jì)的開(kāi)展特點(diǎn)，預(yù)測(cè)自行車的開(kāi)展趨勢(shì)。結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)理論，針對(duì)現(xiàn)有自行車所存在的問(wèn)題，進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行多功能的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并利用Pro/E三維造型和運(yùn)動(dòng)仿真功能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)和仿真分析，模擬機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，便于以后的改進(jìn)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，為新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)奠定根底。其根本結(jié)構(gòu)包括：多功能自行車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。多功能自行車主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配。多功能自行車結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。多功能自行車的功能仿真。1.6本章小結(jié)本章主要介紹了課題的研究主要內(nèi)容，介紹了介紹了自行車的開(kāi)展趨勢(shì)，明確了研究目的和意義，通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的分析和探討,更加深入地了解了課題研究的必要性。2多功能自行車主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1Pro/E設(shè)計(jì)方法概述使用Pro/E軟件進(jìn)行虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)總的來(lái)說(shuō)有兩種設(shè)計(jì)方法，它們分別是自底向上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和自頂向下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。自底向上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是先設(shè)計(jì)好產(chǎn)品的各個(gè)零部件，然后再把各個(gè)零部件逐一裝配成完整產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法。由底向上的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法是一種比擬簡(jiǎn)單、低級(jí)的方法，其設(shè)計(jì)思路比擬清晰，設(shè)計(jì)原理也比擬容易被廣闊用戶接受。但是其設(shè)計(jì)理念還不夠先進(jìn)產(chǎn)品需求分析，設(shè)計(jì)方法還不夠靈活，還不能完全適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的根本要求。這種方法主要使用于一些已經(jīng)比擬成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程，可以獲得比擬高的設(shè)計(jì)效率。由頂向下的裝配設(shè)計(jì)與由底向上的設(shè)計(jì)方法正好相反。設(shè)計(jì)時(shí)，首先從整體上畫(huà)出產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)關(guān)系或創(chuàng)立裝配體的二維零件布局關(guān)系圖，然后再根據(jù)這些關(guān)系或布局逐一設(shè)計(jì)出產(chǎn)品的零件模型。在現(xiàn)代的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，往往都是先設(shè)計(jì)出整個(gè)產(chǎn)品的外在概念和功能概念后，逐步對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)上的細(xì)化直至單個(gè)零件。2.2多功能自行車的總體設(shè)計(jì)自行車的組成大局部的自行車都由以下零件所構(gòu)成1、自行車體局部：包括前叉、車架，車把，鞍座等，為自行車的主體。2、自行車的傳動(dòng)局部：包括了鏈條，曲柄，飛輪，大齒盤，轉(zhuǎn)動(dòng)中軸，由人驅(qū)動(dòng)腳踏，通過(guò)以上零件，驅(qū)動(dòng)自行車的前行。3、轉(zhuǎn)動(dòng)局部：包括輪胎，車圈，內(nèi)胎，輻條等。4、警示裝置：包括車閘剎車、摩電燈、車玲、反光片等。5、附件：如菜籃，后貨架，打氣筒，備用內(nèi)胎等，同時(shí)許多高檔變速車還配有變速器和控制器等。2.2.2自行車設(shè)計(jì)原那么與設(shè)計(jì)流程1、自行車設(shè)計(jì)原那么自行車設(shè)計(jì)不僅要考慮整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性、舒適性，還要考慮人體在內(nèi)的自行車主要部件的尺寸結(jié)構(gòu)，即前部(人的肩寬與車把的寬度、前叉翹度、前輪的質(zhì)量等)，中部(人的臂長(zhǎng)與車架上管的長(zhǎng)度、立管的高度、前叉斜度)和后部(人的腿長(zhǎng)度和鞍座位置等)，以到達(dá)最正確舒適效果?！?