机械毕业设计（论文）-中轴后移式无链条自行车传动系统设计【全套图纸】doc该设计论文已经通过各大高校老师审核认可并通过答辩，欢迎大家下载学习交流。如有疑问可随时联系店主，竭诚为您解答！！

　　摘 要 本设计主要对中轴后移式无链条自行车的总体进行设计，在总体传动结构进行了创新，使用四杆机构、齿轮、棘轮等机构，摆脱传统自行车骑行时双脚必须做圆周运动，只需通过上下踩动踏板，使曲柄作圆周运动，从而带动齿轮转动，然后通过齿轮啮合带动棘轮转动，最后实现了传动的目的。通过应用机械原理、机械设计、材料力学、工程学等相关领域的相关知识，结合本课题研究的实际需要，充分利用Pro/E、Auto CAD等计算机辅助软件对无链条自行车机械结构部分进行设计，包括四杆机构、齿轮、棘轮等进行了阐述和设计。 关键词：中轴后移式自行车 四杆机构 齿轮 棘轮 全套图纸，加153893706 Abstract The design of the main axis backward on the chain-free bikes overall design, the overall structure of the innovative drive, use the four poles, gear, ratchet and other institutions, from the traditional bike riding when the feet have to do circular motion, only required by the upper and lower pedal to crank circular motion, which turn gears, then ratcheting rotation driven by meshing gears, and finally realized the purpose of transmission. Through the application of mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, ergonomics and other related fields of knowledge, combined with the practical needs of the present research, make full use of Pro/E, AutoCAD and other computer-aided software without mechanical structure parts of the bicycle chain design the four-bar linkage, gear, ratchet and design presented in this paper. Keywords: Axis shift after bike Four-bar linkage Gear Ratchet 目 录 1、选题背景及意义………………………………………………………4 2、无链条自行车的介绍…………………………………………………4 2.1 自行车上的物理知识自行车所能用的材料 致谢……………………………………………………………………24 图表说明………………………………………………………………25 中轴后移式无链条自行车传动系统设计 1、选题背景及意义 自行车被发明及使用到现在已有两百年的历史，这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中，自行车发展的目的也从最早的娱乐用途变为交通代步及休闲运动用途，休闲及竞赛领域的发展使自行车研发工作不断的精益求精，以满足求更好成绩表现选手们的需求今天，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。自行车从诞生到现在已经有两百年的历史了，从无传动装置的双木轮靠双脚在地上用力行走、到一个大轮一个小轮的高跷式组合、到充气轮胎、到飞轮链条传动、到山地自行车、一直发展到后来的机械动力自行车和现在也叫自行车的电动自行车等等、等等，自行车走过了它漫长的发展历程。自行车上的物理知识 1).测量中的运用 在测量跑到的长度时，可运用自行车。如普通车轮的直径是0.