自行车变速器设计

1、桂林理工大学本科毕业设计·论文摘 要一直以来，自行车都是家喻户晓的交通工具，有着悠久的历史。然而在当今交通发达的社会，越来越多的人注重对生活的享受，把自行车当成交通工具的时代已经过去。出现了各种各样的自行车，例如场地自行车、公路自行车、山地自行车、斜躺自行车、广告自行车、旅游自行车、折叠自行车、电动自行车、小轮车等等一系列的现在自行车。人们更加注重自行车的轻量化、灵活化设计。自行车看似结构简单的车系，其关键部分却有着较大的学问，很多机构学家也做了很深入的研究，将自行车向着可靠化、强度化、创新化方向发展。而在当今追求挑战的时代，更希望自行车能够更少的力获取更大的扭转力使自行车能够更快的

2、运行，这是对变速系统的考验，也是对刹车系统的考验。 而本文主要是对自行车的变速系统进行设计，设计的主要工作有下面几点：通过查阅大量关于变速系统的工作原理；对变速指拨、前拨、后拨的设计和计算验证。将设计的各装置进行模拟仿真再结合它的工作环境、工作方式进行优化。本设计主要理论设计和经验设计相结合，对各部分数据进行可靠性分析，再通过以上数据利用cad画出零件图和装配图。关键词:自行车；变速系统；零件图design on the bicycle shifting system student: he geng-wang teacher: liu dian-tingabstract：all along,

3、 the bicycle is a well-known means of transport, has a long history.however, in today's traffic developed society, more and more people focus on the enjoyment of life, the bicycle as a vehicle has passed.emergence of a variety of bikes, such as track cycling, road cycling, mountain biking, recum

4、bent bicycles, advertising bicycles, touring bikes, folding bikes, electric bikes, bmx bikes and so a series of now. people pay more attention to lightweight, flexible design of the bicycle.bicycle cars seemingly simple structure, but has a key part of a larger learning, many organizations have done

5、 a very thorough scientists study the bike toward reliable technology, strength, innovation direction. the pursuit of the challenges in today's era, the bicycle can hope to obtain greater force with less twisting force to the bicycle can run faster, which is the transmission system test, but als

6、o a test of the brake system. the paper is of variable speed system design, the design has the following main points: a review of a large number of works on a bicycle transmission system;to shift the dip, the front derailleur, rear derailleur design and calculation verification.each device is design

7、ed to simulate simulation combined with its work environment, how to optimize it. this design is mainly theoretical design and experience design combines the reliability of parts of the data analysis, and then draw a two-dimensional cad diagrams.key words: bicycle; transmission system; simulation29目

8、 次摘 要iabstractii1 引 言11.1 自行车变速器研究的背景和意义11.1.1 变速自行车简介11.1.2 变速自行车的现状和前景11.1.3 变速自行车的发展史21.1.4 变速自行车在如今生活中的运用21.2 变速自行车的结构组成21.2.1 自行车组成42 自行车的变速系统的总体设计分析52.1 自行车的变速装置的工作原理52.2 变速器设计方案的确定及设计过程62.2.1 确定变速系统的方案62.3 变速器的总体设计过程62.3.1 确定各零件的设计顺序72.3.2 运动过程的计算及拟定草图73 链条设计73.1 确定变速系统链条参数73.2 链条的长度83.3 确定链条

9、的材料84 变速装置的设计94.1 拨链器94.1.1 拨链器的分类94.2 后拨链器设计94.2.1 后拨链器的构成94.2.2 后拨材料的选择94.2.3 飞轮各齿间距94.2.4 变速性能94.2.5 弹簧的设计要求：94.2.6 连接组设计94.2.7 拆片组设计134.2.8 链轮和飞轮设计和选材164.3 前拨链器介绍和设计194.3.1 前拨链器的介绍194.3.2 前拨链机构材料的选择204.3.3 链轮齿盘间距204.3.4 机座部分的设计204.3.5 驱动部分设计234.3.6 定位部分和导板部分的设计255 自行车的变速比分析265.1 变速比和传动比265.1.1 变