〕考慮騎車時(shí)的舒適性不正確的工作姿勢(shì)易引起疲勞、誘發(fā)職業(yè)病，而且還因能量消耗過(guò)多使工作效率下降。騎行時(shí)的姿勢(shì)就是騎自行車時(shí)的工作姿勢(shì)，在自行車設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮騎車時(shí)的舒適，便于用力、并不易產(chǎn)生疲勞?！?〕提高自行車的綜合性能。人們對(duì)生活、交通的質(zhì)量的要求在不斷的提高，自行車的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮對(duì)自行車的舒適性、平安性、美觀性、提高速度、省力等多方而的性能進(jìn)行提高，并向多功能方向開(kāi)展。本自行車采用傳統(tǒng)的鏈傳動(dòng)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；車架基于人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)成流線型，既符合人機(jī)工程學(xué)原理，讓駕駛者體會(huì)到最省力，最舒適的行車感覺(jué)，又具有時(shí)尚美感和獨(dú)特的外觀，充分表達(dá)出車主的個(gè)性特色：車輪采用特種鋼圈制造，在傳統(tǒng)的自行車車輪上有獨(dú)特的設(shè)計(jì)，讓車的抓地性更好，行車更加穩(wěn)當(dāng)；鞍座和把手也結(jié)合人機(jī)工程學(xué)，設(shè)計(jì)出合理且舒適的角度和外形，讓駕駛者在長(zhǎng)時(shí)間騎車后不易感覺(jué)疲勞；在車身的顏色方面，結(jié)合車身的整體構(gòu)造選擇相應(yīng)的顏色。本設(shè)計(jì)除完成自行車的一般功能外，折疊后也可以成為一個(gè)輪椅，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。2、自行車設(shè)計(jì)流程產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)根本流程大概劃分為：1.課題提出2.制定方案3.市場(chǎng)調(diào)查4.資料分析5.確定主題方向6.設(shè)計(jì)構(gòu)思7.提出方案8.細(xì)化定案9.方案評(píng)審10.自行車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11.三維造型設(shè)計(jì)12.裝配13.產(chǎn)品圖。設(shè)計(jì)方案如下圖。圖2.1產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)流程圖2.3自行車根本尺寸設(shè)計(jì)自行車的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮到使用者的感受及舒適，因而在根本尺寸設(shè)計(jì)時(shí)需參照GB/T10000-88中國(guó)成年人人體尺寸〔如產(chǎn)品面向國(guó)際市場(chǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)需參照當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)或進(jìn)行相關(guān)調(diào)研〕如圖2.2人體站立根本尺寸圖2.2成年人立姿尺寸選取年齡分組：18～60歲，性別：男性工程里的數(shù)據(jù)：身高1754mm，前臂長(zhǎng)253mm，上臂長(zhǎng)333mm，大腿長(zhǎng)496mm，小腿長(zhǎng)396mm，小腿加足高439mm，臀膝距585mm圖2.3成年人坐姿尺寸傳統(tǒng)自行車設(shè)計(jì)，最能表達(dá)整體設(shè)計(jì)思想和風(fēng)格的是車架造型，車架的造型設(shè)計(jì)是表達(dá)自行車整車形體、風(fēng)格和款式等最重要的局部,也是車輛保證質(zhì)量和性能的根底。傳統(tǒng)車架有如下幾種型式。圖2.4車架的根本構(gòu)造綜合以上各方面的信息及要求，本課題設(shè)計(jì)的自行車的根本結(jié)構(gòu)和主要尺寸如下列圖所示。圖2.5多功能自行車的結(jié)構(gòu)及功能車架采用的是鋼管結(jié)構(gòu)，外表的洛氏硬度為80~90，強(qiáng)度為70，結(jié)合材料力學(xué)和理論力學(xué)的知識(shí)，經(jīng)過(guò)對(duì)鋼架的結(jié)構(gòu)分析，以及考慮到車輪輪胎和鋼圈的承受壓力，我們可以得出自行車的重心位于自行車的中點(diǎn)靠后輪100mm。另外一方面，一般騎車者的重量為45~70kg，彈簧的承受壓力為74kg，以及車架分擔(dān)的壓力，綜合考慮本設(shè)計(jì)的承受總量為40~85kg。全車采用鋁合金鋼架結(jié)構(gòu)，鞍座采用pick特殊材料，車輪采用橡膠結(jié)構(gòu)，全車總重量為15kg左右。2.4車身的設(shè)計(jì)車身局部是整車的主體局部，既是全部零部件的安裝主體，又是決定整體騎行性能的關(guān)鍵局部，包括車架，前叉，車把，鞍座等。車架的設(shè)計(jì)車架是自行車各零部件安裝依附的主體部件，車架的結(jié)構(gòu)決定了自行車的類型，也是構(gòu)成自行車的根本結(jié)構(gòu)體，它具有載人和承受各種不同環(huán)境的功能。人，是自行車所用的載體，根據(jù)外部條件與內(nèi)部條件的變化，加載于車架上的載重比車體本身要重很多倍。同時(shí)，因人自身的騎行技能以及人體自身的動(dòng)力的平安性，能夠平安載人便成為了車架的重要因素。車架就猶如自行車中的骨骼，為了在使用時(shí)，保證車架不破裂變形，車架必須保持可靠的強(qiáng)度。在自行車騎行過(guò)程中，由于受到路面和人體本身造成的扭轉(zhuǎn)，橫彎，縱向彎曲等這段以及反復(fù)負(fù)載，車架的繞曲，會(huì)影響使用人群的穩(wěn)定感和舒適感。