腳踏擺動式三輪健身踏板車

27/27第１章緒論隨著我們國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，在物質(zhì)生活得到滿足的前提下，人們開始追求更高的生活質(zhì)量,通過不同的方式使生活變的更加豐富多彩。由于這樣或那樣的原因，健身器材越來越受人們所青睞。我們隨處可以感受到人們對健身的重視，不管是老年人，中年人還是兒童都會選擇一定的方式來健身。選擇什么樣的健身方式和選擇什么樣健身器材也是值得人們所考慮的問題.健身器材起源于20世紀(jì)70年代初的美國和加拿大,它的發(fā)明是一個很讓人認(rèn)可的事，將人們的運動由室外轉(zhuǎn)向室內(nèi),這是一個創(chuàng)舉.我們不用為每天刮風(fēng)下雨影響鍛煉效果而在意，這樣就使得跑步機(jī)成為健身器材中最受歡迎的設(shè)備。經(jīng)過30年的工業(yè)創(chuàng)新,使的美國及加拿大的產(chǎn)品成為全球健身器材產(chǎn)品的領(lǐng)跑者,人們意識到了健身器材工業(yè)是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，而且越來越為廣大使用者接受。我國到了90年代末才出現(xiàn)了一些廠家生產(chǎn)健身器材，這是我國健身器材工業(yè)的開始。現(xiàn)在大多數(shù)的健身器材都是固定在某個場所，如健身俱樂部，體育場館和家庭等。這樣的健身器材雖然能夠達(dá)到一定的健身目的，但是很難提升人們健身的樂趣.怎樣才能讓人們既達(dá)到了健身的目的,又對健身產(chǎn)生樂趣。一種新型的健身器材—腳踏擺動健身踏板車的產(chǎn)生可以為我們解決這些問題。它的使用場合很廣，如在上學(xué)的路上，在上班的路上都可以健身，健身變得方便和具有樂趣.在健身的同時可以享受大自然的美麗，給人們在身體上和精神上的享受.腳踏擺動式健身踏板車在許多方面優(yōu)越于現(xiàn)有的運動健身器材,使其更具有市場,會越來越受人所青睞。腳踏擺動式三輪健身踏板車設(shè)計為自擬課題，具有創(chuàng)新的設(shè)計，要綜合考慮機(jī)械運動原理、機(jī)械設(shè)計學(xué)和人因工程學(xué)方面的知識.這次設(shè)計對我來說是一次很好的鍛煉機(jī)會，通過老師的指點，同學(xué)的幫助，對課題的內(nèi)容進(jìn)行了探索和設(shè)計,現(xiàn)將設(shè)計過程和內(nèi)容闡述于下.第2章健身器材的現(xiàn)狀與發(fā)展2．1健身器材的產(chǎn)生與發(fā)展過程２．1.1健身器材的產(chǎn)生健身器材起源于20世紀(jì)70年代初的美國和加拿大,它的發(fā)明是一個很讓人認(rèn)可的事，將人們的運動由室外轉(zhuǎn)向室內(nèi)，這是一個創(chuàng)舉。我們不用為每天刮風(fēng)下雨影響鍛煉效果而在意,這樣就使得跑步機(jī)成為健身器材中最受歡迎的設(shè)備。經(jīng)過３0年的工業(yè)創(chuàng)新，使的美國及加拿大的產(chǎn)品成為全球健身器材產(chǎn)品的領(lǐng)跑者，人們意識到了健身器材工業(yè)是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，而且越來越為廣大使用者接受。我國到了90年代末才出現(xiàn)了一些廠家生產(chǎn)健身器材,這是我國健身器材工業(yè)的開始.２.1．2健身器材的發(fā)展健身器材從當(dāng)初單一的跑步機(jī)、室內(nèi)自行車等發(fā)展到現(xiàn)在的多功能健身車、健身椅等等,容入越來越多的科學(xué)技術(shù)與科學(xué)的健身方法,使得健身越來越有成效.健身器材同時也向室外發(fā)展，我們可以在居民小區(qū)里看到一些健身器材,那些健身器材小巧,使用方便,適合大眾化的健身需求。作為一種室外健身器材,腳踏擺動式健身踏板車有它獨特的優(yōu)勢，那就是能夠移動健身,能夠在上班的路上、上學(xué)的路上，在公園休閑時體驗健身。2。２腳踏擺動式三輪健身踏板車的特點腳踏擺動式健身踏板車具有傳統(tǒng)踏板車的小巧,靈活,可以折疊等等特點，正得到越來越多的健身愛好者的喜愛。它又有獨特的設(shè)計，那就是具有動力裝置，使踏板車得到了改進(jìn)與發(fā)展，健身者通過腳踩踏板，使動力通過動力裝置傳遞給車輪,從而使得車子前進(jìn)。