【溫馨提示】====【1】設(shè)計包含CAD圖紙 和 DOC文檔，均可以在線預(yù)覽，所見即所得，，dwg后綴的文件為CAD圖，超高清，可編輯，無任何水印，，充值下載得到【資源目錄】里展示的所有文件======【2】若題目上備注三維，則表示文件里包含三維源文件，由于三維組成零件數(shù)量較多，為保證預(yù)覽的簡潔性，店家將三維文件夾進行了打包。三維預(yù)覽圖，均為店主電腦打開軟件進行截圖的，保證能夠打開，下載后解壓即可。======【3】特價促銷，，拼團購買，，均有不同程度的打折優(yōu)惠，，詳情可咨詢QQ：1304139763 或者 414951605======【4】 題目最后的備注【YC系列】為店主整理分類的代號，與課題內(nèi)容無關(guān)，請忽視
折疊式自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計
廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院
畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）
題目： 折疊式自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計
（Title）： Folding Bicycle Structure Design
系 別： 機電工程系
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
姓 名： 張奇志
學(xué) 號： 2010030743207
指導(dǎo)教師： 朱亞峰
日 期： 2014年2月23日
折疊式自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計
摘要
本文針對折疊式自行車進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，由于現(xiàn)有自行車存在的缺陷，特設(shè)計出這種多功能的折疊式健身自行車，以更好地滿足目前的消費人群的需求，并希望得到廣泛發(fā)展和應(yīng)用。隨著改革開放的不斷深入，中國社會經(jīng)濟和人民消費水平顯著提高，人民生活重點有所轉(zhuǎn)移，更多地追求時尚、休閑、娛樂，健身成為了休閑的代名詞。各式各樣的健身器材廣泛投入市場，卻僅僅局限在室內(nèi)，固定的場所讓運動變得乏味，而這種多功能的折疊式健身自行車能滿足用戶更多地需求，健身效果更佳。因此，設(shè)計一種容易操作、性能優(yōu)越、方便攜帶的健身用品成為了一種必要。本文所設(shè)計的是一種多功能的折疊式健身自行車，它的優(yōu)點是使用方便，鍛煉效果明顯，能隨身攜帶，價格便宜，受場地因素影響小，對行業(yè)發(fā)展、革新有著重要意義。在本次設(shè)計過程中，作者繪制了總裝三維圖、裝配圖及其它重要零件圖，并做了必要的校核計算，提出了設(shè)計方案。
關(guān)鍵詞：折疊；自行車；結(jié)構(gòu)
Folding Bicycle Structure Design
ABSTRACT
This paper folding bike for structure optimization design, due to the existing defects of bicycle, specially designed this kind of multi-function folding exercise bikes, in order to better meet the needs of the consumers, and hope to get extensive development and application. With the deepening of the reform and opening up, China's social economy and people's consumption level increased significantly, emphasis shifting people's life, more the pursuit of fashion, leisure, entertainment, fitness has become synonymous with leisure. All kinds of fitness equipment on the market, but limited in indoor, fixed places for sport become boring, but this kind of multi-function folding exercise bikes can satisfy more customers' needs, fitness effect is better. Therefore, design a kind of easy operation, superior performance, portable fitness equipment has become a necessity. In this paper, the design is a kind of multifunctional folding bicycles, it is easy to use, the advantages of exercise effect is obvious, can carry, cheap, small by site factors, the industry development, innovation, has important significance. In the design process, the authors draw the assembly 3D figure, block diagrams and other important part drawing, and make the necessary checking calculation, puts forward the design scheme.
