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[原创]自行车幼儿拖车设计 浙 江 科 技 学 院 本 科 毕 业 设 计 ( 2011届) 题 目 自行车幼车设计 学 院 机械与汽车工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制072 学 号 107011045 学生姓名 孟鹏 指导教师 朱乐西 完成日期 2011.06.10 自行车幼儿拖车设计 学生姓名: 孟 鹏 指导教师:朱乐西 讲师 浙江科技学院机械学院 摘 要 自行车 拖车是欧美流行的新风尚,自然,环保,安全,方便,充满着无限的田园乐趣,是喜欢到野外郊游驾驶自行车行走的父母携带孩童出游的理想伴侣。 阔大的可视窗和遮阳篷防止您的宝宝被风吹、日晒和雨淋,它就像一个移动得带着大窗户的小房子,您的宝宝可以在里面尽情观看沿途景色,同时牢固而又设计新颖的布座垫还可以保证您的宝宝进入舒适安全的睡眠。 铁制车架,充气轮胎,防水牛津车布,可折叠,连接杆可固定在自行车后轴处,拖车底盘安全和耐久,您的孩子在生活中大部分时间里可以使用。 此次选题为自行车幼儿拖车设计,其思路来源于现实生活中自行车和儿童推车两样交通工具,现在市面上儿童推车非常普遍,方便了有小孩的父母带儿童出行,可是由于行动起来费时费力,而自行车则以方便快捷著称,有没有办法可以将两者的优点有机结合起来呢?于是通过一定的空间想象和设计计算,提出了自行车儿童拖车设计,它综合了自行车和儿童推车方便、快捷、实用的特点,大大改善了普通儿童推车的便捷性,彻底解放了双手。 关键词: 自行车 拖车 宝宝 出行 设计计算 Bicycle Trailer Design Children Student: Meng Peng Advisor: Dr. Le-Xi Zhu School of Mechanical and Automotive Engineering Zhejiang University of Science and Technology Abstract Bicycle trailer is euramerican popularity of the new trend, nature, environmental protection, safety, convenient, is full of unlimited rural fun. KuoDa Windows and awning of preventing your baby by the wind and sun and rain, it was just like a moving with a big window to small house, your baby can enjoy viewing at views in it, and firm and novel design cloth seat cushion still can make sure your baby to sleep safe and comfortable. Iron frame, air tires, water-proof Oxford cloth, the car can be folded, link rod can be fixed in place, the trailer chassis rear axle bicycle safety and durability, your child is in the life most of the time can be used. The topic selection for the bicycle trailer design, its thought children from real life bicycle and children's cart