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寧XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
腳踏式滑板車設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)老師
年 月 日
29
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘 要
為了解除踏板車在速度和使用人群上所受到的限制，滿足人們使用的需要，基于人機(jī)工程學(xué)的原理和方法，利用人體自身重力作為動(dòng)力來源，采用踩踏運(yùn)動(dòng)方式，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡單的健身踏步滑板車．該車傳動(dòng)裝置主要由主軸系和聯(lián)動(dòng)軸系組成，通過鏈傳動(dòng)保證一定的工作行程和速度，具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；采用離合裝置使主軸的運(yùn)動(dòng)靈活、可靠，避免倒車不暢的問題．實(shí)際應(yīng)用表明，該車彌補(bǔ)了傳統(tǒng)滑板車和踏步機(jī)的不足，集健身、休閑、娛樂于一體，且操作方便，安全可靠，壽命長．
關(guān)鍵詞：人機(jī)工程學(xué)，踏步，滑板車，機(jī)械設(shè)計(jì)
Abstract
In order to lift the scooter in speed and use of the crowd are subjected to the restrictions, meet people 's needs, based on the principles and methods of ergonomics, the use of the body's own gravity as the power source, the pedaling motion mode, a simple design of the time fitness scooter. The vehicle transmission device is mainly composed of a main shaft and a linkage shafting components, through a chain transmission guarantee the working stroke and speed, with enough strength and stability; the clutch device so that the spindle flexible and reliable motion, avoid reversing not the problem of free. Practical application indicates, this car to make up for the traditional scooters and still insufficient, set fitness, leisure, entertainment, and the operation is convenient, safe and reliable, long life.
Key Words: ergonomics, step, scooters, mechanical design
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
目 錄 3
第1章 緒論 1
1.1 市場調(diào)查 2
1.1.1 前言 2
1.1.2腳踏式滑板車的發(fā)展史 3
1.2腳踏式滑板車的設(shè)計(jì)分析 5
第2章 人體工程學(xué)與具體設(shè)計(jì) 9
第3章 腳踏式滑板車設(shè)計(jì)的要點(diǎn) 10
3.1 材料因素 10
3.1.1 下面就幾種材料做具體分析 10
3.1.2 材料的選擇 14
3.2 結(jié)構(gòu)因素 15
3.2.1 車架 15
3.2.2 前叉 16
