施业章武汉轻工大学本科毕业论文-酷跑双轮车

武汉工业学院毕业设计(论文）设计(论文)题目：酷跑双轮车创新设计与制造姓名施业章学号09030１４１７院系机械工程学院专业机械设计制造及其自动化指导教师孙亮波20１3年６月摘要健身器材是体育产业的重要组成部分。自改革开放以来，我国的健身器材产业得到了快速的发展。产品质量不断提高，数量成倍增加,市场日益繁荣，各类健身器材开始进入家庭，国内市场的规模不断扩大。针对日趋繁荣的健身器材市场和以前的健身产品,本文将探讨研究出一款新型的健身产品——酷跑双轮车。论文首先对国内外的同类现有产品进行分析，分析其利与弊，然后针对产品的不足和现有的技术条件，设计一款新型的产品。紧接着对新产品的主要功能进行分析与计算。本次研究将开发出具有自主知识产权的、经济实用的酷跑双轮车,以改善目前市场类似产品的不足。关键词：酷跑双轮车创新设计转向刹车AbstrａｃtThefｉtnessequiｐmentisanｉmportantpａrtofsportsｉndｕsｔry.Siｎｃetheｒeformaｎdopeninｇup,China＇sfitｎeｓsequiｐmeｎtindustryhａsbeeｎrapiｄｄｅveloｐmeｎt.Contiｎuouslyｉmprovetｈeqｕａlｉtyｏｆprodｕcts,ｔhenumｂerdoubleｄ，themarketｉsｂｏominｇ,allｋindsoffitｎesseqｕipｍentsｔaｒtedtoｅntｅｒthｅfaｍily，tｈedomesticmaｒketｓcaｌeiscontinuallｙeｘｐanding.Aimiｎgａtthebooｍingfｉｔnessequiｐmeｎtmarketanｄpｒｅviｏushealthprｏductｓ,thispapｅrｗｉｌlexploreanｅwｆｉtnｅssｐｒoducｔs-ｃoolrunningwhｅelｓ.Thepaperfirstanalysiｓtｏtｈｅｄoｍesｔiｃandｆoreｉgnsiｍiｌarexistｉnｇｐroｄuｃts,anaｌyzeｓｉtsadvaｎtageｓａnｄdｉsadｖantages,ａndthenforthelｉmitaｔｉｏｎsoｆｐrodｕctsaｎdthｅexｉstiｎgtechnology，anｅwｄeｓignofｐrodｕｃtｓ．Followｅdbｙtheａnａlysisaｎdcalcｕlａtionofｔhemａiｎfuｎcｔｉonsofthｅｎeｗproｄuctｓ.Ｔhｉsｓtudywillｂｅdevelｏpedwithinｄeｐｅｎｄentiｎteｌlectualpｒopertｙｒiｇｈts,eｃonｏmｉcaｎdpｒacｔicａlcooｌrｕnnｉngwheelｓ，toimｐroｖetｈecurreｎｔｍａｒketsｉｍiｌarpｒodｕcts.Keｙwｏrdｓ：ｃoolrｕnnｉngwheeｌsInnovatiｖedｅsigntｕｒnｂｒakｅ目录TOC\ｏ＂1-2"\h\ｕHYＰERLINK\l_Ｔoc19703摘要 ＰAGEREF_Toc197032HYPＥRLINＫ\ｌ＿Ｔoｃ2６AbsｔractﻩＰAGEＲEF_Tｏc263HYPERLIＮK\l＿Ｔoc２2282第一章绪论ﻩ８2５ＨYＰＥRＬINＫ\l_Toc３02４11．1课题来源ﻩPＡGEREＦ_Toc302415ＨYＰERLIＮK\l＿Toc36７2１.2国内外发展及现状 PAＧERＥＦ_Toc367２6HYＰERLIＮK\l＿Toｃ430１.3现有市场产品的不足与弊端ﻩPAGEREＦ_Tｏc4309ＨＹPERLINK＼ｌ_Tｏc２４1７21．4本文的主要研究内容ﻩPAＧERＥF_Toc２4１7210HYPERLＩNK\l_Tｏc91８91．5本文研究目的ﻩPAGEREF＿Toc91８910HYＰEＲLIＮK\l_Toc147第二章酷跑双轮车方案设计、功能分析与计算 PAＧERＥF_Toｃ14711HYＰEＲLＩNK\l＿Toc25２６０2.1新型酷跑双轮车的设计思路ﻩPＡGERＥF_Ｔｏc2526０１1HYPERLINK\ｌ_Toc553９2.1双传动系统的实现ﻩPAGERＥF_Ｔoｃ553９12HYPＥRLINK\l＿Toc2762５2.2酷跑双轮车运动原理分析ﻩPＡGＥREF_Tｏｃ27６2512HＹＰERLINK＼l_Toc273372.2．