因此，車架的必須強(qiáng)度高，牢固耐用，容易發(fā)揮人體機(jī)能。自行車的車架起著支撐整個(gè)機(jī)構(gòu)的作用，各部件之間采用焊接的方式連接在一起，以加強(qiáng)整體的剛性。車架的前后支撐采用橢圓形管材，擴(kuò)大了基架與地板之間的接觸面積，減小接觸點(diǎn)的壓強(qiáng)，進(jìn)而可以到達(dá)減少磨損的效果。為了減輕管重量，提高強(qiáng)度，較高檔的自行車采用低合金鋼管制造。為了減少快速行駛的阻力，有的自行車還采用流線型的鋼管。由于自行車是依靠人體自身的驅(qū)動(dòng)力和騎車技能而行駛的，車架便成為承受自行車在行駛中所產(chǎn)生的沖擊載荷以及能否舒適、平安地運(yùn)載人體的重要結(jié)構(gòu)體，車架部件制造精度的優(yōu)劣，將直接影響乘騎的平安、平穩(wěn)、和輕快。主車架的結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。圖2.6主車架的結(jié)構(gòu)主車架采用流行型的車體構(gòu)成，符合現(xiàn)代人的審美觀念，時(shí)尚大方，主車架與與腳踏等連接處采用弧線結(jié)構(gòu)支撐，考慮到以后折疊成輪椅時(shí)靠背支撐的穩(wěn)定行，在主車架中間附加一支撐，車架整體結(jié)構(gòu)如下圖。圖2.7車架的整體結(jié)構(gòu)2.4.2前叉的設(shè)計(jì)前叉部件是整車重要的組成局部。它支撐前輪，加上轉(zhuǎn)向功能，可以保持騎行的平穩(wěn)。該前叉為普通型前叉，采用鋼焊焊接而成，3個(gè)管件之間相結(jié)合部位制作成相貫線，使管件間結(jié)合部位形成無(wú)縫隙結(jié)合，然后在氣體保護(hù)下用電弧焊的方式在管材結(jié)合處焊合?？紤]到自行車的多功能，在前叉?zhèn)让姘惭b以后折疊輪椅用的座位局部。前叉部件在自行車結(jié)構(gòu)中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導(dǎo)向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動(dòng)車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導(dǎo)向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質(zhì)，故前叉部件必須具有足夠的強(qiáng)度等性質(zhì)。同時(shí)前叉上裝有座板，折疊收攏，不會(huì)影響自行車的行走；將自行車前后輪旋轉(zhuǎn)90后，將座板翻開(kāi)，前后兩個(gè)座板之間用銷釘固定，變可以成為輪椅的座板，使用方便，操作簡(jiǎn)單，安裝穩(wěn)固。圖2.8前叉及附件的結(jié)構(gòu)2.4.3把手的設(shè)計(jì)把手是駕車者在行駛過(guò)程中控制方向的重要工具，其設(shè)計(jì)需考慮在踏步過(guò)程中，人的雙臂自然彎曲的角度，以及四指和拇指握住是的根本狀態(tài)。1)車把的高度。自行車的車把如果偏低，騎車者必須彎下腰，時(shí)間久了，就會(huì)感到腰酸背疼，胳膊疲勞。車把的高度應(yīng)保證騎車者在騎車時(shí)處于自然坐姿或接近自然坐姿，并使頸關(guān)節(jié)、胸關(guān)節(jié)、腰關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)處于舒適的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。2)車把的寬度.經(jīng)實(shí)踐測(cè)量,當(dāng)車把的寬度接近于騎車者的最大肩寬時(shí),人能夠自然舒適地握住車把，并能保持長(zhǎng)時(shí)間不易疲勞。中等身材(50%的人群)的人最大肩寬,男為63.1cm,女為59.7cm，此,車把的寬度可定為59.7～63.1cm。3)把手:現(xiàn)行自行車的把手很多都是橄欖形的，其實(shí)這并不符合人機(jī)工程學(xué)原理，因?yàn)楫?dāng)手握把手時(shí)，手的屈肌和伸肌共同完成握把。從手掌的解剖特征看，掌心局部的肌肉最少，指骨間肌和手指局部是神經(jīng)末稍滿布的部位；指球肌和大、小魚(yú)際是肌肉豐富的部位，是手部的天然減振器。4)把手的彎度。傳統(tǒng)的自行車把手為水平，這不符合人機(jī)工程學(xué)原理，因?yàn)檫@樣將會(huì)使手腕處于背屈狀態(tài)，腕部酸痛，握力減小，還會(huì)引起腕道綜合癥、腱鞘炎等病癥。測(cè)試說(shuō)明，把手與水平位置成10°左右效果最好，可以降低疲勞，容易操作，還使腕關(guān)節(jié)處于放松狀態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，可以使用彎管機(jī)和縮管機(jī)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，還可以根據(jù)不同需求對(duì)扶手的各種角度參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。自行車把手的結(jié)構(gòu)如下：圖2.9把手的結(jié)構(gòu)2.4.4鞍座的設(shè)計(jì)目前作為自行車設(shè)計(jì)中的鞍座設(shè)計(jì)，其必須符合人性化設(shè)計(jì)中的人機(jī)工程學(xué)，鞍座是騎車人為了驅(qū)動(dòng)操縱自行車而乘坐的座位。大多數(shù)人長(zhǎng)時(shí)間騎自行車，都會(huì)感到臀部疼痛，之所以如此，一局部原因是前傾式的騎車姿勢(shì)使騎車者會(huì)陰與車座前端產(chǎn)生磨擦，時(shí)間一久就會(huì)感到不舒服；一局部原因那么是車座的尺寸與人體尺寸不符所致。根據(jù)人體組織的解剖特性可知，坐骨結(jié)節(jié)處是人體最能耐受壓力的部位，身體的主要重量均由骨盆下的兩塊面積約為25cm2的坐骨結(jié)節(jié)承受故車座后端寬度過(guò)小就會(huì)使坐骨結(jié)節(jié)處在鞍座外緣或緊挨外緣的位置。