3.2.3 車把及位置 17
3.2.4 前軸、后軸和中軸 18
3.2.5 前后輪 18
第4章 腳踏式滑板車設(shè)計(jì)工作原理及傳動(dòng)計(jì)算 20
4.1 動(dòng)力來源 20
4.2 傳動(dòng)裝置工作原理 20
4.3人體驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 20
4.4 軸的設(shè)計(jì) 21
4.5軸承的選型及校核 22
4.6 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性 24
4.7 鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷 25
4.8鏈傳動(dòng)的受力分析 26
參考文獻(xiàn) 28
致 謝 29
第1章 緒論
隨著人們的生活水平的提高，那么人們對于自身的生活品質(zhì)也會(huì)相應(yīng)提高，一個(gè)星期的勞累下來最適宜的放松模式就數(shù)健身了，那么人們對于健身房的的黏性就會(huì)越來越大。
一、行業(yè)現(xiàn)狀
1.行業(yè)概況
我國行業(yè)的發(fā)展始于20世紀(jì)80年代末，2000年以來，特別是我國加入 WTO和北京申奧的成功，為行業(yè)的發(fā)展提供了有利條件和發(fā)展機(jī)遇，生產(chǎn)企業(yè)數(shù)、全行業(yè)工業(yè)產(chǎn)值增長迅速。未來歐洲，亞洲和拉丁美洲將是市場的主要增長點(diǎn)，逐漸富裕的人群將會(huì)提高自己對健康生活方式的追求，并將成為的主要消費(fèi)者。
目前，我國生產(chǎn)的室內(nèi)產(chǎn)品已大量出口到歐美等發(fā)達(dá)國家，并進(jìn)入主流市場，有的還直接承擔(dān)了大批量的國際高端產(chǎn)品的對外加工。有資料顯示，國際市場上60%以上的都貼有“中國制造”，但卻很少有中國人自己的名牌。其原因是產(chǎn)品在國際市場上競爭力不高，只能為國外公司大量做加工產(chǎn)品。一方面國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)符合國際標(biāo)準(zhǔn)的，另一方面，國內(nèi)消費(fèi)者卻為國外品牌多掏兩三倍錢。這樣的尷尬至少表明一點(diǎn)，在國際上叫得響的民族品牌缺失。
2.行業(yè)經(jīng)營狀況
目前，我國已有眾多生產(chǎn)企業(yè)，世界上幾乎所有的普通類型，中國企業(yè)都在生產(chǎn)，并為大量的境外品牌進(jìn)行加工，中國制造的在國際市場上占據(jù)了約60%的份額，出口交易額達(dá) 20億美元，出口已逐漸成為我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。市場分為家用以及商用市場兩部分。隨著北京奧運(yùn)會(huì)的舉辦成功，這也為行業(yè)提供了有利條件和發(fā)展機(jī)遇。人們對于，特別是家用的需求也日益增加。而家用市場的規(guī)模也遠(yuǎn)較商用市場規(guī)模大，且增長快。
消費(fèi)者分析：國內(nèi)市場：據(jù)一項(xiàng)問卷調(diào)查資料，近年來普通家庭想購買健身器的約占43．7％。目前我國約有3億個(gè)家庭，如按1億個(gè)城市家庭計(jì)算，則有4300萬個(gè)家庭有購買需求，按每個(gè)家庭平均消費(fèi)500元計(jì)算，則有215億元人民幣的市場需求。而我國國內(nèi)銷售額1996年僅為10億元，只占市場需求1量的5％—8％，可見國內(nèi)的消費(fèi)潛力十分巨大，市場十分廣闊。根據(jù)這種市場數(shù)據(jù)顯示我們會(huì)把目標(biāo)受眾定為中低水平收入者。
存在的問題：