1行驶三角架临界分析ﻩPAGＥREF＿Toc273３713HYPEＲLＩNK\l_Toc152332.2.２上坡大轮受力分析 PAGEＲＥF_Toc１523314HYＰERLINK\l_Toc107462．3制动系统的分析ﻩPAGEREＦ_Tｏc1074615HＹＰERＬIＮK\l_Toc8８6１2.4转向功能的实现 PAＧＥRＥF_Toc886118ＨYPEＲLＩＮK\l_Ｔｏc3１４21第三章三维建模和装配ﻩＰAGＥRＥF_Tｏc31421２０HYPEＲLIＮK\l＿Toc1682５３.1Ｐro/Eｎgｉneeｒ软件介绍ﻩPAＧEREF_Tｏc１682520HYＰERＬINＫ\ｌ＿Toｃ3２３513．2酷跑双轮车的三维建模ﻩPＡGERＥF_Toc3235121HYＰＥRLＩNK\l_Ｔoc216423．3酷跑双轮车的装配 ＰAＧEREF_Tｏc21642２3HYPERＬINＫ\ｌ_Toc１09７8第四章重难点零部件的分析ﻩPAＧEREF_Toc１09７8２７ＨYPERＬINＫ\l_Ｔｏc260５0４.1大滚轮ﻩＰＡGＥREF＿Tｏc２6050２7HＹＰＥＲLINＫ\ｌ_Toｃ251０94.3三角架ﻩPAGEREF＿Toc2５1092９HYＰERLINK\l_Toc292374.4脚踏传动机构 ９2３７30HYＰERLINK＼l＿Toc20１53第五章总结与心得体会ﻩPAGEREF_Tｏc2015331HＹPERLINK\l_Tｏｃ32２435．1工作总结ﻩPAGＥＲEF_Toc３224３３1HYＰERＬINK＼l_Toｃ81055.2毕业设计心得体会ﻩPAＧEREF_Ｔｏｃ８１0531ＨYPERLINＫ\l_Toc29５１1致谢 PAGEREF＿Toｃ２951132ＨYPERLＩNK\ｌ_Toc146８１参考文献 PAGＥREF_Toc１46８１33HYPERLINK\ｌ_Ｔoc8908附录ﻩPAGEＲEF_Toc890834第一章绪论1.1课题来源近年来,中国健身产业逐渐形成,全国健身俱乐部每年在以1０00家的速度递增，北京健身俱乐部以每年３0家的速度递增。２0０7年,全国俱乐部约2５00家，北京有465家，民营资本在整个健身产业占据了90%的份额。2０0７年中国健身市场规模为１０0—150亿美元,开业2年以上的俱乐部２００７年会员人数比2００6年同比增长了4８%。２008年奥运会之后,国内健身俱乐部数量急剧增长，虽然没有具体的数据但是可以肯定的是具有一定规模的中国健身俱乐部的数量已经达到了3400家以上。从政策角度来看,由于健身娱乐市场可以有效地拉动居民的消费，符合国家拉动内需、刺激经济发展的政策,有望得到政府的进一步支持。同时,一个需要特别注意的发展倾向是从人们对健身娱乐的消费趋势上来看，人们健康的需求也正逐步从被动的治疗性向主动的预防保健型转换,这也预示未来的健身娱乐市场必然向科学保健、运动和娱乐合理搭配的方式发展。总之，体育健身产业在我国还属于正在成长期的新兴产业,它是一项前景广大的朝阳产业，具有巨大的市场潜力。健身器材主要分为三大类，分别是低档器材、中档器材和高档器材。跳绳、拉力器、哑铃等是价格便宜的健身器材，此类低档健身器性能单，结构简单，使用方便,多在百元以内,而且也是大多数消费者家中必备的健身器材。其次是中档健身器，如跑步机、健身车、划船器等，价格多为千元以下。这类健身器的结构比较复杂，某些性能也已达到较高水平,而且占地面积较小。另一种是高档健身器,如多功能跑步机等,这类健身器具备跑步、划船、蹬车、旋转腰部、俯卧撑等多种功能,价格比较昂贵,大多在千元甚至万元以上,且占地面积较大。目前,我国已有众多健身器材生产企业,世界上几乎所有的普通健身器材类型，中国企业都在生产,并为大量的境外品牌进行加工，中国制造的健身器材在国际市场上占据了约60％的份额,出口交易额达20亿美元,出口已逐渐成为我国健身器材产业发展的方向。健身器材市场分为家用以及商用市场两部分，人们对于健身器材，特别是家用健身器材的需求也日益增加,因此家用市场的规模也远较商用市场规模大且增长快。城市居民对体育用品的消费已经从低档为主向中高档方向发展,农村居民尤其是已经进入小康生活标准的农村地区，对中低档体育用品的消费也将逐步形成新的需求。