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1、无链传动变速自行车设计毕业论文目 录第一章绪论11.1自行车的发展概况11.2无链式自行车的推出与发展31.3无链自行车的市场需求3第二章 无链传动变速自行车52.1无链传动原理52.2变速器原理62.3无链传动变速自行车优点7第三章 钢球外锥式无级变速器部分零件的设计与计算93.1钢球与主从动锥齿轮的设计与计算93.2加压盘的设计与计算103.3调速齿轮上变速曲线槽的设计与计算113.4 输入轴的设计与计算123.5输出轴的设计与计算153.6输入输出轴上轴承的选择与计算173.7输入输出轴上端盖的设计与计算193.8调速机构的设计与计算203.9自行车无级变速器的安装22第四章 全文总结2
2、3参考文献24致谢25毕业设计小结26第1章 绪论1.1自行车的发展概况18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车,如图1-1所示。这辆最早的自行车是木制的，它的结构比较简单，既没有驱动装置，也没有转向装置，骑车人靠双脚用力蹬地前行，改变方向时也只能下车搬动车子。即使这样，当西夫拉克骑着这辆自行车到公园兜风时，在场的人也都颇为惊异和赞叹。世界上第一批真正实用型的自行车出现于19世纪初。 图1-1 最早的自行车1817年，德国人德莱斯在法国巴黎发明了带车把的木制两轮自行车如图1-3。这种自行车虽然仍旧用脚蹬才能前行，但是可以一边前行一边改变方向，它一问世便引起了人们的极大兴趣。法国人大量进行仿
3、制，一时间，巴黎街头涌现出成百上千的自行车。在1830年，法国政府还为邮差配备了自行车作为交通工具。.随后，自行车的技术、性能不断得到改进。1839年，英国人麦克米伦发明了蹬踏式脚蹬驱动自行车，骑车时两足不用蹬地，提高了行驶速度。 图1-21869年诞生的雷诺型自行车如图1-2，车架改由钢管制作，车轮也改为钢圈和辐条，采用实心轮胎，使自行车更加轻便。 1886年英国的机械工程师斯塔利，设计出了新的自行车样式，装上前叉和车闸，前后轮大小相同，以保持平衡，并用钢管制成菱形车架，还首次使用了橡胶车轮。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许多生产自行车部件用图1-3 可转向自行车机床，为自行车的大量
4、生产和推广应用开辟了宽阔的道路，因此他被后人称为“自行车之父”。他所设计的自行车车型与今天自行车的样子已经基本一致了。1887年，英国人劳森完成了链条驱动自行车的设计。同年，英国人邓鲁普研制出了充气轮胎。从此，自行车技术也完成了向商业化的转化，批量生产并投入市场。自行车发展至今已有适应不同地形，不同人群的种类划分，越来越朝着多样化发展。公路自行车（Roadbicycle）用来在平滑公路路面上使用的车种，由于平滑路面阻力较小，公路自行车的设计更大考量高速，往往使用可减低风阻的下弯把手，较窄的高气压低阻力外胎，挡位较高，且轮径比一般的登山越野车都大，由于车架和配件不须像山地车一样需要加强，所以往往
5、重量较轻，在公路上骑行时效率很高。由于车架无需加强又往往采用简单高效的菱形设计，公路车是最为优美的自行车。场地自行车（Trackbicycle）用于在室极其平滑的椭圆形赛道上使用的自行车，这种自行车没有车闸(煞车)，没有变速器，且没有可逆转的飞轮。三项赛/计时赛自行车（Triathlon/TimeTrialbicycle）在三项赛和计时赛运动中使用的公路自行车，三项赛和计时赛的最大特点就是不允许使用牵引气流（draft），也就是说选手必须完全通过自己的力量来克服空气阻力，而不须骑在其他选手后面，所以三项赛/计时赛自行车在设计时非常注重让选手保持一个减小空气阻力的骑行姿势，同时注意减小自行车自身