它能夠達(dá)到時速20公里,動力裝置由棘輪和齒輪機(jī)構(gòu)組合而成,由于單一的基本機(jī)構(gòu)往往由于其本身所固有的局限性而無法滿足多方面的要求,采用組合機(jī)構(gòu),既發(fā)揮了各基本結(jié)構(gòu)的特長，又避免各機(jī)構(gòu)的局限性，形成一種新的機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。在腳踏擺動式健身踏板車啟動的時候，由于棘輪存在較大的空程,齒輪轉(zhuǎn)速越小,空程影響越明顯,所以只有當(dāng)車子獲得一定的初速度后才能踩動踏板，而在靜止?fàn)顟B(tài)下直接踩動踏板將不能獲得理想效果。2．3腳踏擺動式三輪健身踏板車的組成腳踏擺動式健身踏板車主要包括以下5部分的內(nèi)容：１.車架2。折疊裝置3．動力裝置4。車輪5。其他裝置下面就腳踏擺動式健身踏板車方案的可行性進(jìn)行分析,對健身車5個部分的設(shè)計進(jìn)行計算和說明。第3章腳踏擺動式三輪健身踏板車的設(shè)計計算與說明3.1腳踏擺動式三輪健身踏板車可行性分析腳踏擺動式健身踏板車采用腳踩踏板使不完全齒輪擺動,不完全齒輪帶動齒輪棘輪組合件,傳遞給齒輪機(jī)構(gòu),再通過鏈條把動力傳遞到車輪,實現(xiàn)整個動力的傳遞.如踏板車要求時速達(dá)到20公里,那么后輪的線速度為[1］。SKIPIF１<0（３．1）后輪的轉(zhuǎn)速（選擇直徑為３00的輪子)SKIPＩＦ1〈0(３.2）取不完全齒輪的轉(zhuǎn)速SＫIPIF１〈０SＫIPIF1〈0(3。3）齒輪總的傳動比為35.4，齒輪傳動為二級齒輪增速機(jī)構(gòu),傳動比分別為3。3和4．3。鏈傳動的傳動比為2.5。也就是說只要使兩個齒輪每秒轉(zhuǎn)過６0度就可以保證踏板車有20ｋm/h的速度。動力傳遞方面,取踏板車和人的總重量為8０kg，與地面的摩檫系數(shù)?。?。１。后輪傳遞提供的功率［2]。SKIPＩF１〈０(３。４）其余各軸所傳遞的功率分別為SKIPIF1<０(3。５）SＫIPIＦ１<0(3。6)ＳＫIPIF1<0(３。7）人只要提供0。554kｗ的功率就可以是踏板車運動。3。２腳踏擺動式三輪健身踏板車的原理大自然離我們有多遠(yuǎn),我們離健康就有多遠(yuǎn)。身處城市，我們的運動健身空間被壓縮。但是空間少了并不意味著放棄運動健身。我們需要一種運動健身器械，它應(yīng)滿足:1.它是一種充滿趣味的運動器材，時尚且平易近人讓人們使用的時候既能接受,又能具有實用價值。2．它應(yīng)當(dāng)符合全民健身這么一個概念。這就需要它老少兼宜安全并且具有容易上手使用的特點.3。作為一種戶外的運動工具它應(yīng)當(dāng)保證一定的運動量,并且在此基礎(chǔ)上有一種高效的運動健身效率。這就是設(shè)計“腳踏擺動健身車"的原始動機(jī)。腳踏健身踏板車的動力傳遞部分由棘輪和齒輪機(jī)構(gòu)組合而成,通過不完全齒輪的來回擺動帶動齒輪棘輪組合件的擺動，再帶動齒輪增速機(jī)構(gòu)，最后通過鏈傳動把動力傳遞給后輪,實現(xiàn)后輪驅(qū)動.在使用過程中首先需要使用者單腳蹬地,使車子獲得一定的速度后將兩腳一左一右放在踏板上，輕輕擺動上身，通過重心的移動來踩動踏板。由于棘輪機(jī)構(gòu)存在一定的空程，速度越小空程影響就越明顯，所以只有當(dāng)車子獲得一定的初速度后才能踩動踏板，而在靜止?fàn)顟B(tài)下直接踩動踏板將不能獲得理想的效果。運動原理圖如圖３—1所示:SＫIPIF1<0１、不完全齒輪2、齒輪棘輪組合件３、大齒輪4、惰輪5、小齒輪6、大鏈輪7、小鏈輪圖３-1運動原理圖按照圖中標(biāo)出的箭頭方向，可以看出動力傳遞的方向，最后通過鏈輪把動力傳遞給后輪,實現(xiàn)后輪驅(qū)動.３.3腳踏擺動式三輪健身踏板車各部分的設(shè)計說明與計算腳踏擺動式健身踏板車是一個機(jī)構(gòu)的組合體,它由各個功能不同的機(jī)構(gòu)按照一定的組合來共同完成踏板車的功能,現(xiàn)將各部分的功能說明如下[3］.3。3.1車架的設(shè)計與計算車架需要安裝軸及齒輪等幾乎全部的零部件,它的尺寸將影響車子的主要重量，設(shè)計合理的車架形狀能夠使得車子變的輕巧,美觀等,除此之外，其強度也需要滿足它的使用者。在參考有關(guān)踏板車的資料后，決定采用類似T型截面的鑄鐵梁結(jié)構(gòu)的材料制成車架，結(jié)構(gòu)簡單,通過校核其強度來滿足使用要求。