vehicles, both on market now is very common, children cart convenient to have children and their parents to take children travel, but due to action, and time-consuming bicycle is convenient and quick is famous, is there a way to can combine the advantages of both? Then through the certain space imagination and design calculation, puts forward the bicycle trailer design, it comprehensive children bicycles and children's cart convenient, quick and of convenience, cart complete liberation my practical, has greatly improved the ordinary children hands. Keywords: Bicycle trailer baby travel design calculation 第一章 绪论 1.1社会趋势 自行车儿童拖车，起源于欧洲，至今已有超过三百年以上的历史，但在中国的出现只有十几年时间，而现在中国已经成为世界上最大的童车制造国，一些国外安全不合而被禁用的车型，却充斥着国内市场，随时威胁着宝宝的安全。目前市面上儿童拖车车大致可分为适合一般居家、外出长时间使用的豪华型(分全躺、半躺)以及强调轻适合经常外出的轻便型(又称伞车)。另有一种专门作用于户外，轮胎较大(如脚踏车可充气胎)可推动幼儿儿跑步之三轮车。 1.2背景技术 现有市场上的大多为婴儿拖车，包括拖车车架、分别设置在所述的拖车车架两侧的车轮组件、设置于所述的拖车车架上的拖杆、设置于所述的拖车车架上的布套，所述的拖杆是固定在拖车车架上的，当要将婴儿拖车运输时，为了减少体积需要将拖杆从拖车车架上卸下来，而在运输过程中，该拖杆容易被遗失掉，造成损失。还有就是不适合年龄稍大一点的儿童乘坐,比如带2岁以上的孩子出行,要是用自行车的话,就会有诸多的不便。为此我们提出了自行车幼儿拖车技术，即在自行车后面加装一个小型拖车，在自行车骑行过程中同时带动拖车运动，小孩可以坐在拖车里面，这样既安全、舒适，又简便、快捷，省去了推车的麻烦，大大增加了旅途的乐趣。 1.3研究的意义及目的 自行车幼儿拖车服务的对象是儿童，安全是需要考虑的最重要因素，然而一些国外安全不合标准而被禁用的车型，却充斥着国内市场，随时威胁着孩子们的安全。因此，我们在不断开拓市场的同时，要摒除一些弊端，达到稳定的市场发展状态。 小乘客坐在后面的座位上会非常的舒适，有安全带保护着他，而且也没有必要在去戴上厚厚的闷热头盔，因为幼儿拖车本身就拥有一个坚硬的塑料外壳，在保证儿童安全的情况下还可以避免他们受到恶劣天气的影响。并且它的外壳上全部涂有自发光的涂料，能够在能见度很低的情况下或者夜间充分保证小乘客们的安全。这样家长们就可以把注意力更多的放在骑车上，而不用过多的去担心到坐在后座上的小朋友了。 本次设计要产品适合2-5岁的不同高矮胖瘦的孩子使用，要求安全、实用、简单拆装。此年龄段的孩子已经可以直立行走，需要拖车内具有较大的活动空间，依照表4.3-1中2-5岁儿童的身高体重表为标准，一般设计标准为40Kg，适用年限为3-5 年，要去安全、实用、简单拆装等。 1.4 发展前景分析 根据第五次人口普查资料，在中国12亿多人口中，14岁以下的少年儿童及婴幼儿便接近3 亿多人，占全国人口的25%，占全球适龄儿童的1/3左右。我国城市儿童有8 000万人，他们构成了一个异常庞大的玩具销售费群体。 