（1）不集中，宣傳力度不夠。據(jù)了解，目前市場上少有品牌多、品種齊全的銷售市場，都為零星分布，這樣的現(xiàn)狀不利于整個(gè)市場的紅火；另外，由于目前重視社會(huì)團(tuán)體購買和批發(fā)，商家也沒有像其他產(chǎn)業(yè)一樣進(jìn)行從影視到平面媒體的廣告?zhèn)鞑?。大?guī)模的市場推廣就少之又少。（2)不方便，未形成一站式消費(fèi)。由于市場上可購買的場所多為規(guī)模小、品種少，致使消費(fèi)者選擇的余地小。（3）不指導(dǎo)，故詢問者乏人。隨著技術(shù)含量地不斷提高，品種越來越齊全，人們在選擇器械時(shí)勢必會(huì)遇到一些棘手的問題，這就需要有專業(yè)的教練進(jìn)行有效地專業(yè)指導(dǎo)、選購，幫助消費(fèi)者購買到合適的健身器械，并根據(jù)個(gè)人的身體情況安排鍛煉時(shí)間表。但目前市場上的銷售人員多為普通服務(wù)員，對健身方面的專業(yè)知識(shí)絲毫不懂。這也在一定程度上影響了市場的走熱。
中國工業(yè)企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢，加大科技創(chuàng)新，努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)自主研發(fā)能力，有關(guān)部門應(yīng)盡快制訂出統(tǒng)一的技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)售后服務(wù)，只有這樣才能在新形勢下立于不敗之地。
目標(biāo)：提升的知名度，提升市場份額。
把目標(biāo)受眾定為中低水平收入者
要加強(qiáng)品牌的知名度，在這樣一個(gè)資訊泛濫熱點(diǎn)分散的時(shí)代，意見領(lǐng)袖的引導(dǎo)往往會(huì)幫助消費(fèi)者更快更好的獲得訊息和信心，明星代言其實(shí)就是一種將品牌具體化了的形象和心理感受，在相當(dāng)程度上起到了意見領(lǐng)袖的作用；同時(shí)消費(fèi)者對明星的喜歡和信任會(huì)轉(zhuǎn)移到由他來代言的品牌上；尤其是新品牌，需要讓消費(fèi)者迅速地認(rèn)知并接受，明星代言是非?？旖莸耐緩?。
健身俱樂部在健身館、商務(wù)會(huì)所等地舉辦健美舞蹈、人體藝術(shù) 等活動(dòng)，并定期在這些地方舉辦健美派對，贊助當(dāng)?shù)伢w育事業(yè)。渠道：現(xiàn)在電子商務(wù)方興未艾，人們會(huì)逐漸地從傳統(tǒng)的消費(fèi)模式向數(shù)字化消費(fèi)模式轉(zhuǎn)化，網(wǎng)絡(luò)媒體則是潛在用戶獲知產(chǎn)品信息的主要來源，我們的網(wǎng)站會(huì)與公司建立起關(guān)系，實(shí)現(xiàn)我們的營銷模式。
1.1 市場調(diào)查
1.1.1 前言
的設(shè)計(jì)涉及到功能、造型、材料、結(jié)構(gòu)、技術(shù)、藝術(shù)等多方面要素，有深厚的理論基礎(chǔ)和廣泛的應(yīng)用實(shí)踐價(jià)值，更是一個(gè)國家用品設(shè)計(jì)水平的最好體現(xiàn)。不僅僅用于供人休息，除了提供座位之外，還可以掛放衣物和包之類的東西。是人類坐姿活動(dòng)不可缺少的用品，根據(jù)實(shí)用性質(zhì)的不同，包括多種形態(tài)，而且由于材料、結(jié)構(gòu)等的差別，又可以形成許多不同的形式。
1.1.2腳踏式滑板車的發(fā)展史
早的古埃及的黃金扶手器材到當(dāng)前多種多樣的坐具，經(jīng)歷了一個(gè)漫長的發(fā)展歷程，從重象征性、裝飾性向重實(shí)用性、舒適性發(fā)展。發(fā)展至當(dāng)代，雖然各種在設(shè)計(jì)風(fēng)格方面的界限已經(jīng)不那麼分明，但我們?nèi)钥梢詫⑵錃w結(jié)為以下幾種：即波普及后現(xiàn)代主義風(fēng)格；簡約設(shè)計(jì)風(fēng)格；有機(jī)現(xiàn)代主義風(fēng)格：高技術(shù)派設(shè)計(jì)風(fēng)格。
的名稱始見于唐代，而的形象則要上溯到漢魏時(shí)傳入北方的胡床。敦煌285窟壁畫就有兩人分坐在上的圖象；257窟壁畫中有坐方凳和交叉腿長凳的婦女；龍門蓮花洞石雕中有坐圓凳婦女。這此圖象生動(dòng)地再現(xiàn)了南北朝時(shí)期器材、凳在仕宦貴族家庭中的使用情況。盡管當(dāng)時(shí)的坐具已具備了、凳子的形狀，但因其時(shí)沒有器材、凳的稱謂，人們還習(xí)慣稱之為“胡床”，在寺廟內(nèi)，常用于坐禪，故又稱禪床。唐代以后，的使用逐漸增多， 設(shè)計(jì)
