基于变胞原理的自行车折叠机构研究

摘要

本文对比了现有不同种类折叠自行车的折叠方式之后，发现现有主流折叠自行车在不同方面上存在有不足之处，本文旨在设计一款折叠后形状规则，占空间小，重量轻，折叠简便，两轮平行叠合，方便拖行的实用折叠自行车，能够起到简单代步的作用，可以轻松带上电梯、地铁、公交和汽车后备箱内。因此提出一种新的基于变胞原理的折叠机构方案，来克服其他折叠方案的不足，并对折叠自行车车机构进行参数设计、运动分析、静力学分析、强度分析、结构设计、运动仿真以及样机试验验证等，来保证其折叠原理的可行性以及骑乘的平稳性。本论文主要需要完成以下几个方面的工作:
　　首先:对现有的国内外各种主流折叠自行车进行研究分析，对比发现其不足之处，然后根据设计目的及变胞机构的特性，提出了一种基于变胞原理的自行车折叠机构方案。该机构通过重力约束和几何约束实现折叠过程中的构态变化，具有折叠便捷、折叠后所占空间小、实用性好等特点。
　　其次:分析上述方案提出并对个构态的构态之间的变换，根据自行车设计行业标准，结合人机工程学理论，确定了自行车折叠机构的总体尺寸，然后利用三维建模软件Solidworks的草图功能，辅助计算出折叠机构方案中的各构件的尺寸参数。
　　然后:对自行车折叠机构的折叠过程进行运动学分析，分析折叠机构各杆件所运动的角度及其位置关系，然后借鉴于国家标准测试自行车的加载方式对折叠自行车机构进行加载，对各构件进行静力学分析与计算。
　　最后:运用三维软件Solidworks对折叠机构进行结构设计、三维建模及装配，并利用该软件的Motion对该结构进行运动仿真分析，以确保其折叠可行性。然后运用有限元分析软件ANSYS Workbench对个各构件等进行应力应变的分析，确保各构件能够达到足够强度。最后利用实物样机来对以上所有理论研究，虚拟运动模拟仿真进行试验验证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．1．1 自行车的发明与改进

1．1．2 折叠自行车的优势

1．2 国内外折叠自行车的发展现状

1．3 本论文研究的目的与意义

1．4 本论文主要工作及研究内容

第2章 折叠机构原理的提出及方案设计

2．1 现有折叠方案对比

2．2 变胞机构与变胞原理

2．3 折叠机构方案设计

2．3．1 变胞折叠的原理

2．3．2 y-z平面折叠方案的对比

2．4 小结

第3章 折叠机构尺寸参数设计

3．1 现有自行车的参考尺寸

3．2 折叠机构的尺寸参数设计

3．3 利用Solidworks草图功能进行尺寸设计

3．4 小结

第4章 机构的运动学与静力学分析

4．1 折叠机构的运动学分析

4．2 折叠机构的静力学分析

4．2．1 引言

4．2．2 静力学建模

4．2．3 受力分析计算

4．3 小结

第5章 计算机仿真与样机试验

5．1 结构设计

5．1．1 SolidWork软件简介

5．1．2 折叠自行车的结构设计及三维建模

5．2 SolidWorks Motion虚拟样机运动仿真

5．2．1 虚拟样机仿真技术简介

5．2．2 Motion简介

5．2．3 运动仿真分析

5．3 关键点处有限元分析

5．3．1 ANSYS workbench简介

5．3．2 有限元分析

5．4 实物样机实验

5．4．1 实物样机的制作

5．4．2 实验结果分析

5．5 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