随着农村地区收入的增加将使健身市场的潜力变成现实，中国健身器材市场的年销售额逐年增长,中国人对健康的关注正在形成个黄金市场。虽然健身队伍的不断扩大为健身器材生产商带来了浓厚商机，但是行业存在的产品伪劣、夸大宣传等不良现象也成为了制约行业发展的棘手问题。据中国社会调查事务所的项调查显示：８3％的人认为国产健身器的质量问题是制约消费者购买的主要原因。对一般家庭来说,追求性能优越、质量可靠、经久耐用，是消费者的共同心愿。然而，目前市场上销售的些健身器功能不齐全、部件易损坏的现象相当严重。总之,我国健身器材行业尽管内外销市场趋旺，但在国际市场缺乏知名品牌却是个不得不面对的事实。目前,我国出口的健身器材产品基本上是以“委托加工”和“贴牌生产”的方式进入国际市场，产品附加值较低。同时，与国际先进水平相比,我国不少生产企业还处在仿制生产阶段,产品研发和技术创新能力不足。在消费领域，与欧美等发达国家相比,健身器材产品在家庭的普及率及用于健身运动的人均消费还很低。这也意味着，我国健身器材行业仍有很广阔的发展空间。因此，中国健身器材工业企业必须抓住新的发展形势,加大科技创新,努力提高产品质量，加强自主研发能力，有关部门也在尽快制订出健身器材统一的技术安全标准，加强售后服务。只有这样才能在新形势下立于不败之地。有鉴于此，为了满足人们的娱乐健身需求,本文将探讨如何设计出一款新型的酷跑双轮车。该双轮车既可以用电力驱动,也可以用人力驱动,既可以成为娱乐代步工具,也可以达到健身的目的。本次研究将开发出具有自主知识产权的、经济实用的酷跑双轮车,以改善目前市场类似产品的不足。1.2国内外发展及现状根据调查目前市场上五款已有的产品,通过分析其各自的优点及缺点，结合自身工艺能力和市场特点开发设计出一种新型的酷跑双轮车。现在列举市场上已有的产品，并对其优缺点进行分析。图１-1“金牛座”电力驱动双轮车图1-1是一款骑行式的赛格威(Ｓegｗａｙ，又译思维车）,它由电力驱动，采用两个轮子做平衡,根据人体的倾斜车身可以智能调整平衡。与一般直立式赛格威不同的是,这款车采用了仿摩托车设计,使用者可以乘坐在座位上。设计者为这款车取名为“金牛座”，希望通过这样的设计改善城市交通拥堵的问题。这款双轮车其优点是安全舒适,缺点也很明显,由于采用电力驱动，行驶距离短,成本十分昂贵。图１－2电动双轮单人车图１-２为澳洲阿德莱德大学工程系的学生历经两年多的时间，制作完成了这辆电动双轮单人车。这辆看似科幻感十足的双轮车采用纯电动电机,依靠座椅下的电瓶提供动力。该车配备了内置横向稳定系统和减震装置，驾驶者可以使用摇杆控制车的前进与后退,行驶起来既安全又平稳。此外,这辆车还能让驾驶者体验“旋转”驾驶的独特感受。这辆车的优点是行驶速度快,易于控制,缺点则是结构复杂，维修难度大，成本高。图1-3赛格威环保电动双轮车图1-3这种双轮车英文名叫Segwａy，中文名叫赛格威,是一种智能的环保电动车,这款车是纯电力驱动的,包括运动控制,控制指令通过安装在踏板上的精密陀螺仪获得,运用了“动态稳定”的运动学概念。据称,这个车最高时速可达20公里,载重１1０公斤。只要自控能力强，能把这个车想成一个平板,静静的踩上去，并保持重心在身体纵轴的中央,车就能稳稳的立在那儿。当身体重心靠前或靠后时,踏板随之倾斜，根据陀螺仪采集的信号，运算芯片会迅速为电机发出指令,车就随即被驱动，车的行进速度与身体倾斜的程度呈正比。转弯是靠车把实现，虽然造型与自行车几乎一样,但绝不能扭动，否则在双脚反作用力下,车会转向预期的反方向。正确的方法是轻轻向欲转的方向扯动手把,同样还是在利用踏板水平面的倾斜来控制方向。这就意味着,如果身体重心有左右方向的倾斜，也同样能实现转弯。转弯动作依靠两个车轮的转速差达成，当车静止状态时,还能像坦克一样原地转向。此辆双轮车优点前面已经说得很明显,但其八万的售价则是致命伤,在国内同样的价格已经可以买一辆小轿车，因此控制成本尤为重要。图1-4独轮车图1-4为北京奥运会上进行娱乐健身表演的独轮车，通过脚踏使副轮与外圈大轮摩擦实现转动，依靠身体倾斜实现骑行过程中的转向。结构简单、新颖,外形比较炫酷。但平衡性能难以控制,驾驶技术要求高，独轮车的座位舒适程度较低。