机械原理课程设计多功能摇摆式健身自行车.docx

机械原理
课程设计说明书

设计题目 多功能摇摆式健身自行车

目录
课程设计题目 ：多功能摇摆式健身自行车
摘要········································2
一． 绪论····································2
（一） 自行车的背景与需求···············2
（二） 摇摆式多功能健身优点·············3
（三） 市场分析·························3
二． 设计方案的确定·························3
（一） 主要技术要求·····················3
（二） 设计过程·························4
<1>设计原型······················4
<2>结构分析······················5
<3>设计的改进····················6
三． 课程设计个人总结 ······················6
四． 参考文献·······························7
摘要
人类初始，狩猎以取牺牲，采摘而得天赐。运动是人类生存的前提，只是在社会发展，私有制出现，而后才有了“劳心者治人，劳力者治于人”的现象。在现今社会中，生活节奏越来越快，几乎所有人都在为工作忙碌奔波，忽视了运动的重要性，身体素质越来越差，随着社会的进步，经济们明的发展，城市交通状况越来越差，污染与能源消耗越来越重，自行车作为一种包含了交通代步、锻炼身体、越野旅游、运动比赛以及少量货物运送工具，越来越来越受到人们的青睐。骑自行车不仅简捷、方便、安全，而且是一种锻炼身体的好方法。在中国，贫富差距相差悬殊，道路建设也不够完善，而自行车价格相对便宜，存放与使用方便，维修保养简单，符合人们多种方面的要求。因此，自行车在某些地区还是一种比较普遍的代步工具。
但是单一的自行车功能使得它并没有被更多的人接受，设计者的工作就是要设计出适合人们使用，满足使用者要求的产品，顺应时代的发展。因此折叠自行车的设计成为设计者的又一挑战。我们大胆的将健身自行车与折叠自行车巧妙结合，从而能够设计出一台具有划时代意义的折叠自行车。
关键词:折叠；自行车；健身；设计；机构；体积。
一． 绪论
（一）、自行车的背景与需求
自行车发明至今已有200多年的历史。今天，自行车作为交通代步、锻炼身体、越野旅游、运动比赛以及少量货物运送工具，已遍及到世界的每个角落。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，因此控制灵活方便，能快速地对驾驶者的操作做出反应，速度直接由人脚部运动直接控制，虽然原始，但却更可以贴近人们的生活。
据近几年来得研究表明，骑自行车和跑步、游泳一样，是一种非常有效的健身方法和最能改善人们心肺功能的耐力性锻炼。骑自行车还能够减少空气污染与噪声污染，保护了人们赖以生存的环境。
自行车锻炼的好处是不限时间，不限速度。骑自行车不但可以减肥，而且还可以使身材均匀。由于自行车运动是需要大量氧气的运动，所以还可以强化心脏功能。同还能防止高血压，有时比药物更有效。踩自行车压缩血管，使得血液循环加速，大脑摄入更多的氧气，再加入吸入大量新鲜空气，会觉得脑筋更清楚。骑在车上你会感觉十分自由且畅快无比。它不再只是一种代步工具，更是愉悦心灵的方式。
由此看出，自行车的需求依然很高。
（二）、 摇摆式多功能健身自行车优点
多功能健身自行车特征是：
1、 驾驭自如：依据人体力学而设计的折叠自行车，通过调整前后齿比，骑行舒适快速省力，把手、坐垫高低均可调整。
2、 多种实用功能随意切换，出门代步，居家锻炼。
3、 快速折叠:折叠与打开时均无需工具，整个过程只需十几秒钟而已。
4、 保持时尚：折叠车外形靓丽，做工精美，绝对是时尚一族的顶好装备。
5、 健身环保：骑自行车不仅是最好的有氧运动之一，也是身体力行的环保途径之一。
（三）、市场分析
现在的市场上存在着各种各样的折叠自行车，或者健身自行车，厂家们也在争先地推出其崭新的产品，为求能够吸引更多消费者的注意力，增加销售量。但是在这些款式中，大部分自行车的折叠机构都是千篇一律、大同小异的，多数都只不过在颜色和材料或者是小部件上有所区分，没有居家锻炼功能，没什么设计能真正做到真正意义上的改进。
因此，摇摆健身自行车已经成为自行车的一种发展优势，人们在选购自行车是都会首先考虑摇摆健身自行车，所以，，现在人们对购买选择自行车的要求已经不仅仅局限于使用舒适，还包括外形、结构、功能和存放空间等等，所以只是简单的改变一些小部件，改变颜色和材料等得改进已经不存在着什么明显的优势。如何能把锻炼功能，代步工具相结合成为了开发者的挑战。
二．设计方案的确定
（一）、主要技术要求
1、采用现代设计方法完成各部分的设计；
2、使用该设备能实现展开后安全正常行使，折叠后便于携带等功能，
3、要求总体结构尺寸最小化，关键零部件强度、刚度足够；
4、动作安全可靠，工作时运动平稳；
5、整体结构布局优化。
6、主要技术参数
最大展开尺寸：1784.67*690*1680.76
传动比：脚踏一圈与车轮转动圈数之比，1:4
最大承重：100kg 最高时速：40km/h 设计重量：9.5kg
刹车线：1.5MM不锈钢（固定螺钉设计，取消圆孔下部的螺纹，不锈钢材料。强度增加一倍）。
车轮直径：550mm
（二）、设计过程
<1>设计原型