Key words: Fold; Bicycle; Structure
目錄
1 前言 1
1.1 折疊式自行車的作用 1
1.2 折疊式自行車 2
1.3 齒輪 2
1.4 軸 3
1.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則 4
2 方案選擇 5
2.1 折疊式自行車的控制和傳動方式 5
2.2 設(shè)計方案選型與分析 5
2.3 方案的確定 6
2.4 裝配圖的繪制 6
2.5 傳動動力參數(shù) 6
2.5.1 折疊式自行車輸出軸的轉(zhuǎn)速 6
2.5.2 折疊式自行車輸入軸的轉(zhuǎn)速 7
2.5.3 折疊式自行車輸出軸的功率 7
2.5.4 折疊式自行車輸入軸的功率 7
2.5.5 折疊式自行車輸出軸轉(zhuǎn)矩 7
2.5.6 折疊式自行車輸入軸轉(zhuǎn)矩 7
3 傳動件的設(shè)計 8
3.1 齒條的設(shè)計 8
3.1.1 材料選擇及熱處理 8
3.1.2 齒條精度的選擇 8
3.1.3 齒條模數(shù)的選取 9
3.1.4 齒條尺寸的確定 9
3.2 齒輪的設(shè)計 9
3.2.1 材料選擇及熱處理 9
3.2.2 齒輪精度的選擇 10
3.2.3 齒輪齒數(shù)和模數(shù)計算 11
3.2.4 幾何參數(shù)的計算 11
3.2.5 齒輪彎曲強度的驗算 11
3.2.6 齒輪圓周速度的計算 12
3.2.7 齒輪齒條參數(shù)的計算結(jié)果 12
3.3 鏈輪的設(shè)計 12
3.3.1 鏈輪齒數(shù) 12
3.3.2 鏈條節(jié)數(shù) 12
3.3.3 功率計算 13
3.3.4 鏈條節(jié)距 13
3.3.5 實際中心距 13
3.3.6 鏈速計算 13
3.3.7 計算作用在軸上的壓力 14
4 傳動軸和傳動軸承的設(shè)計 15
4.1 軸設(shè)計時應(yīng)注意的事項 15
4.1.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意事項 15
4.1.2 確定軸結(jié)構(gòu)尺寸時的注意事項 15
4.2 折疊式自行車輸入軸的設(shè)計 16
4.2.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定 16
4.2.2 軸的基本直徑 16
4.2.3 軸徑、軸長的確定 16
4.2.4 校核軸的強度 17
4.2.5 求危險截面彎矩，并繪制彎矩圖 17
4.3 折疊式自行車輸出軸的設(shè)計 18
4.3.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定 18
4.3.2 軸的基本直徑 18
5 軸承的選用 19
5.1 滾動軸承 19
5.2 滾動軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
5.2.1 面對面排列（軸承正裝） 19
5.2.2 背對背排列（軸承反裝） 20
5.2.3 串聯(lián)排列 20
5.3 軸承的選擇與計算 20
6 車輪的選擇 21
7 軸承隔套和墊片的選用 22
7.1 隔套裝配尺寸鏈的計算 22
7.2 止動墊片的選用 22
8 座板的設(shè)計 23
9 設(shè)計方案特點及創(chuàng)新點 24
參考文獻......................................................................................................................................................25
致謝...............................................................................................................................................................26
1 前言
1.1 折疊式自行車的作用
折疊式折疊式健身自行車是一種集運動、休閑、娛樂于一身的機械產(chǎn)品，車體由車架、鏈輪、車輪組成，但由于傳動方式、用途不同，其結(jié)構(gòu)也存在很大的差異。本設(shè)計針對目前市場上擁有多種室內(nèi)外健身器材，如跑步機、劃船器、直立式固定腳踏車等，然而這些健身器材絕大部分均為固定式，且多數(shù)僅在室內(nèi)使用，而且價格較高，健身效率不高的情況下所開展的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計中包括其傳動機構(gòu)、健身實用性、工藝性等綜合方面的設(shè)計。如圖1.1所示：
圖1.1 折疊式自行車結(jié)構(gòu)
