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1、杭 州 电 子 科 技 大 学毕 业 设 计 （ 论 文 ） 文 献 综 述毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目 运动型自行车的动强度分析与设计文献综述题目 运动型自行车创新设计学 院 机械工程学院专 业 车辆工程姓 名 郑少杰班 级 12010511学 号 12015136指导教师 田燕萍运动型自行车的创新设计一、前言随着人类文明的发展，各种负面影响随之而来，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。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。改变出行方式是解决上述问题的办法之一，
2、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。为了促进自行车行业的发展，必须引入创新的设计方法进行创新设计。二 、 主 题现有自行车的使用如此之广, 其优点固然很多, 但也存在着诸多不足, 人们在设计、使用中不断改进,新车型不断涌现 4。自行车产品的功能扩展和结构、材料以及工艺更新，使产品类别趋于复杂，分类方法越来越多，大致有：按照使用功能或者乘骑目的的不同将自行车分为：通勤车（交通用车） 、休闲车（越野、旅行或健身用车） 、运动车（训练或比赛用车，一般指公路或者专用场地竞赛车） 、竞技车（攀岩、速降、慢骑、
3、独轮平衡等竞技或表演用车、也称特种车）等；按照使用环境或适用路面的不同将自行车分为：公路自行车、山地自行车、沙滩自行车、全地形自行车等；按照乘骑对象的年龄不同可以将自行车分为：玩具自行车（适用4岁以下儿童） 、儿童自行车（通常适用48岁儿童） 、少儿自行车（适用814岁儿童） 、成人自行车、老年自行车等；根据车架的结构特征将自行车分为普通车、折叠车、避震车等；根据车架等主体部件所用材料分为碳钢车、铝合金车、合金钢车、碳纤维车等；按照有无辅助动力分为电动自行车、助动车等 5。就自行车来说，人性化设计更多是基于人体工程学上考虑，即如何让自行车骑行更舒适。自行车发展百余年历史，人体工程学方面的研究已
4、很成熟，现在依然朝着更为精细的方向发展 6。普通自行车最大的缺点就是在安全、舒适、省力等性能方面的不相容性.普通自行车的速度低、费力且舒适度差是个较大的问题.由人机工学研究可知, 普通自行车的车座窄小, 呈窄三角形, 影响蹬车动作, 尤其是山地车、跑车、赛车的车座更窄, 就更缺乏舒适感, 使得驾驶者易疲劳 7。自行车设计是一项十分重要的工作，也是一门专业的抖学。国外自行车工业发达的国家都在自行车设计中投入了大量人力、物力和财力，也取得了很好的效果。我国虽然被称为自行车生产王国，但在产品设计工作上与国外先进水平相比还存在差距。为了迅速提高我国自行车水平，必须在设计工作中下功夫。自行车设计涉及到大
5、量计算和技术问题，包括自行车设计的技术经济指标、自行车设计的使用要求和步骤、自行车设计人员要求、自行车影响出功率的机械因素、自行车行驶阻力、自行车安全要求、自行车设计的配合要求八个方面 8。人体自行车机构的优化设计对于提高运动员的成绩以及保护骑车者的身体健康有着重要作用。从自行车诞生之初，人们就从人体生理学角度不断优化自行车的设计，目前自行车的基本结构已经固定，但是很多几何参数的优化设计还没有成型。自行车机构的优化要从机构学的角度出发，结合人体的生理特征，将人体和自行车机构优化，以省力为主要目标，兼顾舒适度，探讨了车座坐高、曲柄长度和人体参数（大腿和小腿的长度）之间的关系，绘制出相应的性能指标
6、图谱，从而得到这些指标与坐高等参数的映射关系，并以此建立人体自行车机构优化设计方法 9。目前，许多学者、研究机构与公司已经着手于自行车个性化设计的研究，并取得了一些成果。有些学者利用经验公式并结合编程和绘图进行自行车设计。例如，邓益民和张仲源等人 10利用人体尺寸数据库、自行车国家标准数据库及自行车经验数据库为基础，结合人机学原理进行设计。北京工业大学的张聪敏 11利用自组织数据挖掘算法对收集的 210 名运动员的身体尺寸信息及其自行车的尺寸信息进行分析，总结出两者之间的关系公式，并以此作为设计自行车车架的设计准则。澳大利亚的Mclean 和 Parker12在研究本国的场地自行车运动员时采用
7、统计学的方法，得出鞍座高度应该为 100%的跨高高度左右的结论。还有很多学者利用经验公式，着重于提高骑车舒适度来设计自行车。例如, 荷兰 Delft 理工大学的 Henri 等人 13利用一个试验研究和一个实验室研究来测试车架参数对于骑车人舒适度的影响，他们通过总结人体尺寸参数和测试参与试验人员的舒适度之间的数据关系，开发出一款适用于商业的自行车选购系统。又如，英国萨里大学工程学院的 Sharp14教授通过理论计算与仿真的方法对标准自行车的各个参数(包括车轮大小等)进行优化，旨在提高自行车的稳定性，即骑行者对自行车的控制。一些自行车公司也依据经验公式设计相应软件，采集用户身体以及骑车习惯等各个