這樣，身體的壓力使得坐骨結(jié)節(jié)被迫別離的趨勢(shì)過(guò)大，由此導(dǎo)致臀部的疼痛感。所以車座后端應(yīng)在現(xiàn)有的根底上適當(dāng)加寬。前市場(chǎng)上存在的鞍座設(shè)計(jì)主要是由皮面、發(fā)泡、底殼、彈簧、卡子〔固定在車上的部位〕這幾個(gè)局部組成。本自行車鞍座皮面采用軟PVC材料，通過(guò)對(duì)皮面外表紋理的處理，曲率應(yīng)該在一定的范圍內(nèi)，一方面使鞍座樣式多樣化，滿足不同消費(fèi)群體對(duì)設(shè)計(jì)風(fēng)格的需求；一方面通過(guò)紋理的處理了起到防滑的作用。鞍座的皮面并不是直接安裝在底殼上的，為了防止堅(jiān)硬的底殼給使用者坐骨區(qū)帶來(lái)的不適，中間加了一層發(fā)泡。發(fā)泡起緩沖抗震的作用，并且它的優(yōu)點(diǎn)就是不易變形，擠壓后復(fù)原能力強(qiáng)。大大減輕了坐骨區(qū)神經(jīng)壓迫的痛苦，無(wú)疑這個(gè)設(shè)計(jì)是對(duì)使用者身體平安的保障。因此，鞍座的設(shè)計(jì)，應(yīng)該以舒適性為第一設(shè)計(jì)性原那么。這種要求是不能使臀部有疼痛的感覺(jué)，因此要增大鞍座面的受力面積，減少壓力，同時(shí)盡可能的使用減震彈簧。鞍座的結(jié)構(gòu)如下圖。圖2.10鞍座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.5腳蹬的設(shè)計(jì)腳蹬部件裝配在中軸部件的左右曲柄上，是一個(gè)將平動(dòng)力轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)力的裝置，自行車騎行時(shí)，腳踏力首先傳遞給腳蹬部件，然后由腳蹬軸轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄，中軸，鏈條飛輪，使后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使自行車前進(jìn)。因此腳蹬部件的結(jié)構(gòu)和規(guī)格是否適宜，將直接影響騎車人的放腳位置是否適宜，自行車的驅(qū)動(dòng)能否順利進(jìn)行。圖2.11腳蹬的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.6車把與鞍座之間的相對(duì)位置車把與鞍座之間的相對(duì)位置決定了騎乘者上半身的姿勢(shì)。車把過(guò)低會(huì)使騎行者的上肢承受很大的靜壓，時(shí)間稍長(zhǎng)手臂和手掌易發(fā)生疲勞，同時(shí)過(guò)低的上身也會(huì)壓迫腹部，但力容易傳遞到車。提高車把高度可使背部彎曲度變淺，可以防止對(duì)腹部的壓迫，但力不易傳遞到前輪。從生物力學(xué)角度來(lái)看，當(dāng)人體脊柱處于非自然彎曲狀態(tài)時(shí)，會(huì)引起椎間盤壓力改變，致使腰部疼痛。所以良好的騎姿應(yīng)使騎乘者脊柱接近正常形態(tài)。在腰部增加適當(dāng)?shù)目勘晨梢愿纳仆尾渴芰ΓS持脊柱的正常形態(tài)，并有利于腿部蹬力的發(fā)揮。2.4.7鞍座與腳踏之間的相對(duì)位置鞍座與腳踏之間的相對(duì)位置直接影響蹬踏方式，由鞍座相對(duì)中軸軸心的位置和曲柄長(zhǎng)度決定。鞍座相對(duì)中軸軸心的位置是決定下肢肌肉群的肌力能否有效利用的一個(gè)關(guān)鍵，即是影響踏力和踏速能否獲得最正確配合的關(guān)鍵。鞍座的位置由鞍座的高度和坐管傾角共同決定。鞍座的高度與胯高關(guān)系緊密。大的坐管傾角使騎乘者重心靠前，有利于高速騎行，但不能長(zhǎng)時(shí)間騎行。曲柄長(zhǎng)度決定了大腿骨的運(yùn)動(dòng)角度和有關(guān)肌肉群的收縮程度。過(guò)長(zhǎng)的曲柄將引起肌肉的過(guò)度伸長(zhǎng)和過(guò)度縮短。曲柄過(guò)短將使珍貴的肌肉收縮力不能被充分利用。此外，曲柄的長(zhǎng)度還直接影響合理的踏速?，F(xiàn)在有兩種比擬流行確實(shí)定曲柄長(zhǎng)度的方法，一種是從股骨的頂端到地面距離的18.5%為所需曲柄的長(zhǎng)度，還有一種是取為身高的1/10。2.5車輪的設(shè)計(jì)為了騎行舒適和減少阻力,輪胎的柔軟性是最重要的因素。一般容易變形,即柔軟性好的輪胎,騎行性能也較好。車胎的花紋一直在變化，第一種自行車輪胎的花紋仿照摩托車輪胎,是間隙寬的球突形花紋〔如下列圖所示〕這種輪胎在柏油路上滾動(dòng)的聲音大,并迫使你減速,但這種輪胎適宜在雪地、冰面和森林松土上行駛,盡管使用的時(shí)間較少,但它還是適于在士述地貌上使用的首選輪胎。為了盡量減少在光滑的硬路面上的滾動(dòng)阻力,球突呈交錯(cuò)排列。第二種花紋呈“中突形〞,即輪胎側(cè)面為球突花紋,中間是一圈狹而光滑的突起,中突部?jī)蛇叺幕y是對(duì)稱的〔如下列圖所示〕這種輪胎附著摩擦力強(qiáng),適用于松土路面,在平路上的滾動(dòng)阻力也較小,但是當(dāng)自行車轉(zhuǎn)彎或傾斜時(shí),輪胎與地之間的接觸是從中間突起轉(zhuǎn)移到側(cè)面,次時(shí)自行車的操縱穩(wěn)定性較差,并可能給騎車者帶來(lái)麻煩。最新、最好的輪胎花紋設(shè)計(jì)是一種中間當(dāng)平滑、并有許多小凹槽的花紋,側(cè)邊附近是一行凸形花紋。這種花紋從輪胎中間到側(cè)面的過(guò)渡較平緩,這就提高了各種狀態(tài)下的自行車操縱穩(wěn)定性。圖2.12車輪花紋綜合分析以上的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)出來(lái)如下列圖的輪胎紋理，這種紋理可以提高各種狀態(tài)下的自行車操縱穩(wěn)定性，讓舒適性和操作性并存，并且發(fā)揮到極致。