鑄鐵雖然屬于脆性材料,不具備好的抗拉強度，但具備較好的塑性，抗壓強度較好，在使用過程中車架主要承受抗壓,所以在承受壓力時不易變形，保證齒輪傳動的穩(wěn)定。設(shè)計時主要考慮其抗壓和抗拉強度是否滿足使用要求，此外,為了使踏板車設(shè)計更加美觀與小巧，對車架的寬度在滿足能夠安裝齒輪，齒輪運動過程中不相互干涉后進(jìn)行縮小，以便使得車子的重量進(jìn)一步縮小。車架平面圖如圖３-2所示：ＳKIPIＦ1＜0圖3—2車架結(jié)構(gòu)圖3。3。2折疊裝置設(shè)計折疊裝置和制動裝置是腳踏擺動式健身踏板車不可缺少的兩個結(jié)構(gòu)。折疊裝置的設(shè)計,能夠使得車子在不用時所占的空間更小，方便存放。而制動裝置的設(shè)計,能為使用者帶來方便與安全，這兩個部分使得踏板車的設(shè)計更加的合理。首先來說折疊裝置。通過有關(guān)資料的查閱和相關(guān)踏板車圖片的參考后進(jìn)行了設(shè)計。折疊裝置主要指車把與前輪在踏板車不用時可以平放到與踏板重合的位置上的結(jié)構(gòu).此結(jié)構(gòu)由一個圓弧型帶彎溝的導(dǎo)軌、車架、彈簧、銷釘?shù)葞撞糠纸M成，彈簧與銷釘相連接，銷釘安裝于導(dǎo)軌上，可以通過導(dǎo)軌移動，車架的另一端鉸接于車架上,可以轉(zhuǎn)動。使用者可以在使用前把車把向前撥［4］，撥到一定角度時便卡住不能再往前，這樣就能在使用時保證車把有個固定的張開角。在使用完后撥動與彈簧相連接的銷釘，使其沿著圓弧軌道向下移動５０度，同時帶動車把向踏板靠近3６度，完成折疊功能.使用時張開的角度為，銷釘移動的軌道半徑為。需要提醒的是，在折疊完成后要使車架保持水平,這樣可以保護(hù)齒輪機(jī)構(gòu)不受損傷。如圖3-３所示:圖3—3折疊結(jié)構(gòu)示意圖3。3.３動力裝置腳踏擺動式健身踏板車使用不完全齒輪與齒輪棘輪組合件的配合來完成動力的傳遞,這也是本次設(shè)計過程中最重要的部分之一，這中配合有多種方案可以選擇,經(jīng)過對比后，我選擇踏板車左右各有一個不完全齒輪與齒輪棘輪組合件的配合，動力由不完全齒輪傳遞給齒輪棘輪組合件，通過組合件的單向作用來控制在一個方向上的運動。不完全齒輪與齒輪棘輪組合件的配合示意圖3-4所示，ＳKＩPIＦ1<01、齒輪棘輪組合件2、踏板3、不完全齒輪圖３-4不完全齒輪與齒輪棘輪配合示意圖齒輪增速機(jī)構(gòu)分為兩級,第I級為動力通過不完全齒輪傳遞給輸入軸上的齒輪棘輪組合件，齒輪棘輪組合件既有齒輪的功用又有棘輪的功用，先通過不完全齒輪與齒輪的嚙合傳遞動力，再通過棘輪［5］的單向作用控制軸只在一個方向上的運動：第II級為輸入軸上的大齒輪大齒輪把動力傳遞給輸出軸上的小齒輪，進(jìn)一步增加傳遞的動力,為了能使后輪正向運動，所以要在中間加一個惰輪來改變傳遞的方向。齒輪增速機(jī)構(gòu)如圖３-5所示：SKIPIF1＜０圖3-5齒輪機(jī)構(gòu)示意圖各級齒輪的校核如下：第Ｉ級齒輪校核考慮到該減速器的功率不大，故大、小齒輪都選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度分別為２20HBS、260HBS、屬軟齒面閉式傳動，載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高，初選7級精度,小齒輪的齒數(shù)是Z1=25，大齒輪齒數(shù)SKIPIF１＜0，取大齒輪齒數(shù)Z2=8３，按軟齒面齒輪非對稱安裝查表［６].取齒寬系數(shù)SＫＩＰＩF1＜0由公式SKIPIF1<0(３。8)試選SKIPIF1<0小齒輪的轉(zhuǎn)矩SKＩＰIF１<０=9.55ＳKＩＰIＦ1〈01０６SKIＰＩF1〈0SKIＰＩＦ1＜０１。48ＳKIPＩF1<０105N。mm（３。9)查表得出材料系數(shù)SＫIPIＦ1〈0=１８9.8SKIPＩF1＜０按齒面硬度查表得SＫIPIＦ1〈0SKIPIF1＜0SＫIＰIF１〈０（３.10）ＳＫIPIF1〈0（3．11)查表得接觸疲勞壽命系數(shù)SKIPIF１〈0SKＩPＩＦ1＜0確定許用接觸應(yīng)力SKIPIＦ1<0(3。1２）ＳKIＰIF１〈０(3.13)取SKIPIF1＜0ＳKＩＰIF1＜０(3.１4）帶入數(shù)據(jù)求得SKIＰＩＦ1<０取大齒輪的模數(shù)ＳKIPＩＦ1〈0,（3.15)取模數(shù)SKIPIF１<0小齒輪分度圓直徑為SKIPＩF1<0（3．