10、速比265.1.2 传动比275.1.3 传动行程275.2 自行车各齿变换的变速比参照表27结 论28致 谢29参考文献301 引 言1.1 自行车变速器研究的背景和意义1.1.1 变速自行车简介人们对自行车的利用不仅是交通工具，而越来越多的运用于旅游骑行，锻炼身体。而为了满足需求，更多的人选择变速自行车。目前自行车用于休闲工具越来越普遍，但在山区骑行需要不断变化速度，变速器的作用凸现出来，同时也满足了人们游玩的刺激感。而自行车的机构简单，组件也不复杂，但要完成它的可靠性和美观性一直都激发着很多研究者的兴趣，同时也产生了许多著名的企业-捷安特、美利达，再一次的革新了自行车的代步理念，向更高一

11、层迈进。而在变速系统的设计中，也出现了许多企业，例如禧玛诺，速联等企业。可见在变速器上的研究仍然还在继续。对于变速自行车来说，变速系统显得尤为重要，它是使车系能够达到省力、省车的效果。但是在普通车上增加变速装置又会对车的机构、强度方面造成影响，因而不能够简单的看成是机构的叠加，应该从机构的整体性上去分析。这对当今的研究者带来很大的研究前景1，以满足当今社会的需求。1.1.2 变速自行车的现状和前景在我国，自行车有着悠久的历史，早在公元前500多年，我国就出现独轮车随而出现的当今的自行车。而今我国涉足于研究自行车的人甚少，市场几乎被国外占有，在大多数欧美国家及日本生产车架采用钨极惰性气体保护焊、

12、机械钎焊、氩弧焊等各种先进焊接技术。而在车架和前叉的喷漆上，德国采用了比较传统的喷丸处理技术；日本采用了喷淋和磷化处理；瑞士的自行车生产商采用手工磨削处理及表面清洗、净化和后道磷化处理技术；美国的处理技术各国的也大同小异2。近年来，世界工业发达的欧美国家及日本打造各类自行车的产品，无论是材料、还是外观设计一直到整车装备各个方面都有发展迅速。尤其在变速系统上，日趋朝向高端技术方向发展，之前国外的变速自行车档位有三速、五速、十速、十二速、十五速、十八速，但是在现在出现了很多车系达到二十一速、甚至二十四速、二十七速。拨链机构逐步变小，导向板也逐渐加长，更加具有流线感。此外，欧美国家及日本先后开发出了

13、电子控制定位旋转把套变速控制系统3，而且自行车变速系统技术含量日趋提升。现在国外很多国家变速系统正朝着变速、制动、导向一体化及自动定位、自动变速、操作富有人性化这方向阔步发展。1.1.3 变速自行车的发展史自行车到底是有谁发明的，是哪个时代发明的很少有人知道，在1791年，曾有法国人发表了两轮的木马车；一个德国的男爵卡尔杜莱斯是被公认为自行车的发明者，他在1817年就制造除了把手的脚踢木马自行车，在车子前轮上装了个方向把手，这就是人们第一次看到的不需要马拉的奇怪车，当然这也是人们心中最早的自行车印象。1819年，英国、德国也都先后成立了历史最早的自行车学校；那时候没有汽车和火车，以马车为交通工

14、具的德国、英国、美国形成了争骑木马的风气，那时人们跨上玩具车用力蹬，速度越快，车也就越稳，而且这种风气在这些国家持续了十来年之久。到了1830年，法国政府正式决定使用玩具车来作为邮差送信的交通工具；1939年英国的汤马士麦米伦不断思考如何能够坐在车上，在不断的思考下，最后设计出了一辆前轮大于后轮并加上踏板及杠杆在后轮来驱动车子的自行车，这样就使在骑行时不需要以脚踩地面去转动轮子前行，这为自行车的发展迈进了一大步。1888年一个爱尔兰的兽医发明橡皮充气轮胎，这也是自行车发展史上非常重要的发明，这不仅解决了自行车多久来最令人难受的震动问题，还把自行车的车速推进了很多，但由于当时橡皮很贵，不能够广泛

15、使用。1970年，由一群美国人相互竞速发展出公路车、山地车、旅行车等等车系，材料也不断的改进，是它变得更加的轻量化，越来越满足现代人对自行车的要求，自行车的研发又与人体合二为一的表现越显重要。1.1.4 变速自行车在如今生活中的运用发明改变世界，发明改变了人们的生活。变速自行车不断地发展，不断的改进并是它更能够贴近人们生活，更能够满足人们的需要。过去的一段时间，人们主要运用它来作为短距离的代步工具，及平时锻炼身体的运动器具，例如山地车，在当今世界，变速自行车在体育赛事的运用得到了广大人们的喜好，如世界著名的赛事环法赛就是世界影响最广、规模最大，也是比赛水平最高的自行车赛。其次是环西班牙和环意大