圖2.13設(shè)計(jì)的車輪紋理以下就是考慮到整體設(shè)計(jì)思路和綜合性能，車輪的結(jié)構(gòu)如下圖。圖2.14車輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.6鏈輪小輪盤的設(shè)計(jì)小輪盤以內(nèi)螺紋旋擰固定在后軸的右端，與鏈輪保持同一平面，并通過(guò)鏈條與鏈輪相連接，構(gòu)成自行車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，從結(jié)構(gòu)上可分為單級(jí)飛輪和多級(jí)飛輪兩大類。小輪盤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，和車把柄相識(shí)，通過(guò)簡(jiǎn)單命令完成，。主要通過(guò)旋轉(zhuǎn)、拉伸切除材料實(shí)現(xiàn)，最后倒圓角完善并保存到工作目錄，小輪盤結(jié)構(gòu)如下圖。圖2.15小輪盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.7鏈輪大輪盤的設(shè)計(jì)大輪盤用高強(qiáng)度鋼材制成，保證其到達(dá)需要的拉力，結(jié)構(gòu)同小輪盤。圖2.16大輪盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.8鏈條設(shè)計(jì)鏈條又稱車鏈、滾子鏈，安裝在連輪和飛輪上。其作用是將腳踏力由曲柄、鏈輪傳遞到飛輪和后輪上，帶動(dòng)自行車前進(jìn)。鏈條是由一些相同結(jié)構(gòu)連接而成，主要用“拉伸〞命令完成，草繪工作較為繁瑣，相同圖形較多，需要有耐心，完成后保存到工作目錄下，如下圖。圖2.17鏈條結(jié)構(gòu)2.9折疊后的輪椅座位設(shè)計(jì)該自行車除滿足一般自行車的功能外，不騎車?yán)哿诵菹r(shí)或腿部受傷騎不了時(shí)，可以折疊起來(lái)作為輪椅坐，輪椅座位由兩局部組成，分別附在前叉和后叉轉(zhuǎn)軸上，座位結(jié)構(gòu)和大小如下圖。圖2.18折疊后輪椅座位結(jié)構(gòu)2.10人體工程學(xué)在自行車設(shè)計(jì)中應(yīng)用的思考用人機(jī)工程學(xué)對(duì)現(xiàn)有的自行車分析，研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的自行車仍存在著某些不符合人的生理特而設(shè)計(jì)，這些設(shè)計(jì)使人們?cè)隍T車時(shí)容易產(chǎn)生疲勞，并且使人在騎車時(shí)的工作效率低下。把人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于自行車設(shè)計(jì)中，將有利于對(duì)自行車性能的提高。人機(jī)工程學(xué)的設(shè)計(jì)是把人的因素作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的取要條件和原那么，其目的是使設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品操作方便、省力、平安、可靠、舒適。將人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于自行車設(shè)計(jì)中，把人作為主要因素，用系統(tǒng)的觀點(diǎn)對(duì)自行車進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)自行車的整體及有關(guān)部件進(jìn)行改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮到人的生理特點(diǎn)，人的用力的特點(diǎn)，減少疲勞的產(chǎn)生等因素，提高自行車的省力、平安、舒適、高效等的綜合性能。近年來(lái)人們對(duì)自行車的研究主要在材料、減震、折疊、外觀等方面、并也取得了很大的成績(jī)。但對(duì)自行車整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)其變化不大。將人機(jī)工程學(xué)應(yīng)用于自行車設(shè)計(jì)中，將會(huì)使自行車的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并會(huì)使自行車的性能有很大的改善，人機(jī)工程學(xué)在自行車行業(yè)的應(yīng)用，將會(huì)推動(dòng)自行車的開(kāi)展，也許還將帶來(lái)自行車設(shè)計(jì)的一個(gè)新時(shí)代。2.11本章小結(jié)本章從人因工程學(xué)的角度對(duì)自行車各主要零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)，對(duì)自行車的其他功能進(jìn)行了構(gòu)思和設(shè)計(jì)，并利用Pro/E三維建模特征工具對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行了三維實(shí)體設(shè)計(jì)。選擇創(chuàng)立實(shí)體特征方法的正確與否，直接關(guān)系著模型設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度、造型的好壞甚至設(shè)計(jì)的成敗。精品文檔歡迎下載3自行車的裝配設(shè)計(jì)與功能仿真3.1裝配概述Pro/E的裝配模塊用來(lái)建立部件間的相對(duì)位置關(guān)系，從而形成復(fù)雜的裝配體。Pro/E提供了自底向上和自頂向下兩種裝配功能。如果首先設(shè)計(jì)好全部零件，然后將零件作為部件添加到裝配體中，那么稱之為自底向上裝配；如果是首先設(shè)計(jì)好裝配體模型，然后在裝配體中組建模型，最后生成零件模型，那么稱之為自頂向下裝配。