由于现代家庭绝大多数年轻夫妇都只有一个孩子，父母均乐意花费在他们身上，据了解，在购买学习工具及玩具时，59%是由孩子作主，至于娱乐，由孩子作决定的比例亦超过50%。相对发展成熟的市场，中国人均玩具消费偏低，随着收入水平上升，可供挖掘的市场潜力巨大。 在人口数量最多的中国，婴儿手推车的发展有良好的前景。对于父母来说，孩子被放在心中最重要的位置，尤其是现在的独生子女越来越多，家长们对自己的心肝宝贝更是呵护备至，不惜投入大量的时间和金钱为他们创造最好的成长条件。 奶瓶、尿布、婴儿床、婴儿车，对现在的父母来说，可是一个都不能少，有需求 就有商机，于是，一间间婴幼儿用品店在恩城如雨后春笋般冒出来，市场竞争也愈演愈烈。消费者品牌消费意识增强了，一些品牌在“好孩子”儿童推车上了黑名单后销售明显增长，行业经过洗牌已经出现整合迹象，但是国内品牌混乱的情况依然存在。 相关消费者调查显示，超过七成的消费者表示不会再购买被曝有质量问题的产品，更多的消费者表示不知道应该如何选择品牌。这些事件也有积极作用，那就是增强了消费者的品牌意识，同时让行业得到了整合，行业风波让国内婴幼儿市场进行了洗牌，一些小品牌生意受到影响，但“好孩子”事件让我们发现这块市场还有很大的缺口。 中国是全世界婴幼儿品牌最多的一个市场，可以说百花齐放，也可以说竞争混乱。我们在中国这个大市场可以寻求更多的机遇，开拓市场，让幼儿拖车的发展得到更好的推进。 第二章 市场调研 2.1 产品种类 目前市面上儿童拖车大致可分为适合一般居家、外出长时间使用的豪华型(分全躺、半躺)以及强调轻适合经常外出的轻便型(又称伞车)。 另有一种专门作用于户外，轮胎较大(如脚踏车可充气胎)可推动婴儿跑步之三轮车。 现在还推出一种双人婴儿拖车，这款婴儿车适用于两个儿童使用，能给妈妈们带来实惠和方便。 2.2 产品适用年龄 六个月以内宝宝还不能坐稳，所以坐卧两用比较适合，不能平躺的手推车等到宝宝六个月以上使用较为合宜，一台手推车大约可以用到宝宝二岁左右，主要是依照载重量为标准，一般测试标准为九到十五公斤。不过有些父母仍会让大孩子坐推车，安全上就要多注意。一般手推车大约可使用四到五年，若在示损坏的情形下，自家的用完，还可以送给亲朋好友的宝宝。不过合适的保养以及正常的使用，才能确保手推车能安全地让第二个孩子继续使用。 2.3 目前市场上幼儿拖车的缺陷 主要缺陷是塑料包装袋和软塑料薄膜想买不符合要求，原因是儿童拖车厂商忽略了用做包装的塑料袋和塑料薄膜。用于包装或儿童推车中的塑料袋或塑料薄膜如果太薄，低于标准要求又未进行打孔处理，儿童把它盖住脸部，在油脂、汗液、唾液等的作用下，薄而软的塑料膜有可能牢牢地黏附在脸部，就有可能造成窒息，并在短时间内夺去儿童的生命。其次是标志和使用说明不完整。三是危险夹缝，存在危险夹缝的孔、开口，会危害到婴儿的手指。 2.中国大陆玩具，童车市场吸引力大增 香港贸易发展局近日发表中国玩具市场综合#调查#指出，中国内地玩具市场存在巨大的发展空间。贸发局鼓励香港商家积极发挥优势，及早进军内地市场。 该报告表示，中国内地14岁以下人口有3亿多，大部分是独生子女。内地父母越来越重视玩具，特别是在北京，上海，广州和成都等大城市，家长每月平均花100元买玩具给子女，占家庭总收入2.5%。 贸发局消息称，内地玩具市场渐趋成熟。主要原因是父母认同玩具对儿童健康成长起着重要作用，故乐于购买玩具给小孩。此外，据内地玩具经销商反映，大部分本土品牌的主要优势在于价格便宜，但做工不够精细，产品设计意念仍然落后于香港和外国品牌，在颜色，用料方面也不如香港和外国品牌讲究。相比之下，内地市场一般认同香港玩具设计好，档次高，安全性高，港商凭这些优势，在内地日趋成熟及注重质量和设计的玩具市场应大有作为。 3.玩具，童车行业总体发展规模 中国目前是全球玩具第一大生产国。