人力自行推车的机构设计
摘 要
经过数百年的不断改造，自行车的用途已经由原来的娱乐到现在的交通代步、休闲运动，竞赛等。近几年的“共享单车”事件，将自行车这种无废气排放无能源消耗低碳环保的交通方式又重新得到了人们的认可，并且得到了政府的认可和支持。本题目是人力自行推车，休闲娱乐类自行车,为主要设计对象，设计出具有自行车和人力自行推车二者都有的功能,并且使用寿命长，容易维修，可在路面长时间行驶，安全性能高的人力自行推车。利用人体自身脚踩力作为动力来源，采用踩踏运动方式，设计出结构简单的健身踏步人力自行推车。人力自行推车在现今市场上依旧比较少见，其原因主要在于其市面已有结构设计部分不合理，使用的稳定性不高。至此导致市面上集人力自行推车和自行车优点的人力自行推车较为少见。实际应用表明，该车弥补了传统人力自行推车和自行车的不足，集健身、休闲、娱乐于一体，且操作方便，安全可靠，寿命长。
此次课题设计，力求设计出优于市面上的人力自行推车和自行车，完善人力自行推车和自行车的缺点，真正意义上的让人力自行推车推广出来。本次论文主要设计内容如下：
（1）通过对各个人力自行推车方案的比较，选出最优且实际可行的方案。
（2）通过对所选方案进行三维设计，以人机工程学为基础完成人力自行推车的结构设计，并根据设计构思和阐述其表现的作用。
（3）完成对人力自行推车关键零部件的分析和校核。
（4）对人力自行推车关键部件三维展示，完成整个人力自行推车的设计工作。
关键词：人力自行推车 健身 机械设计
Abstract
After hundreds of years of continuous transformation, the use of bicycles has shifted from entertainment to transportation, leisure sports, competitions, and more. In recent years, the "shared bicycle" incident has regained people's recognition and received government recognition and support for bicycles as a low carbon and environmentally friendly transportation method with no exhaust emissions, no energy consumption. This topic is about a human powered bicycle, a leisure and entertainment bicycle. As the main design object, we have designed a human powered bicycle that has the functions of both bicycles and human powered bicycles, has a long service life, is easy to maintain, can be driven on the road for a long time, and has high safety performance. Using the human body's own foot pedal force as the source of power, a simple structured fitness treadmill human self-propelled cart is designed using the treadmill movement method. Human powered self-propelled carts are still relatively rare in the current market, mainly due to unreasonable structural design and low stability in use. As a result, there are relatively few human powered self-propelled carts on the market that combine the advantages of human powered self-propelled carts and bicycles. Practical applications have shown that this vehicle compensates for the shortcomings of traditional manual wheelbarrows and bicycles, integrates fitness, leisure, and entertainment, and is easy to operate, safe and reliable, with a long lifespan.
The design of this project aims to create a design that is superior to the existing human powered carts and bicycles on the market, to improve the shortcomings of human powered carts and bicycles, and truly promote the use of human powered carts. The main design content of this paper is as follows:
(1) By comparing various human powered self-propelled cart schemes, the optimal and practical feasible scheme is selected.
(2) By conducting a three-dimensional design of the selected scheme, based on ergonomics, the structural design of the human powered self-propelled cart is completed, and its performance is explained according to the design concept.
(3) Complete the analysis and verification of key components of human powered self-propelled carts.
(4) 3D display of key components of the human powered self-propelled cart and complete the design work of the entire human powered self-propelled cart.
