一款概念自行车的设计与研究

2014-09-18李文江王小元汪壮壮

滁州学院学报 2014年3期

李文江，王小元，汪壮壮

一款概念自行车的设计与研究

李文江，王小元，汪壮壮

本文设计了一款结构简洁、款式新颖并且造型优美，同时满足消费者时尚需求的概念自行车。其特点：采用齿轮传动系统和自主设计的轴承式回转机构，实现无轮辐结构；采用双减震器和轴承式回转机构；优化坐垫模型，提高了人体舒适性；大胆的对自行车结构进行了简化，根据空气动力学原理设计出动感的车架。设计结果表明该款自行车结构切实可行，符合消费者的消费需求，同时为新款自行车的设计研发开辟了一条新途径。

概念自行车；无轮辐结构；双减震器；轴承式回转机构

随着生活节奏的加快，交通拥堵、环境恶化、人们健康水平下降等问题普遍存在［1］。越来越多的人们在改变着自己的出行方式，选择自行车作为交通和健身工具。骑自行车不仅方便快捷、节能减排，而且还有益于身心健康。以自行车作为代步健身工具，不失为当前最积极主动、最绿色环保的一种方法［2-3］。

图1为传统自行车结构示意图，传统自行车存在辐条安装麻烦，链条装配、调试、维修不方便等缺陷。针对这些缺陷，作者设计了一款外形简约、时尚无轮辐结构的概念自行车。

图1 传统自行车结构示意图

一、概念自行车的设计研发思路

概念自行车预示着未来自行车的发展前景。由于普通自行车结构繁杂，维修费时，本文采用新机构替代传统复杂的机构，进而达到概念自行车的设计目的。

概念自行车设计研发的基本思路是：在设计灵感基础上进行PS手绘，通过手绘图纸进行机构设计和产品造型，建立数学模型，并对其可行性进行理论分析，进而获得理想的设计结果。

二、概念自行车的主要部件结构设计

（一）PS手绘

为了快速建立三维模型，首先PS手绘表达出概念自行车的效果图，如图2所示，用于指导3D模型的建立。

图2 PS手绘效果图

（二）无轮辐结构

概念自行车的核心是无轮辐机构的实现。自行车的钢圈并非普通钢圈，它由一个普通钢圈、一个内齿轮和一个轴承构成，而钢圈两侧则是通过后轮支撑板压住钢圈里面的钢球，这样，形成了一个类似于轴承的车轮，如图3所示。

图3 无轮辐结构设计

自行车的前后轮都采用了无轮辐结构，内部钢圈是普通钢圈、内齿轮和轴承的结合体。钢圈被两边的后轮支撑板压住，后面部分相当于一个外面支撑板不动，里面钢圈在动的轴承。当自行车由齿轮驱动时，支撑板不动，钢球有效地将滑动摩擦变成滚动摩擦，钢圈和轮胎一起转动，从而实现了无轮辐车轮机构。

（三）齿轮传动

概念自行车采用圆形齿轮作传动系统，优化组合齿轮构成传动比较大的轮系，如图4所示，取代传统的链传动。其中齿轮1和2、7和8组成周转轮系，齿轮3和4、5和6组成定轴轮系，齿轮1是输入齿轮，齿轮8是输出齿轮。齿轮传动不但能克服链传动时有噪音和磨损后容易发生跳齿，不易用于载荷变化大、高速和急速反向的传动等缺陷，而且具有传动平稳可靠、传动比稳定、工作效率高、结构紧凑、使用寿命长等优点［4］。