据不完全统计，2003年全国已有玩具生产企业约8000家，比1985年时的520家增加19.2倍，从业人数也从1985年的数万人发展到约350万人，工业总产值超过1000亿元以上，全年出口总额111.55亿美元;占整个轻工业出口总额的10%左右，占我国外贸出口的2.7%左右。在20个大类轻工业产品中，玩具出口总额排名为第三位，贸易顺差为108.64亿美元。2004年全年全国玩具出口总额为119.62亿美元。因此，中国玩具，童车行业已经发展成为国家和各省市解决劳动力就业，出口创汇，上缴利税的一个重要产业。 第三章 设计 3.1 本文的研究内容 此次设计内容的首要工作是根据已知的参数,参观现有的儿童拖车产品,正确的分析产品特性,确定产品的设计,充分体现当下机械制图和机械设计教学过程中的重点难点。主要是根据国家有关标准，调查实用情况，选择合理的产品参数，提出多种方案，选择最佳的产品设计结构方案。 本次幼儿拖车设计基于UG和AutoCAD计算机辅助设计软件，通过参数化的设计，更加方便设计者后期进行修改。拖车设计过程中严格遵循相应设计要求及设计准则，设计 前要进行拖车制造材料的选材，按照选材标准与选材原则进行选择环保材料，同时根据材料初步特性初步估计材料的加工及成型等，为计算机辅助设计提供部分必要的信息。 3.2 设计标准 适合2-5岁的不同高矮胖瘦的孩子使用，要求安全、实用、简单拆装。此年龄段的孩子已经可以直立行走，需要拖车内具有较大的活动空间,适用年限为3-5年，要求安全、实用、简单拆装等，载重量为25Kg,整车质量为40Kg,拖车以拖杆连接于自行车的后轴上， 3.3 安全性考虑 (1)童车的活动关节一定要非常灵敏。婴儿手推车通常会设计具有锁定功能的活动关节。如果这些活动关节不灵敏，车架就有可能因活动关节失效而突然发生折收，致使婴儿娇嫩的身躯被车身夹住，造成相当大的伤害。 (2)童车的推杆和调节杆等主要部件要牢固，一般来讲直径应在1-1.2厘米左右。过于单薄的婴儿手推车在应急的情况下很容易被折断。 (3)检查幼儿拖车车是否有锋利的锐边、尖角、突出物、铆钉和容易脱落的小部件。手脚能够触及的夹缝一般都大于12毫米或小于5毫米，这样才不会让宝贝的手脚受伤，检查塑料件是韧性强颜色纯正。 (4) 要具有避震结构，能充分吸收路面不平带来的震动，给宝贝的头部及全身以最大限度的保护。 (5) 刹车装置是童车必备的安全设备之一.检查刹车时，先压下煞车杆形成停止状态，再稍用力往前、往后推拉，观察煞车杆是否跳脱、滑动。 (6)检查童车开启是否方便，脚轮是否灵活，应该在作为拖车的时候可以自由转向。 (7)童车面料选涤棉制品或全棉制品，颜色颜色不要太鲜艳，这样不会伤害婴皮肤。尽量选可以拆洗座布的童车。 3.4 提出设计方案 结合幼儿拖车市场现状，共提出以下3种设计方案: 方案一:如图3.3-1此方案大气自然，安全稳重，拖杆连接自行车的后轴，外观设计上还是由一定的局限性，无法满足复杂天气环境的适用，适合在天气晴朗的时候出去兜风。底板为木质材料，四个车轮为标配12寸小车轮，前方挡板为塑胶，外加车身后面的铝合金扶手，在没有自行车的时候可以当小推车使用，缺点是前方的拖杆不能灵活拆卸，由于底板离地太低，也不便于安装刹车装置。 图3.3-1 自行车幼儿拖车(一) 方案二 :如图3.2-1，此方案设计迷你可爱，非常吻合小孩子的性格特点，外观看起来有点像玩具车，容易引起他们的兴趣。缺点是底盘太低，当作为推车的时候把手过低，很不方便，如果能设计成电动的就更好了。还有就是车身外部要满足外观要求，会浪费许多不必要的材料，还有就是方向盘不够使用，无法实现转向。 方案三: 如图3.3-3，此方案兼具前两种方案的大多数优点，并且局部还进行了优化，能够适应各种复杂的天气环境，外观时尚，超大的充气轮胎和偌大的可视窗，坐在里面再久也不会觉得烦闷。 图3.3-2自行车幼儿拖车(二) 图3.3-3 自行车幼儿拖车(三) 3.5 方案选择 综合考虑选择第三方案为最终设计方案，并进行逐步优化，如图3.5-1，改拖杆为活动的，在车厢后加装置物袋，方便带小孩子出去的时候购物，或者用于存放小孩子的玩具、零食等等。