自底向上裝配是一種常用的裝配模式。機(jī)構(gòu)的裝配過(guò)程主要分為兩大類：以約束條件裝配固定不動(dòng)的原件和以連接條件裝配可移動(dòng)的原件。1、以約束條件裝配固定不動(dòng)的原件在裝配機(jī)構(gòu)的原件時(shí)，假設(shè)欲裝配的原件為固定不動(dòng)的原件，那么操作者直接在現(xiàn)有的組件上及欲裝配的原件上選取點(diǎn)、線、面等幾何元素，Pro/E系統(tǒng)即會(huì)自動(dòng)給定貼合、對(duì)齊、插入等約束條件，以將原件固定在現(xiàn)有的組件上，此外，操作者也可自行指定元件固定住的約束條件。約束條件的類型共有11種，在這些約束條件中，固定及缺省只需點(diǎn)選其命令圖標(biāo)，即可完成元件的裝配，坐標(biāo)系僅需1個(gè)約束條件，即可元件的裝配，其余的皆需給定2個(gè)或2個(gè)以上的約束條件，方能完成元件的裝配。其中還包括自動(dòng)、匹配、對(duì)齊、插入、坐標(biāo)系、相切、線上點(diǎn)、曲面上的點(diǎn)、曲面上的邊、固定、缺省等約束條件。2、以連接條件裝配可移動(dòng)的原件在裝配元件的過(guò)程時(shí)，如此元件為機(jī)構(gòu)中可移動(dòng)的元件，那么需設(shè)置適當(dāng)?shù)摹斑B接條件〞，使此元件與現(xiàn)有組建上的元件連接在一起。不同的連接條件提供不同的自由度及不同的移動(dòng)機(jī)能，以使元件在機(jī)構(gòu)運(yùn)作時(shí)有正確的運(yùn)動(dòng)方式。3.2自行車的裝配過(guò)程自行車裝配的根本原那么零件裝配一般是先確定一個(gè)根本部件，如本課題中的車架，實(shí)際產(chǎn)品也是放置在地面上，因此可以選做根本部件，然后依次導(dǎo)入第二個(gè)部件，并添加約束關(guān)系。在添加約束關(guān)系時(shí)，需要考慮部件是運(yùn)動(dòng)部件還是非運(yùn)動(dòng)部件。非運(yùn)動(dòng)部件可以采用默認(rèn)的約束類型，最后得到的零件之間的關(guān)系為固定。而運(yùn)動(dòng)部件那么需根據(jù)要保存運(yùn)動(dòng)的自由度，選擇恰當(dāng)?shù)募s束類型，否那么，在之后的仿真中就會(huì)出現(xiàn)無(wú)法滿足約束關(guān)系，而導(dǎo)致仿真失敗。如此類推，直至完成整個(gè)自行車的裝配。而在本課題中，采用的是先將自行車分為幾個(gè)功能局部，如車架局部，鞍座局部，車輪局部和鏈輪局部。先將各個(gè)局部進(jìn)行組裝，以得到組件，之后再將各個(gè)組件組裝在一起。這樣的裝配過(guò)程既能保證各個(gè)局部的功能，使得裝配的過(guò)程簡(jiǎn)單化，同時(shí)也是實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際裝配方法。這樣我們的裝配先后次序更加貼近實(shí)際生產(chǎn)，就能更好的模擬實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程，以便發(fā)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題，并對(duì)之進(jìn)行優(yōu)化。車架的裝配車架由中間主車架和連接前叉和后叉組成，自行車折疊成輪椅后，主車架作為輪椅靠背，所以主車架前后之間要用兩個(gè)銷釘連接，折疊成輪椅時(shí)，只插一個(gè)銷釘，然后轉(zhuǎn)動(dòng)；主車架上連接有折疊成輪椅后的輔助支撐小輪支架，不用時(shí)旋轉(zhuǎn)到主車架中固定；輔助支撐的小輪與支架間也用銷釘連接，因此小輪可以在地上自由滾動(dòng)。單擊新建按鈕，翻開(kāi)“新建〞對(duì)話框。在“類型〞選項(xiàng)組中選擇“組件〞單項(xiàng)選擇按鈕，在“子類型〞選項(xiàng)組中選擇“設(shè)計(jì)〞單項(xiàng)選擇按鈕，在“名稱〞文本框中輸入組件名稱為“zp〞，去除“使用缺省模板〞復(fù)選框，然后單擊“確定〞按鈕。彈出“新文件選項(xiàng)〞對(duì)話框。從“模板〞選項(xiàng)組的列表框中選擇,單擊“確定〞按鈕。在右工具箱中單擊將元件添加到組件按鈕，彈出“翻開(kāi)〞對(duì)話框。通過(guò)“翻開(kāi)〞對(duì)話框查找到車架文件，單擊“翻開(kāi)〞對(duì)話框。出現(xiàn)元件放置操控板，在操控板的預(yù)算列表框中選擇“銷釘〞選項(xiàng)，與前后車架連接。系統(tǒng)提示“狀態(tài)：完全約束〞。在元件放置操控板中單擊完成按鈕，在默認(rèn)位置裝配第1個(gè)元件〔默認(rèn)的組件坐標(biāo)系對(duì)齊元件坐標(biāo)系〕。圖3.1車架的裝配車架與鞍座的裝配先導(dǎo)入上鞍座,選取默認(rèn)的定位方式，選擇操作命令將鞍座移動(dòng)到車架附近，選擇兩者的軸線，約束類型為相合，然后選擇兩個(gè)貼合面，選擇相合約束，定義方向，這樣鞍座的裝配就完成了。圖3.2車架和鞍座的裝配3.2.4車架與把手的裝配將把手零件圖導(dǎo)入裝配文件之中，然后將其移動(dòng)到車架裝配附近的位置，選擇把手的軸線和車架的軸線，選擇相合命令，然后選擇貼合面，單擊相合，留有一個(gè)自由度，可以提供應(yīng)把手旋轉(zhuǎn)。圖3.3車架與把手的裝配3.2.5車架與前后叉的裝配為了保證自行車折疊，前后叉與車架間應(yīng)該設(shè)計(jì)成可以旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。前叉與把手的支架用剛性連接，保證整體可以轉(zhuǎn)動(dòng)，與主車架用銷釘連接，保證轉(zhuǎn)動(dòng)；后叉與后車架用剛性連接，也保證整體轉(zhuǎn)動(dòng)。在右工具箱中單擊將元件添加到組件按鈕，彈出“翻開(kāi)〞對(duì)話框。通過(guò)“翻開(kāi)〞對(duì)話框查找到相關(guān)文件，單擊“翻開(kāi)〞對(duì)話框。