16、利。当然它的奖励也是相当的丰厚。在我国，越来越多的骑友不约而同的组队骑云南、骑川藏等来增加生活的情趣；不少人还用来当做生活的主要交通工具、社交、外出郊游的各种场合，自行车都发挥这轻便这独特的作用。但当今社会主要人群还是学生族、骑游族、城市上班族及休闲锻炼身体等等。1.2 变速自行车的结构组成变速自行车由车架、刹车、变速系统、轮胎、链条等25个部件构成，其中基本部件缺一不可。一般可以变速自行车可以分为五个部分：动力部分、传动部分、工作部分、控制部分、变速部分4。图1-1 自行车结构图1-2 自行车变速器结构图1.2.1 自行车组成车架车架是变速自行车的一个基本组成部分，是自行车的主体和骨架，没有

17、它也无所谓现在的自行车了。其他部件都是直接或间接的安装在车架部件上。车架部件有很多种结构，但我们一般可以分为两大类即男式车架和女式车架。大部分的车架采用普通碳素铜管经过组合、焊接而成。一般来说，为了减轻管的重量，提高强度，大多数高档自行车采用了低合金钢管制造而成。现今，为了减少快速行驶的阻力，不少自行车还采用了流线型的低合金钢管。自行车是靠人体脚踩的驱动力和骑行技术而行驶，车架便成为自行车在行驶过程中产生冲击载荷及能否安全舒坦地运载人体的重要结构部件，车架制造精度的优劣，能够直接影响骑行的安全性、平稳性、轻快性。一般辐条都是等径的，为减轻重力，也有制成中间小、两端大的变径辐条。现今，还有为了减

18、少空气阻力将辐条制成流线型5。1) 脚蹬部件这个部件都是装配在中轴的左右曲柄上，它是一个能够将平动力转化为转动力的装置，在骑行自行车时，脚踏力首先传给脚蹬部件，再由脚蹬轴转动曲柄，中轴、链条飞轮，从而后轮转动而使自行车前进。因而脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人放脚位置是否适合，自行车的驱动能不能够顺利进行，当然一般的骑行感受不到，只有长期的骑行才会感受它的重要性，还会影响人大腿发力。2) 转动车把和前叉它们可以使前轮改变方向，起到它的导向作用，还可以有控制自行车行驶的作用。这里的前叉的受力属于悬臂梁受力性质，因此前叉必须要具备足够的强度、刚度等性质。3) 车链车链又叫滚子链、链条

19、，安装在飞轮和链轮上。它的作用是将脚踏力由曲柄，链轮传到飞轮和后轮上去，从而带动自行车前进。4) 飞轮飞轮是用内螺纹旋拧在后轴右端，并与链轮保持统一水平面，通过链条与链轮连接，构成自行车的驱动部分。一般从结构上分为单级和多级飞轮两大类。单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要有外套、芯子、千斤、千斤簧、平挡、丝挡钢球、垫圈等零部件构成。它的工作原理为：挡向前踩动脚踏时，链条会带动飞轮向前转动，这个时候飞轮内齿和千斤相含，这时飞轮的转动力通过千斤传到芯子，再通过芯子带动后轴及后轮转动，这样自行车就前行了。当我们停止踩动脚踏板时，外套和链条转动，但这时后轮会在惯性作用仍然带动千斤和芯子向前旋转，此时，飞轮

20、内齿会产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子槽口内，千斤又压缩千斤簧，当千斤齿顶滑到飞轮的内齿最上端时，千斤簧被压缩的最大，此时稍微向前滑动一点，千斤被千斤簧顶到齿根上，会发出”嗒嗒”的响声7。芯子转速加快时，千斤也很快的在各个飞轮内齿上滑动，而发出响声。当我们反向踩动脚踏时，外套会反向转动，因而会加速千斤的滑动，会使这声音更加急促。由此，我们可以看出多级飞轮是变速自行车变速装置中一个非常重要的部件。多级飞轮是在单级的基础上增加多个飞轮，并与中轴上的链轮相结合，构成各种不同的传动速比，由此改变自行车的速度，5) 车胎车胎分为外胎和内胎，外胎又有硬边胎和软边胎。一般硬边胎自重较轻，着力面积较小，适合