米。那么转过一圈长度为直径乘圆周率，即约米，然后，让车沿这跑道滚动，记下滚动的圈数n则跑道长为n毫米。2).力和运动的运用 减小与增大摩擦。车的前轴，后轴均采用滚动以减小摩擦。为更进一步减小摩擦，人们常在这些部位加润滑剂。多处刻有凹凸不平的花纹以增大摩擦。如车的外胎，车的把手的塑料套，，闸把套等。变滚动摩擦为滑动摩擦以增大摩擦。如在刹车时，车轮不再滚动，而在地面上滑动，摩擦大大增加了，故车可以迅速停驶。而在刹车的同时，手用力握紧闸把，增大刹车皮对钢圈的压力以达到制止车轮滚动的目的。 3).压强知识的运用 自行车车胎上刻有载重量。如车载重过量，则车胎受到压强太大而被压破。，当成年人骑自行车前进时，自行车对地面的最大压力大约为F＝（2000N+200N）＝2200N，可以计算出自行车对地面的压强约为P=5.5×。 （b）自行车的车座较宽大，可以增大人与车座的接触面积，减小对人的压强，人骑座时感到舒服。 （c）在车轴拧螺母处要加一个垫圈，来增大受力面积，以减小压强。 （d）自行车的脚踏板做得扁而平，来增大受力面积，以减小它对脚的压强。 （e）自行车的内胎要充够足量的气体，在气体的体积、温度一定时，气体的质量越大，压强越大。 (4) .简单机械知识的运用自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆，可增大对刹车皮的拉力。自行车为了省力或省距离，还使用了轮轴:：脚踏板与；后轮与飞轮及龙转轴等。 .功和机械能的知识的运用 （根据功的原理：省力必定费距离。因此人们在上坡时，常骑“s”形路线就是这个道理（） 动能和重力势能的互相转化。如汽车上坡前，人们要加紧蹬几下，就容易上去些，这里是动能转化为势能。而骑车下坡，不用蹬，车速也越来越快，此为势能转化为动能。 （） 整体上自行车是费力机械，一般为省距离才骑自行车。顶风骑车比顶风行走艰难，就是因为骑车费的力被“放大”了.惯性定律的运用 快速行驶的自行车，如果突然把前轮刹住，后轮会跳起来。这是因为前轮受到阻力而突然停止运动，但车上的人和后轮没有受到阻力，根据惯性定律，人和后轮要保持继续向前的运动状态。所以切记下坡或高速行驶时，不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故。 在骑自行车的过程中，我们常常要用到刹车。刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦力（原来为滚动摩擦，方向向前），方向向后，阻碍了自行车的运动，因此就停下来了。前剎片是利用摩擦力使车轮减速，同时在接地点产生向后的摩擦力来使车体减速。以前轮夹式剎车和传统后轮轴心的盘式剎车来比较，对同样大小的剎车压力而言，前者因力臂较长，会比后者有较大的力矩，效果较佳。 我们的实验过程如下： 首先，我们选取了一块水平路面，并在地上画一根线作为记号。实验时我们让自行车在通过这根线时开始刹车。通过测量自行车的刹车痕迹来判断不同情况下的刹车状况。 ①第一组我们模拟的是不按刹车的情景。实验中，我们可以看到实验者骑自行车经过这根线时没有按下刹车，由于自行车具有初速度，所以会因为惯性继续向前运动。此时，自行车又受到地面滚动摩擦力的影响，在行驶了一段距离后，速度逐渐减慢，直至停止。 ②第二组我们模拟的是按前刹车的情景。实验中，我们可以看到实验者骑自行车经过这根线时按下前刹车，由于前轮为从动轮，两轮会同时被卡住。此时，两轮受到的摩擦力由滚动摩擦变为滑动摩擦，在很短的时间内停下来。 ③第三组我们模拟的是按后刹车的情景。实验中，我们可以看到实验者骑自行车经过这根线时按下后刹车，由于后轮为驱动轮，所以只有后轮会被卡住。此时，后轮受到滑动摩擦力，而前轮受到滚动摩擦力，自行车仍能在很短时间内停下来。 在实验过程中，我们又发现，当人骑自行车前进时，若遇到紧急情况，一般情况下要先捏紧后刹车，然后再捏紧前刹车，或者前后一起捏紧，这样做是为了防止人由于惯性而向前飞出去．否则后轮会跳起来。这就提醒我们在下坡或高速行驶时，切记不能单独用自行车的前闸刹车，否则会出现翻车事故。 3、自行车所能用的材料铝合金制的车架轻而刚性强。经过特殊加工1个车架的重量只有1公斤重。铝管道趋向大口径化，为了缓和过于强的刚性，目前座管及车叉采用吸收冲击力强的碳纤等的受人注目。CE+BE满足曲柄摇杆机构。 