6、的空气阻力。三项赛自行车还让选手在骑行时使用和跑步时相近的肌肉组，这样使从骑行到跑步的转换更容易。山地自行车（Mountainbike）山地自行车起源于1977年美国旧金山。设计为骑乘于山区的车种，通常具有变速器可变换省力或快速的档位，有些会在车架安装避震器，部分的轮胎胎皮是巧克力胎纹以便于在无铺面的路面骑乘。山地车零件的尺寸一般为英制单位。车圈为24/26/29英寸，轮胎尺寸一般为1.0-2.5英寸。车架尺寸也以英制为单位，例如14、17、19来表示车架尺寸的大小。速降自行车（DownHillbike）速降自行车，也称落山自行车。英文简称DH。是一种极具挑战性的活动。骑手利用特制的DH自行车
7、在山坡上滑翔，甚至坠山来寻求刺激。活动多在山脊、矿洞、雪地等地带开展。奥地利人利用DH创造出210.4KM/H的世界纪录。速降自行车的车架角度与山地自行车有所区别，零件与山地自行车一样都为英制单位。进行此项活动时必须佩戴头盔、护甲等装备。前叉减震的行程比山地自行车及XC自行车要长。轮胎宽度一般超过2英寸。斜躺自行车（Recumbent）与传统设计上较不一样的自行车。通常有较大且舒适的座椅，两轮或三轮。优点是舒适，且风阻低。旅行自行车（Touringbicycle）由公路自行车发展而来，适合超远程自给自足的旅行，有较舒适放松的车架几何设计，能够负重，有很低的最低档位，使用较宽的车胎，配件选择方面
8、追求可靠耐用而不太侧重减轻重量，往往是用山地车脚踏板。广告自行车（Advertisingbike）广告自行车是由中国国家专利局授（ZL200720312144.6）的薄壳型车架制作的特殊自行车，利用车架表面积发布广告的专业广告自行车。越野公路车（Cross-countrycycling）由公路自行车发展而来，起源于骑手们想用一辆自行车同时征服公路和山地，于是骑手们选用较结实的公路车架和轮子，再安装上更强的车闸和很宽的车胎，使用山地车脚踏板。越野公路车既可以在公路上实现较高速度，也有一定越野能力。双人/多人自行车（Tandembicycle）又称为协力车，由两人以上协同出力，由第一位控制方向。折
9、叠车（Foldingbicycle）是为了便于携带与装进车而设计的车种，有些地方的铁路及航空等公共交通工具允许旅客随身携带可折叠收合并装袋的自行车。电动自行车（Motorizedbicycle）一种以一半电力驱动和一半人力驱动的环保电动交通工具。电动自行车可以自动侦测双脚施力状况，在需要时以适当的动力辅助踏踩，自动调节动力。在中国等地区，因为电池回收等问题，禁止使用电动自行车。小轮车（CyclingBMX）一种专门用于极限运动的自行车，这类车为了更适合特技表演而作出了不少改造，比如更轻量化的车身，没有刹车，车把可以360旋转。1.2无链式自行车的推出与发展 随着“时尚、运动、健康、绿色、环保”
10、理念的深入人心，自行车类产品的设计、材料、工艺、款式也跟随市场需求，新材料、精加工、巧构思、高品质和高附加值的自行车精品不断涌现。自行车不但成为人们的代步交通工具，而且进入运动、休闲、娱乐、时尚领域，并融入更多的科技、文化元素，成为所有家庭的必备用具。无链条自行车，属于自行车的结构改进。无链自行车起源于日本，因稳定性和耐用性极强迅速流传到欧美、等地。但因其制造成本较高，重量较链条传动更重，在竞技项目中没有优势，因此没有得到厂商的大力推广。但无链自行车以其可靠的稳定性和耐用性，目前在日本和欧美等地运用还是挺广泛的，其主要运用于一些休闲车、通勤车、旅行车上，因为不需要维护，几乎无故障率，美国、英国
