基于液压减震器的自行车避震车轮的分析与设计

周燕 秦广 龚江涛 邹洛 屈通

摘 要：设计一款基于液压减震器的集成式避震自行车轮，以提高自行车骑行过程中的舒适度。在整个设计过程中，利用机械校核，设计出了避震自行车轮详细结构，并得出了其具体参数。为采用液压减震器的自行车轮的设计提供了理论支持，具有一定的参考意义。

关键词：集成式避震自行车轮;机械校核;理论支持

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.017

1 前言

以色列公司生产出了Fluent自行车避震车轮SoftWheel，该车轮通过气压减震原理来实现减震目的，车轮的支撑元素是三个气压减震器。

本文通过对基于液压减震器的自行车避震车轮进行机械校核，设计出避震车轮的详细结构与参数，为采用液压减震器的自行车轮的设计提供理论支持。

2 车轮静载荷分析

对车轮模型受力进行具体参数设定和计算，其中，设车轮总受力为100kg，由于自行车重心靠后轮，因此，初设后轮处60kg。该设计车轮外圈尺寸为自行车行业的标准件，其内径为660mm。

静载荷下的受力分析：

其中AA，BB，CC代表支承辐条，以O点为中心均匀分布：以AA为例，进行数学分析：其中，OA与竖直方向Y轴夹角为α，A处切线方向与AA夹角为θ，则∠AOA=α;所以，由几何分析AA与Y轴的夹角为（90°-α-θ）;又因为∠AOB=120°，所以∠BOY=120°-α。

由上综合可得BB与Y轴的夹角为：180°-（120°-α）-（90°-θ）即：（α+θ-30°），∠COY=180°-θ-120°=60°-θ。

CC与Y方向的夹角为：（180°-90°-θ）+（180°-120°-α），即：（150°-θ-α）。

将AA，BB，CC方向的力分解到O点，由平衡公式，其中垂直于OA，OB，OC方向的力相互抵消，可得：

3 车轮动载荷分析

在车轮受到冲击振动时，设受到冲击力为FQ，则车轮受到的总力为：

在上述的分析中，θ的变化对避震器的受力状况无影响，而避震器的单向受力（不受其他方向力而产生摩擦）时，其寿命最长，因此，取θ=0°。

参照机械设计手册，选6001-2RSH轴承，其外径为28mm，若以通常的28+4=32mm设计轴皮，其稳定性较差。综合考虑，取轮皮向外扩张至Ф120mm，在Ф120mm的基础上设计与避震器连接的结构。

4 车轮轮毂设计

传统自行车的花鼓如图所示，通过6×M5的辐条孔与辐条相连，起到支承轮圈和传递力的作用。传统花鼓内部的结构已经出现标准化，因此，在设计中，花鼓的内部设计采用传统花鼓的结构形式。

如图5所示，连接件主要是将避震器衬套与花鼓相连，从而传递力和力矩。连接件设计为圆形的凹槽，与衬套连接部分内陷3mm，方便衬套的安装。

图6所示轮毂是由传统自行车花鼓与连接件装配获得，其作用与传统花鼓的作用相同，是将连接器套在花鼓上，并用紧定螺钉固定来实现的该结构。

5 结语

集成式避震自行车轮用三个同圆心呈均匀分布的液压避震器代替传统辐条的作用，因此，内陷的圆盘起着与辐条孔相似的作用，将避震器的衬套通过连接轴于盘内小孔进行装配固定，从而支撑车轮外圈。该结构简单，可靠性强，花鼓的内部结构沿用行业的标准，减少了其加工成本。

参考文献：

[1]卢秉恒.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2011.

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划——集成式减震自行车轮的设计（201810616006）

作者簡介：周燕（1998-），女，四川人，本科，研究方向：工业工程。