自行车设计.docx

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自行车设计

童用自行车设计报告书

班级：

R工设102

学号：

1018160223

姓名：

兰俏晓

指导老师：

邹雅琢

分数：

交通工具：

交通工具狭义上指一切人造的用于人类代步或运输的装置。

如：

自行车，汽车，摩托车，火车，船只及飞行器等。

其中也包括马车，牛车等动物驱动的移动设备，从这一点来说，黄包车、轿子、轮椅也可以算是交通工具。

随着科技的发展，交通工具也在不断变化。

自行车：

自行车，又称脚踏车或单车，通常是二轮的小型陆上车辆。

人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是绿色环保的交通工具。

英文bicycle或bike的bi意指二，而cycle意指轮，即两轮车。

在日本称为“自転（转）车”；在中国内地、台湾、新加坡，通常称其为“自行车”或“脚踏车”；在港澳则通常称其为“单车”。

有单人自行车，还有双人或多人自行车。

旅行单车

由公路自行车发展而来，适 

合超远程自给自足的旅行，有较舒适放松的车架几何设计，能够负重，有很低的最低档位，使用较宽的车胎，配件选择方面追求可靠耐用而不太侧重减轻重量，往往是用山地车脚踏板。

为山地演变而来。

绝大部分同山地相同但配置较灵活。

例如车把可以换成蝴蝶形状的可以用很多姿势来把减小长时间中的疲劳。

前叉也可以装减震或不减震的。

车轮可以是700c或者26寸。

但刹车一般都为v刹。

可以很方便的加装货架，瓦盖，驼包。

总之所有的改动都是为了增加耐用性和减小在长途中疲劳感的产生。

死飞单车

死飞车起源于场地 

自行车，飞轮是固定的，向前踩车子向前，向后踩则车子向后，后有一些另类的自行车爱好者利用废弃的场地车作为工作交通工具，其在城市可以快速穿行，且价格低廉，同时需要一定的骑行技术，一般小偷无法偷走。

这些特点使得它在英美等国家的自行车爱好者中很快流行开来，并成为一种街头文化。

各大自行车品牌也进行跟进，开发及推广死飞车车种，使之在大众中普及开来，成为都市最流行的自行车款式。

纯粹的死飞车需要一定的技术，并有危险性，所以这些厂商开发的产品，是死飞和活飞两用的，并装有刹车，以保证安全。

折叠单车

是为了便于携带与装进车内而设计的车种，有些地方的铁路及航空等公共交通工具允许旅客随身携带可折叠收合并装袋的自行车。

小轮车

又称BMX，分平花，街式，土坡等很多种类每种玩法也不尽相同，另外此图片不是BMX是一款概念化的攀爬自行车。

二：

自行车的结构及工作原来调研：

系统结构

自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件中，其基本部件缺一不可。

其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。

按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统：

1.导向系统：

由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。

乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。

2.驱动（传动或行走）系统：

由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。

人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄，链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。

3.制动系统：

它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸，使行驶的自行车减速、停驶,确保行车安全。

此外，为了安全和美观，以及从实用出发，还装配了车灯，支架，车铃等部件。

组成

1、车体部分：

包括

车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等，是自行车的主体。

传动部分包括脚蹬、曲柄、链轮、链条、中轴和飞轮等自行车，由人力踩动脚蹬，通过以上传动件带动车轮旋转，驱车前行。

2、行动部分：

即前后车轮、包括前后轴部件、辐条、轮辋（车圈）、轮胎等。

3、安全装置：

包括制动器（车闸）、车灯、车铃、反射装置等。

根据需要，还可增加一些附件，如支架、衣架、保险叉、挡泥板、气筒等。

另外，装有变速机构的运动车、竞赛车、山地车等还装有变速控制器和前后拨链器等。

4、手脚双动力自行车的组成：

在传统自学车的车架上增加了一个合金制成的盒子，盒子内包含着各种传动零件，通过力的相互作用，从而实现了手脚双动力，简单的推拉车把动作，从而实现用车把就能让车子前进，不仅省力，还能健身。