21、于在平坦的道路上行驶，其优点是行驶轻而快、阻力比较小。软边胎的断面宽，能够全部裹住内胎，着地面积大，能够适应多种路面行驶。外胎的花纹是为了增加和地面的摩擦，当今世界最为流行的山地自行车的外胎宽度特别宽，而且花纹也深，能够适宜山地越野。2 自行车的变速系统的总体设计分析2.1 自行车的变速装置的工作原理一般情况下，变速装置主要由h、l边去调节螺丝、前拨后拨、飞轮、链轮、链条、张力轮、导向轮等组成8。在我们变速自行车中最常见的车系是山地自行车，而所有变速自行车的原理基本与山地车类似，下面以山地车的变速原理进行探究。我们的山地车变速的工作方式与我们的汽车的变速工作方式相似，汽车大多是改变齿轮来改变传

22、动比，而自行车主要是以链条为传动装置工作的。在我们的山地车里面，通常把脚蹬两个踏板的轴叫做主动轴。而我们以往看到的非变速自行车就是靠改变我们主动轴的转速来实现各路段的骑行。我们把车架和后轮相连接的那根轴叫做从动轴。前面已经起到过:我们的主动轴与从动轴之间的联系是通过它们之间的的链条，当我们踩动踏板，使主动轴获得动力，通过链条传递给从动轴，而我们就在这个过程来改变他们的传动比，从而达到以更小的动力获得更加快的速度，具有省力、省车的效果。现今，山地车的变速级别越来越多，我们研究普遍生活用的十八速级变速设计。一般山地车在主动轴上装配3个依次增大的齿轮，在从动轴上安装610个依次从大到小顺序排列的齿轮

23、，然后用分别在前后轴安装变速杆用一根变速线连接到车把手上或者任意一个手很方便控制的位置上，当我们需要变速时，我们只需转动对应的变速杆使链条拨到不同大小的齿轮上去，实现轻松变速。后拨导向轮是固定链条的位置，张力轮必须保证链条有一定的张力，让它卡在齿轮上，张力轮的位置是固定在摆臂上的，并由弹簧控制。变速原理：在主动轴适合位置安装一个前拨装置，我们通过转变变速杆，是前拨的位置发生微小的变化，将链条拨到不同大小的齿轮上去，这时我们再转动调节从动轴上的变速杆，就可以达到在这个范围内我们想要的速度9。这个过程中，我们的从动轮和主动轮都采用了变得设计，而形成不同的不一样的传动比，达到设计目的。其实我们都明白

24、：当你主动轴的牵引力频率越高，从动轴的转速就越快，所以单单靠改变传动比是不一定好使的。所以有经验的骑行者会根据不同的路况选择不同的传动比，当上坡时，主动轮选用最小齿轮，从动轴选用最大的齿轮，这个时候获得最小的速度，但却很省力；同样的道理，下坡时，主动轴上选用最大的齿轮，从动轴上选用最小的齿轮，这时可以获得最大的速比，却很费力，因而在下坡用最为合适。一般情况，我们都是固定前轮，在从动轴上齿轮越小，越能够加速。2.2 变速器设计方案的确定及设计过程2.2.1 确定变速系统的方案本课题设计的变速系统是3*6级别，即是链轮为3个齿轮，飞轮为6个齿轮，这套变速级别相对低，但是在生活中普遍适用。结合大学所

25、学的机械设计和机械原理为基础能够完成本设计。本设计拟定两套设计方案分别如下：方案一：本设计可以采用齿轮传递速比方案二：采用链条传递速比方案对比，显然方案一中会有很多的问题，最主要是高精度齿轮成本高昂，且不利于山地越野，而链条传动显得更加合理2.3 变速器的总体设计过程首先确定变速比，然后确定链轮和飞轮的齿数。再根据骑行的功率，确定主要部件的参数和机构。前面提到过，本设计通过经验设计和理论设计相结合，通过研究以往的自行车的变速链条的各项参数，参照机械设计的链条传动，然后计算出相配合的链轮、飞轮的各项参数，得出这些数据后，在进行理论验算，强度校核等。最后设计前、后拨的各项参数选择合适的材料。2.3