子的名稱也被廣泛使用，才從床的品類中分離出來。因此，論及器材、凳的起源，必須從漢魏時(shí)的胡床談起。高承《事物紀(jì)原》引《風(fēng)俗通》稱：“漢靈帝好胡服，景師作胡床，此蓋其始也，今交器材是也”?！逗鬂h書。五行志一》：“漢靈帝好胡服、胡帳、胡床、胡坐、胡飯……，京都貴戚皆竟為之。”這兩段記載可證，我國古代的出現(xiàn)當(dāng)在漢靈帝時(shí)期（168-189年）。胡床在魏晉南北朝至隋唐時(shí)期使用較廣，有錢、有勢人家不僅居室必備，就是出行時(shí)還要由侍從扛著胡床跟隨左右以備臨時(shí)休息之用。胡床在當(dāng)時(shí)用品品類中是等級(jí)較高的品種，通常只有家中男主人或貴客才有資格享用。在方人雅士中還多有褒詞及生動(dòng)描述。如南朝梁庾肩吾《詠胡床詩》曰：
傳名乃外域，入用信中京。
足欹形已正，文斜體自平。
臨堂對遠(yuǎn)客，命旅誓出征。
何如淄館下，淹流奉盛明。
胡床因其形態(tài)特點(diǎn)又有“交床”和“繩床”之稱。隋朝稱“交床”，是因?yàn)樗甯咦嬉庠诩伞昂弊?，器物涉“胡”字者，咸令改之。宋。陶《清異錄》云：“胡床施轉(zhuǎn)關(guān)以交足，穿繃帶以容坐，轉(zhuǎn)縮須臾，重不數(shù)斤。相傳明皇行幸頻多，從臣扈駕，欲息無以寄身，遂創(chuàng)意如此，當(dāng)時(shí)稱‘逍遙坐’”。胡床開始并無靠背，形如今天所見的馬扎兒。唐代始有靠背。這種逍遙坐很可能就是帶靠背的胡床。胡床最早出現(xiàn)于漢代，比唐明皇早幾百年，要說為唐明皇創(chuàng)意顯然不妥。所以這里所說的創(chuàng)意，應(yīng)指增加了靠背。胡床在唐宋時(shí)期盛行，宋代尤甚，不過宋時(shí)稱胡床者漸少，而稱其為交器材的逐漸增多了。
帶靠背的胡床始自唐明皇，還可以從唐代《濟(jì)瀆廟北海壇祭器雜物銘。碑陰》的記載中得到印證，文中記有：“繩床十，內(nèi)四”。從這段記載可知在唐代貞元元年已有了的名稱。這里所說的“繩床十，內(nèi)四”是指在十件繩床中有四件是可以倚靠的，顯然是為了與另外六件無靠背繩床相區(qū)別?？梢?，的名稱雖已出現(xiàn)，在日常生活中可是常見用品，但它還未完全從床概念中分離出來。在唐代的典籍中，把稱為床的仍很普遍。唐代著名詩人杜甫在《少年行。七絕》中寫道：
馬上誰家白面郎，臨街下馬坐人床。
不通姓名粗豪甚，指點(diǎn)銀瓶索酒嘗。
設(shè)計(jì)
這里所說的床，雖反映不出是否為帶靠背的，但可以肯定決不會(huì)是睡眠用的臥具。
“器材”，也作“倚”。起源較早，但不是指供人坐的。其原為一種樹木的名稱，又名“山桐子”、“水冬瓜”，木材可做用品。唐代以前的“器材”字還有一種解釋，作“車旁”講，即車的圍欄。其作用是人乘車時(shí)有所依靠。后來的，其形式是在四足支撐的平臺(tái)上安裝圍欄，其制當(dāng)是受車旁圍欄的啟發(fā)，并沿用其名而稱這種坐具為“”了。從現(xiàn)存資料看，唐代已有相當(dāng)講究的了。如郎余令《歷代帝王像》中唐太宗所坐的為四直腿，束腰，上側(cè)安托角牙，棱角處起線，這種裝飾在明清時(shí)期稱為“混面雙邊線”。坐面上在后部立四柱，中間兩柱稍高，上裝弧形橫梁，兩端長出部分雕成龍頭，扶手由后中柱通過邊柱向前兜轉(zhuǎn)搭在前立柱上。扶手與坐面中間空當(dāng)嵌圈口花牙。扶手盡端亦雕成龍頭，與后背搭腦融為一體。坐面附軟墊、襯背。這在當(dāng)時(shí)應(yīng)是十分精制的了。唐代盧楞枷《六尊者像》中描繪的更具代表性，它用四支鈴杵代替四足，兩側(cè)有橫棖連接，扶手前柱和器材邊柱圓雕蓮花，扶手和搭腦上拱，兩端上翹并裝飾蓮花，蓮花下垂串珠流蘇，整體造型莊重華貴。鑲金墜玉的用品在當(dāng)時(shí)寺院中體現(xiàn)了高僧的尊貴與神圣。