在底部加装刹车装置，以便上下坡的时候出现意外，前轮改为转向轮，便于推行。箱体后加两个环扣，在作为推车的时候可以将拖杆取下插入其中，以免遗失。 3.6 产品功能分析 3.6.1 遮阳篷 对于宝宝而言，有个能防风挡雨的遮阳篷，是手推国的条件之一，遮阳篷大小关系到遮阳范围，以及防风的作用。此外也有一种特别设计的阳伞，可以固定在车架上，并具有整方向及高低的功能，优点是可以掌握日照方向并较为通风，有些遮阳篷，亦有抗紫外线的 。厢体后部设计为木质材料，主要是轻便 耐用，顶棚用材为防水牛津布，以图钉将其与后厢体固定，顶部为纸质滚筒，平时卷起置于顶棚，再下雨或行进途中将其放下，以免幼儿受风或淋雨。 3.6.2 座垫 座垫可说是与宝宝最贴身的地方，设计上会依照婴儿车大小或收折方式而有不同的与剪裁。另外要注意的是，座垫载重后下压的幅度不可太深，也就是支援力要够，否则宝宝会坐得不舒服。此外，为了保护幼小的头部，可以选择有柔软设计的护头靠垫。 座垫应该满足以下特点:宽大舒适,结构坚固,透气性好,有效保护乘车儿童的腹部。数十年的安全研究表明，一个品质合格、使用正确的安全座椅能有效避免儿童在乘车时刻可能发生的碰撞危险，让父母更放心。目前绝大部分欧洲国家都已经强制使用儿童座椅，美国、日本、新加坡等也有严格的法律规定。中国的父母，将会更加重视独生宝宝的安全。 3.6.3 把手 把手是自行车幼儿拖车在分离拖杆后作为儿童推车的一个重要组成部分，必须 考虑安全问题，要求设计坚固、耐用，并且表明还应光滑，防止给在后面推车的父母造成，由于铝合金管结实、轻便，应用范围广泛，故此次设计的把手采用铝合金管，置于后板，拐角为半圆形设计，距后板10厘米。表面可以套一层橡胶的薄膜，增加手掌与扶手接触的摩擦力，也防止由于手滑造成脱手引发安全隐患。 3.6.4 骨架 手推车骨架若为铁管，通常重量较重，故选用重量较轻的铝合金管。车体全身的骨架连为一体， 但是因便于组装、拆卸， 3.6.5 安全带 任何一款推车，都有安全带设计，功能是保护宝宝不致因乱动而跌落车外。本设计为一组平行安全带,在儿童坐车的时候,安全带置于腹部,主要保护身体在突然停车的时候不会前倾。 3.6.7 前护栏 这项功能是为了防止宝宝摔落，不过拜见时，最好选择可拆卸设计，不但更换尿布时方便，等孩子较大时，可拆掉护栏以免座位空间太小。 为不妨碍孩子进出车厢，以宽40厘米、高10厘米为宜。 3.6.8 置物篮 通常设计于推车下方，外出时便于摆放婴儿的奶瓶、尿布等。材质选择为尼龙，具有较强的弹性和耐磨性， 3.6.9 防震装置 一般婴儿车使用在户外占大部分的时间，然而路面有时平坦有时颠簸，虽然在婴儿车的座垫内通常加设有泡棉或者树脂棉待具弹性的物质，来增加婴儿乘坐时的舒适性，然而当遇到较不平坦的路面时，柔软的座垫已无法提供舒适性，因此一般婴儿车均设有防震功能，以因应颠簸路面，防震装置一般装设前轮组或者后轮组，在挑选时可将车放置于地面，轻压车架测试期弹性程度。 3.6.10 煞车装置 婴儿车在停止时，操作者不一定会时时刻刻留在婴儿车旁，而当婴儿车停在具斜面之地形时，操作者又无法将车架握住时，则婴儿车随时会产生滑动而翻覆倾倒，容 易造成婴儿莫大的危险;即因如此，煞车装置是婴儿车必备的安全设备之一，而一般使用使用于婴儿车的煞车装置具有减速的功能。其中刹车为不锈钢材料，主要是因为其坚固耐用，同时处于车体底部，容易受潮和腐蚀，支座为铝合金材质， 刹车设计位于车厢的底部，在后轴的中间部位设计一个宽度为1cm的齿轮，同时在刹车把手上夜相对的设置齿轮，把手的另一端相当于一个凸轮，两侧各有一个支座，支座两端各有一个5cm的螺纹孔，通过螺钉与厢体底部连接在一起，支座与把手采用铆钉连接，如图3-4。刹车把手放下时为第一工作位置，此时刹车的齿轮与后轴上的齿轮是分开的，不会对后轮的转动产生干涉，当把手提前时，将会与轴上的齿轮相啮合，而由于另一端为凸轮结构，无论车轴怎样转动都处于锁紧的状态，即可实现刹车。 