16）大齒輪分度圓直徑為SKＩPIＦ1<0（３。17)校核齒根彎曲強度:由公式SKIＰIF1〈０（3。18)大小齒輪彎曲疲勞強度取SKIPIF1<0,SKＩPIＦ1〈0?查圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)SＫIＰIF1＜0SKＩPIＦ1<０取定彎曲疲勞安全系數(shù)SKIPIF1＜0,應(yīng)力修正系數(shù)SＫＩPＩF1<0,得SKIＰIF１<０（3。1９）SKIＰIF1＜0（3.20)查表得ＳKIPIＦ1＜0SKIPＩF1＜0ＳKＩPIF1<０ＳKIPIF1〈0校核計算故彎曲疲勞強度足夠。第II級齒輪校核考慮到該減速器的功率不大，故大、小齒輪都選用４5鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度分別為22０HＢS、260HBS、屬軟齒面閉式傳動[７］,載荷平穩(wěn)，齒輪速度不高,初選7級精度,小齒輪齒數(shù)取SKIPIF1〈0，小齒輪齒數(shù)SKIPＩＦ１<０，取大齒輪齒數(shù)SKIPIF1〈０,按軟齒面齒輪非對稱安裝查表.取齒寬系數(shù)SKIＰIF１〈0由公式SＫIＰIＦ1＜0(３.21)試選SKIPIF1〈０小齒輪的轉(zhuǎn)矩SＫIPＩF1＜０=9.5５SKIPIF１〈0１０6SKIPＩF1<０ＳKIPIF1〈0（３.22)查表得出材料系數(shù)SKIＰIＦ1〈0=18９。8SKＩＰIF１〈0按齒面硬度查表得SＫIPIF１＜０SKIPIF１<０ＳKＩPIF1＜０(3。23）SKＩPIF１〈0（3．２4)查表得接觸疲勞壽命系數(shù)ＳKIPIF1<0SKIＰIF１<0確定許用接觸應(yīng)力ＳＫIPIF1<０（３．25)SＫＩPIF1<0(3.２6)取SKIPIＦ１〈０ＳKIＰIＦ1<0（３。2７）帶入數(shù)據(jù)求得SＫIＰIF1<0小齒輪的模數(shù)ＳＫIＰＩF1＜0（3.28）取模數(shù)SKIＰＩF1<0小齒輪分度圓直徑為SKIPIＦ1〈0(３．２9)大齒輪分度圓直徑為SKIＰIF1<０(3.３0）校核齒根彎曲強度：由公式SKIPIF１＜0(３.31）大小齒輪彎曲疲勞強度?。覭IPIF１<０，SKIPIF１<0?查圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)ＳKIPIF1<0SKIPIＦ1<０取定彎曲疲勞安全系數(shù)SＫＩPIF1＜０,應(yīng)力修正系數(shù)SKIＰＩF1〈0,得ＳKIPIF1<0（3。3２)SＫＩPIF1＜0(3．33）查表得SKIPＩF１<0ＳKIＰＩF1＜０SKIＰＩF1＜0SKIPIF１<0校核計算故彎曲疲勞強度足夠。齒輪的一些參數(shù)匯總：第一級齒輪配合的參數(shù)如下：小齒輪的齒數(shù)為25，模數(shù)[8］為4，壓力角為20度,齒頂高系數(shù)為1,齒頂間隙系數(shù)為０．25，精度為7—HＫ，中心距為21６，齒圈徑向跳動公差為0。040,公法線長度變動公差為０.028,齒距極限偏差為０.０18，跨齒數(shù)為4。大齒輪的齒數(shù)為8３,模數(shù)為4，壓力角為20度，齒頂高系數(shù)為1,齒頂間隙系數(shù)為0。25,精度為７-HK，中心距為216，齒圈徑向跳動公差為0．０56,公法線長度變動公差為0.０3６,齒距極限偏差為０。02０,跨齒數(shù)為10。第二級齒輪配合的參數(shù)如下：小齒輪的齒數(shù)為21，模數(shù)為３,壓力角為20度，齒頂高系數(shù)為1，齒頂間隙系數(shù)為0．25,精度為7-ＨK，中心距為168，齒圈徑向跳動公差為0.０36,公法線長度變動公差為0。028，齒距極限偏差為0。014，跨齒數(shù)為３。大齒輪的齒數(shù)為91，模數(shù)為3,壓力角為２0度,齒頂高系數(shù)為１,齒頂間隙系數(shù)為0.２5，精度為7—HK，中心距為１68，齒圈徑向跳動公差為0.05０，公法線長度變動公差為0。0３6，齒距極限偏差為０。01６,跨齒數(shù)為１1。3.3。4車輪的選擇車輪的設(shè)計主要考慮其不僅有耐用性,而且要輕巧。通過指導(dǎo)老師的指導(dǎo),我在網(wǎng)上查找了能適合腳踏健身踏板車的車輪，作為一個標(biāo)準(zhǔn)件使用可以省去自己設(shè)計帶來的問題，簡化設(shè)計過程，圖片如３—６所示:圖3—6車輪示意圖車輪的材料為尼龍,尺寸為ＳKIPIF１〈0，尼龍能夠減輕輪的重量.3.3.5其他輔助裝置的校核與計算1.