自行车的机械设计分析大作业

分析自行车的设计过程

自行车是人们日常生活中常见的一种机械产品，它的存在，使得人们在短距离的行程中，带来了很大的方便。随着科技的进步和发展，人们在设计自行车的时候，也越来越多的考虑到自行车的人机学等一些理论和设计实践的匹配。通过这一学期《机械设计学》的学习，我们从以下几方面来分析自行车的设计过程。

一、功能原理分析（由王昭春同学完成）

1复杂功能原理分析

自行车是人类发明的最成功的一种人力机械之一，是由许多简单机械组成的复杂机械。自行车主要是由车体部分（车架，车把，鞍座等），行动部分和安全部分（车闸、车灯、车铃等）组成的。行动部分是自行车的主要组成部分，它是由复杂的机构构成。根据机械原理和机械设计的知识，我们可以将其分解成简单的机构。

即：曲柄、链条，飞轮等。

1）脚蹬部件：

脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装置，自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由脚蹬轴转动曲柄，牙盘，中轴，链条飞轮，使后轮转动，从而使自行车前进。

2）链条：

链条又称车链、滚子链，安装在连轮和飞轮上。其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上，带动自行车前进。

3）飞轮：

飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与链轮保持同一平面，并通过链条与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。

自行车的上述设计过程满足功能原理的复杂功能分析。2关键技术功能分析

自行车的分类是很多的，不同的自行车其关键的技术也是不一样的。最传统的自行车的原动力是人力驱动。但是在上坡的时候，人的驱动力远远达不到自行车所需的速度，并且在上时间和远距离的行程下，人的驱动力会逐渐降低。为了改变以上的不足，我们可以从自行车的结构解决以上问题。轻质高速自行车，即将自行车的质量降低，在行驶的过程中通过气流使得自行车的速度增加。轻质的车身，需要轻质的材料，目前在我国轻质材料不丰富，加工轻质材料的工艺不高。所以以上的自行车的制造成本较高，大多数用于竞技比赛。

基于以上对设计，材料和制造工艺三者之间的矛盾，根据功能原理的技术矛盾分析法，得到了在日常生活中被人们常用的电动自行车的技术功能。电动自行车是一种以一半电力驱动和一半人力驱动的环保电动交通工具。电动自行车可以自动侦测双脚施力状况，在需要时以适当的动力辅助踏踩，自动调节动力和速度。

3综合技术功能分析

为了减少自行车的震动，英国工程师发明了一种减震的自行车，其主要的原理是在原来基础上，抛弃了传统的辐条式车轮设计，而是在轮轴与轮圈之间。

内置了弹簧片，引入弹簧力的作用来实现减震效果。

近日四川大学工程技术人员在基本的自行车上，引入一种LED投影仪的物理效应，安装在自行车使得人们在晚上更好地看清前面的路。其将LED投影仪把方格网投射到自行车前方地面上。随着路面状况的变化，网格时而弯曲，时而平坦，通过改变形状突出前方存在的潜在危险。该投影仪被安装在自行车车把上。自行车静止不动时，投影仪可由内置电池充电。自行车移动时，车轮的转动也可为它供电。投影仪只有一个按钮，按第一次是开启投影仪，按第二次是改变投影模式，按住两秒可关闭投影仪。

在平坦的路上在崎岖的路上

上述两款自行车，其应用功能原理综合技术的物理效应引入法，达到了不同的目的，使得自行车在使用的过程中达到了进一步的优化。

二、实用化设计（由李越同学完成）

当自行车有了代步功能后，还需要在很多地方做一些优化，以满足人们多方面的需求，带来更好的使用体验。

具体可在以下几点进行实用化设计：

1）.手柄要有一定的摩擦力，适合手握的弧线造型，安装自行车前灯、转向灯，自行车尾部加后视镜，增加安全性能。

2）.座椅下方需要有减震器，通过气压、液压油、胶棒、弹簧来起到减震作用。从而保证了骑行者在各种复杂的地面条件下的速度和安全。同时也使骑行者感觉更加舒适。

3）.后座可以模仿摩托车座位，增加舒适度，前后有储物篮，方便携带东西。

4）.自行车的脚蹬可自动缩回，以免在推车的时候刮到腿部。

5）.设计成折叠样式，在不用的时候自行车可以折叠，使用时会有安全锁锁住，防止误操作折叠。

6）.车架的材料可以用铝合金和镁合金这样就减轻了车的自重，骑车时会感觉更加轻便。运输时也方便。而且它的平稳性也很好。

7）.轮胎要适应各种天气变化，在雨雪天气出行时，自行车车胎要有很强的防滑功能，也能很好地耐磨。夏天能隔热，防止轮胎爆裂。山地车为适应爬坡，越野轮胎做得又宽多刺，可以增大摩擦力。而公赛为了适应比赛争取速度轮胎做得又细以光滑，可以减小摩擦力。代步自行车，车轮取于山地车与赛车之间，便于行施，又可以适应不同道路防滑。

8）.挡泥板的形状要选好。山地车挡泥板形状和普通自

行车的形状不一样，因为防止变形后影响车轮正常转动磨车轮，所以不会采用普通自行车的“包裹式挡泥板”而采用越野摩托车的“开放式挡泥板”，从而避免了挡泥板对车本身灵活性影响。这也是为什么现在很多山地车专用挡泥板都是后边翘得高高的离车轮比较远的原因。

9）.代步自行车的轮圈是用钢做的，但现在钢质轮圈因质量大，刚性强度不足等原因已经淘汰，只能在廉价劣质的自行车上找到。铝质轮圈取代了钢，因为铝较轻、较强、防锈，而且能提供更好的刹车性能。

10）.刹车方式为线拉V刹，它是现代中低端山地车还有旅行车折叠车等经常使用的一种刹车，造价低，刹车力大，结构简单易维护，重量较碟刹也轻。

11）.与普通自行车相比，山地车加了变速器。山地车的牙盘齿数与飞轮齿数相比所得的比值称之为传动比,传动比

高,骑行者爬坡有力、轻松。而山地车的传动比不再单一，从而使山地车的速度可变，这能使骑车人本身不论实在爬坡平路还是下坡，都能通过变速，而达到最省力状态。

12）.辐条选用不锈钢材料的。不锈钢强度高并且不会起锈，从而增加了其耐腐蚀性能，寿命得以延长。普通的车轮使用镀铬或镀锌碳钢辐条，这类辐条强度不如不锈钢，并且有起锈趋势。

达到了这些要求后，自行车的功能也就很丰富了，完全可以满足人们的正常生活。也许用过之后就会爱上骑自行车这项运动，这是健康环保的，可以减肥锻炼身体，没有尾气，低碳环保。

三、人机学设计（由王丹同学完成）

将人机学应用到自行车的设计中，使自行车与人能够更好的匹配，从而使人有更安全更舒适的骑行。

1从舒适角度

1）自行车扛带

没有横梁的搬运起来不怎么方便，尤其对于力气较小的女性朋友来说，扛着自行车下楼梯十分吃力。聪明

的设计师为无梁自行车设计了这套方便的扛带，平时可

以捆在车上，使用时只需将其拴在车把和车座之间即可。

扛带形成了类似于扁担的结构，让您可以轻松地扛着自

行车行走，而不至于无从下手，厚厚的护肩还可以保护