26、.1 确定各零件的设计顺序本设计由：链条后拨飞轮链轮前拨2.3.2 运动过程的计算及拟定草图1) 计算变速比和各飞轮的齿数，画出零件图2) 校核链轮和飞轮的刚度和强度，3) 画出变出变速系统的整体装配图。3 链条设计3.1 确定变速系统链条参数本设计选用的是6级飞轮和3级链轮，查中国自行车标准得，我们要保证多级变速，飞轮齿数为14、16、18、21、24、28，链轮齿数取28、38、48。设计低速飞轮和高速链轮的滚子链传动，其链传动主要失效形式有四种：链条的疲劳破坏、链条的铰链胶合、链条的铰链磨损、链条的静力破坏，因而在设计过程中一定要避免这几种失效形式10。 链条型号根据主动链轮转速n1和当

27、量的单排链计算的功率pca由图3-1确定。然后再由表3-1确定链条节距p。图3-1 滚子链gb/t 1243a系列表3-1 滚子链规格和主要参数滚子链规格和主要参数链号节距p排距p1滚子外径b1内链条内宽度b1销轴直径d2内链板高度h2极限拉伸载荷每米质量（单排）mmknkg/m05b85.64532.317.114.40.1806b9.52510.246.355.723.288.268.90.408b12.713.928.517.754.4511.8117.80.708a12.714.387.957.853.9612.0713.80.610a15.87518.1110.169.45.0815

28、.0921.8112a19.0522.7811.9112.575.9418.0831.11.516a25.429.2915.8815.757.9224.1355.62.6因此，由设计功率pca=88.2w,n1=6.3r/min，可选取链型号为08a标准化滚子链，再由3-2链条的规格p=12.7mm的节距的一系列尺寸参数。根据gb/t1716-93，选用自行车链条1/2*3/32，内外导板组合内宽尺寸10±0.5mm。3.2 链条的长度一般单片链轮的链长在绷紧链条后还外加四节链片。双片链条长度在装配后拨链器绷紧链条，要使张紧轮和导轮中心线约地垂直。三片链轮链长在飞轮高速齿与低速齿装配

29、链条，绷紧后加两节即可。3.3 确定链条的材料链条主要由滚子链和齿形链，滚子链由滚子、套筒、销轴、内链板及外链板组成。齿形链是有一组带有两个链板左右交错并列铰接而成。目前，链条已经标准化为a、b两个系列，其中a系列适用于美国为中心的西半球区域，b适用于欧洲区域。而我国主要采用a系列滚子链传动设计11。自行车的链条采用冷轧钢带，其强度高，但耐性、可焊性较差。表3-2 零件材料及其热处理零件名称材料热处理滚子45钢渗碳+淬+回套筒45钢淬+回销轴45钢淬+回内链板45钢淬+回外联板低碳钢盘条渗碳+淬+回 4 变速装置的设计4.1 拨链器4.1.1 拨链器的分类 拨链器是指改变链条在多级飞轮或多级链

30、轮上的位置，以获得不同传动比的机构。 拨链装置是由前拨链器、后拨链器、拨链器钢丝绳及调速控制器等构件组成。前拨链器是指改变链条在链轮上位置的机构；后拨链器则是改变链条在飞轮上位置的机构；拨链器钢丝绳是控制前和后拨链器的传动构件；调速控制器是手上操纵前、后拨链器的操作机构。4.2 后拨链器设计4.2.1 后拨链器的构成后拨通常由连接组、拆片组、导轮组三个部分构成。其中连接组由内连接板和外连接板构成，内有一个弹簧保证复位以保证稳定的行程，内连接板有高位组块，而外连接板有低位限块和连接紧绳螺栓的通孔；拆片组由定位螺丝、后座、后座轴、后座扭簧、拆片等部件组成；导轮组则是扭簧、张紧轮、导轮、内导板、外导

31、板、下座轴等部件构成，而这里主要是利用导轮及扭簧保证链条不出现掉链现象12。4.2.2 后拨材料的选择保证产品质量，又要节约成本，均可采用碳素结构钢q235，但弹簧选用弹簧钢65mn。4.2.3 飞轮各齿间距查中国自行车标准，飞轮间的间距以确定。其中t-5间距为3.33mm；5-4为3.23mm；4-3为3.23mm；3-2为3.2mm，2-1为4.0mm，这样，后拨的传动行程就与之确定。4.2.4 变速性能1) 当链轮静止调速时,链轮转动270度以内为调速完成。2) 当链轮转动调速时,链轮转动180度以内调速完成。4.2.5 弹簧的设计要求：1) 导弹簧工作在3*104以上；2) 前、后扭簧