目录
第1章 绪论 2
1.1研究背景 2
1.2研究目的 3
1.3课题的意义 3
1.4国内外研究现状 4
1.5自行车的设计分析 7
1.6设计要素 8
1.6.1实用性 8
1.6.2 艺术性 8
1.6.3工艺性 8
1.6.4 经济性 9
第2章 人力自行推车总体方案的确定 10
2.1 人机工程学计算和分析 10
2.1.1 设计原则 10
2.1.2 人机工程设计 11
2.1.3 影响自行车性能的人体因素 12
2.1.4 自行车设计结构要素分析 14
2.1.5人-车动态特性分析 16
2.2人力自行推车的构成 17
2.3 人力自行推车方案设计 18
第3章 人力自行推车机械部分计算 20
3.1 功率的计算 20
所以明轮的输出功率为 20
3.2 传动比 20
3.3 前后链轮之间的链传动设计 21
3.3.1 设计要求 21
3.3.2 设计过程 21
3.4 轴的设计 23
3.4.1 链轮上力的计算 23
3.4.2 材料 23
3.4.3 计算轴的最小直径 23
3.4.4 轴的结构设计 23
3.5 轴的校核 24
3.6 键的校核 24
3.7 轴承的校核 25
第4章 强度校核 27
第5章 三维模型的设计 32
5.1 车把组件 32
5.2 车架 32
5.3 前轮组件 34
5.4 后轮组件 34
5.5 座椅组件 35
5.6 链条组件 35
5.7 整车截图 35
总结 36
参考文献 37
致 谢 38
第1章 绪论
1.2研究背景
随着世界各国环境保护意识日趋提高以及人们在健身、休闲等方面的需求不断增强，自行车仍将继续成为21世纪人们所喜爱的外出交通代步工具和休闲、娱乐工具。预计在今后3—5年内，世界自行车市场需求仍将持续保持平稳发展态势。特别值得一提的是，拥有53个国家、当地工业普遍落后的非洲地区（人口数高达7亿），也是当今世界上极具发展潜力的自行车市场。可以预测，随着社会文明程度不断提升，将来非洲地区自行车需求量必定也会大幅上升，到那时，非洲地区许多国家为满足市场需求，除进口自行车之外，还必然会与国外自行车厂商合作，自行设厂大批量生产自行车。由此，该地区在不远将来就一定会发展成为世界上一个重要的自行车市场和自行车生产基地。非洲地区的崛起，势必就会大大推动世界自行车产业的发展，而且世界自行车生产格局也将会随之发生一系列变化。
自行车价格较为廉价，已然普遍到各家各户，随着“时尚、运动、健康、绿色、环保”理念的深入人心，自行车类产品的设计、材料、工艺、款式也跟随市场需求，新材料、精加工、巧构思、高品质和高附加值的自行车精品不断涌现。自行车不但成为人们的代步交通工具，而且进入运动、休闲、娱乐、时尚领域，并融入更多的科技、文化元素，成为所有家庭的必备用具。自行车发展，在使用功能上说变化已很少了，现代自行车的主要发展在于车架的造型行变化，表面的处理如烤漆、商标的变化使其外观更美；对自车上的每一个零件进行精雕细琢的改进，使其更合理、美观；对自行车的材料上的选用与开发。由此致使自行车功能上的变化也没有很大的改变。
现今，我国经济基本处于长期较快稳定的发展，有广阔的资金投入城市化建设，其中有一大部分投入到公益社会文化建设，其中，城市公用自行车既是城市建设的一个重要的投资点。而课题设计的人力自行推车可让如今越来越淡薄的人与人之间相互拉近彼此距离，符合现今城市建设精神建设的主要需求。相信该课题的研究尤其良好的发展前景，也有其一定的社会意义与社会价值[1]。
1.2研究目的
课题主要以设计人力自行推车的结构为主，进行一系列课题研究，从运行原理到市场前景进行有力的分析，让该毕业设计达到可直接进行生产的阶段。填补市场上并排坐自行车缺少的空缺，设计出低成本，耐用，结构人性化，易推广，外形美观的成品出来。
社会上已有的自行车欠缺板车设计，而该设计比已有的自行车拥有更大的市场前景与相应的社会意义。并且已有的人力自行推车在平衡问题上仍有欠缺，此次设计力求改变现状，采取合理的方案，解决乘坐时，若重量过于悬殊的平衡问题，以及驱动时的省力与人性化问题。
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