1.2 折疊式自行車
自行車，又稱腳踏車或單車，以腳踩踏板為動力，是一種綠色環(huán)保的代步交通工具。折疊式多功能健身自行車是一款集娛樂、休閑、健身、運動于一身的機械產(chǎn)品，它采用齒輪齒條及棘輪聯(lián)合傳動的方式，通過人踏步運動將重力傳遞給踏板，用齒條帶動齒輪，然后再傳遞到傳動輪，以此帶動小車運動，實現(xiàn)健身、休閑及代步等多重功能。并采用與傳統(tǒng)地自行車不同的站立式騎行，以達到更好地健身效果，打破之前固定式的健身器材的模式，由于它的便攜性能使之擁有龐大地市場空間，也為它的發(fā)展帶來了巨大的契機。
1.3 齒輪
齒輪是機器中廣泛應(yīng)用的傳動零件之一。它可以傳遞動力，又可以改變轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)方向，齒輪的種類很多，根據(jù)用途和傳動情況可將其分為三大類：圓柱齒輪、錐齒輪、渦輪蝸桿。其中使用較多且較簡單的是圓柱直齒輪，又稱標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪，圓柱齒輪用于平行兩軸之間的傳動；錐齒輪用于相交兩軸之間的傳動；渦輪蝸桿則較多用于交叉兩軸之間的傳動。
齒輪傳動可分為閉式傳動和開式傳動兩種。重要的齒輪都采用閉式傳動，閉式傳動的齒輪封閉在剛性的箱體內(nèi)，因而有良好的潤滑和工作條件。開式傳動的齒輪是外露的，不能保證良好的潤滑，而且易落灰塵、雜質(zhì)，故齒面易磨損，只宜用于低速傳動。
齒輪齒形的加工方法有兩種。一種是成形法，就是利用與被切齒輪齒槽形狀完全相符的成形銑刀切出齒形的方法，如銑齒；另一種是展成法，它是利用齒輪刀具與被切齒輪的相互嚙合運動而切出齒形的加工方法，如滾齒和插齒。
齒輪常用的熱處理方法有正火、調(diào)質(zhì)、表面淬火、滲碳淬火、滲氮五種熱處理方式，調(diào)質(zhì)和正火兩種處理后的齒面硬度較低（≤350HRS），為軟齒面；其他三種處理后的齒面硬度較高，為硬齒面。軟齒面的工藝過程簡單，適用于一般傳動。當(dāng)大小齒輪都是軟齒面時，考慮到小齒輪齒根較薄，彎曲強度較低，且受載次數(shù)較多，故在選擇材料和熱處理時，一般使小齒輪齒面硬度比大齒輪齒面高20~50HRS。硬齒面齒輪的承載能力較高，但需要專門設(shè)備磨齒，常用于要求結(jié)構(gòu)緊湊或生產(chǎn)批量大的齒輪。當(dāng)大小齒輪都是硬齒面時，小齒輪的硬度應(yīng)略高于大齒輪，也可和大齒輪相等。
制造齒輪常用的鋼有調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼、滲碳淬火鋼和滲氮鋼、鑄鋼的強度比鍛鋼稍低，常用于尺寸較大的齒輪；灰鑄鐵的機械性能較差，可用于輕載的開式齒輪傳動中；球墨鑄鐵可部分地代替鋼制造齒輪；塑料齒輪多用于輕載和要求噪聲低的地方，與其配對的齒輪一般用熱導(dǎo)性好的鋼齒輪。
齒輪設(shè)計準(zhǔn)則：為防止齒輪的疲勞折斷，需計算齒根彎曲疲勞強度，為防止齒面點蝕，需計算齒面接觸疲勞強度。
選材基本原則：齒輪材料必須滿足工作條件的要求，如強度、壽命、可靠性、經(jīng)濟性等，考慮齒輪的尺寸大小，毛胚成型方法及熱處理和制造工藝。
1.4 軸
軸是支承轉(zhuǎn)動零件并與之一起以回轉(zhuǎn)以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉(zhuǎn)運動的零件就裝在軸上。常見的軸有曲軸、直軸和軟軸三種。直軸又可分為以下幾種
轉(zhuǎn)軸：工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機械中最常見的軸，如各種減速器中的軸等。
心軸：用來支撐轉(zhuǎn)動零件只承受彎矩而不承受傳遞扭矩，有些心軸轉(zhuǎn)動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉(zhuǎn)動，如支承滑輪的軸等。
傳動軸：主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機移動機構(gòu)中的長光軸、汽車的驅(qū)動軸等。
軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵等。軸的工作能力一般取決于強度和剛度，轉(zhuǎn)速高時還取決于振動的穩(wěn)定性。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計的重要步驟。它由軸上安裝零件的類型、尺寸及其位置、固定位置，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛胚、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關(guān)。設(shè)計者可根據(jù)軸的具體要求進行設(shè)計，必要時可做幾個方案進行比較，以便選出最佳設(shè)計方案，以下是一般軸結(jié)構(gòu)設(shè)計原則：