五代至宋，高型坐具空前普及，的形式也多起來，出現(xiàn)靠背器材、扶手器材、圈器材等。同時(shí)根據(jù)尊卑等級(jí)的不同，的形制、質(zhì)料和功能也有所區(qū)別。五代至兩宋時(shí)期的用品大體保留著唐代遺風(fēng)，只是高型用品較前更加普及了。高型用品的使用在民間形成時(shí)尚，居家必備高型桌器材，這從當(dāng)時(shí)的繪畫中可見一斑。如宋代張擇端《清明上河圖》中的市肆小店，無不陳放各式高型用品。宋代《會(huì)昌九老圖》中描繪的圈器材也是前代沒有品種。在近年發(fā)掘的宋代墓葬中還有以石、陶制作的用品模型或在墓室墻壁用磚砌成或雕成各式用品，其中表現(xiàn)墓主夫婦對坐在上的場面最為普遍。如河南方城出土的石器材殘件、河北井徑縣柿莊七號(hào)宋墓墓室磚雕桌器材、柿莊二號(hào)墓墓室壁畫《對坐圖》中的桌器材、洛陽澗西宋墓墓室的磚雕用品等。這說明等高型坐具不僅在人們?nèi)粘Ｉ钪衅毡槭褂茫€被人微言輕殉葬用器。
宋代流行一種交器材，等級(jí)高于其它，稍有身份的家庭都置備交器材，供主人和貴客使用 。
1.2腳踏式滑板車的設(shè)計(jì)分析
1.2.1設(shè)計(jì)流程
是對人們活動(dòng)起輔助作用的工具，首先必須能夠承受人們活動(dòng)帶來的各種力量和沖擊。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)初期就應(yīng)該考慮到對外部沖擊的承受力，否則就不能充分體現(xiàn)的實(shí)用功能。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)在充分了解構(gòu)造的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，以達(dá)到既美觀又實(shí)用的目的。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的構(gòu)筑了如下的設(shè)計(jì)流程。
1概念化階段
概念化階段是整體設(shè)計(jì)的理念和宗旨，是保證今后具體設(shè)計(jì)得以順利進(jìn)行的前提條件。對設(shè)計(jì)概念化進(jìn)行設(shè)定的過程，涉及相關(guān)的功能性、構(gòu)造和材料以及形狀等問題。對于“某種設(shè)計(jì)為什么應(yīng)該采取那樣的形狀或構(gòu)造？”“為什么應(yīng)該用那樣的材料生產(chǎn)？”等問題，概念化階段都要做出總體的說明。設(shè)計(jì)的概念化要充分反映設(shè)計(jì)師的理念和價(jià)值，發(fā)揮他們的創(chuàng)造性，所以它不應(yīng)是其他人的意見，而應(yīng)該是設(shè)計(jì)師自己的想法。
2體化階段
具體化階段是按照在概念化階段設(shè)定的設(shè)計(jì)方案，解決用品的構(gòu)造、功能和美觀問題并創(chuàng)造出其基本形狀。在這個(gè)階段要畫很多草圖、圖樣，做出模型，還要選擇材料，討論的構(gòu)造以及其他一些細(xì)節(jié)問題等。設(shè)計(jì)的具體化階段就是創(chuàng)造出產(chǎn)品形狀的過程，簡單地講就是做出造型的外觀圖樣，并對其進(jìn)行論證。
3計(jì)用品階段
設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是將重點(diǎn)放在符合整體的外觀和核心架構(gòu)的設(shè)計(jì)上。產(chǎn)品的外觀、的造型以及穩(wěn)定的構(gòu)造應(yīng)該既反映設(shè)計(jì)師的精湛設(shè)計(jì)，又能實(shí)現(xiàn)人們對舒適的要求，這就是設(shè)計(jì)用品的重點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們以在具體化階段提出的產(chǎn)品外觀為基準(zhǔn)做出了如下的骨架模型。可以說這是為實(shí)現(xiàn)自頂向下的設(shè)計(jì)方式而做出的基本模型。