部件

1.车架部件是构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。

车架部件的结构形式有很多，但总体可以分为两大类：

即男式车架和女式车架。

由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。

一般辐条是等径的，为了减轻重力，也有制成两端大、中间小的变径辐条，还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型。

2.外胎：

分软边胎和硬边胎两种。

软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。

硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。

外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。

山地自行车的外胎宽度特别宽，花纹较深也是适应越野山地用。

3.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。

因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。

脚踏：

可分为整体式脚踏和组合式脚踏。

无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面，必须安全可靠，具有一定的防滑性能，可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。

脚踏必须转动灵活。

4.前叉部件：

前叉部件在自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。

转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。

此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。

前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。

5.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。

链轮：

用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。

6.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。

从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类。

单级飞轮又称为单链轮片飞轮，主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成。

其单级飞轮工作原理：

当向前踏动脚踏时，链条带动飞轮向前转动，这时飞轮内齿和千斤相含，飞轮的转动力通过千斤传到芯子，芯子带动后轴和后轮转动，自行车就前进了。

当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动，当反向踏动脚踏时，外套反向转动，会加速千斤的滑动，使“嗒嗒”声响得更急促。

多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。

多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，从而改变了自行车的速度。

三：

自行车材料调研：

车架材质从最早的铬钼钢、进化到铝合金、然后是复合材料的运用如碳纤维，其他还有钪合金、镁合金、钛合金等，业者不断研发新材料配方，提升管件与结构设计能力并创新加工技术，只为了让车架更轻、更强、更舒适且更流线美观。

密度是决定车架重量的关键因素之一，密度愈低，车架可以做到愈轻，铬钼钢的密度为7.9，铝合金为2.6-2.9，钛4.5，钛合金4.3-5.1，碳纤维复材1.6镁合金1.7，由此可知铬钼钢的密度最高，碳纤复材最低。

然而车架除了重量外，还要考虑拉伸强度，弹性系数等，所以虽然密度低，但强度不够也不行。

一般来说，车架刚性决定于材质的弹性系数，钢的弹性系数为30，铝为10-11，钛15-16.5

，因此当管径、壁厚相同时，铝车架的刚性只有钢车架的三分之一，钛车架的刚性也只有钢车架的二分之一。

车架强度则由材质的降伏强度决定，降伏强度和车架管材的品质、热处理制程及合金成份都有很大的关系。

铝的降伏点仅11-59，钛40-120，钢46-162，相较之下铝材显得较脆弱且易损坏。

在实际设计上，每台车架的管材管径大小会决定车架刚性，强度与重量，管材壁厚也会影响车架强度与重量。

一台最适设计的车架有些地方强调刚性、有些地方要强度、有些地方要吸震，因此必须在不同功能诉求的部位用对适合的材料，而不同材料的结合技术也是车架业者的一大考验钢材是使用在自行车上最久的车架材质，主要优点包括长时间骑乘的刚性佳、管材有弹性（吸震）、管材接合方式多且加工性佳、易焊接且不需要热处理，因此成本与价格相对较低。