1) 節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強度外形尺寸大的截面系數(shù)的截面形狀；
2) 易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；
3) 采用各種減少應(yīng)力集中和提高強度的結(jié)構(gòu)措施；
4) 便于加工制造和保證精度；
1.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則
1) 先整體設(shè)計，后零部件設(shè)計；
2) 先概要設(shè)計，后詳細設(shè)計；
3) 設(shè)計中采用遵守標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，是減低成本的首要原則；
4) 運用“三邊”設(shè)計方法；
5) 要使結(jié)構(gòu)簡單緊湊，安裝、使用及維護方便；
6) 要有良好的加工工藝性；
7) 力求均勻美觀；
2 方案選擇
2.1 折疊式自行車的控制和傳動方式
大多數(shù)自行車采用的是機械控制，而傳動方式則較多采用鏈輪鏈條傳動，本設(shè)計的折疊式多功能健身自行車則采用齒輪齒條及鏈輪聯(lián)合傳動的方式。
2.2 設(shè)計方案選型與分析
方案一：折疊式自行車采用齒輪齒條及鏈輪聯(lián)合傳動的方式，通過人踏步運動將重力傳遞給踏板，用齒條帶動齒輪，然后再傳遞到傳動輪，以此帶動小車運動，實現(xiàn)健身、休閑及代步等多重功能。此方案采用單輪驅(qū)動，更靈活的運轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)彎時所需的速度差等，消耗功率大。工作傳動簡圖如圖1所示：
圖2.1工作傳動簡圖
方案二：折疊式自行車采用齒輪齒條及鏈輪聯(lián)合傳動的方式，通過人踏步運動將重力傳遞給踏板，用齒條帶動齒輪，然后再傳遞到傳動輪，以此帶動小車運動，實現(xiàn)健身、休閑及代步等多重功能。此方案采用雙輪驅(qū)動方式工作，能很好的傳遞力以驅(qū)使自行車更快速行走，消耗功率小。工作傳動簡圖如圖2所示：
圖2.2工作傳動簡圖
2.3 方案的確定
由以上兩種方案對比可知，方案一中的自行車傳動采用了單輪驅(qū)動，能很大程度的解決轉(zhuǎn)彎時所需的速度差問題，又可在騎行過程中達到更大的鍛煉小過，相比方案二更容易行駛和控制，故而選擇方案一作為本設(shè)計的方案。
2.4 裝配圖的繪制
根據(jù)方案繪制裝配圖，確定傳動件及其部件的裝配位置關(guān)系，如圖3
圖2.3裝配草圖
2.5 傳動動力參數(shù)
按照重100KG的人踩踏自行車計算，已知齒輪齒條的傳動比為1，大小鏈輪之間的傳動比，成人騎自行車的功率為
2.5.1 折疊式自行車輸出軸的轉(zhuǎn)速
2.5.2 折疊式自行車輸入軸的轉(zhuǎn)速
2.5.3 折疊式自行車輸出軸的功率
（為小鏈輪的傳動效率，為，經(jīng)查表，）
2.5.4 折疊式自行車輸入軸的功率
（為齒條的傳動效率，為齒輪的傳動效率，經(jīng)查表，）
2.5.5 折疊式自行車輸出軸轉(zhuǎn)矩
2.5.6 折疊式自行車輸入軸轉(zhuǎn)矩
表2-1輸入輸出軸的動力參數(shù)
軸名
功率P/Kw
轉(zhuǎn)矩T/N·m
轉(zhuǎn)速r/min
輸入軸
114
195
120
輸出軸
108
170
157.5
3 傳動件的設(shè)計
3.1 齒條的設(shè)計
3.1.1 材料選擇及熱處理
材料：齒條選用45＃鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度197~286HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機械設(shè)計基礎(chǔ)表11-1》）
輸出軸圓柱齒輪選用ZG34SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度241~269HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機械設(shè)計基礎(chǔ)表11-1》）
3.1.2 齒條精度的選擇
按GB/T10096-1988,選7級精度，齒根噴丸強化（作用：有效提高齒輪的使用壽命）。
初步設(shè)計齒條傳動的主要尺寸
查表11-5（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》），取齒面接觸疲勞安全系數(shù)，齒面彎曲疲勞安全系數(shù)，則兩齒輪許用應(yīng)力為：
（?。?
（取）
（?。?