鏈輪的設(shè)計與校核鏈傳動由主動鏈輪、從動鏈輪和繞在鏈輪上的鏈條所組成[9］，工作時通過鏈和鏈輪的嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動能夠保持準(zhǔn)確的傳動比,傳動尺寸比較緊湊,不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較小，承載能力大,效率高，但在高速運轉(zhuǎn)時不夠平穩(wěn),傳動過程中有沖擊和噪音，不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動中使用，只能用于平行軸間的傳動。小齒輪選擇齒數(shù)為Z1=1７，大齒輪齒數(shù)SKＩPIＦ1<0，取Z2＝43，初選中心距ＳKIPIF1＜0，運用計算如下公式算得。SKIPIF1<0(３.34)取鏈節(jié)數(shù)為90（取偶數(shù)）查表得，SKIPIF１〈0,SKIＰIF1＜0,ＳＫIPＩF1＜０SＫIPIＦ１＜0鏈速選定鏈的型號為08A－1-9０(3.35）對軸的壓力（3。36）鏈的靜強度校核（3.37）滿足強度要求大鏈輪:（取SKIPＩF1＜0SKIＰIF1＜0(３。3８)確定SKIＰIＦ1<０，這是由軸確定的。ＳKIＰIF1＜0（3.39）其中k為常數(shù)輪轂長度取SKＩPIF1〈0輪轂直徑SＫIＰIＦ１〈0齒寬ＳKIＰIF1〈0小鏈輪:取SKIPIＦ1＜０ＳKIPIF１〈０(3。40）確定SＫＩPIF1＜0查表得SKIPIF1＜０ＳKIＰIF1<0(3.41)輪轂長度取SＫIPIＦ１<0輪轂直徑ＳＫＩPIF1<0(3.42)齒寬ＳＫIＰIＦ１＜０(３.43）鏈傳動主要的失效形式說明:（1）鏈條的疲勞破壞在閉式鏈傳動中，鏈條零件受循環(huán)應(yīng)力作用，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)，鏈板發(fā)生疲勞斷裂,滾子與套筒發(fā)生沖擊疲勞破裂。在正常潤滑［1０］條件下,鏈的疲勞破壞是決定鏈傳動能力的主要因素。（2)鏈條鉸鏈磨損重要發(fā)生在銷軸與套筒間。磨損使鏈條總長度伸長，鏈的松邊垂度增大，導(dǎo)致嚙合情況惡化，動載荷增大，引起震動和噪聲，發(fā)生跳齒、脫鏈等。這是開式鏈傳動常見的失效形式之一。（3）膠合潤滑不良或轉(zhuǎn)速過高時,銷軸與套筒的兩摩擦表面易發(fā)生膠合。（４)鏈條過載拉斷在低速重載傳動中，如突然出現(xiàn)過大載荷，使鏈條所受拉力超過鏈條的極限抗拉載荷,可導(dǎo)致鏈條斷裂。2。車輪與車架的連接在設(shè)計車輪與車架相連接時,要求車輪在運轉(zhuǎn)時比較平穩(wěn),不出現(xiàn)晃動的現(xiàn)象。為此，軸與車把之間加上套桶固定。裝配圖如圖3—7（ａ）所示圖3-7（a）車輪與車架的連接前車輪通過輪架與車身用一根軸相連接,在軸的兩端分別焊接一個鏍柱，用薄螺母鎖緊，后輪輪架分別用兩個螺母固定于車架上。后輪除了要安裝車輪外還要求安裝車論的飛，后輪飛安裝于車輪旁邊,在輪架以內(nèi)，用套桶對其進(jìn)行定位，以保證鏈條的動力傳動到后車輪.如圖3—7（b）所示ＳKIPIF1〈０圖3—7（b）車輪與車架的連接３。輸入軸與輸出軸的校核軸的設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容,合理的結(jié)構(gòu)和足夠的強度是軸設(shè)計必須滿足的基本要求。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸;軸的工作能力的計算包括軸的強度，剛度和震動穩(wěn)定性等方面的計算。軸用4５碳鋼材料,經(jīng)過熱處理或化學(xué)處理可以得到較高的綜合力學(xué)性能.軸的各部分尺寸已經(jīng)確定，現(xiàn)對其強度進(jìn)行計算。軸的強度校合軸的強度校核有三種方法：按許用切應(yīng)力技術(shù);按許用彎曲應(yīng)力計算[１1］;安全系數(shù)校合計算。按許用切應(yīng)力計算只需要轉(zhuǎn)矩的大小,方法簡單,由材料力學(xué)可知，實心圓軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為SKIPIＦ1<0（3.44）由此可以得到軸的基本直徑SKIPＩF1＜0(3.4５)輸出軸的最小直徑SＫＩＰIF1＜０(3。