图1－5情人双轮车图１-５为情人双轮车,它通过两个脚踏装置经由链轮分别驱动副轮,再经摩擦使两边的大轮前行,需两个驾驶者默契配合才能实现直线行驶、转向。通过摩擦力传动，损失能量大,同时在行驶过程中无紧急制动装置。１.３现有市场产品的不足与弊端通过对市场同类产品调研可知,现有产品特点如下:成本较高；结构复杂,不易于加工制造；以脚踏方式通过摩擦传递动力驱动大轮子实现运动，能耗较大；转向功能不完善或较有难度,不能在紧急情况下及时转向;不具备紧急制动功能;平衡性较差，驱车难度大。1.4本文的主要研究内容基于已有产品的不足,本论文致力于设计出一款实用且经济的新型酷跑双轮车。该双轮车要考虑现实需求，结合目前的工艺水准，克服以往产品中出现的不易操作,转向困难,刹车不方便等弊端，最重要的是要使该双轮车制造成本低、功能强、可靠性高,具有广阔的市场前景。论文主要包括以下几个方面的内容:酷跑双轮车的设计思路；酷跑双轮车的运动分析;酷跑双轮车的受力分析及计算；重要零部件的分析;酷跑双轮车的创新点。1．5本文研究目的大学生撰写毕业论文的目的,主要有两个方面;一是对学生的知识相能力进行一次全面的考核。二是对学生进行科学研究基本功的训练，培养学生综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力,为以后撰写专业学术论文打下良好的基础。针对此次毕业设计来说,具体有以下几个方面。(1）综合运用专业理论知识提高资料的收集与分析能力；(2）提高计算机综合应用能力,学习和熟练掌握计算机ＣAD，ＰRO/E等软件;（3）培养对工程图的识别与绘制能力；（4）完成毕业设计的各个环节;（５）撰写的论文要有条例，并努力提高自学能力、独立分析与解决问题的能力。第二章酷跑双轮车方案设计、功能分析与计算２.１新型酷跑双轮车的设计思路基于以上对市场现有同类性能分析,针对传动系统单一、驾驶舒适度差、转向系统不完善、无紧急制动装置等,创新设计并制造了一款酷跑双轮车。该产品的机械系统创新设计思路如图2-１。同类产品对比同类产品对比市场需求及定位双轮并行车社区娱乐健身机械创新设计创新功能传动系统运动原理分析摩擦板实现刹车单轴实现差速转向棘轮离合原理脚踏与电机的双动力输入地面、大轮、三角架相对运动分析具备紧急制动，完善的转向功能双输入便于休闲健身电机功率、车架尺寸确定，大轮的加工并行大轮运动可行集休闲、娱乐、健身于一体的酷跑双轮车图2-1酷跑双轮车机械系统创新设计流程图通过脚踏和电机驱动两种方式提供驱动力,酷跑双轮车依靠两个并行大轮与地面接触，脚踏和电机的动力通过多级链条传动传递到大滚轮中心轴,驱使大轮滚动。[1]电机传动时可通过调速模块对电机调速,满足所需的速度。在电力不足或蹬踏者需要的情况下可通过蹬踏前行。三角架通过滚子与大轮内圈接触而获得支撑,人坐立在两三角架固定的座椅内,并在转动过程中使人体基本保持平衡。2.１双传动系统的实现现实生活中具有双传动系统的典型例子就是电动车了,设计酷跑双轮车的双系统时我大量参考了电动车，电动车采用电机驱动,当电量不足时可以用人力驱动。为了实现双动力输入互不干扰,利用棘轮机构的单向传递动力的特点，双动力输入经过棘轮传到主传动轴从而实现双驱动形式。脚踏输入达到健身,电机输入又可以做到休闲娱乐。当采用双动力输入时，脚踏与电机驱动两两之间不会产生互相干扰,输出速度由转速高的驱动方式提供。[2]图2-2酷跑双轮车传动系统图2.２酷跑双轮车运动原理分析通过分析双轮车的运动,可得出具有三个相对性：大轮滚轮相对地面的滚动；三角架、驾驶员及座架等相对固定的人和装置相对大轮的滚动;人及三角架等相对地面的运动。在动力的驱使下，可能会有以下两种运动:第一种是大轮相对地面不动，而三角架和人等相对大轮转动;第二种是大轮相对地面滚动,而人和三角架等相对地面作近似平移运动。设计希望为第二种运动，在此过程中,三角架始终保持人坐立其上的近似正立姿态，尽量减小三角架轻微的前后转动。2．2.1行驶三角架临界分析假设大轮相对地面不动，计算三角架及人等装置相对大轮逆时针转动所需的临界转矩。根据人体尺寸和重量,身高175cm，体重6０kｇ,设计大轮直径１.4ｍ。以下计算分析满足上式的阻力矩，设计电机驱动下酷跑双轮车最高时速2０公里/小时，查表获得各种材质之间的摩擦系数，并据此计算电机功率、转速及其选定、人蹬踏时的力以计算人的做功和热量损失。