在元件放置操控板的預(yù)定義集列表框中選擇“銷釘〞選項(xiàng)，分別選擇元件和組件的一對(duì)對(duì)齊的軸。再次在元件放置操控板的約束列表框中選擇“對(duì)齊〞選項(xiàng)，分別選擇元件和組件的一對(duì)對(duì)齊的參照面。系統(tǒng)提示“狀態(tài)：完成連接定義〞。在元件放置操控板中單擊完成按鈕，完成第2個(gè)零件的裝配。繼續(xù)重復(fù)前面的操作，將后叉也裝配起來(lái)。圖3.4車架等與前后叉的裝配3.2.6鏈輪等傳動(dòng)裝置與車架等的裝配先導(dǎo)入零件車架,選取默認(rèn)的定位方式，之后導(dǎo)入踩踏裝置，采用銷釘連接，使其自由轉(zhuǎn)動(dòng)；然后導(dǎo)入踏板，同樣也采用銷釘連接；再導(dǎo)入鏈輪，選擇操作命令將車輪移動(dòng)到車架附近,先選取兩零件的配合孔的軸線，接著選取貼合曲面，方式為相合，即可完成對(duì)車輪的裝配。留有一個(gè)自由度，可以供旋轉(zhuǎn)。選擇操作命令將鏈輪移動(dòng)到車架附近，選擇兩者的軸線，選擇插入工具欄中的相合，然后選擇貼合面，點(diǎn)擊相合，定義方向即可。鏈輪與腳踏板之間的裝配為剛性連接，踩踏腳踏板帶動(dòng)大鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，大鏈輪通過(guò)鏈條帶動(dòng)小鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小鏈輪與后車輪之間為剛性連接，小鏈輪帶動(dòng)后車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)后車輪前進(jìn)，便到達(dá)了自行車行駛的目的。下列圖為鏈輪和踏板的裝配圖：圖3.5鏈輪、踏板和車架的裝配自行車整機(jī)裝配先導(dǎo)入車輪，選取固定的約束類型，即可完成其定位。接著導(dǎo)入各種部件，采取軸線對(duì)齊和貼合面相合的約束類型；之后導(dǎo)入鏈輪部件，采用軸相合和面偏距的約束類型。以上工作完成后，就是要將銷釘，螺釘?shù)绕渌考M裝上去。然后將自行車染上相匹配的顏色，最終可以得到裝配總圖。圖3.6自行車的裝配總圖1圖3.7自行車的裝配總圖2自行車折疊后主車架與前后叉的裝配先導(dǎo)入主車架，選擇固定的約束類型，即可完成其定位。再導(dǎo)入輔助架，主車架前后通過(guò)一個(gè)銷釘與輔助架連接，輔助架與主車架通過(guò)這個(gè)銷釘可以轉(zhuǎn)動(dòng)，之后輔助架與前后叉通過(guò)剛性連接固定，選擇適當(dāng)合理的距離。輔助支撐于主車架之間也通過(guò)銷釘連接，可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)適宜的位置也可固定；輔助支撐上連接有一小輪子，可與地面接觸，輔助支撐的添加可使輪椅更穩(wěn)固。圖3.9折疊后主車架與前后叉的裝配自行車折疊后座板與前叉的裝配先導(dǎo)入前叉，選擇固定的裝配模式，即可完成定位。再依次導(dǎo)入其他部件，前叉與座板之間通過(guò)輔助架連接，輔助架與前叉之間為剛性連接，在實(shí)際中，通過(guò)焊接完成；輔助架與座板之間通過(guò)銷釘連接，折疊成輪椅時(shí)，座板轉(zhuǎn)過(guò)90度與水平面平行。因?yàn)樽逡惺苋说闹亓?，這就要求前叉具有很好的強(qiáng)度，這可通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)牟牧蟻?lái)完成。圖3.10前叉與座板的裝配自行車折疊后傳動(dòng)局部的裝配自行車折疊時(shí)，因?yàn)閭鲃?dòng)裝置含有鏈條，所以不好折疊，因此將傳動(dòng)裝置與踏板和后輪作為一個(gè)整體折疊，既保證了自行車行走過(guò)程中的可靠性和穩(wěn)定性，也減少了自行車折疊的困難，使得自行車折疊更加方便、更加容易。圖3.11傳動(dòng)裝置與踏板和后輪的裝配自行車折疊后座板的裝配自行車折疊成輪椅后，座板為主要的載重物件，因此裝配一定要保證牢固，座板分為前后兩局部，通過(guò)輔助架與前后叉固定，輔助架與座板之間通過(guò)銷釘連接，便于轉(zhuǎn)動(dòng)，也可前后調(diào)整兩座板之間的距離，使兩座板之間更好裝配；自行車折疊后前后兩座板之間通過(guò)兩個(gè)銷釘完全固定，保證連接的可靠性和穩(wěn)固性，使其不會(huì)向下壓彎，讓人坐在座板上更加舒適、更加放心。圖3.12折疊后前后座板的裝配3.3自行車的多功能設(shè)計(jì)與仿真將自行車前后兩個(gè)車輪折疊起來(lái)，通過(guò)中間的車板相連接，形成座椅，車架可以當(dāng)成靠背，車架上的輔助支撐翻開(kāi)，使小輪在地面輔助滑動(dòng)，輪椅便會(huì)更穩(wěn)。車把手也可以轉(zhuǎn)個(gè)方向，還可以在上面掛一些物品。圖3.13自行車的多功能裝配圖3.14自行車的折疊后裝配總圖3.4多功能自行車的色彩設(shè)計(jì)自行車的形式美是由造型，色彩，圖案，裝潢等多方面因素綜合而成的。但在眾多的因素中，色彩居于舉足輕重的作用，它最先能引起消費(fèi)者的注意，并給人以深刻的印象。自行車色彩設(shè)計(jì)決定了產(chǎn)品能否吸引人，為人所喜愛(ài)的一個(gè)重要因素。自行車色彩設(shè)計(jì)具有先聲奪人的藝術(shù)效果。有關(guān)研究說(shuō)明，人們?cè)谟^察物體時(shí)，最初20秒內(nèi)，色彩的影響占80%，形態(tài)占20%；2分鐘后，色彩的影響占60%，形態(tài)占40%；5分鐘后，色彩和形態(tài)占50%?？梢?jiàn)色彩在自行車設(shè)計(jì)中的重要性。自行車的色彩是使產(chǎn)品價(jià)值增值的一條重要捷徑。好的色彩設(shè)計(jì)可以使產(chǎn)品提高檔次和競(jìng)爭(zhēng)力，提高生產(chǎn)的工業(yè)效率和平安性，美化人們的生活，滿足人們的精神方面的追求。