自行车车架设计的探讨

自行车车架设计的探讨 行车车弗设计的讨 文◎周健 关键词:人体工程学;前管倾斜角;前又翘度;中接头下垂量;传动中15距;前心距 车架设计是自行车设计的核 心和最关键部分,车架设计的好 坏与否直接影响着自行车骑行的 稳定性,操纵性,舒适性和安全 性.为了满足这些性能,设计者 首先要设定以下两个基本设计目标: (1)根据人的体形来设计车 架的几何形状,满足和适合人体 的要求,使骑行者能最有效地 发挥体能(蹬踩力). (2)车架几何参数的设计, 既要充分体现规定的自行车功能, 又要最大程度地减少骑行者的体 能消耗,使骑行既轻快又舒适. 每个人的体形和身材各不相 同,显然没有一种单一的几何参 数和形状能够满足如此众多的体 型差异.只有明确了骑行对象, 自行车用途,才能有针对性地设 计出最适合"人体工程学"理论 参数作一阐述,供同行参考. 1"人体工程学"原理 人体工程学起源于欧美,二 次世界大战中开始运用人体工程 学的原理和方法设计坦克,飞机 的内舱,尽可能使人长时间地在 小空间内减少疲劳,即处理好 人,机,环境的协调关系.及至 二次世界大战后,各国把人体工 程学的实践和研究成果迅速有效 地运用到空间技术,工业生产, 建筑及室内设计中去. 日本千叶大学小原教授认为: 人体工程学是探知人体的工作能 力及其极限,从而使人们所从事 的工作趋向适应人体解剖学,生 理学,心理学的各种特征. 人体工程学联系到自行车设 计,其含义为:以人为主体,运 表126"双弯梁女式车架的设计 问的合理协调关系,以适合人的 身心活动要求,取得最佳的使用 效能,其目标是安全,健康,高 效和舒适.表1为26双弯梁 女式车设计手段. (1)初步设定性别为女性, 年龄15,55岁,身高155mm, 165mm,亚洲人. (2)根据身高,确定座垫中 心,脚蹬位置,握把位置. (3)确定人体的左脚,右 脚,左腿,右腿,左臂,右臂, 手指,头部,胸部,腰部等位置 的角度,以及它们的幅度,长 度,粗细,视宽等要素,保证设 计的车架在实际使用过程中符合 人体工程学.具体见图1,图6. 2合理选择几何参数 (1)前管倾斜角0和前叉翘 的车架. 下面以26"双弯梁女式车 架为例,对车架设计的相关几何 用人体计测,生理,心理计测等 手段和方法,研究人体结构功 能,心理,力学等方面与环境之 度日. 前管倾斜角是指前管中心 线与水平线间的上方夹角,前叉 囫2009第11期 图1运用人体工程学原理 设定的骑行姿势图2左腿的参数设定图3人的视觉设定 图4左手臂的参数设定图5左脚腱的参数设定 翘度日是指前管中心线与前轮轴 之间的垂直距离,它们是自行车 设计中的主要参数,对自行车的 直线稳定性,行驶平顺性,转向 灵活性及前又的N'I~D减震性都 有密切的关系.这2个参数可从 以下几方面进行考虑: ?从前叉伸距M=R/tg0 一 H/sin0的 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 可见:当车轮半 径尺一定时,增大或H,均能 使值减小,使骑行时的转向 灵活性好,同时出力性能(蹬踩 力)好. ?减小或增加,车子前 轮系的弹性增加,能较好地吸收 来自地面的震动,使骑行舒适, 但要增加前叉腿根部的弯矩值. ?在选择与日时要互相 …—2QQ9第1一囤 搭配,即当选择较大的时,应 取较小的日值,26"女式车的 为67.30,70.30,H为 50,65mm. (2)立管长度OF. 立管长度是一个重要参数, 对车架的高度起决定作用,同时 对骑行者的骑行姿势和舒适性也 有很大影响.选择时应从下述几 方面进行考虑: ?立管长度不宜过长,否则 鞍座高度太高,影?向骑行者行车 的安全性. ?立管长度的选择 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 是比 人腿跨立高度短230,260mm, 26女式车一般选择400,480 mm左右为宜.人骑在鞍座上, 脚尖能触及地面为好. 图6车架几何参数图 (3)立管角度. 