［3]图2-3正常行驶临界受力分析三角架及人等装置的受力分析如图2-3,这里需要说明下，将人、三角架、座椅等装置的重心认为在D点,d=,实际上重心应在三角架等腰三角形中线偏右一定距离,临界平衡时该中线有一定角度偏右倾斜,这里简化处理如图４。可得以下力矩方程:（式1）（式1）(式2)(式2)(式３）(式３）根据初步选定的结构尺寸,此处已知，，；忽略三角架上方滚子接触的力,下方两处滚动摩擦力，，取钢铁与钢铁的滚动摩阻系数；三角架小滚轮半径，三角架及人和座椅等的重量。解方程得,,。根据之前的假设,分析实际的结果和简化后计算出的结果比较，实际阻力矩应比计算出的要大，因为没有考虑到三角架重心偏右对外部驱动力矩的影响。2.2.2上坡大轮受力分析图2－4爬坡时临界受力分析大轮沿有一定倾斜角的斜面滚动上行，如图2-4,省略大轮的厚度0.0４m,列受力分析方程:此处给出相关参数值；;；,其中滚阻系数,大轮半径。解方程得关系式，选取最大坡度倾斜度，计算此时所需驱动力矩。根据以上两种相对运动的分析的计算结果得出结论，当两个大轮正常行驶时由于重力和小滚轮的摩擦力共同提供的扭矩，使得三角架与两个大轮保持相对转动的同时又与地面保持水平方向的运动；当双轮车在爬坡时,根据设定最高爬坡角度,计算出爬坡的阻力矩。[4]基于以上根据计算得出平路行驶阻力矩和爬坡时的阻力矩。选择最大的阻力矩计算出实际驱动力矩T，由功率与扭矩的计算关系，根据传动时的效率损失，算出电机功率。计算出需要实际驱动功率为353W，选取相近的电机进行对比如表2-１:表２-1市场调查可选电机铭牌如下：规格３50W３6V450W3６V额定转速/rpm290０31０0额定扭矩/Nm１．151.３8额定电流／A≤１2.５/9.4≤1６.0／1２.0电机效率／%(额定点)≥78≥７８减速比6.7:１考虑到实际传动系统效率可能偏小、或各零件运动隐性损耗，故实际选用的电机额定功率要比理论计算的电机驱动功率大。根据市场调查选用36V直流伺服450Ｗ电机。2.３制动系统的分析为了探讨如何设计酷跑双轮车的制动系统，在此本文例举了一些现实中常用的制动系统,以自行车为例,因为自行车的刹车装置是最常见的。侧拉式刹车中拉式刹车Ｖ夹刹车悬臂式刹车碟刹图2－5侧拉式刹车系统1．侧拉式刹车（竞赛公路车)侧拉式刹车以螺栓为刹车臂的旋转轴心,当煞车导线被拉紧，固定在轴枢上的２支刹车臂旋转并使刹车块向轮圈靠近，即可以摩擦轮圈使车轮停止转动。不便之处是在于刹车块若和轴枢的距离越远，就越难将刹车器调整至中心位置，所以适合用在狭窄的轮胎与小轮径的车胎，所以一般多用于竞赛型公路车,至于宽轮胎的山地车就不合适了。图２－6中拉式刹车系统2.中拉式刹车中拉式刹车的刹车臂左右对称,刹车导线连接到吊线架后，以2条导线连接刹车臂和吊线架；利用导线将刹车把手上的力传导至刹车臂,使得刹车块接触轮圈达到刹车的效果。不便之处是非常难以调整到对称的中心点。难以调整至理想的制动刹车效果。现今已基本很少使用。图2-7Ｖ夹刹车系统３.V夹刹车Ｖ夹刹车时近年流行的新开发的刹车器。目前已成为山地车制动器的绝对主流。V夹刹车包含了2个分开的刹车臂,并固定在车架的轴枢,刹车的工作原理是由把手用力,导线拉动两刹车臂向轮圈靠拢，而导线仅仅靠一硬质导管来传动力量，所以没有吊线架，安装上更加简单。因为力臂大，机械效率比传统煞车更高，而同时安装，调整容易,所以被广泛应用。图２-8悬臂式刹车系统4.悬臂式刹车悬臂式刹车包含2个分开并左右对称的刹车臂,并被固定在车架的轴枢上;刹车的导线连到吊线架骺,以2条导线连接刹车臂和吊线架,再利用导线拉紧,将刹车把手上的力传导至刹车臂,使刹车块接触轮圈达到刹车的效果。与中拉式刹车的做动方式很相似。不便之处与中拉式刹车一样，难以调解，易损坏。图2-9碟刹系统５.碟刹碟刹的制动方式，使在花鼓上安装一块和车轮同步旋转的碟盘,并在前叉及车架上装置卡钳，再通过卡钳内的刹车块夹紧碟盘,进而得到刹车的目的。这样的碟刹制动系统过去已经一致成功的应用在摩托车上,至于应用于自行车上,由于早期碟刹技术不够成熟,价格高，重量过重等问题无法普及。但经过多年的研究和改善,已经渐渐普及，甚至成为高端车的标致性配备。由于碟刹在制动时的力矩位于花鼓和辐条之间，将对辐条造成较大的压力，所以采用碟刹时,必须尽量选择采用交叉式编织辐条和黄铜接头的轮组。