32、在3*104以上。4.2.6 连接组设计1) 导弹簧设计（本设计的方法和公式来于机械设计手册）设计条件为：一个圆柱形拉伸弹簧，载荷均衡；fmax=28.7±0.01n；max=35mm；其总工作数为104次；长度h0不大于45mm；外径d2不大于15mm。（1）材料的选择：根据弹簧的工作条件，选用碳素弹簧钢丝，弹簧工作次数约104次，则=0.45b（2) 确定旋绕比c，一般取59，曲度系数k4c-1/4c-4 +0.615/c（3) 弹簧丝直径d， d1.6 （4-1）（4) 估算d。由d1>9mm,d215mm,d可取10mm、11mm、12mm。（5) 初算弹簧丝直径，d=

33、d/c。表4-1 弹簧丝直径dc56789k1.311.251.211.191.17d1210111212b2.51.71.61.251.33d16501700175017502000743765788788900d0.80.850.891.121.2 其中c为5、6、7时，d、d相差较大，不予使用。（6) 弹簧的工作圈数n，n= （4-2）d取12mm，g取8*104，max=35mm，c=9、8当c=8，n23，当c=9，n11节距p=1.2mm自由高度h0 h0pn+3d （4-3） 当n=8,h049.1；n=9，h034.8但h049.1，不符合安装要求，不予使用。确定弹簧丝的几何参

34、数及结构尺寸外径d2=d+d=1.2+12=13.2mm内径d1=d-d=12-1.2=10.8mm展开长度l= （4-4）=11*12*3.14/=418mm校核疲劳强度弹簧材料内部产生的最大循环应力： （4-5）=8*12*1.17*28.7/3.14*1.23=594n弹簧材料内部产生的最小循环应力： （4-6）其中fmin=fo+0.2*fmax，fo= （4-7）=11.9n，即有fmin=11.9+7.74=17.7n，=1.17*8*12*17.7/3.14*1.23=366n，其疲劳强度安全系数计算值sca=sf才可行，sca=0.75*366+900/594=1.97，取sf

35、=2.0，则可行。极限工作载荷： （4-8）=n=35.88n，安装工作载荷：fmin=0.2*fma （4-9）x=0.2*28.7=23.44n，单位变形所需的载荷称为弹簧刚度kf,kf= （4-10）=80000*124/8*11*93=1.50n/mm，轴向变形量，=，其安装变形量min = fmin/kf （4-11）= 23.44/1.50= 15.62mm，最大变形量max=fmax/kf=28.7/1.50=19.13mm， （4-13）极限变形量lim=flim/kf=35.88/1.50=23.92mm。 （4-14）2）调节螺栓设计和强度校核设计目的：调节螺栓在后拨起到很

36、重要的调节作用，主要由h、l来调节松紧程度以改变行程。 该螺栓受到弹簧的拉力，方向与轴向相近，暂取d=m5，公称长度取l=12mm,材料选择钢号为45。（1)中径d2对于锯齿形螺纹有：d20.65 （4-15）=0.65=4.7mm查实用机械传动装置设计手册表31-18得p=10，即d2=5mm（2)内螺纹强度校核p=0.6=0.6*360=216mpa（4-16）查金属材料手册知，=360mpa，则螺纹强度符合要求。（3)螺杆强度校核 （4-17）带入计算得：e=185360mpa，则螺杆强度符合要求，选用m5钢号为45材料的十字紧定螺钉。3）铆钉设计与校核铆钉与bm、pm中间有弹簧连接，其

37、拉弹簧d为13.6mm，铆钉长度9mm，mlim为1148n/mm，这样来设计铆钉参数。选用铆钉的型号、材料、表面处理方式根据机械设计，选用碳素结构钢型号q235-a，退火处理。（1)选择铆钉参数查机械设计，=29mm，l=25mm，d取3.3mm，铆钉距离t为11d=40mm。（2)强度计算铆钉的压应力、剪切应力和工作面结合挤应力为均匀分布。最大工作载荷 = mlmax/l2i+lm+l22+l21 （4-18） = 1148*30/2*30*30 = 19.2n最大工作应力=fmax/a=fmax/d2 （4-19） =19.2*1000/3.14*3.6*3.6 =4700000pa=4