8、参数后进行设计。例如，Seven 公司定制自行车所需客户填写的表格，其更加注重人的感觉和舒适度，而对于车架具体参数如车轮大小等等往往都需要客户自己来选择。基于大量信息和数据，再加上客户的特殊要求，Seven 公司凭此为个人“量身设计”舒适的自行车。市场要求自行车企业提高产品开发研制效率，以最快的时间和最优的产品抢占市场，因此需要一种新的设计研发方法去缩短开发周期和提高设计质量。传统的自行车开发过程以串行过程来实现，它是以顺序的过程为前提，在前一阶段完成后，下一阶段才开始，因此设计时间长，满足不了快速的市场变化。其次，各部门协调不紧密，增加了从设计到生产，再到销售之间的往返次数，增加了不必要的开
9、发费用。随着计算机设备、网络通讯设备价格不断的降低，性能不断的增强，以及CAD/CAE 软件数量和功能的丰富，并行工程理论应用于自行车的设计开发领域成为可能。Pro/EUG、I-DEAS 等软件适用于设计时的实体造型设计。在造型完成后，可通过相应图形接口程序输入 ANSYS/NASTRAN 运用有限元分析软件进行分析。在产品的整个开发阶段，利用 Pro/link 实现 PDM（产品数据管理） ，实现团队中各成员的数据共享和协同工作。并行工程要求产品开发人员在设计阶段考虑产品整个生命周期的所有要求，即质量、成本、制造、进度、市场的要求。由于 PDM 技术的应用，在设计过程中有统一的产品设计模型，
10、自行车项目开发小组的成员同步工作，当其中一个环节出现问题时，其余环节可快速地做出反应。并行工程引入自行车产品的开发，缩短了开发周期，提高了企业对市场变化的敏感程度，有利于降低成本，提高利润 15。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，并对其可行性进行分析，进而获得理想的设计结果 16。三、总结自行车作为一种综合代步、运输、健身、旅游、娱乐等多功能产品，并不受社会进步、科学发达、经济富裕所
11、制约。相反，由于环境、消费观念及生活方式改变等等因素而提高，并随着科技的发展、自行车功能的不断延伸而更受消费者的青睐。个性化、人性化的深入终将会引导出对人的心理需求的研究，自行车的个性化、人性化通过自行车将人们精神层面的东西物化，通过更为具体的零部件细节对其进行解析。四、参考文献1 马洪全，严海霞体育运动与现代社会生活方式J. 常州信息职业技术学院学报，2007，6(4): 47-48 .2 赵建有，高谋荣中国自行车交通与城市交通可持续发展J. 长安大学学报，2007，27(4): 70-74.3 祝浩概念自行车设计J. 科技创新导报，2010，12: 27.4 刘极峰，喻海飞，程骞. 高速休
12、闲健身自行车的创新设计J. 南京工程学院学报，2009，7(3): 28-33.5 李家庆，吕静 . 浅谈休闲自行车的设计J. 电动自行车，2011，7:6-10.6 肖金花，况明泉 . 自行车的人性化设计J. 包装工程，2010，31(24): 149-153.7 马文飞. 骑车族防“自行车病”六措施N. 健康报, 1998-02-09(4).8 宋贤敦. 自行车设计J. 中国自行车，1989，3: 38-40.9 刘辛军等. 人体自行车机构分析及优化设计：量身定做自行车J. 中国科学:技术科学，2012，42(2): 174-181.10 邓益民，张仲源. 自行车车架结构尺寸的计算机辅助设
13、计J. 微机发展, 1996，6(4): 31-34.11 张聪敏. 运动自行车车架量身定做方法的研究M. 北京: 北京工业大学, 2009. 5.12 Mclean B D，Parker A W. An anthropometric analysis of elite Australian track cyclistsJ. J Sports Sci，1989，7(3): 247-255.13 Henri H C，Christiaans M，Bremner A. Comfort on bicycles and the validity of a commericial bicycle fitting systemJ. Appl Ergonom，1998，29(3): 201-211.14 Sharp R S. On the stability and control of the bicycleJ. Appl Mech Rev，2008， 61(11): 67-70.15 杨耀山, 梁桂明. 自行车的创新设计和应用J. 机械工程师，2003，1: 56-59.16 李文江, 王小元, 汪壮壮 . 一款概念自行车的设计与研究J. 滁州学院学报，2014，16(3): 80-82.
