一种自行车车架的结构设计和有限元仿真
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。自行车的灵魂在于车架。本文介绍采用NX软件应用设计一种轻巧，灵活性好，性价比高的自行车车架，分别从位移、应力、应变、疲劳安全系数、强度安全系数五个方面对自行车进行有限元分分析。本文主要内容是结构设计，采用NX三维建模，有限元仿真。最后材料Aluminum_6082和材料Ti-6Al-4V进行五个方面的数据分析，材料Ti-6Al-4V的疲劳安全系数和强度安全系数明显高于最后材料Aluminum_6082，表明材料Ti-6Al-4V抗疲劳能力好；材料Ti-6Al-4V的位移和应变明显小于材料Aluminum_608，表明材料Ti-6Al-4V受力时变形小，综合五个方面的分析，选择材料Ti-6Al-4V做为制造山地自行车车架的材料。自行车车架发展方向：头管、上管、立管等七个管的长度以及配合时的位置关系，车架选用的材料，车架的结构外形。
关键字： 自行车车架 NX 三维模型
第一章 导论
1.1论文结构描述
本文由三个章节所构成。第一章节，讲述自行车的国内外研究情况，车架对于自行车的重要性，本课题研究内容并且介绍应用的软件等。第二章节，主要是描述自行车三角架各管设计的优缺点以及使用UG进行自行车建造模型的过程。第三章节，主要对模型在不同材料下进行位移、应力、应变、疲劳安全系数、强度安全系数五个方面的有限元分分析，两种材料进行五个方面的对比，并得出最终使用的材料。
1.2 自行车的发展历程
1.2.1自行车的起源
自行车是靠双手控制方向，脚踩踏板传力，链条带动车轮运转的。自行车较电瓶车、汽车相比，具备结构简单，成本低廉，环保，无能源消耗，消耗资源少，使用寿命长等特点，且目前维修保养技术已经十分成熟。18世纪末，法国人西夫拉克创造出世界上第一辆木制的自行车，引起一部分人发明自行车的兴趣，并推动自行车的发展；直到19世纪，世界上第一批可以真正使用的自行车问世；在清同治七年，中国上海引进第一批自行车。经过漫长的发展，1940年，中国才有了自己品牌自行车生产企业，自此开始中国自行车行业迅速发展起来。
1.2.2自行车的种类
经济水平的提高，人们对于生活质量也有了新的要求，在二十世纪之前，自行车普遍只是一种简单的代步工具；但在二十一世纪，自行车逐渐成为娱乐休闲、锻炼身体的一种方式。基于人们的需求自行车的功能越来越丰富，品牌种类也越来越多。
（1）普通自行车：优势是骑行姿势符合人平时坐姿，长时间骑行不会容易感到疲惫，使用普通零件，互换性能好，成本低。劣势：双腿舒展不开不方便加快骑行速度并且普通自行车制造精度要求不高，所以最高速度受到限制，骑行速度不会特别快。
目 录
第一章 导论 1
1.1论文结构描述 1
1.2 自行车的发展简史 1
1.2.1自行车的起源 1
1.2.2 自行车的种类 1
1.3 自行车三角架的作用及性能要求 3
1.4课题研究内容及其意义 4
1.4.1课题研究内容 4
1.4.2课题研究意义 4
1.5简介UG特点 5
1.6有限元法简介 5
本章小结 5
第二章 基于UG的自行车车架建模 6
2.1本章内容 6
2.2自行车车架的简介 6
2.2.1自行车零件的介绍 6
2.2.2自行车车架类型 7
2.3中轴的建模 8
2.4立管的建模 8
2.5上管的建模 9
2.6头管的建模 9
2.7下管的建模 10
2.8后下叉的建模 10
2.9后上叉的建模 11
2.10尾钩的建模 12
2.11三角架整体的建模 12
本章小结 13
第三章 基于UG的有限元分析 14
3.1本章内容 14
3.2车架材料的选择及载荷设定 14
3.2.1材料的选择 14
3.2.2载荷的设定 15
3.3有限元分析步骤 15
3.4 铝合金材料（Aluminum_6082）车架的分析及对比 16
3.4.1车架承受500N载荷 16
3.4.2车架承受600N载荷 19
3.4.3车架承受700N载荷 22
3.4.4车架承受800N载荷 24
3.4.5车架承受900N载荷 26
3.4.6车架承受1000N载荷 29
3.4.7对比结果 31
3.5 钢材料（Ti-6Al-4V）车架的分析及对比 33
3.5.1车架承受500N载荷 33
3.5.2车架承受600N载荷 36
3.5.3车架承受700N载荷 39
3.5.4车架承受800N载荷 41
3.5.5车架承受900N载荷 44
3.5.6车架承受1000N载荷 46
3.5.7对比结果 49
3.6两种材料的分析结果对比 50
3.6.1位移对比 50
3.6.2应力对比 50
3.6.3应变对比 51
3.6.4疲劳安全系数对比 51
3.6.5强度安全系数对比 52
本章小结 52
总结与展望 53
致谢 54
参考文献 55
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