基于UG的自行车支架结构设计-毕业论文文档格式.doc

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引言

第一章

1.1概况

1.2结构

1.3设计构思及优化方案

第二章

2.1设计原理

2.2理论尺寸设计

第三章

3.1UG简介

3.2UG建模

现代交通工具种类繁多，但自行车一直是和人们日常生活关系最密切的产品之一。

自行车诞生至今已有200年历史，从作为玩耍、娱乐的用具开始，经由交通工具、运输工具而演变为今天的更多用途，就是一个近代文明社会技术创新与人类需求不断提升的缩影。

　　从1790年制造出第一个自行车实物，到，1873年，英国人劳森把脚镫安装在前后两轮的中间，并用链条来使动，开始具备现代自行车的结构形式。

1885年，英国人斯泰利在劳森设计的自行车的基础上进一步作了改进，车架采用金属材料的三角结构，脚镫也安放在前后轮中间部位并用链条传动，还首次采用了刹车装置。

斯泰利称之为安全自行车。

1889年，英国人康洛普发明了充气轮胎，自行车采用充气轮胎后使用性更趋完善。

至此，自行车基本定型。

　　从自行车产生及发展的前期来看，由于当时的生产制造工艺水平的低下，在车架制作上以碳钢为主要材料，采用焊接方式构成车架，车体零件多且繁杂。

后来进展到铬钼钢，而后又出现了铝合金车架，在车架的轻量化、材质的质感、涂饰方面都有了长足的进步。

近年来，将碳纤维复合材料应用于自行车则是另一个趋势。

碳纤维复合材料的成型方式与传统的金属车架完全不同，虽然制造工艺难度高，但由于采用一体成型的方式，使得车架能够突破传统菱形车架造型的限制，造型空间大，于是今天市场上许多极具速度感的流线型的自行车应运而生。

随着科学进步的不断发展，自行车已经被人类广泛运用，世界各地很多地方都能看到自行车的影子，自行车的发明对于人类交通、环保等带来了极大的帮助，但如何设计号一个自行车支架并不是一件非常容易的事情，而本篇毕业设计的目的就是设计一个28寸自行车支架。

自行车支架，简单的讲，就是连接自行车其他各部件的主体。

它对整部自行车的其它部件及整体的美观、性能起着决定性作用。

本篇设计主要就28寸男式自行车支架进行了设计、计算和概括分析。

本论文主要由以下几个部分组成：

第一部分：

确定支架设计方案。

第二部分：

进行数据计算和分析。

第三部分：

采用UG软件对支架进行三维建模。

一、自行车结构分析

1.国内外自行车设计概况

有前人用AutoCAD二次开发技术在自行车车架设计上做过研究，但是成果并不明显。

其中一种实现方式是：

用AutoCAD内部嵌入的一种程序设计语言AutoLisp来完成常用的科学计算和数据分析，同时又能调用几乎全部的绘图命令。

使用该程序能自动完成车架简图的绘制，然后自动提取关键参数进行分析判别并反馈出最后结果，以实现优化设计的目的。

还有人在自行车CAD技术上做过参数化设计方面的研究。

建立参数化设计系统的关键是建立一套描述参数和尺寸之间关系的约束方程，然后根据一组尺寸参数求解出新的设计参数。

采用这种方法进行设计，仅需输入必要的参数，计算机就可自动生产出所需部件的图样。

这种方案只适用于结构变化不大或按一定规律变化部件的设计与绘图。

结合自行车设计的特点，这种方法有一定的可取之处。

但对于造型设计复杂、变化多样的情况，则是不能满足实际设计要求的。

采用三维软件进行设计可达到缩短产品开发周期，降低设计成本的效果，还能使二维平面设计软件不容易表达的曲线和曲面在三维设计上变得容易实现，且效果直观，有利于设计人员和客户之间的直接沟通。

2.自行车基本结构

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。

②传动部分：

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

③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。

④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。

分类

根据用途可分为载重车、普通车、轻便车、运动车、竞赛车、山地车、特种车（如健身车、杂技车）等。

根据使用对象可以分为男车、女车和童车等。

根据车轮直径大小可以分为71厘米车、66厘米车、61厘米车等。

根据车架等主体部件的用材可以分为碳钢车、合金钢车、铝合金车、碳纤维车、钛合金车等。

根据车架的结构可以分为杆叠车、可拆卸车和整体车等。

原理

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、停使、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，支架等部件。

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。

车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。

为了减轻管重量，提高强度，较高档的自行车采用低合金钢管制造。

为了减少快速行驶的阻力，有的自行车还采用流线型的钢管。

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：

当向前踏动脚踏是，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，这时飞轮内齿产生相对滑动，由此将芯子压缩到芯子的槽口内，千斤又压缩了千斤簧。

当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时，千斤簧被压缩得最多，再稍微向前滑一点，千斤被千斤簧弹到齿根上，发出“嗒嗒”的声响。

芯子转动加快，千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动，发出“嗒嗒”的声音。

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。

自行车由九大部分组成，如图1所示。

其中最主要的部分是车体。

车体由车架、前叉、车头组件、中轴组件、鞍管组件和贴花等组成。

图1自行车组件图

车架设计是自行车设计中最关键和核心的部分，其设计主要分为前三角的设计、后叉片的设计和后三角的设计。

前三角的设计包括五通、立管、头管、上管和下管的设计。

后三角的设计包括平叉和立叉的设计。

后叉片主要用来连接后轴、平叉和立叉。

后叉片的设计应在前三角完成以后，后三角设计之前完成。

车架结构如图2所示。

图2车架结构示意图

1.2、知识工程在车架设计时的应用

车架CAD设计共分为选择查询、结构优化设计和快速建模造型设计三部分。

整体思路是先将车架各管的中心线画出，制作成各式模版，然后进行结构调整并对设计参数进行优化修改