碟片的尺寸直径一般为160ｍm,180mm，20３mm,碟盘越大，提供的刹车力量越强,重量越重；反之力量越小，越轻。而大碟盘散热快，可以防止刹车功能减弱;但碟盘越大,会更大的放大偏摆的比率，越容易发出噪音。[５][６][７]仔细研究以上几种刹车方式后，再结合酷跑双轮车进行分析,发现酷跑双轮车的设计外形是由并排的双轮组成,所以以上几种刹车方式根本不适用此双轮车,即便是确保三角架与大车轮保持相对静止，但是由于整体惯性也会继续滚动前行一段距离,因此为了保证安全的制动,在酷跑双轮车后面增设一个摩擦板。当实施制动的时候，拉动手刹刀摩擦板与地面产生摩擦，这样使得三角架与大轮保持相对静止同时又能与地面保持相对静止。在拉动手刹制动的同时,要求电机、脚踏降速或停止,来实现平稳快速刹车。图2-1０制动系统２.4转向功能的实现为了探讨如何设计酷跑双轮车的转向系统，在此本文特地参考了汽车的转向系统,因为汽车的转向系统是最常见、最经典的案例。HYＰERLＩNK"http:/／ｂaiｋe.ｂaidu.ｃoｍ／ｖiew/4０33.htm"汽车在拐弯时车轮的轨线是圆弧,如果汽车向左转弯，圆弧的中心点在左侧,在相同的时间里,右侧轮子走的弧线比左侧轮子长,为了平衡这个差异,就要左边轮子慢一点，右边轮子快一点，用不同的转速来弥补距离的差异。［8][９]如果后ＨYＰERLINK"httｐ:／/ｂａike.bａｉ/view／１０３749.hｔm"轮轴做成一个整体，就无法做到两侧轮子的转速差异，也就是做不到自动调整。为了自动调整后轮的转速差,就用到了差速器。图２-1１汽车的后轮转向借鉴汽车差速器的转向原理,利用在较低速度下，对转向一边的轮子进行摩擦制动,使一边轮子的速度降下来，实现两轮转速差异进行转向调节。先减速后转向，避免高速下紧急转向的侧翻。其实现转向功能部件图如下：图２-12转向装置在轮子低速前行中转弯时，可以根据欲转弯的角度而把握手刹的力度和时间,从而操作简单轻松地实现转弯。第三章三维建模和装配3.1Pｒo/Engiｎeeｒ软件介绍此次毕业设计我用的三维建模软件是Ｐｒo／Engiｎeｅr，因为在三维造型和装配上它有很多不可比拟的优势，给后续工作带来了极大的方便。Pｒｏ/Engiｎｅｅr操作软件是美国参数技术公司(PTC)旗下的CＡD/CＡM/CＡＥ一体化的三维软件。Ｐro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Prｏ/Eｎgiｎeer作为当今世界机械CAD/ＣAE/CAＭ领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的ＣAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Ｐro／Ｅ第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外,它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择,而不必安装所有模块。Pro／E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro／E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。1.参数化设计相对于产品而言,我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征,而每一种构成特征,都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。２.基于特征建模Pro/E是基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。３.单一数据库（全相关）Pro／Engiｎeｅr是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CＡＤ/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如,一旦工程详图有改变，NＣ（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。