缺点则是重量过重，保养不当容易生锈，管材塑形较不易且有金属疲劳的问题。

四：

国内外类似产品调研：

公路：

Colnago----（意大利梅花最具专业品质的自行车品牌）

Time----（法国世界上最高级的碳纤维车架）

Pinarello----（意大利皮纳里奥亦称王子意大利传奇公路车品牌）

bianchi----（意大利比安奇120年的自行车品牌）

Cervelo----（加拿大环法冠军常客）

look----（法国自行车赛中的Ｆ１）

CINELLI----（意大利赛耐利意大利自行车美学的象征）

DEROSA----（意大利德.罗萨純種公路車）

山地：

nicolai----（德国纯手工奢华车架山地车界的劳斯莱斯）

intense----（淫天使尖端全避震车架最终极的全避震车架设计）

SantaCruz----（美国俗称三条裤子世界上公认的最好的vpp后避震车）

Cannondale----（美国肯诺戴尔左撇子前叉的鼻祖公路和山地）

litespeed----（钛合金车架鼻祖生产顶级钛价山地和公路）

LYNSKEY----（林-斯基创办litespeed的家族分开后自立顶级钛架品牌）

MERLIN----（美国顶级钛合金避震车架隶属于litespeed品牌）

MOOTS----（美国顶级钛架“钛”极限测试你的钱包厚度）

VanNicholasTuareg----（荷兰范尼古拉斯顶级钛架的品牌）

yeti----（雪人美国顶级软尾品牌）

TITUS----（泰达斯美国三大顶级山地车，只做顶级车）

Specialized----（闪电国际顶级单车运动品牌山地和公路）

trek----（崔克美国的自行车第一品牌山地和公路）

BMC----（瑞士令人难以抗拒的自行车品牌山地和公路）

Schwinn----（美国美国著名自行车品牌）

Seven----（美国世界上最大的自行车钛合金、碳纤、碳钛结合及钢车架订做厂商）

Mongoose----（美国蒙古士超级极限自行车品牌）

kona----（美国亚洲代工钪合金特色山地和公路）

Orbea----（西班牙山地和公路）

GT----（美国自行车的一个神话也是被仿冒的代言人）

五：

产品使有人群调研：

自行车适合所以健康的人群使用，而不同的年龄段和不同的身体状况适合不同的自行车。

六：

使用环境调研：

自行车的使用环境十分的广，不同的地方可以使用不同的自行车。

例如山地自行车可以在山地地区使用，而城市有城市自行车。

七：

调研总结及设计定位（人/环境/结构和材料）

经过调研我发现，现有的自行车无论从种类还是造型上来说都十分的多了，但是专门为3-10岁的儿童设计的自行车却十分少见。

所以我觉得设计一款专门针对这一年龄段的自行车。

这款自行车的使用环境为平坦的地上，因为这个年龄段的儿童自我保护能力还是十分有限的。

这款自行车主要是给这个年龄段的儿童一个学习骑车的功能，和儿童的一款玩具的功能。

材料的话主要用较轻和便宜的铝合金材料。

二.设计草图

方案1

方案2

方案3

三.方案确定及建模过程

四.效果图

五.三视尺寸图（线稿）

正视图

俯视图

左视图

六.展板

展板1

展板2

七设计说明：

经过调研我发现，现有的自行车无论从种类还是造型上来说都十分的多了，但是专门为3-10岁的儿童设计的自行车却十分少见。

所以我觉得设计一款专门针对这一年龄段的自行车。

这款自行车的使用环境为平坦的地上，因为这个年龄段的儿童自我保护能力还是十分有限的。

这款自行车主要是给这个年龄段的儿童一个学习骑车的功能，和儿童的一款玩具的功能。

材料的话主要用较轻和便宜的铝合金材料作为整个车的车价，轮胎也用较轻的材料而不是强度较高的材料。

因为这一年龄段的儿童对车的强度要求并不是十分的高，可是由于身体发育并不十分完全所以车应该尽量的轻巧一些。

这也是儿童自行车和普通自行车的一个不同之处。

车的造型我也尽可能设计的可爱轻巧一些，因为这一年龄段的儿童十分的好奇。

几乎对所有的东西都十分的感兴趣，所以造型更好的话，可以更好的吸引小朋友们的眼球，让小朋友们更喜欢这款自行车。

车子的座椅和把手用较柔软的海绵为材料，整个车的轮胎为14寸。

车身长为152cm，高为52cm符合这一年龄段孩子的人际构造。

这款自行车，的传动结构也比成人自行车的简单，所以儿童踩起来会更轻松一些。

这款自行车不仅仅可以让儿童有学习骑车的环境，而且更安全。

因为这个年龄段的孩子安全意识还是十分低的，所以设计中安全是重中之重。