踏板处于最高点时如图 图4.2 踏板处于最低点时如图b 图4.3 脚踏板下方支撑杆到车架表面的距离： 人在踩踏脚踏板时，身体倾斜约为5—10° 图4.4 当°时°=1992N 当°时°=1969N 我们人近似取=2000N 故°—34.24° 当°时 °=1588.4N °=1215.3N =1588.4N =1215.3N 当°时 °=1653.4N °=1125.3N =1653.4N =1125.3N = 4.2 齿轮机构传动： 选精度等级、材料及齿轮的齿数对于齿轮传动，我们选择： 渐开线直齿圆柱标准齿轮传动；齿轮制造精度7级；啮合的齿面采用“软-软”组合；小齿轮材料为45钢（调质），硬度HBS=280Mpa；大齿轮材料为45钢（调质），硬度；HBS=240Mpa小齿轮的齿数=26；大齿轮的齿数==2.5×26=65 实际从动轴（低速轴）转速n=×30= 75(r/min)；因为齿轮传动的类型属于开式齿轮传动，根据齿轮的设计准则可以知道其传动的主要失效形式是磨损和轮齿折断，因磨损尚无成熟的计算方法及设计数据，目前只能按照齿根弯曲疲劳强度设计计算，考虑磨损的影响可将模数加大10%~20%。 故其设计公式为 查 表10-11因为螺旋角=0，所 以=1.26由表10-9得=0.2， 根据公式计算得=19840.8N, =7936.2N 当量齿数=65, 由图10-24查得大小齿轮齿形系数：大齿轮YFa1 =2.75， 小齿轮齿形系数：YFa2 =2.28 查图10-25，得应力修正系数为； 大齿轮YSa1 =1.57，小齿轮Y Sa2 =1.73。 查图10-7得齿轮材料弯曲疲劳极限应力算得许用弯曲应力=410.4 6 据式10-25得：= 取标准模数m=3. 分度圆直径 中心距a= 齿轮传动的设计参数 齿轮 模数 m 齿数 z 分度圆直径 d 齿宽 b 中心距 a 小齿轮 3 26 78 13 136.5 大齿轮 3 65 195 13 4.3 中轴： 参照中轴后移无链直行车的工作原理，要求轴与齿轮用平键紧密联接在一起，由四杆机构带动轴转动从而驱动齿轮转动。因此得知中轴是一根转轴，同时受到了弯矩和转矩。轴式一个弹性体，当受周期性外载荷时，将引起强迫振动；当此外载荷的频率等于轴的固有频率时，将产生共振。共振会导致周和轴上零件甚至整个机械系统受到破坏。轴产生共振时的转速称为临界转速。如果轴的转速停滞在临界转速附近，轴的 振动将迅速增大，以致达到轴甚至整个机器破坏程度。 轴选用材料为45钢 中轴的受力分析: 大齿轮传递的转矩=19840.8N.mm 大齿轮的分度圆直径：d=195mm 圆周力： ?=N 径向力：? = =2645.440.364=962.94（N） 图4.5 根据公式14-2得 根据公式14-3得轴的弯扭应力： 用A型普通平键，均采用45钢 图4.6 在安装车轮中轴齿轮处的轴径为40㎜，该处键的尺寸为 B×h=6×6 齿轮的轮毂宽=13㎜，可见与其配合的轴段长度=13㎜。 所以取键长为 L=10mm 因而，键的工作长度=6 ㎜。 于是，由式（6-1）验算键的挤压强度 ====33.1100= 螺栓的强度校核： 我们选择M15×20的螺栓 =384Mpa 螺栓的工作剪切应力：F==1653.4N 螺栓半径, 螺栓杆的剪切强度条件为： 该螺栓符合要求。 4.4 后轴： 图4.7 后轴的受力分析 小齿轮传递的转矩 T=7936.2N.mm 小齿轮的分度圆直径：d=78mm 圆周力： ?=N 径向力：==203.50.364=74.07N 因此轴颈A处为15mm 后轴滚动轴承的选择及寿命计算： 根据工作条件，初选两轴承均为深沟球类型。 根据结构设计所得的轴径B处尺寸为10mm,查附录表2深沟球轴承(GB/T 276-1994),轴承型号可以选择为:6200型。 而这种选择，必需要同时满足：轴承所承受的要求的载荷，与需 要的寿命这两方面的要求。 轴滚动轴承的寿命计算与选择 根据题目给定的条件与前面分析与计算，低速轴上这对轴承的工作 条件是：径向载荷为=203.5N，轴，轴的转速为n=75r/min，轴径为10mm，预期寿命为=43800h深沟球轴承有6000、6200、6300、6400四类，我们选择6200轴承。 由附录2中查出6200型轴承的参数是： ——基本额定载荷=5.10KN=5100N ——基本额定静载荷＝2.39KN＝2390N 由于齿轮不受轴向力，因此=0 这样，可以计算出＝00.025。 