立管角度的大小与骑行舒适 性,出力性能以及车架的强度有 关,选择时应从下述几方面进行 考虑: ?立管角度小,车子弹性 好,能减轻来自地面的振动,使 骑行舒适,而立管角度大,骑行 者可发挥较大的蹬力(即出力性 能好). ?立管角度小,鞍座水平后 移,前三角危险区的弯矩值可减 小. ?立管角度的选择范围,一 般同前叉倾斜角,即立管与前 管平行;但两者也可不平行,可 根据车体结构和使用要求决定. (4)中接头下垂量?和曲柄 长度OJ. 中接头下垂量是指中接头中 心与前后轮中心连线的垂直偏移 量,选择时应从下述几方面进行 考虑: ?曲柄长度值越大,蹬车时 传动力臂大,用同样的蹬力,可 以产生较大的传动力矩(出力性 能好). ?当曲柄长度一定时,中接 头下垂量大,曲柄离地高度降 低,不利于在坎坷不平的路面上 以及快速转弯时骑行. ?当曲柄长度一定时,中接 头下垂量小,曲柄离地高度增大, 车子重心增高,造成车身不稳. ?设计时需综合考虑这两者 之间的关系,避免骑行中车子不 稳或转弯脚蹬接触地面. (5)传动中心距OB. 传动中心距决定平叉的长 度,选择时应从下述几方面进行 考虑: ?传动中心距小,车体后 三角的刚性好,骑行轻快. ?传动中心距小,车体重 量轻,轮距小,车子的转向灵活 性好. ?传动中心距小,后轮配 重大,可降低前三角危险区的弯 矩值. ?传动中心距与轮径有 关,26"女式车一般选择445, 455mm左右. ?传动中心距还与链条长 度有关,传动中心距越大,链条 长度越长. (6)前心距0A. 前心距是前轮轴到中轴之距 离,前心距长度确定了,两轮中 心距也就确定,这个距离的确定 应从下述几方面进行考虑: ?前后轮的分担重量应为 4:6,假设体重全部加在鞍座 上,则以鞍座点为分界点,前轴 到此点与后轴到此点的垂直距离 比应为6:4. ?以曲柄长度OJ为半径画 一 个圆,其前端和前车轮部分的 后端(含前泥板)不能接触且有 一 定的间隙,实际上,脚踩在 脚蹬上脚尖有向前踏出的可能. 因此,从安全上着想,应以留出 脚长1/3左右的间隙为宜.国标 规定最小间隔不得小于89mm. (7)前管长度. 前管长度的确定需从与之相 配合的前叉,车把式样的结构上 来考虑,一般26"的前管长度 选择范围在130,250mm左 右.过长或过短的前管在结构上 要考虑对车架的强度影?向. (8)两轮中心距AB. 两轮中心距即前轮与后轮之 距离.轮距大,车架弹性好,能 较好地吸收来自地面的震动,提 高骑行舒适性.同时,轮距大, 操纵稳定,但车子的曲线通过性 能差,车体的重量增加.轮距小, 在平坦路上骑行时效能高,操纵 灵活,难于驾驭,且在高低不平 的道路上骑行容易疲劳.一般 26"的轮距控制在1050,1100 mmo 3车架几何参数的设计 当上述车架几何参数选定后, 可以进行结构件的设计,在以前 没有CAD软件时,需要人工计 算相关结构件的几何尺寸,现在 有了计算机设计软件一CAD软 件,这一步繁琐的人工计算就能 省略了,直接运用CAD软件边 设计边制图,直至满意为止. 综上所述,自行车车架设计 是一个综合思考的过程.不仅需 要运用人体工程学理论设定车架 几何参数,又要考虑车架本身的 强度和性能要求,还要顾及与其 它部件的配合关系,设计的基准 是稳定性,操纵性和有关的安全 性:具有合理的车架几何参数, 骑行时将能获得轻快,灵活,平 稳,舒适,安全,耐用的良好性 能,在车架设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中,几何参 数的选定是必不可少的步骤.诚 然,一个完整的车架设计过程, 还包括车架的外观造型设计, 静,动态强度的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和试验,以 及样车的试制和道路骑行试验 等.但其中车架几何参数的设定 是车架设计的灵魂所在. 参考文献 1邢玉民,李松操译.自行车实用 手册.北京:中国轻工业出版社, 1985 2章曲,谷林着.人体工程学.北 京:北京理工大学出版社,2009 团2009第1期…