双人背向自行车.doc

设计说明书 双人背向自行车 项目名称： 双人背向自行车 申 请 者： 陈建江、郭策策、肖瑶、梁松松、汤伟 指导老师： 王新华 参赛单位： 上海理工大学 设计说明书 摘要： 本项目设计通过改造一辆双人自行车，实现双人背向而骑，车往前行进的功能。前座控制车的转向和刹车。在车架结构方面，在现有的双人自行车车架基础上，焊接后座坐垫支架。在传动系统方面，采用单根链条传动，前主动链轮与链条内啮合，后主动链轮与链条外啮合。其中，为避免前后链轮转速不同步而引发的干涉，在前后驱动轴与主动链轮间加装单向滚子轴承。 项目背景及意义 近年来，由于外出旅游者多是成双成对，双人自行车成了最好的代步工具。双人自行车风行的原因，在于两个人一起骑自行车越来越被看作是一种愉悦身心的运动，是促进身心健康的理想方式。与单人自行车不同的是，这种双人自行车能让沉浸在爱河中的情侣们同车兜风，一起锻炼，分享彼此的快乐。不仅增进了双方的感情交流，感受到浪漫的时刻，而且对活动关节和强健肌肉大有裨益。 双人背向自行车基本结构设计包括两个方面的内容：1. 车架结构2. 传动系统。 车架结构 为实现两人背向同时骑行，双人车架的后座座椅位置需要重新设计。后座座椅位置设计，需考虑避免前后座人在骑行过程发生肢体干涉。 车架设计方案： 方案A：全新设计双人背向自行车的车架。 此方案优点： 双人背向自行车车架的理想设计，完全符合双人骑行空间需求。前后两人不会发生肢体干涉。 车架整体性设计，整体结构协调性好，强度足够。 此方案缺点： 1.由于是自主全新设计，所以需要模具，单个车架生产成本过高。 2.需要设计模具，生产难度较高，车架生产周期过长。 方案B:对现有双人自行车车架进行改造，使其拥有前后背向的两个座位。 车架加工工艺： 焊接工艺：氩弧焊 此方案的优点： 1.由于是改造现有双人自行车车架，所以加工难度较低。 2.加工成本低 3.加工周期较短 此方案的缺点： 由于是对现有的车架进行改造，在整体结构协调性有所欠缺。 综上所述，选用方案B。方案A置为备用方案，或当此设计可大批量设计时使用。 传动系统 传动系统结构设计分为两方面内容：1）主动轴组件设计、2）传动方案设计。 主动轴组件部分 方案A：主动轴直接与主动链轮固联 前主动链轮与前主动轴固联，后主动轴与后主动链轮固联。详见图2-2-1。 此方案的优点： 结构简单。 此方案的缺点： 在两人骑行过程中，当前后两人骑行速度大小不同时，将会产生传动干涉，即链条卡死。 方案B：主动轴—单向轴承—主动链轮。详见图2-2-2。 其中单向滚子轴承工作原理： 单向离合器动作原理，是为了使两个在不同速率下独立转动的对象分离或结合，达成机械功能二对象间的结合或分离。 过转速功能： 单向离合器因动力咬合，使动力输出轮将动力经滚子传至动力输入轮而结合，但机件动作达到一定要求，即切换分离，致使动力输入轮转速大于动力输出轮，而造成两独立个体各别转动，谓之过转速。 此方案优点： 能够实现前后链轮背向转动，输出总的正转扭矩。 此方案缺点： 传动链条需要4条，所需装配空间较大。 结构加工成本高，难度较大。 齿轮副变向装置需要设计一套齿轮箱，其结构较为笨重，不适合装配在以轻便为主的自行车上。 方案B：行星轮变速箱变向+前后传动转速综合 前主动链轮通过链条传动到大齿轮上，后主动链轮通过链条传动到行星轮，然后中心轮输出总的扭矩，通过链条传动到后飞轮。详见图2-2-4。 此方案的优点： 既能后实现前后主动链轮背向转动，输出正转扭矩的功能；又能实现前后主动链轮转速综合。 此方案的缺点： 由于市场上没有合适规格，需要自主重新设计，变速箱的结构设计较为复杂，且加工装配难度大，加工费用高。 变速箱体积较大，较笨重，不适合装配到以轻便为主的自行车上。 方案C：单链条 整个传动系统通过一条链条传动，前主动链轮与链条内啮合，后主动链轮与链条外啮合，后轮飞轮与链条内啮合。后轮轴装链条张紧装置，以保证链条始终处于张紧状态，与链轮啮合良好。传动方案详见图2-2-5。 链传动工作原理： 前主动链轮与链条内啮合，所以，前主动链轮的旋转方向与链条的旋转方向一致；后主动链轮与链条外啮合，所以后主动链轮的旋转方向与链条的旋转方向相反，后主动链轮相对前主动链轮反转时，链条顺转。 故此，实现前座正向骑行，后座反向骑行，整条链条正向旋转的功能。 此方案优点： 传动结构简单，成本低，加工难