11、、西班牙、法国、韩国等国家还将其用于公共自行车。目前国也有厂家开始运作无链自行车项目。1.3无链自行车的市场需求无链自行车是利用传动轴进行动力传动的一种自行车，这种传动方式的自行车起源于日本，类似于汽车的传动方式，但是结构上相对要简单很多。其原理是传动轴的前面部分运用一组弧形锥齿轮将力矩由横向转换为纵向，然后通过传动轴将力矩传动到传动轴的后弧形锥齿轮将纵向的力矩转变为横向，最后通过花鼓将力矩传动至车轮上实现驱动车辆。这原理类似于汽车的传动系统，不但拥有强大的扭矩承受能力和极高的耐用性，传动效率也相当高。无链自行车的优点。无链自行车能产生更高的传动效率，拥有更稳定的性能、更长的耐久性，能承受更大
12、的扭矩。传动轴自行车在整个骑行过程中能让骑行者彻底避免掉链、断链的烦恼，不会有来自于链条的油污以及锈污，无需维护，骑行过程安静、干净、舒适。现代人的消费习惯。随着生活水平的不断提高，人们在感受着经济高速发展而带来的物质文明享受的同时，另一面却也在承受着交通的日益拥堵，大气的污染日益严重和缺少锻炼引起的亚健康的日益增多。因此，自行车已不单单是人们的日常代步工具，它更是人们休闲娱乐、锻炼身体和旅游骑行的一种工具。展望无链自行车的未来。目前自行车市场大多还处在一个拼配置的时期，诸多厂商推出30速、空气油碟、空气前叉等等，很多消费者因为缺乏经验和分不清自己买车的用途也被误导进入其中，花了三四千买回来个
13、30速的山地车最终常用的只有3个速比，油碟性能不错，但却容易抱死，而且链条的维护相当的麻烦，还有断链、掉链的风险。随着中国消费者消费观念的日趋成熟，购买一台合适自己用的自行车才是最实用最合适的，喜欢竞技追求轻量化的消费者将继续以链条车为主打，以休闲骑行、锻炼骑行、旅游骑行、家庭骑游或者全能通勤车，耐用性更好的轴传动车型将会打开一片新的天地，得到市场的认可。简单的现代人需要简单出行，纯粹的玩、纯粹的嗨、纯粹的骑行享受，追求舒适性、安全性和耐用性的轴传动车型必将逐步得到消费者的欢迎，逐步取代链条驱动的各种车型。第二章 无链传动变速自行车2.1无链传动原理针对自行车的掉链和传动效率低问题研制了传动轴
14、式自行车，该自行车前部采用一对锥齿轮中间采用传动轴后部采用一对锥齿轮，从而就改变了现有自行车的缺点，掉链和传动效率低和有链传动带来的噪音等问题。传动部分如图1所示。图2-1其优点是不会产生掉链，效率较高，不会对出现对裤子出现的撕咬，填补了国没有该形式的自行车的空白，使对自行车感觉会更加舒适和平稳，提高了各部分的通用性能。图2-2该自行车在人的脚动力下驱动，工作时人脚驱动脚蹬子带动轴，有轴带动前部一对锥齿轮转动，在通过轴传递给传动轴，再有传动轴传递给尾部的一对锥齿轮使其转动，然后在传递给棘轮机构，有棘轮机构传递给自行车后轮，使自行车能够在大地上行驶，该自行车传动部分追要有三大部分，前部锥齿轮系统
15、，中间传动轴系统，和尾部锥齿轮系统，前部锥齿轮系统主要作用是，改变传动的方向和增速，中间传动轴主要是能够较远距离的传递动力，传动轴花键的作用是能够由于十字轴转动使传动轴的轴向的位移得到平衡，尾部锥齿轮的作用改变方向进一步的使系统增速。2.2变速器原理1,11-输入，输出轴 2，10-加压装置 3，9-主，从动锥轮 4-传动钢球5-调速蜗轮 6-调速蜗杆 7-外环 8-传动钢球轴 12，13-端盖 图2-3 钢球外锥式无级变速器如图所示，动力由轴1输入，通过自动加压装置2，带动主动轮3同速转动，经过一组（38）钢球4利用摩擦力驱动输出轴11，最后将运动输出。传动钢球的支承轴8的两端，嵌装在壳体两端盖12和13的径向弧行倒槽，并穿过调速涡轮5的曲线槽；调速时，通过蜗杆6和蜗轮5转动，由于曲线槽的作用使钢球轴线的倾斜角发生变化，导致钢球与两锥轮的工作半径改变，输出轴转速得到调节。其动力围为：Rn=9，Imax=1/Imin，P11 kw ，4% ，0.800.92 。此种变速器应用广泛。从动调速齿轮5的端面分布一组曲线槽，曲线槽数目与钢球数相同。曲线槽可用阿基米德
