碳纖維自行車疲勞綜合試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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目 錄
第一章 緒論 1
1.1 課題研究的背景和意義 1
1.1.1 課題研究背景 1
1.1.2 課題研究意義 3
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 4
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 4
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 5
第二章 總體設(shè)計(jì)方案 7
2.1 主要研究內(nèi)容 7
2.2 試驗(yàn)臺整體方案的設(shè)計(jì) 7
2.3 測試部件的分析 8
2.3.1 制動(dòng)性能差異 8
2.3.2 車架-腳蹬力測試分析 10
2.3.3 車架-水平力測試分析 10
2.3.4 車架-垂直力測試分析 11
2.3.5 前叉-彎曲力測試分析 11
2.3.6 曲柄組合件測試分析 12
2.3.7 鞍管測試分析 13
第三章 總體結(jié)構(gòu)方案 15
3.1 總體方案 15
3.2 零件裝夾方案設(shè)計(jì) 15
3.3 課題難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù) 17
3.4 增強(qiáng)主體穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)與主要零部件 17
3.4.1 增強(qiáng)主體穩(wěn)定性的設(shè)計(jì) 17
3.4.2 試驗(yàn)臺主要零部件 18
第四章 機(jī)械系統(tǒng)部分 19
4.1 電機(jī)的選擇 19
4.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 20
4.2.1 計(jì)算設(shè)計(jì)功率 20
4.2.2 選擇帶型 21
4.2.3 帶輪齒數(shù)及節(jié)圓半徑 21
4.2.4 計(jì)算帶速和帶長 23
4.2.5 計(jì)算軸間距和嚙合齒數(shù) 24
4.2.6 計(jì)算作用在軸上的力 25
4.3 梯形絲杠的參數(shù)設(shè)計(jì)及校核 26
4.3.1 絲杠材料的選擇 26
4.3.2 絲杠螺母的耐磨性計(jì)算 26
4.3.3 絲杠的穩(wěn)定性計(jì)算 27
4.3.4 絲杠的剛度計(jì)算 28
4.3.5 絲杠的強(qiáng)度計(jì)算 29
4.3.6 螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算 29
結(jié)論 31
致謝 32
參考文獻(xiàn) 33
第一章 緒論
1.1 課題研究的背景和意義
1.1.1 課題研究背景
自行車是人們出行時(shí)常用的代步工具，由于其綠色環(huán)保、輕便靈活、價(jià)格低廉等，因此，無論是在工業(yè)發(fā)達(dá)的歐美國家，還是發(fā)展中國家，自行車始終深受人們的歡迎，形成了巨大的自行車消費(fèi)市場。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今世界上共有65個(gè)國家和地區(qū)生產(chǎn)自行車。按地區(qū)劃分，世界重要自行車生產(chǎn)國主要分布在亞洲、歐洲、北美地區(qū)。有資料顯示，自2005年以來世界自行車年產(chǎn)量大約為1.2億輛，其中自行車貿(mào)易總量7500萬輛左右，約占世界自行車總產(chǎn)量的63%。近年來，我國自行車工業(yè)發(fā)展迅速，生產(chǎn)的社會化、專業(yè)化程度越來越高，每年生產(chǎn)數(shù)千萬輛各種花色、規(guī)格的自行車，社會擁有數(shù)億輛，已成為名副其實(shí)的自行車王國和世界自行車制造中心。
隨著現(xiàn)代社會的飛快發(fā)展，自行車已不僅僅是交通和運(yùn)輸工具，已具有集健身、旅游、競賽等多種功能。因此迫切需要有新形態(tài)、新材料的自行車出現(xiàn)，以使自行車外觀更具美感，重量進(jìn)一步下降，騎乘舒適性更好。自行車檔次的高低取決于材料的選擇和做工。典型的低、中、高檔自行車構(gòu)架分別由碳鋼、鉻鉬合金及鋁合金和碳纖維制造。碳纖維是一種新型的復(fù)合材料，它有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛度好、抗振性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而且具有可設(shè)計(jì)性和易成型性，從而使設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)有更高的結(jié)構(gòu)效率。隨著碳纖維復(fù)合材料制造技術(shù)逐漸趨于成熟，碳纖維售價(jià)大幅度下降，促進(jìn)了碳纖維自行車的開發(fā)研究。經(jīng)過多年的發(fā)展，碳纖維復(fù)合材料已成為高檔自行車車架的主流材料，受到了越來越多的關(guān)注。
為了保證碳纖維自行車的質(zhì)量和安全有效的使用，國家頒布了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了各種自行車的性能和檢測試驗(yàn)方法。自從我國加入WTO以來，我國自行車整車安全標(biāo)準(zhǔn)及主要零部件標(biāo)準(zhǔn)要與國際標(biāo)準(zhǔn)完全接軌，近年來歐盟、日本等國家和地區(qū)新的自行車安全標(biāo)準(zhǔn)的推行，使得企業(yè)原有的檢測設(shè)備和檢測能力不適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，對碳纖維自行車出口貿(mào)易的產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高要求，急需一些與新標(biāo)準(zhǔn)配套的檢測設(shè)備。鑒于以上因素，本企業(yè)充分運(yùn)用當(dāng)前計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測與測量技術(shù)，急需研制一種碳纖維自行車整車及主要零件的疲勞測試平臺。
自行車具有無污染、有強(qiáng)身健體功能和價(jià)格便宜等特點(diǎn), 被人們廣泛使用, 尤其變速自行車, 具有較好的調(diào)速功能, 爬坡性能好, 是丘陵城市消費(fèi)者的主要交通工具之一。變速自行車的大規(guī)模生產(chǎn)必須有先進(jìn)、實(shí)用、可靠而安全的變速傳動(dòng)部件和外變速系統(tǒng)專用的質(zhì)量檢測、試驗(yàn)分析設(shè)備。目前的疲勞試驗(yàn)機(jī)主要有以下三種: 采用凸輪- 杠桿機(jī)構(gòu)撥鏈, 該裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊, 但使用后易產(chǎn)生磨損, 影響撥鏈準(zhǔn)確性, 且通用性不好; 采用氣動(dòng)控制的疲勞試驗(yàn)機(jī), 該機(jī)雖具有氣動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn), 但由于空氣可壓縮性大, 工作速度的穩(wěn)定性差, 有一定的沖擊; 通過小型電動(dòng)機(jī)或電磁鐵, 牽引鋼繩進(jìn)行自動(dòng)撥鏈, 效果也不盡人意。經(jīng)過多年的努力, 我們成功地研制出變速系統(tǒng)綜合試驗(yàn)分析機(jī)。
自行車是重要的交通工具之一，與人們的切身利益息息相關(guān)。而中國是自行車生產(chǎn)大國，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保人身安全，生產(chǎn)的自行車的各組零部件能否合格，是一個(gè)關(guān)鍵問題，因此迫切需要一種自行車零部件的檢測設(shè)備對其檢測。
疲勞失效是機(jī)器零部件失效的主要形式，因此疲勞試驗(yàn)是檢測材料的重要手段，在疲勞試驗(yàn)中判斷試件十是否破壞，傳統(tǒng)方法主要以目測宏觀裂紋的出現(xiàn)為依據(jù)，這種觀測方法往往難以保證準(zhǔn)確地給出材料的疲勞壽命，而且也不能提供裂紋隨載荷、時(shí)間、溫度等外變量變化而變化的實(shí)時(shí)或連續(xù)信息。因此，研制一臺通用性好的疲勞試驗(yàn)機(jī)具有實(shí)際意義。
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