(a) 普通自行车，只具备交通运输载具功能，如在家中只能闲置。
(b) 摆动式健身车初稿，由于传动比过大骑行是所需的力比较大，在骑行时就可能把休闲代步变成一种超大负荷的运动，而且骑行方式不美观。
(c) 将（a）（b）两种自行车相结合，既可作为健身器材游客作为交通工具，经济环保。过偏心轮实现车座往复运动，机构简单，效果明显。通过螺栓将车座固定即可实现代步、健身功能切换。 可折叠功能解决了占地面积大，防盗性差的缺点。

资料显示，当车座处在不同的位置时，会锻炼到人体的不同部位，根据机械原理知识，通过比较各种传动机构，最终确定通过连杆机构实现车座的上下往复运动，这样设计不仅结构简单，加工方 便，可以大大地降低成本，而且又不失实用性。
<2>结构分析

1结构分析：
如附图2-1所示，建立直角坐标系。机构中活动构件为1、2、3，即活动构件数n=3。A、C、D、E处运动副为低副（3个转动副，1个移动副），共4个，即Pl=4。则机构的自由度数为：F=3n-2Pl=3×9-2×5=1。
2拆基本杆组：
①标出原动件1，其转角φ1，转速为n1，如附图2-2（a）所示；②拆出Ⅱ级干组2-3，为RRP杆组，如附图2-2（b）所示。由此可知，该机构是由机架0、原动件1和一个Ⅱ级杆组组成的，故该机构是Ⅱ级机构。
2.平面连杆机构运动分析和动态静力分析：
3折叠功能
目前市场上的折叠自行车的折叠形式主要有三种：第一种是左右折叠自行车，又称对折叠，这是国内外比较常见的折叠方式也是 发明最早的一种折叠方式，它是从自行车脚踏中央折叠，然后前轮 和后轮并在一起；第二种是剪刀折叠自行车，又称x折叠。在国内比 较少见，它主要是从自行车中间去折叠，然后折叠过后自行车前轮 和后轮形成一条直线式i第三者是内折叠自行车，又称前后折叠。在 国内这种折叠方式的自行车也比较少见，一般用于折叠电动车，这种折叠主要是后轮向前折叠，前轮向后轮折叠，前后轮并碰到一起， 两个轮子基本上能接触。 分析比较以上三种折叠方式，最终决定采用比较常见的第一种 折叠方式，具备折叠功能后，应用此种设计的自行车的储存空间就 大大地减小了。考虑到由于现在停车场位置紧张，这样的设计可以 方便用户将自行车储存在家里，与此同时，也可以克服自行车放在 室外防盗性差的缺点。
<3>设计的改进
由于两个车轮之间的距离不能太小，否则会减少骑车者的舒适度，由车的高度所定，我们设计后支撑柱的倾斜角度比较大，加上要保证坐垫的高度，从而使坐垫放置比较前，所以脚踏板的位置也随着后置。
改进的方法：加长坐垫的支撑柱，将坐垫的支撑支点往后移，也可以加长后支撑柱，减少后支撑柱的倾斜角度，尽量将坐垫后置，可以达到脚踏板前置的目的。
三．课程设计个人总结
经过这么多天的努力，我终于将机械原理课程设计做完了.在这次作业过程中,我遇到了许多困难，一遍又一遍的计算，一次又一次的修改这都暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅学习了自行车的基本结构，对自行车构造有了进一步了解，也掌握了四连杆执行机构的分析方法;对机械设计有了进一步了解。
总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进.有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美!

参考文献
（1）《机械原理教程》（西北工业大学出版社）
（2）《Design problems and solving in technology》
（3）《中国轻工业标准汇编——自行车卷（第二版）》【M】机械工业出版社2007年版
（4）《机械工业手册：金属材料（第6版）》【M】机械工业出版社2003年版