［1０][11]3.２酷跑双轮车的三维建模外形往往是消费者选择健身器材的重要因素之一,酷炫的外形更容易吸引眼球，因此在酷跑双轮车三维建模之前,首先绘制手工草图,初步勾勒双轮车整体外形轮廓,由于整体造型难度一般，不需要用到复杂的曲面，而Pｒｏ/E的功能足以满足设计的需求,所以本文所有的三维实体全部采用Ｐrｏ/Engineer来设计。酷跑双轮车整体外形及结构的建模步骤是：首先画出大滚轮；在大滚轮的基础上画出三脚架和支撑辐条；利用镜像功能画出另一半大滚轮和三脚架;画出中心轴、从动轴、链轮和支撑架；在支撑架的基础上画出脚踏板和支撑板；画出链条和座椅；画出手刹柄和手刹板；画出转向手刹柄;最后画出螺栓和螺帽以及小部件。表3-1零件建模效果从动轴大滚轮和三脚架电机链轮链条手刹板手刹柄踏板踏板支撑架中心轴弯管支撑板座椅转向手刹柄支撑架3.３酷跑双轮车的装配完成零件建模后，在Pro/E新建一个ASM组件,首先导入大滚轮和三脚架，还有六根支撑辐条，如图3-１所示。图3-1在上一步基础上再添加另一组大滚轮，三脚架和辐条,这样双轮车的两个轮子就出来了,如图３-2所示。图3-2在上一步基础上添加支撑杆，支撑踏板架和踏板，这几个部件起固定支撑作用,如图3-3所示。图3-3在上一步基础上添加电机和手刹板,如图３-4所示。图3-4在上一步基础上添加链轮，对其进行轴向约束,如图３－5所示。图3-5在上一步基础上添加链条，使其与链轮配合并约束,如图3-6所示。图3-6在上一步基础上添加支撑板和座椅，如图3－７所示。图3－7最后一步添加手刹柄和螺栓、螺帽等零部件,使其刚性固定在支撑架上，如图3-8所示。图３－８第四章重难点零部件的分析酷跑装轮车的重难点部件有四个，分别是：大滚轮,主传动轴与滚轮中心轴，三角架,脚踏传动机构。4.１大滚轮由于尺寸比较大，在满足强度和使用性能的同时选择质量较轻的材料制作大滚轮。通过查找相关材料的资料,最终选择了玻璃钢，HYPERＬINK"hｔtp:／／baｉke.ｂaidu.ｃoｍ/view/６783.htm＂玻璃钢学名HYPERＬINK"http:/／ｂ/ｖiew/９2402.htm＂玻璃纤维增强ＨYPＥRLINK"htｔｐ://ｂaike.bａidｕ.com/view/3０5９８．ｈtm＂塑料,俗称FRP(FibｅrReinforｃｅdＰｌastｉｃs),即纤维增强复合塑料。根据采用的纤维不同分为玻璃纤维增强复合塑料（ＧFRP),碳纤维增强复合塑料（CFRP）,硼纤维增强复合塑料等。它是以玻璃纤维及其制品（HＹPERLINK"ｈｔｔp:/／baike．baidu．com/vｉｅw/93１5０３．htm"玻璃布、带、毡、纱等)作为增强材料，以合成树脂作基体材料的一种HYPEＲＬIＮK"hｔtp:/／baike．bａiｄu.cｏm/viｅｗ／4５827．ｈtm"复合材料。纤维增强复合材料是由增强纤维和基体组成。ＨYPＥＲLＩNＫ＂httｐ://baiｋe.bａidu．coｍ/vｉeｗ／1７9４3６．htm"纤维（或晶须）的直径很小,一般在10μｍ以下,缺陷较少又较小，断裂应变约为千分之三十以内,是脆性材料,易损伤、断裂和受到腐蚀。基体相对于纤维来说,强度、模量都要低很多，但可以经受住大的应变,往往具有粘弹性和弹塑性,是韧性材料。[1２][１3]其相对密度在１.5~２.0之间,只有HYＰERLINＫ"hｔtp:/／bａike.ｂａiｄ／viｅw/64７303．htm＂碳钢的1/4~1/５,可是ＨYＰＥRLINK"ｈttp://bａiｋe．ｂaｉdｕ.ｃｏm/viｅｗ／５4２5７７.htm＂拉伸强度却接近,甚至超过碳素钢，而比HYPERLＩNK"ｈｔtp:/／baｉke.baidu．cｏm/vieｗ/91950.htｍ"强度可以与高级合金钢相比。它还具有优良的工艺性:可以根据产品的形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺;工艺简单，可以一次成型,经济效果突出,尤其对形状复杂、不易成型的数量少的产品,更突出它的工艺优越性。基于以上特点，所以选择玻璃钢为大滚轮的材料。采用模压成型法加工成型,再在轮辐边钻六个通孔,便于固定辐射条，如图4－1所示。４.