４6）考慮到軸上有鍵槽取SKIＰＩF1<0輸入軸的最小直徑SKIPIF1<０（３．47）考慮到軸上有鍵槽取SKIPＩF1<０式中SKIＰIＦ1〈0－-－—軸的扭剪應(yīng)力(MPa）SKIPIF1〈0-—-—軸傳動的功率（kＷ）SKＩPIF1〈0－——－軸的轉(zhuǎn)速(r／min)SＫIＰＩＦ1<0——－-軸的直徑(mm)SKIＰIF1〈0－－--軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mｍ）ＳKIＰＩF1＜0－—－—軸的抗扭剖面系數(shù)SKIPIF1〈０，其中實心圓軸SKIPＩF１〈0=SKIPIF1〈0;SKIPＩF1<0--－-許用扭剪應(yīng)力（ＭPa），見下表C－--－計算常數(shù)，取決于軸的材料及受載情況,見下表軸的材料Q235、2０４5４OCr、３5SｉMnＣ158～1３5118～106106～９7SKIPIF1<012~203０～4０４０～52強度計算常數(shù)表(注：當(dāng)軸受彎矩很小或只受轉(zhuǎn)矩時，C取最小值。）輸入軸如圖3—8所示，SKＩPIF1〈03—8輸入軸結(jié)構(gòu)圖輸出軸如圖３—９所示，ＳKＩPＩＦ1<0圖3—9輸出軸結(jié)構(gòu)圖４.鍵的校核在靜連接中,普通平鍵連接的主要失效形式［12]聯(lián)接工作面上的壓潰。實踐表明，壓潰一般發(fā)生在較弱的輪轂鍵槽的工作表面。除非有嚴(yán)重過載，一般不會發(fā)生鍵被剪斷的現(xiàn)象。鍵的示意圖如圖３—１０所示圖３—１0鍵結(jié)構(gòu)圖假設(shè)載荷沿工作面均勻分布,則普通平鍵聯(lián)接的擠壓強度條件為式中SKIPＩF1〈0--－—鍵的擠壓應(yīng)力(ＭPa）T－軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（Ｎ。mm)SKＩＰIF1＜0—軸的直徑(ｍｍ）h———-鍵的高度(mm)ｌ－——－鍵的工作長度（mm）；Ａ型鍵l＝L—ｂ，B型鍵l＝Ｌb——-－鍵的寬度（mm)SKＩPIF1＜0--—-鍵的許用擠壓應(yīng)力（MＰa)，見下表在動聯(lián)接中，導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的主要失效形式是聯(lián)接工作面上產(chǎn)生過度磨損,應(yīng)限制其工作面上的壓強,則導(dǎo)向平鍵聯(lián)接的強度[13]條件為式中ＳKIＰIF1<0———-鍵的許用壓強(ＭPa），見下表許用項聯(lián)接方式輪轂或鍵輪轂材料載荷性質(zhì)靜載荷輕微沖擊沖擊SKIPIF1<0靜聯(lián)接鋼（鍵)1２０~25０100～120６０～9０鑄鐵70～8０５0～６030～45SKIPIＦ1〈0動聯(lián)接鋼（鍵）5０4０3０鍵校核參數(shù)表鍵SＫIPＩＦ１<0鍵SKIPIF1〈0鍵ＳKIＰIF1<０鍵ＳKIPIF１<05。滾動軸承的受力滾動軸承工作時，可以是外圈固定，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動，也可以是內(nèi)圈固定、外圈轉(zhuǎn)動.對于固定套圈,處在承載區(qū)內(nèi)的各接觸點，按其所在位置的不同，將受到不同在載荷。處于載荷作用線上的點將受到最大的接觸載荷.對于每一個具體的點,每當(dāng)一個滾動體滾過時，便承受一次載荷,其大小是不變的，也就是承受穩(wěn)定的脈動循環(huán)載荷的作用.載荷變動的頻率快慢取決于滾動體中心的圓周速度。轉(zhuǎn)動套圈上的各點的受載情況類似于滾動體的受載情況。他的任一點在開始進(jìn)入承載區(qū)后，當(dāng)該點與某一滾動體接觸時，載荷由零變到某一數(shù)值，繼變到零。當(dāng)該點下次與另一滾動體接觸時，載荷就由零邊到另一數(shù)值，故同一點上的載荷[1４]及應(yīng)力是周期性不穩(wěn)定變化的.滾動軸承的失效形式及計算準(zhǔn)則根據(jù)工作情況，滾動軸承失效形式主要有：(1)疲勞破壞由于載荷的反復(fù)作用,首先在表面下一定深度處產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面，形成疲勞點蝕，使軸承不能正常工作.