由表15－5应用线性插值法，得判断系数e=0.22。 进一步，计算出比值0≤e，于是由表15－5 得载荷系数X=1,Y=0。 根据工作机的特性，查表得取载荷系数=1.1。 由式（15－6）计算当量载荷为 由15—11计算轴承寿命： ==3497878.9h＞43800h 即，于是，6200轴承可用。 4.5 棘轮机构 自行车上的飞轮，又称为超越离合器，实质上就是一个棘轮机构。利用牙的啮合、棘轮棘爪的啮合或滚柱、楔块的楔紧作用单向传递运动或扭矩的离合器。 （a） (b) (c) ?? 最常用的齿形为不对称梯形，如图4.9(a)所示。?? 当棘轮机构承受载荷不大时，为便于加工，可选用三角形齿形。三角形的非工作面可作成直线(b) 所示）和圆弧型两种（如图4.9(c) 所示）。 在此设计中的棘轮的齿形选用了最常用的不对称梯形的齿形。 实际上棘爪和棘轮齿接触面间存在摩擦，如图4.10所示。?? N ── 棘轮齿对棘爪的法向反作用力；? F ── 棘轮齿给予棘爪的摩擦力。????为了保证工作时棘爪顺利滑向棘齿根部而不被挤出，则应保证使棘爪顺时针转动滑向齿根的力矩大于阻止棘爪滑向齿根的力矩。也即保证以下关系： 式中为棘爪轴心位置角。 式中左侧为法向反作用力N 使棘爪顺时针滑向齿根的力矩，右侧为摩擦力F阻止棘爪滑向齿根的力矩。 因为 和分别为摩擦系数和摩擦角，一般取f=0.15 ~ 0.2。 由此得，即。 由此可知，棘爪能顺利滑向齿根部的条件为：棘爪轴心位置角p应大于摩擦角b，即棘轮对棘爪的总反力R的作用线与轴心连线的交点应位于与之间。 棘轮的齿形已经标准化。周节根据齿顶圆来考虑。棘轮的齿数通常在6~30的范围内选取，但有特殊用途时，可以更少或更多些，齿数愈多，冲击愈小，但尺寸较大。为了减少冲击，可以装设两个或多个棘爪。 设计齿形时，要保证棘爪啮合性能可靠，通常将棘轮工作齿面做成与棘轮半径成的夹角，，图中：为棘轮圆周力，N；为棘轮直径 棘轮的强度计算 棘轮的转矩为 棘轮模数按齿受弯曲计算来确定： 许用弯曲应力、许用单位线压力及齿宽系数 棘轮材料 HT150 ZG270-500 ZG310-570 Q235 45 齿宽系数 1.5~6.0 1.5~4.0 1.0~2.0 1.0~2.0 许用单位线 棘轮的齿数 棘轮齿宽系数： 棘轮的材料一般选用45、40Cr，在此设计中，我们选用了45作为棘轮的材料。所以查上表所得棘轮的许用弯曲应力为120Mpa。 棘轮的模数可以为1.5，2，2.5。 为提高安全性能我们选择模数为2.5。 由计算得出棘轮的几何参数为： 齿槽夹角： 周节：=2.5x3.14=7.85mm 棘轮齿高：=1.875mm 齿顶厚：=2.5 棘轮齿顶圆直径：=50mm 齿根圆直径： =50+3.75=53.75mm 通过计算得棘轮如图4.11所示： 图4.11 棘轮模数按齿受挤压进行验算： 查上表所得材料45的许用单位线，，所以棘轮模数选用合理。 棘爪的几何尺寸计算： 棘爪厚度： 铸钢 锻钢 因为选择材料为铸钢，棘爪厚度=4mm 棘爪长度：=7.85mm 棘爪的强度计算 棘爪的回转中心，一般选在圆周力的作用线方向，棘爪长度取等于。 棘爪可制成直头形的或钩头形的江南·体育官网，对直头形的棘爪应按受偏心压缩来进行强度计算，基本计算公式如下： 圆周力 弯矩 棘爪宽度 棘爪危险断面的厚度 棘爪危险断面的截面模数 棘爪危险断面的面积 棘爪材料的许用弯曲应力 棘爪的强度符合要求，所以棘爪的设计合理。 5、总结： 本次设计的自行车主要是：通过踏板带动连架杆上下摆动，带动曲柄以偏心轴的形式与大齿轮连接达到传动的目的，通过大小齿轮的啮合达到改变传动比的效果，同时采用小齿轮内部装有飞轮的结构，不仅是达到单向传动的目的同时使结构紧凑强度更高。 为了实现自行车行驶的功能，需要自行车系统的各个运动轴配合工作，此外还需要承载部件和辅助部件。无论是休闲自行车还是山地车、童车都主要由前轮、后轮、脚踏板、四杆机构、飞轮、齿轮、车把、车架、刹车、前叉几个模块组成。其中前轮、后轮模块构成了自行车的执行子系统、四杆机构和齿轮是自行车的传动子系统，脚蹬模块是驱动子系统，车把模块是转向子系统，车架模块要起支撑作用，刹

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