（取）
3.1.3 齒條模數(shù)的選取
3.1.4 齒條尺寸的確定
圖3.1齒條基本尺寸
3.2 齒輪的設(shè)計
3.2.1 材料選擇及熱處理
材料：輸出軸圓柱齒輪選用ZG34SiMn調(diào)質(zhì)，齒面硬度241~269HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機械設(shè)計基礎(chǔ)表11-1》）
齒條選用45＃鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度197~286HRS 接觸疲勞極限，彎曲疲勞極限。（參照《機械設(shè)計基礎(chǔ)表11-1》）
3.2.2 齒輪精度的選擇
按GB/T10095-1998，選擇7級，齒根噴丸強化（作用：有效提高齒輪的使用壽命）。
初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸
查表11-5（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》），取齒面接觸疲勞安全系數(shù)，齒面彎曲疲勞安全系數(shù)，則兩齒輪許用應(yīng)力為：
（取）
（?。?
（取）
（?。?
按齒面接觸強度設(shè)計
因齒條按7級精度制造。取載荷系數(shù)K=1（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-3），齒寬系數(shù)（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表11-6），則齒輪上的轉(zhuǎn)矩為
查表11-4（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》彈性系數(shù)
標(biāo)準(zhǔn)齒輪的區(qū)域系數(shù)
齒輪的分度圓直徑
=
=81mm
3.2.3 齒輪齒數(shù)和模數(shù)計算
取圓柱齒輪的齒數(shù)
圓柱齒輪的模數(shù)：
齒寬
3.2.4 幾何參數(shù)的計算
分度圓直徑：
齒頂高：
齒根高：
齒全高：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
3.2.5 齒輪彎曲強度的驗算
查圖11-8（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）齒形系數(shù)
查圖11-9（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）外齒輪齒根修正系數(shù)
齒根的彎曲強度為
所以齒輪滿足彎曲強度要求。
3.2.6 齒輪圓周速度的計算
3.2.7 齒輪齒條參數(shù)的計算結(jié)果
表格3.1齒輪齒條參數(shù)
參數(shù)
齒數(shù)
模數(shù)
分度圓直徑
齒寬
齒根圓直徑
齒頂圓直徑
齒全高
圓柱齒輪
54
1.5
81
16
77.25
84
3.375
齒條
1.5
3.3 鏈輪的設(shè)計
3.3.1 鏈輪齒數(shù)
由表13-12（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》），小鏈輪選。
大鏈輪齒數(shù)
誤差遠小于，故允許。
3.3.2 鏈條節(jié)數(shù)
初定中心距。由式13-21（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）可得
取鏈節(jié)數(shù)為100
3.3.3 功率計算
查表13-13（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》），得，故
3.3.4 鏈條節(jié)距
由式13-25（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）得
估計此鏈傳動工作于圖13-33（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）所示曲線頂點的左側(cè)（即可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞），由表13-13（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）得
1.12
采用單排鏈，，故
由圖13-33（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）可知當(dāng)時，08A鏈條能傳遞的功率為6.1kw（＞0.1kw）,故采用08A鏈條，節(jié)距p=12.7mm
3.3.5 實際中心距
將中心距設(shè)計成可調(diào)節(jié)的，不必計算實際中心距，取
200mm
3.3.6 鏈速計算