通常疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式。(2)永久變形當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動時，一般不會產(chǎn)生疲勞破壞，但在很大的靜載荷或沖擊載荷的作用下，會使軸承滾道和滾動體接觸處產(chǎn)生永久變形（滾道表面形成塑性變形凹坑)，而使軸承在運轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈震動和噪聲，以至軸承不能正常工作.決定軸承尺寸時,要針對主要失效形式進(jìn)行必要的計算軸承的壽命計算：(1）滾動軸承的基本額定壽命一個滾動軸承在工作中發(fā)生疲勞點蝕前所經(jīng)過的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時數(shù)成為軸承的疲勞壽命。而由于制造精度、材料的均質(zhì)程度的差異，即使是同樣材料、同樣尺寸以及同一批生產(chǎn)出來的軸承，在完全相同的情況下工作，他們的疲勞壽命也會極不相同。軸承的最長疲勞壽命與最短疲勞壽命可相差幾倍甚至幾十倍。軸承的疲勞壽命不能以同一批實驗軸承種的最長壽命或者最短壽命作為標(biāo)準(zhǔn)。因為前者過于不安全，在實際使用中，提前破壞的可能性幾乎為100%；而后者又過于保守使幾乎１00％的軸承都可以超過標(biāo)準(zhǔn)壽命而繼續(xù)工作。那么如何確定滾動軸承的疲勞壽命呢?現(xiàn)在規(guī)定：一組相同的軸承，在相同的條件下運轉(zhuǎn)，其中10%的軸承發(fā)生點蝕破壞,而90%的軸承不發(fā)生點蝕破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)（以106為單位)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)作為軸承的疲勞壽命,并把這個疲勞壽命叫做基本額定壽命，以SKIPIＦ1<0（或SKIPIF1〈0)表示.由于基本額定壽命與破壞幾率有關(guān),所以在按基本額定壽命計算而選擇出的一批軸承中,可能有１0％的軸承提前發(fā)生破壞;同時也能有90％的軸承超過基本額定壽命后還能繼續(xù)工作，甚至還有相當(dāng)多的軸承還能再工作一個、兩個或三個基本額定壽命期.對于每一個軸承來說，它能在基本額定壽命期內(nèi)正常工作的概論是9０%,而在基本額定壽命期未結(jié)束之前發(fā)生點蝕破壞的概率為10％。在作軸承的壽命計算時,必須先根據(jù)機(jī)器的類型、使用壽命及對可靠性的要求,確定一個相當(dāng)?shù)念A(yù)期計算壽命，即設(shè)計機(jī)器時所要求的軸承壽命。（2）滾動軸承的基本額定載荷軸承的疲勞壽命與所受載荷的大小有關(guān)，工作載荷越大，引起的接觸應(yīng)力也就越大，因而在發(fā)生點蝕破壞前所能經(jīng)受的應(yīng)力變化次數(shù)也就越少,即軸承的疲勞壽命越短.所謂軸承的基本額定動載荷，就是使軸承的基本額定壽命[15］恰好為1０6ｒ時，軸承所能承受的最大載荷值，用字母C表示。這個基本額定動載荷，對于相心軸承，指的是純經(jīng)向載荷，稱為經(jīng)向基本額定動載荷,以Cr表示；對推力軸承，指的是純軸向載荷，稱為軸向基本額定動載荷，以Ca表示；對角接觸軸承，指的是使套圈產(chǎn)生純徑向位移的載荷的徑向分量。不同型號的軸承有不同的基本額定動載荷值，它表征了不同型號的軸承的成在能力,C值越大,承載能力越大.軸承樣本中對每個型號的軸承都給出了他的基本額定動載荷值C，單位N。（３）滾動軸承壽命的計算公式對于具有基本額定動載荷Ｃ的軸承，當(dāng)它所受的載荷P恰好等于Ｃ時,其基本額定壽命就是１0６r。但是當(dāng)它所受的載荷SKIPIF1〈0時,軸承的壽命為多少？這就是軸承壽命計算所要求解決的一類問題。軸承壽命計算所需要解決的另一類問題是，軸承所受的載荷等于Ｐ,而且要求軸承具有的壽命為SKIＰIF1＜0（以１06r)為單位時,那么,須選用具有最大的基本額定動載荷的軸承。下面就是有關(guān)壽命的計算方法：ＳKIＰIF1〈0因為P=C時，SＫＩPＩF１＜0,故有ＳＫIPIＦ１〈0即式中SKIPIF1<0壽命指數(shù)對于球軸承ＳKIＰＩＦ1〈0＝3；對于滾子軸承ＳＫIPIF1<0=10/3。實際計算時，用小時表示軸承的壽命比較方便.