38、.7mpa，查许用应力为115mpa，得铆钉受变载荷=许用载荷的10%，即为11.5mpa，而最大工作载荷4.7mpa小于受变载荷，即铆钉能够满足要求。（3)标准铆接件其他参数的确定由gb868-68，d=3.5mm，公称长度l=25mm，选用材料q235-a，r1=1mm，dk=2.5mm，r=0.3，退火处理的平头铆钉。4.2.7 拆片组设计后座弹簧设计设计目的：设计一个扭转弹簧，用于受力均匀的结构，预扭矩t1为129n*m，工作扭矩t2为238n*m，扭转角为48°，工作自由扭转角130°，工作周期小于10000。1）材料的选用和许用应力的计算工作周期小于10000，

39、查手册，属于类载荷弹簧，可选择碳素弹簧钢丝组。弹性模量为202gpa，暂选b为1780mpa；许用弯曲应力为0.5b。(1）确定d弹簧钢丝按照常规，选取c=6，则由k=4*6-1/4*6-4=1.2 （4-20） d弹簧钢丝 （4-21）=1.56，则取 d弹簧钢丝=1.7查机械设计手册表4.1-21，弹簧钢丝b为1765mpa与原值接近，符合要求，中径d=d弹簧钢丝*c=1.7*6=10.2mm。(2）确定弹簧的有效工作圈数n， n=， （4-22）其中，t2-t1=238-129=109n*m，=48°则可得n=9.8，取n=9。(3）弹簧扭转刚度k，k= （4-23）=2.37

40、mpa，(4）确定扭转角及扭矩 最大工作扭矩时的扭转角2=t2/k=100°， （4-24） 最小工作扭矩时的扭转角1=t1/k=52°， （4-25） 实际最小工作扭矩t1=k1=52*2.37=123n*m， （4-26） 工作极限扭矩ts=sd3/32k=3.14*17*17*17*1412/1.15*32=591n*m，（4-27） 工作极限扭转角s=ts/k=591/2.37=250°， （4-28）(5） 弹簧节距t，t=d+1=0.5+1.7=2.2mm, （4-29）(6） 自由长度h0=d+nt=2.2*19+1.7=43.5mm， （4-30）

41、(7）螺旋角=4°， （4-31）(8）展开长度l= （4-32）=*10.2*19/cos4°+9=619mm，l0为工作臂长度。 4.2.7 导轮组设计张紧轮和导轮的间距设计要保证链轮在最大齿，飞轮在最大齿，导轮和飞轮齿间距要最小，而且在飞轮和链轮都高速时，张紧轮和导轮中心垂线要垂直于地面13。1)防尘板设计防尘板不仅有防尘的用处，还有起着连接导轮的用处，所以在变速过程中不能和链轮有干涉现象发生，而影响寿命，这里选用zq235。2)导轮设计张紧轮和导轮都选用13齿，选用q235，弧形采用“三弧线一直线”结构。3)导轮弹簧设计根据上文叙述，再次设计扭转弹簧，受力平稳，预扭

42、矩t1=66n*m，工作转矩t2= 115n*m，扭转角=80°，周期小于10000次，自由扭转角大于120度，(1）确定材料及许用应力由上可知，该弹簧属于类载荷弹簧，选类碳素弹簧钢丝，e=202gpa，b为1820mpa，bp为0.5b=910mpa。确定d弹簧钢丝，选c=6，k=4*6-1/4*6-4=1.2, （4-33）d弹簧钢丝=1.2，则取 d弹簧钢丝=1.3， （4-34）查手册表4.1-21，弹簧钢丝b为1863mpa与原值接近，符合要求，中径d=d弹簧钢丝*c=1.3*6=7.8mm。(2）确定弹簧的有效工作圈数n， n=， （4-35）其中，t2-t1=238-1

43、29=109n*m，=48°则可得n=16.2，取n=16。弹簧扭转刚度k= （4-36）=1.3mpa，(3）确定扭转角及扭矩最大工作扭矩时的扭转角2=t2/k=91°， （4-37） 最小工作扭矩时的扭转角1=t1/k=10°， （4-38）实际最小工作扭矩t1=k1=52*2.37=13.9n*m， （4-39）工作极限扭矩ts=sd3/32k=3.14*17*17*17*1412/1.15*32=279n*m，（4-40）工作极限扭转角s=ts/k=591/2.37=220°， （4-41）(4）弹簧节距t，t=d+1=0.5+1.7=1.8mm