图3-4 刹车装置 3.6.11 尾灯装置 为了便于在夜晚或者光线不好的时候出行，在厢体后部附加了双尾灯设计，可以自然反射后面车辆发出的光线，避免在夜晚行车的时候发生碰撞,使用强力胶与车厢的后板连接。 图3.5-1 自行车幼儿拖车 第四章 结构分析 4.1 主要优势 超大充气前后轮意味着超强避震，后轮加避震器装置，即使在很颠簸的路况下，车子都能够保持平稳推行。车后侧边额荧光灯、收车折叠方便、加固加厚铝合金管、平行式安全带，加上车轮避震装置，连接杆可固定在自行车后轴处,做儿童手推车时,连接杆可以收起固定到轿厢后部。 4.2 结构特点 设计的幼儿拖车，包括拖车车架分别设置在拖车车架两侧的车轮组件、设置于拖车车架上的拖杆、设置于拖车车架上的布套，拖杆的一端部与拖车车架相转动地设置，拖杆具有两个工作位置，第一工作位置是拖车工作位置，此时拖杆的另一端向前伸出拖车车架的前部，第二工作位置是搁置工作位置，此时拖杆从拆卸下来，至于厢体后部的钩环里，防 止遗失。 所述的拖车车架上通过第一转动轴可以转动地连接有连接件，所述的拖杆的一端部与所述的连接件通过第二转动轴相转动地连接，所述的第一转动轴的转动轴心线与所述的第二转动轴的转动轴心线相空间垂直。所述的第一转动轴的转动轴心线垂直于水平面，所述的第二转动轴的转动轴心线平行于水平面。拖杆与所述的连接件都位于拖车车架的左下方，拖车车架包括位于底部的底架，所述的连接件通过第一转动轴与所述的底架相转动地连接。 简易快拆车轮，无需工具自如装卸，且三个车轮稳定性佳，转向灵活。超大可视窗，可以沿途观看景色，遮阳棚可以挡风挡雨挡太阳。轿厢带后推把，下方有手刹装置，可以在紧急情况下制动。轿厢内超大空间，内设一组平行安全带，厢体前有挡板，使得宝宝的腿可以放置的很安心。 4.3 骨架设计 由于铸铝是以熔融状态的铝，浇注进模具内，经冷却形成所需要形状铝件的一种工艺方法，制作过程简单，便于大规模量产。铸铝所用的铝，称为铸造铝合金,故车身骨架及前方的拖杆均为铸铝合金材料2AlCu5Mn(ZL201),抗拉强度为295~335MPa,使用起来更为轻便，厢体外部为防水牛津布，左右两侧的窗户和前方均为透明的，丝毫不会影响视线，后置反光灯，放置夜间行车时被误撞。 体重(单位 Kg) 身高(单位 cm) 年龄 男 女 男 女 2 11.2-14.0 10.6-13.2 84.3-91.0 83.3-89.8 2.5 12.1-15.3 11.7-14.7 88.9-95.8 87.9-94.7 3 13.0-16.4 12.6-16.1 91.1-98.7 90.2-98.1 3.5 13.9-17.6 13.5-17.2 95.0-103.1 94.0-101.8 4 14.8-18.7 14.3-18.3 98.7-107.2 97.6-105.7 4.5 15.7-19.9 15.0-19.4 102.1-110.0 100.9-109.3 5 16.6-21.1 15.7-20.4 105.3-114.5 104.0-112.8 表4.3-1 2-5岁儿童体重和身高对照表 按最大年龄5岁儿童的身高和体重最大值为设计依据，分别为21.1Kg和114.5cm，因为会有部分儿童体重偏胖或者身高偏高，故设计载重标准按25Kg和120CM设计。身高120cm，故地板尺寸设计如下: 图4.3.1 骨架尺寸图 图4.3-2 厢体后板尺寸图 4.4 载重分析 由图3.3-5 可知，拖杆的前后两段受到拉力最大，故应对其进行受力分析和分析危险截面，根据其最大抗拉强度295~335MPa，得出危险截面的最小尺寸。 设计最大标准载荷为25Kg，外加厢体、骨架和车轮的重量15Kg,则其满载整车质量为40Kg,对其进行受力分析，如图4.4-1 车厢受理分析图 图4.4-1 拖车受力分析图 物体处在气流中时，气流所施加的平行与气流方向的阻力F称为空气阻力。它与空w气的流速v、物体垂直流速方向的横截面积及物体外形有关。