２主传动轴与滚轮中心轴主传动轴(见图４－２）,轴上安装有对称四个链轮、两个轴承。轴承采用深沟球轴承,该类轴承摩擦系数小，极限转速高，结构简单,制造成本低，易达到较高制造精度。深沟球轴承装在轴上后,在轴承的轴向游隙范围内,可限制轴或外壳两个方向的轴向位移，因此可在双向作轴向定位。［14］此外，该类轴承还具有一定的调心能力，当相对于外壳孔倾斜2′～1０′时，仍能正常工作，但对轴承寿命有一定影响。深沟球轴承保持架多为钢板冲压浪形保持架,大型轴承多采用车制金属实体保持架。深沟球轴承是最常用的滚动轴承。它的结构简单，使用方便。主要用来承受径向载荷，但当增大轴承径向游隙时，具有一定的角接触球轴承的性能，可以承受径、轴向联合载荷。与深沟球轴承规格尺寸相同的其它类型HＹPERＬIＮK"hｔtp://baike.baidu．coｍ/ｖｉeｗ/５5４5.ｈtm"轴承比较，此类轴承摩擦系数小，极限转速高，但不耐冲击，不适宜承受重载荷。[15］脚踏和电机动力通过该轴和链条传动分流到两大滚轮中心轴上。查阅相关设计手册，选择主传动轴的的材料,确定轴上零件安装方法,编制加工台阶、键槽及热处理等工艺，提高加工精度。[16]图4-1大滚轮图4-2主传动轴滚轮中心轴（见图4－3)，轴上安装链轮和法兰盘,需要加工键槽限制链轮和法兰盘的轴向转动，及法兰盘的轴端需要加工螺纹限制法兰盘轴向窜动。由于中心轴在酷跑双轮车中不需要承受很大的力矩,所以选用4５号钢就足以满足其需求,为了改善其力学性能,对其进行调制处理。［1７]图4－3滚轮中心轴4．3三角架三角架的主框体用不锈钢按设计尺寸焊接而成,分别在三个角的位置钻孔，安装三个内滚轮叉架,并在两三角架边框上安装三到四根平行杠,构成车架。三角架材料选择不锈钢,主要原因是不锈钢光亮有质感,给人一种很炫酷的感觉,当然还有以下几个优点:化学性能：耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能在钢材里面是最好的,仅次于钛合金。ﻫ２、物理性能:耐热、耐高温、还耐低温甚至于耐超低温。[18]

3、力学性能：根据不同的不锈钢种类,力学性能各不相同，马氏体不锈钢具有高的强度、硬度，适合于制造既耐蚀又需要高强度、高耐磨性的零件。工艺性能：奥氏体不锈钢工艺性能最好,由于塑性很好,可加工称为各种板、管等型材,适合于压力加工，马氏体不锈钢由于硬度高工艺性能差一些。[1９]图4-４三角架４.４脚踏传动机构脚踏传动带有脚踏的曲柄连接主动轮,脚踏主动轮经两级传动链连接到主传动轴上。脚踏主动轮由一个支架固定—脚踏支架，脚踏从动轮安装在与架在三角架一弯曲杠上,且脚踏支架一端通过套筒连接固定在弯曲杠上，另一端与车架固定。[20]弯曲杠分成两端设计，使在安装弯曲杠上的链轮拆装方便和调节。图4-５脚踏机构第五章总结与心得体会5.1工作总结经过为期四个多月的毕业设计工作,从一开始创新结构的设计到三维建模仿真，再到制出平面图，直至最后的撰写论文,基本完成所有项目。本毕业设计涵盖了机械专业的大部分学科，包括机械原理、机械设计、机械制图、工程材料、参数建模等。其创新点主要有如下3点：1，通过拉动手刹杆,摩擦块与地面发生摩擦实现刹车；拉动摩擦盘实现单轮降速，通过两轮的转速差实现转向。2,采用双动力输入，脚踏输入可实现运动健身,控制电机操作具有较好的驾驶娱乐性，同时整车颇具科幻作品的外观造型也增加了使用者的趣味性。3,为旅游景点和公园娱乐场所提供一款结构简单、外形炫酷的旅游观光装置，也可作为社区健身器材使用。5.2毕业设计心得体会酷跑双轮车设计的过程锻炼了我的综合能力,主要是以下几方面：1）机械专业知识能力——在机械科技制作中,一个好的作品或思路往往来源于对生活细微的观察与敏锐的思考,需要利用所学的专业知识理论联系实际进行吸收、消化、创新和再创造。我结合机械原理和机械设计对链传动设计,创新设计—款炫酷外形的酷跑双轮车。2)创新思维与设计能力——一个机械作品是否优秀、是否有市场,关键在于创新点。机构的设计是否新颖、巧妙，结构是否简单、执行可靠,产品的使用是否舒适、便利，与市场同类产品相比,是否功能多样、性价比更高等。3)动手能力——运用已学知识(如机械制造、机械制图、机械设计、三维软件等)设计出实物模型，运用Pro/E、ＡutoCAD等进行三维图和工程图的绘制。４)科技论文、报告写作和提高学