由式（13-20）（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）知
3.3.7 計算作用在軸上的壓力
如前所述，取
4 傳動軸和傳動軸承的設(shè)計
4.1 軸設(shè)計時應(yīng)注意的事項
4.1.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意事項
1) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計要使軸各部分具有合理的形狀和尺寸，為了便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯軸形，軸端及各軸段端部應(yīng)有倒角；軸上磨削的軸段，應(yīng)有砂輪越程槽；車制螺紋的軸段，應(yīng)有退刀槽；在滿足使用要求的情況下。軸的形狀和尺寸應(yīng)力求簡單，便于加工。
2) 安裝在軸上的零件，必須有確定的軸向定位，可用軸肩或套筒定位。
3) 軸上零件的軸向固定，常采用軸肩、套筒、螺母或軸端擋圈等形式。當(dāng)無法用套筒或套筒太長時，可采用圓螺母加以固定。為了保證軸上零件緊靠定位面（軸肩），軸肩的圓角半徑R必須小于相配零件的倒角C或圓角R，軸肩高H必須大于相配零件的倒角C或圓角R；軸向力較小時，零件在軸上的固定可采用彈性擋圈或緊固螺釘。
4.1.2 確定軸結(jié)構(gòu)尺寸時的注意事項
初步計算的軸徑可作為軸端最小直徑，但與聯(lián)軸器等零件孔配合時，應(yīng)考慮聯(lián)軸器孔徑的尺寸范圍。當(dāng)外伸軸段用聯(lián)軸器與電動機軸相連時，應(yīng)注意外伸軸段的直徑與電動機軸的直徑不能相差太大，均應(yīng)在所選的聯(lián)軸器孔徑的范圍內(nèi)。
按工作要求選擇軸承類型，初選軸承型號。直徑系列和寬度系列一般可先按中等寬度選取，軸承內(nèi)徑則由初估直徑并考慮結(jié)構(gòu)要求后確定。
當(dāng)選用鍵連接實現(xiàn)周向固定時，注意鍵長要小于軸頭長度5-8mm，應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)鍵長；軸上鍵槽應(yīng)靠近零件裝入一端，一般相距2-5mm；同一根軸上有多個鍵槽時，為加工方便，各軸段的鍵槽應(yīng)分布在同一母線上，并應(yīng)盡可能采用同一規(guī)格的鍵槽截面尺寸。
用于滾動軸承的軸肩高度應(yīng)按照軸承標(biāo)準(zhǔn)確定；非定位軸肩高度一般取為1-3mm；配合段直徑的選用應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑系列。為便于滾動軸承的拆卸，應(yīng)留有足夠的拆卸高度，因而軸肩高度要適當(dāng)。若拆卸高度不夠，可在軸肩上開軸槽，以便于安裝。
4.2 折疊式自行車輸入軸的設(shè)計
4.2.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定
材料選用20CrMnTi，滲碳淬火回火
查表14-3（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）材料強度極限
查表14-3（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）許用應(yīng)力
4.2.2 軸的基本直徑
查表14-2（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）軸的材料及載荷系數(shù)為C=110.
由于屬階梯軸，故軸需加大5%，則
故取軸的基本尺寸為16mm
4.2.3 軸徑、軸長的確定
由設(shè)計方案可知，此軸與齒輪配合，制成光軸，其兩端分別與鏈輪和軸承配合，兩端均采用過盈配合，軸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖4.1
圖4.1軸的結(jié)構(gòu)簡圖
4.2.4 校核軸的強度
受力分析見圖4.2（a），輸入軸上的轉(zhuǎn)矩：
齒輪的受力：
齒輪1
圓周力：
徑向力：
齒輪2
圓周力：
徑向力：
鏈輪
圓周力：
徑向力：
軸承：
圓周力：
徑向力：
4.2.5 求危險截面彎矩，并繪制彎矩圖
垂直彎矩見圖4.2（b）
水平彎矩見圖4.2（c）
圖4.2軸的受力分析及彎矩圖
4.3 折疊式自行車輸出軸的設(shè)計
4.3.1 軸的選材和許用應(yīng)力的確定
材料選用20CrMnTi，滲碳淬火回火
查表14-3（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）材料強度極限
查表14-3（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）許用應(yīng)力
4.3.2 軸的基本直徑
查表14-2（《機械設(shè)計基礎(chǔ)》）軸的材料及載荷系數(shù)為C=110.