用公式表述如下: ρ 22F=C ? ?v ?A ww.. 物体的外形即由阻力系数C描述。 w 2A=物体的与气流速度垂直方向上的截面积，由图4.4-2得A为0.24m -3ρ=空气的密度=1.23Kg m V=物体的速度 C为风阻系数通过查找网上相关资料可知，一般汽车的风阻系数在0.3-0.5之间，w.， 安全起见取其最大值为0.5 一般自行车的最大时速为30Km/h,，设定拖车的额定速度为30Km/h即V=8.33m/s 计算空气阻力得 ρ 22 F= C ? ?v ?A 空气w.. 22 =0.5*1.23/2*10*0.24m =7.38 N 根据平衡方程，竖直方向上压力等于重力，得N=G=mg=400N 材料 动摩擦因数 钢—钢 0.25 木—木 0.30 木—金属 0.20 皮革—铸铁 0.28 钢—冰 0.02 木头—冰 0.03 橡胶轮胎—路面(干) 0.71 表4.3-2 几种材料间的动摩擦因数 由表4.3-2可知车轮与路面的动摩擦因数u=0.71，则自行车对拖车的拉力F=F+F拉阻空 =umg+F=0.71*40*10+7.38=291.38N 气w 4.5 拖杆的危险截面 以凤凰牌自行车为例，普通后轮的直径为64厘米，再加上拖车转向轮的，故设计拖杆 的长度为820mm，为拖车能运行平稳，选择与自行车后轮尺寸相同的直径64cm。 应力分析 图4.5-1 拖杆 对于塑性材料，把许用应力[σ]作为工件应力的最高限度，即要求工作应力σ不超过许用应力[σ]，于是得构件轴向拉伸或压缩时的强度条件为 σ=F/A?[σ] N 根据以上强度条件及图4.5-1，还有铸铝合金材料2AlCu5Mn(ZL201),抗拉强度为295~335MPa，拖杆横截面积应满足以下要求 6-62A?F/[σ]=291.38/(295×10)=0.99×10m N 4.6 后齿轮轴设计 4.6.1 轴的材料 轴的常用材料有35,45和50等优质碳素结构钢，其中尤以45钢的应用最为普遍，故本设计的前后轴均采用45钢。根据文献4中表11-1所述，由于两轴估算其毛坯直径均小于100mm，为保证其力学性能，应进行正火回火处理，硬度为170~217HBS。 4.6.2 轴的强度计算 按扭转强度条件计算:这种方法是根据轴所受的扭矩来计算州的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常采用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计 时，常采用这种方法估算轴径。 实心轴的扭转强度条件为: P 9550000Tn[]τ=??τ3TTW0.2d T 式中 τ—轴的扭转切应力(MPa); T—轴所传递的转矩(N?mm); d—计算截面处轴的直径(mm); Wt—轴的抗扭截面系数(mm?)，对于圆截面轴，Wt=πd?/16?0.2dd?; P—轴所传递的功率(kW); n—轴的转速(r/min); τp—轴的许用扭转切应力(MPa)。 由上式可得轴的直径计算公式为 Pd?A30 n综合车体尺寸及离地间距，选择 图4.6-1 齿轮轴 轴的材Q235 1Cr18N40Cr,35SiMn,2Cr13,42SiM 35 45 料 20 i9Ti n 2[τ]/N•mm 12-20 20-30 30-40 15-25 40-52 A 160-135 135-118 118-107 148-125 100.7-98 表4.6-1 按转矩计算轴径时的τp和C值 d1d1β=其中 ，即空心轴的内径与外径d之比，通常取 =0.5-0.6 d 这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。 