44、, （4-42）(5）自由长度h0=d+nt=2.2*19+1.7=17.3mm， （4-43）(6）螺旋角=3°， （4-44）(7）展开长度l=*10.2*19/cos4°+9402mm， （4-45） l0为工作臂长度。 图4-1 圆柱螺旋拉伸弹簧 4.2.8 链轮和飞轮设计和选材1)链轮和飞轮的设计 根据骑行的最大载重及脚到中心轴的距离来确定链轮轴最大功率，我们取最大链轮轴的功率p=18ow，链轮的平均转速n1=6.3r/s，设人对其载荷相对平稳14。参照中国自行车标准取值，链轮齿数推荐值取z1=48，z2=28。得：实际传动比i=z2/z1=28/48=0.583

45、.再根据：链轮转速n1=6.3r/s=378r/min，计算出：飞轮转速n2=n1/i=378/0.583=648r/min由式子9-15:pca=ka*kz*p/kp=88.2w （4-46） 其中：ka工况系数，查机械设计表9-6得：ka=1； kz主动链轮齿数系数，查机械设计图9-13得kz=0.49； kp多排链系数， p为传递的功率。 表4-2 工况系数ka 从动机械特性主动机械特性平稳运转 轻微冲击中等冲击电动机、汽轮机和燃气轮机、带有液力耦合内燃机6缸及以上带机械是联轴器内燃机少于6缸机械是连轴器内燃机平稳运转压缩机、自动扶梯、带式运输机、风机1.01.11.3(1）初选中心距a

46、0=（3050）p，a0=32*p=40.6cm。 （4-47） 按下式计算链节数lp0,lp0=2a0/p+（z1+z2）/2+p(z2-z1)/22/a0 （4-48） =2*40.6+76/2+1.27*202/40.6*42 =102(2）链条长度为l=lp0/1000=102*12.7/1000=1.30m （4-49）实际中心距a=p/4*lp0-（z1+z2）/2+(lp0-（z1+z2）/2)2-8(z2-z1)/22 =0.318*(102-38)+(lp0-（z1+z2）/2)2-8(z2-z1)/22 =40.8cm （4-50）(3）计算链速由机械设计式9-1确定： v

47、=z1*n1*p/1000*60=28*378*12.7/1000*60=2.24m/s (4）根据链速按照机械设计图3-4确定润滑方式。(5）有效圆周力fe=1000p/v=1000*0.18/2.24=80.36n(6）作用在轴上的拉力fp,fpkfp*fe=1.15*80.36=92.5n,其中，kfp压轴力系数，对于水平传动是应取1.15。(7）链轮的高速齿（48齿）与飞轮（28齿）的设计参照机械设计，及基本参数：z1=48，z2=28，p1=p2=12.7mm得：分度圆直径d链轮=p/sin1800/z1=12.7sin3.75=195mm （4-51） d飞轮= p/sin1800

48、/z2=114mm （4-52）齿顶圆、齿根圆直径计算： da链=d链轮+p（1-1.6/z1）-d1 （4-53） =195+12.7*（1-1.6/48）-7.92=200mm df链=d飞轮-d1=195-7.92=187.08mm （4-54） da飞=d+p（1-1.6/z2）-d1=118.05mm df飞=d飞轮-d1=106.08mm （4-55） 齿高计算：ha=0.5（p-d1） （4-56） ha链= ha飞=0.5（12.7-7.92）=2.39mm2)齿槽的形状设计查机械设计表9-2滚子链链轮齿槽形状得：链轮及飞轮齿侧圆弧半径：remax=0.12（z+2）=6mm，

49、r链emin=0.008d1（180+z12）=157mm；r飞emin=0.008d1（180+z22）=61mm滚子定位圆弧半径ri=0.505d1+0.069 *=0.505*7.92+0.069*=4.15mm滚子定位角链=120°-90°/z1=118.2° 飞=120°-90°/z2=116.8°以上是一对链轮飞轮的详细参数，其余几对完全类似参照以上计算重复计算即可，便不再累赘叙述。下面一节将介绍介绍变速器材料的选择。3)链轮和飞轮的材料链轮要具有足够的耐磨性和强度，但小轮的啮合次数比大轮多，且冲击力也大，因而我们选用小链轮的材料采用较好的制造。我们的链轮采用轻中载、无较大冲击、中低速，抗振动和易磨损材料。但要保证其拉力，选用高强度钢材。查机械工程材料表6-8可得：轮选用钢号为45的钢，统一数字代号为u20452