由于屬階梯軸，故軸需加大5%，則
故取軸的基本尺寸為16mm
5 軸承的選用
5.1 滾動軸承
滾動軸承與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、潤滑簡便和易于互換等優(yōu)點。
滾動軸承通常按其承受載荷的方向（或接觸角）和滾動體的形狀分類；有深溝球軸承、圓錐滾子軸承、角接觸軸承、滾子軸承、調(diào)心軸承。
按負載、轉(zhuǎn)速、支承精度、剛度等工作要求選擇軸承類型。一般轉(zhuǎn)速較高、負荷不大但旋轉(zhuǎn)精度要求高時，選用球軸承；轉(zhuǎn)速較低、負荷大且有沖擊時，選用滾子軸承。徑向載荷和軸向載荷都較大、轉(zhuǎn)速較高時，宜用角接觸軸承；轉(zhuǎn)速不高時，宜用圓錐滾子軸承。徑向載荷比軸向載荷大得多、轉(zhuǎn)速較高時，可選用深溝球軸承或角接觸球軸承。對支承剛度要求較高時，可成對采用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。
軸承內(nèi)徑可根據(jù)求得的軸的最小直徑確定。對于高速軸和低速軸，軸承內(nèi)徑比最小直徑大5-10mm，對于中間軸，軸承內(nèi)徑即為軸的最小直徑。
一根軸上盡量選用同一規(guī)格的軸承，以保證加工精度。
5.2 滾動軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計
合理選擇滾動軸承組合結(jié)構(gòu)方案，是保證軸承正常工作的重要步驟，因為軸的支承結(jié)構(gòu)設(shè)計對于保證軸的運轉(zhuǎn)精度、發(fā)揮軸承的工作能力起著重要作用。
軸一般采用雙支承結(jié)構(gòu)，每個支承由1-2個軸承組成。受純徑向載荷的軸，兩支承可取向心軸承對稱布置。受徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用的軸，兩支承通常選用同型號的角接觸軸承。軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計方案有以下幾種方式：
5.2.1 面對面排列（軸承正裝）
載荷作用中心處于軸承中心線之內(nèi)時，采用軸承正裝（外圈窄端面相對）。這種排列結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便。當(dāng)軸受熱伸長時，軸承游隙減小，容易造成軸承卡死，因此要特別注意軸承游隙的調(diào)整。
5.2.2 背對背排列（軸承反裝）
當(dāng)載荷作用中心處于軸承中心線之外時，采用軸承反裝（外圈寬端面相對）。這種排列支點間跨距較大，懸臂長度較小，故懸臂端剛性較大。當(dāng)軸受熱伸長時，軸承游隙增大，因此不會發(fā)生軸承卡死破壞。如采用預(yù)緊安裝，當(dāng)軸受熱伸長時，預(yù)緊量減小。
5.2.3 串聯(lián)排列
載荷作用中心處于軸承中心同一側(cè)的軸承配置方式，稱為串聯(lián)排列，這種串聯(lián)排列適于軸向載荷較大、需多個軸承聯(lián)合承載的情況。
5.3 軸承的選擇與計算
由于輸出軸主要手徑向載荷，轉(zhuǎn)速較高，故選用深溝球軸承，初選16001和16004.
對深溝球軸承，其徑向基本額定載荷，（：預(yù)期基本額定壽命，：基本額定載荷，n軸承工作轉(zhuǎn)速，P：當(dāng)量動載荷，ε=3），（查表《機械設(shè)計使用手冊》），16002深溝球軸承基本額定載荷，（查表7-2-66《機械設(shè)計手冊》）溫度系數(shù)，載荷系數(shù)，16004深溝球軸承基本額定載荷，（查表7-2-66《機械設(shè)計手冊》）溫度系數(shù)，載荷系數(shù)，因該軸屬一般傳動裝置，故選擇使用壽命為，代入數(shù)據(jù)得，遠大于軸承的實際承受徑向載荷，故軸承的選擇符合要求。
6 車輪的選擇
根據(jù)車體大小和車身高度，及根據(jù)受力情況，從而設(shè)計出本設(shè)計中的車輪，車輪框架采用鋁合金材料制作，減少自行車的自重帶來的騎行阻力，車輪采用合成橡膠材料，更具彈性。結(jié)構(gòu)簡圖見圖6.1
圖6.1
7 軸承隔套和墊片的選用
7.1 隔套裝配尺寸鏈的計算
為了固定輸入軸齒輪上的深溝球軸承的軸向位置，需在軸承之間加一軸承隔套固定它們之間的距離。選用45#鋼制作，為了確保軸承固定且不在軸向移動，還需要在軸承的另一頭加以控制，選用成組的隔套固定，對其進行裝配尺寸鏈的計算。尺寸鏈圖如7.1
圖7.1裝配尺寸鏈
環(huán)
基本尺寸
上偏差
下偏差
A1
178
+0.2
+0.05
A3
136
0
-0.1
A2=A4
21
+0.15
+0.025
由以上的尺寸鏈的計算可知隔套的厚度為
7.2 止動墊片的選用
輸入軸的齒輪上的軸承通過利用墊片來止動軸承發(fā)生移動，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計強度要求，選用GB894.1-86-A32型號的墊圈，該墊圈的材料使用45#鋼，厚度1.2mm。