令ｎ代表軸承的轉(zhuǎn)速（r/ｍin)，則以小時數(shù)表示的軸承壽命ＳＫIPIF1<0為由于在軸承樣本中列出的額定載荷值Ｃ僅適用于一般工作溫度，如果軸承在溫度高于１20０C的環(huán)境下工作時，軸承的額定動載荷值有所降低，故引用溫度系數(shù)SＫＩＰIF1〈０予以修正，SKIＰIF１〈0可查表:工作溫度／0CSKIPＩF1＜012012５１5020０2５0300350溫度系數(shù)ＳKIＰIＦ１〈010.９50。90．8０.７0．６０。5溫度系數(shù)參數(shù)表進(jìn)行上述修正后，壽命計算公式為如果載荷P和轉(zhuǎn)速n已知，預(yù)期軸承壽命SＫIPIＦ1〈0已取定，則所選軸承應(yīng)能承受的額定動載荷SKIPＩF1<0可按下式計算以上兩式是設(shè)計計算時用到的,由此可確定軸承的壽命和尺寸型號.踏板車采用深溝球軸承.６.踏板車輔助結(jié)構(gòu)的說明通過踏板的上下運動來控制擺桿的來回擺動，擺桿的來回擺動控制擺桿支撐桿的上下運動以實現(xiàn)左右兩踏板的上下控制.擺桿機(jī)構(gòu)如圖3—11：SKＩPIF1<0圖３—11擺桿機(jī)構(gòu)踏板機(jī)構(gòu)如圖3－１2SKIＰIF１＜01、踏板２、不完全齒輪圖3—12踏板機(jī)構(gòu)示意圖在圖中可以比較清楚的看出擺桿與踏板以及過渡擺桿所組成的四桿機(jī)構(gòu)的模型。最初在設(shè)計時由于擺桿是直立地連接在踏板和軸之間，當(dāng)踩動踏板時產(chǎn)生了無法實現(xiàn)擺桿擺動的問題，也就無法實現(xiàn)擺動變轉(zhuǎn)動,而且考慮到擺桿的支點將在軸上，將對軸的強度帶來不小的影響。后來經(jīng)過老師的指點，采用四桿機(jī)構(gòu)把原先直立的擺桿換到水平位置,通過過渡擺桿把踏板與擺桿相連接，這樣不僅解決了擺動變轉(zhuǎn)動的問題，同時,擺桿通過軸的支撐靠一個軸承來完成,由于擺桿擺動過程中所產(chǎn)生的軸向力很小,故可以選用深溝球軸承，只要使軸承定位，擺桿便能固定于軸承上通過軸承實現(xiàn)擺動。為了能使軸承安裝順利，在安裝軸承的一側(cè)，軸的前半部分用間隙配合，軸的后半部分采用過渡配合，擺動變轉(zhuǎn)動的目的最終完成。軸承支架與軸的配合說明：軸承支架與軸的配合如圖3-13圖３—13軸承支架與軸的配合說明軸承支架的材料為尼龍,能夠大大降低車子本身的重量,主要完成對軸承的安裝與定位。在定位軸承時，利用軸承支架上的小孔邊緣對軸承的外圈定位，利用軸套定位軸承的內(nèi)圈。支架通過螺栓螺母連接安裝于車架上.為了能夠使軸上的齒輪能夠順利嚙合,在安裝的時候需要不斷校正軸承支架的位置.第4章腳踏擺動式三輪健身踏板車安裝測試說明4。1齒輪組安裝說明經(jīng)過幾個月來的努力,在老師和同學(xué)的幫助下,終于完成了踏板車?yán)碚撋系脑O(shè)計，為了能夠讓設(shè)計更貼近實際，使理論能夠比較符合實際中的制作,需對安裝進(jìn)行必要的說明。首先各部分安裝零件應(yīng)達(dá)到圖紙上的要求,為了能夠達(dá)到安裝要求，在鉆車架上的孔時，要求每個孔都與車架兩邊緣測量距離,以保證孔位置的準(zhǔn)確度,才不會因為鉆孔時造成的偏差使后面的齒輪沒有相互嚙合，并在鉆孔時就要把軸和齒輪放入，注意齒輪與齒輪之間是否有嚙合，并依次鉆其他孔,安裝完成后看看齒輪是否能夠順滑的轉(zhuǎn)動，再用螺栓、螺母通過軸支架鎖緊于車架上，如此完成齒輪組的安裝。４.２踏板車的測試踏板車安裝完成后，可以對踏板車進(jìn)行測試.測試時使踏板車離開地面一段距離，處于空載狀態(tài)下，試擺動踏板，看看齒輪相對傳動是否順暢，在轉(zhuǎn)動過程中是否有干涉現(xiàn)象發(fā)生。再把車放于地面，通過單腳蹬地推動車身前進(jìn),待車子達(dá)到一定的速度后將兩腳一左一右放在踏板上,輕輕擺動上身,利用身體重心的前后擺動踩動踏板，從而控制車子前進(jìn)的速度，在此過程中看看是否能達(dá)到輕松的踩動踏板，能否達(dá)到時速2０ｋｍ的速度,結(jié)構(gòu)是否緊湊。結(jié)論本論文所取得的成果在這次畢業(yè)設(shè)計里我深入的接觸了一個產(chǎn)品設(shè)計的全過程，綜合使用所學(xué)的知識,從接觸該課題開始，我進(jìn)行了一系列的相關(guān)工作，查閱了相關(guān)的資料，在設(shè)計過程中克服了許多困難,也取得了一定的成果。本次的設(shè)計中,主要的部分為