由于齿轮轴采用的是45号钢，取A=110，已知额定最大速度为8.33m/s，车轮直径为64cm，可以得出其周长 S=2πR=2*3.14*0.32?2米 计算出后轮转速n=V/s=8.33/2=4.165圈 功率P=FV=291.38× 8.33=2427.2W，由于是拖车有3个轮子，则单个轮子所承受的拉 功率为809.1W P后轴直径 =33..71 mm，取整 设计直径尺寸为35mm d?A30n 结合三维模型，根据给定的条件，计算出各零件的尺寸，并做出二维图，如图3.3-5 图4.6-2 自行车幼儿拖车三视图 五 结论 毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的自行车幼儿拖车设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资 料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。 在设计过程中一些机构的设计让我很头痛，原因是由于本身设计受到机械图本身的框定，而又必须考虑本专业的一些要求规范，从而形成了一些矛盾点，这些矛盾在处理上让人很难斟酌，正是基于这种考虑我意识到:要向更完美的进行一次设计，与其他专业人才的交流沟通是很有必要的，这其中也包括更好的理解建筑甲方的各种要求，更要从祖国的高度看待一些大局上的问题更好的处理各种矛盾。 提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。 顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心。 参考文献 1、 程宪春, 朱志伟,孙淑红,折叠自行车设计研究. 包装工程. 2007, 28(8) 2、吴宗泽编.机械结构设计.北京:机械工业出版社，1988 3、王步瀛编.机械零件强度计算的理论和方法.北京:高等教育出版社，1986 4、 朱龙根主编.机械设计.北京:机械工业出版社,2008 5、颜鸿森著.机械装置的创造性设计.姚燕安等译.北京:机械工业出版社，2002 6、刘助柏，梁辰著.知识创新学.北京:机械工业出版社，2002 7、冯秋官, 仝基斌主编. 工程制图. 北京: 机械工业出版社, 2005. 8、邹慧君主编.机械原理.北京:高等教育出版，1999 9、张春林等主编.机械创新设计.北京:机械工业出版社，1999 10、陈智慧主编.UG NX6.0模具设计.北京:中国铁道出版社,2010 11、赵汝嘉，朱家诚，叶方涛主编.机械设计手册(软件版)R2.北京:机械工业出版 社，2003 12、周开勤 .《机械零件手册》.高等教育出版.2003 13、汪琪.机械设计计算.中国致公出版社.2005 高等机械零件.北京:清华大学出版社，1991 14、吴宗泽主编. 15、周济等主编.智能设计.北京:高等教育出版社，1998 16、 黄海波，丁玉兰. 自行车鞍座的人机工学设计. 工程图学学报. 2005.3 17、 Rees, Herbert . Mold engineering.Hanser [u.a.],2002. 18、 Louis T.Manzione .Applications of Computer Aided Engineering in Injection Molding.Berlin: Macmillan Publishing Company,Inc.2002. 致谢 大半个学期的毕业设计已经结束，在这段时间我获益匪浅，回顾整个毕业设计过程，虽然充满了困难与曲折，但却让我真正掌握了解决实际问题的能力，第一次把学到的知识转化为了现实。通过这次毕业设计也让我对CAD制图有了更深刻的了解，还自学了UG三维制图软件，为以后的学习、工作打下了良好的基础。 此次毕业设计是在朱乐西老师的认真指导下完成的，她为我解答了许多疑难问题，并且很关心毕业设计的进展，以引导我的设计思路。在历经3个多月 的设计过程中，特别感谢朱老师的热心指导，也很高兴学校能给我们提供这样一个锻炼的机会，在此我向他们衷心的表示诚挚的谢意。 指导教师 年 月 日 系 主 任 年 月 日