自行車色彩效果的好壞關(guān)鍵在配色上,成功的色彩設(shè)計(jì)應(yīng)把色彩的審美性與產(chǎn)品的實(shí)用性緊密結(jié)合起來(lái)，以取得高度統(tǒng)一的效果。隨著生產(chǎn)技術(shù)的日益進(jìn)步，自行車設(shè)計(jì)如何適應(yīng)消費(fèi)者的需要就成了至關(guān)重要的問(wèn)題。在亞洲市場(chǎng)的消費(fèi)者眼中，自行車的色彩與形狀同樣收到特別注意。一些功能優(yōu)異，但外貌笨拙，色彩陳舊的自行車受到冷落，而那些外觀優(yōu)美又使用的自行車卻頗受消費(fèi)者喜愛(ài)。如孩子們喜歡各種可愛(ài)的童車，假設(shè)色調(diào)鮮明，明快，比照強(qiáng)烈且統(tǒng)一協(xié)調(diào)，小寶寶一見(jiàn)就會(huì)笑逐顏開(kāi)，愛(ài)不釋手；反之，假設(shè)將玩具設(shè)計(jì)成灰暗冷淡的色調(diào)，就會(huì)被冷落?？梢?jiàn)，色彩對(duì)自行車是非常重要的。在自行車設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要加強(qiáng)國(guó)際間經(jīng)濟(jì)，文化交流，研究群眾的審美愛(ài)好，充分認(rèn)識(shí)流行色對(duì)現(xiàn)代生活的重要影響，及時(shí)掌握國(guó)際，國(guó)內(nèi)的一定時(shí)間，地域的流行色的趨勢(shì)和走向。使自行車通過(guò)色彩更新來(lái)強(qiáng)化時(shí)代意識(shí)，刺激消費(fèi)。使自行車的色彩設(shè)計(jì)能夠抓住時(shí)代脈搏。最初自行車因?yàn)橹谱鞴に噯?wèn)題，只能對(duì)鐵質(zhì)進(jìn)行本色的烤漆，因此最初自行車多以黑色，黑色拋光，鐵質(zhì)本色為主。這種黑色，冷漠的色彩，正好反響出1885年左右工業(yè)的開(kāi)展水平。而隨后隨著科技的開(kāi)展，自行車和一般的產(chǎn)品一樣，根據(jù)使用人群的不同，用顏色區(qū)分開(kāi)了，例如，深色調(diào)依舊是男士車，而粉色調(diào)的那么是女士車。而且大量的新質(zhì)材料運(yùn)用到了自行車中，例如鋁合金等，即使采用原色材質(zhì)進(jìn)行配色，也有很強(qiáng)的客觀欣性。而總的來(lái)說(shuō)，自行車的色彩是跟隨著時(shí)代的開(kāi)展而進(jìn)行變更的。以目前來(lái)說(shuō)，自行車設(shè)計(jì)是以簡(jiǎn)潔，色彩鮮艷豐富為主。從市場(chǎng)銷售看，那些造型新穎，彰顯個(gè)性色彩的自行車備受消費(fèi)者的青睞。3.5本章小結(jié)本章對(duì)自行車的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)其功能進(jìn)行了仿真，通過(guò)Pro/E三維建模特征工具的綜合運(yùn)用，創(chuàng)立了自行車的虛擬樣機(jī)模型，便于設(shè)計(jì)的更改和自行車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。[參考文獻(xiàn)][1]孫桓，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2006[2]方建軍，劉仕良.機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004[3]高秀華.機(jī)械三維動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)仿真技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004[4]胡蓉，胡如夫.機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)協(xié)同開(kāi)發(fā)技術(shù)[J].機(jī)床與液壓2003(3)[5]方建軍，劉仕良.機(jī)械動(dòng)態(tài)仿真與工程分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004[6]劉舫.Pro/E寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2021[7]李成.Pro/EV5從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2021[8]上海江達(dá)科技開(kāi)展.Pro/EV5根底教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021[9]詹熙達(dá).Pro/EV5曲面設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021[10]盛選禹.Pro/E機(jī)械設(shè)計(jì)命令詳解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021[11]康鵬.Pro/EV5產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006[12]詹熙達(dá).Pro/EV5模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2021[13]姜楠，李文飛.人性化可折疊助行車設(shè)計(jì)[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2021(4)[14]賈松，胡青春.新型自行車傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)制造業(yè)信息化，2005〔7〕[15]張簡(jiǎn)一，張莉等.以自行車為例看產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007