8 座板的設(shè)計
按人的體重為200KG計算，在該自行車行駛過程中，考慮到地面、空氣等摩擦力的影響，及人自身重力的作用，進行設(shè)計選取地板的厚度。地板選用45#鋼制作，具體尺寸見圖8.1
圖8.1底板結(jié)構(gòu)簡圖
9 設(shè)計方案特點及創(chuàng)新點
本設(shè)計首次采用齒輪齒條及棘輪等傳動方式相結(jié)合的傳動，并添加折疊裝置，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，容易控制，攜帶方便，便于人們出行攜帶，能夠適應(yīng)于不同環(huán)境下的使用，適用能力強，并且集娛樂、休閑、運動于一身。在機械創(chuàng)新大賽二等獎的作品上加以改進，改善當(dāng)前健身器材的固定缺陷，對折疊式自行車的進一步深入發(fā)掘其功能，以滿足現(xiàn)實生產(chǎn)的基本要求，以便規(guī)?；a(chǎn)，在行業(yè)中得到應(yīng)用和推廣。另外，對產(chǎn)品材料進行重新選取，改進健身車原本的不足，對結(jié)構(gòu)和造型進行改進和完善，協(xié)調(diào)健身車各部分比例，使結(jié)構(gòu)更加緊湊，產(chǎn)品更加實用，節(jié)約成本，讓整體造型更加美觀，通過市場調(diào)研，具有很好的發(fā)展前景。
參考文獻
[1]王先逵主編.《機械制造工藝學(xué)》機械工業(yè)出版社2006.1.
[2]高雪強主編.《機械制圖》機械工業(yè)出版社2008.8.
[3]周松鶴 徐烈恒主編《工程力學(xué)》機械工業(yè)出版社2007.5.
[4]楊可楨 程光蘊 李仲生主編.《機械設(shè)計基礎(chǔ)》高等教育出版社2006.5.
[5]朱文堅 黃平主編.《機械設(shè)計課程設(shè)計》華南理工大學(xué)出版社2004.1.
[6]鐘奇 王曉軍主編.《UG NX7.5高級應(yīng)用教程》機械工業(yè)出版社2012.5.
[7]徐自立主編.《工程材料》華中科技大學(xué)出版社2003.2
[8]成大先主編.《機械設(shè)計簡明手冊》化學(xué)工業(yè)出版社2004.1.
[9]朱孝錄主編.《齒輪傳動設(shè)計手冊》化學(xué)工業(yè)出版社2004.5.
[10]王伯平主編.《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》機械工業(yè)出版社2008.12
[11]R.L.諾頓主編.《Mechanical design--Synthesis and analysis of mechanisms and machines》機械工業(yè)出版社2003.
致謝
本設(shè)計是在我的指導(dǎo)老師朱亞峰老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，她以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從題目的選擇到最終完成，整個設(shè)計過程我遇到了不少問題，朱亞峰老師都始終給予我細心的指導(dǎo)和不懈的支持，幫我解答在設(shè)計中遇到的困難和問題，并且隨時詢問我的畢業(yè)設(shè)計的進展情況，經(jīng)常通過網(wǎng)絡(luò)通訊、電話等方式指導(dǎo)我的設(shè)計。
在我進行畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，我感到自己確實成長了不少，收獲頗多，尤其是在專業(yè)知識上。在此，我真誠地向朱亞峰老師說聲：“謝謝！”如果我沒有您的幫助，我的畢業(yè)設(shè)計將面對更多地問題和困難。
在畢業(yè)設(shè)計過程中，也得到了廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師的幫助與支持，在此表示衷心的感謝。
最后，在即將完成畢業(yè)設(shè)計之時，我再次感謝對指導(dǎo)、關(guān)心和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)、老師及同學(xué)，謝謝您們！
25
誠信聲明
本人聲明：
1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是在老師指導(dǎo)下,在機械創(chuàng)新大賽二等獎作品的基礎(chǔ)上進行的研究工作及取得的研究成果；
2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料。
3、我承諾，本人所提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）中的所有內(nèi)容均真實、可信。
作者簽名： 日期： 年 月 日
1