從這個(gè)骨架模型中，我們不僅可以看到體現(xiàn)著產(chǎn)品概念的外觀，還可以獲得產(chǎn)品各種配件位置和連接的信息，如核心架構(gòu)（Core），傾斜度(Tilt)，底座（Base），扶手（ArmRest）等。這可以由設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品并做出草圖的同時(shí)，從3個(gè)角度，即曲面（Surface），曲線（Curve），基準(zhǔn)面（DatumPlane）來表現(xiàn)。這種骨架模型是與上面提到的三個(gè)階段中對用品設(shè)計(jì)的內(nèi)容相聯(lián)系的，用于設(shè)計(jì)師很少接觸的筋（Rib），凸臺(tái)（Boss），體格構(gòu)造等的設(shè)計(jì)中。當(dāng)然這對于沒有相關(guān)基本知識(shí)的設(shè)計(jì)師來說幾乎是不可能的事情，但只要是在內(nèi)部開發(fā)過2個(gè)以上模型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師，都可以親自完成模型各部分器具設(shè)計(jì)。
4計(jì)檢驗(yàn)階段
通過以上各階段步驟完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)并不是完美的。尤其是與人體結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，可以說人們對產(chǎn)品設(shè)
設(shè)計(jì)
計(jì)的合理性和適用性的評(píng)判是很重要的。因此應(yīng)該對設(shè)計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)。對于的設(shè)計(jì)來說，的大腿——底座（Base）部分能否穩(wěn)定地支撐人體體重是很重要的。當(dāng)然除此之外對Back，即支撐人體背部的器材背部分和ArmRest，即扶手部分的檢驗(yàn)也是很必要的。
對底座（Base）的說明通過以上一系列說明，我們可以了解設(shè)計(jì)師對產(chǎn)品零部件進(jìn)行親自設(shè)計(jì)的整個(gè)過程。當(dāng)然比起專門的零部件設(shè)計(jì)者來說，他們的設(shè)計(jì)可能還存在著不足，但是這拓展了設(shè)計(jì)師的工作領(lǐng)域，重要的是創(chuàng)造產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師通過參與產(chǎn)品的整個(gè)開發(fā)過程，可以開發(fā)出更具親和力，符合人體工程學(xué)的產(chǎn)品。
1.3.2 設(shè)計(jì)要素
1實(shí)用性
實(shí)用性就是泛指滿足人們生活需求開始與發(fā)展的?，F(xiàn)代用品不但要可靠、適用、安全，更重要的是滿足它的使用功能與舒適度。無論是靜負(fù)荷類用品或動(dòng)負(fù)荷類用品，都應(yīng)根據(jù)人體工效學(xué)的基本法則，結(jié)合人體的生理和心理的需求，設(shè)計(jì)出合理的用品尺度的和空間分割距離，給消費(fèi)者創(chuàng)造一種最大限度的舒適和方便以及安全感、視覺美感等，最終回歸到最佳實(shí)用效果的目的上來?，F(xiàn)代用品賦予人們的美感是，通過人們的視覺、觸覺感官來體會(huì)與感應(yīng)的。而用品的實(shí)用性程度，則是通過人們的反復(fù)使用、接觸與鑒別驗(yàn)證的?，F(xiàn)代用品設(shè)計(jì)師水平的高低，只有通過努力探索、長期實(shí)踐與不斷總結(jié)，才能使自己的設(shè)計(jì)作品逐步達(dá)到日臻完善的設(shè)計(jì)追求目的。
2 藝術(shù)性
現(xiàn)代用品已不單純是簡單的日用消費(fèi)品，用品產(chǎn)品作為一種文化現(xiàn)象發(fā)展到今天，它已經(jīng)是現(xiàn)代人類生活中調(diào)劑居室環(huán)境的藝術(shù)品、裝飾品、是融藝術(shù)與實(shí)用于一體的一代全新消費(fèi)品。同時(shí)也是直接影響到室內(nèi)陳設(shè)藝術(shù)效果和現(xiàn)代居室文化品味的重要樂章和主旋律。為此，現(xiàn)代用品設(shè)計(jì)師就必須從這一高度來認(rèn)真研究與分析用品設(shè)計(jì)的要素中的藝術(shù)性問題。用品設(shè)計(jì)過程中，不可或缺地要靈活借用實(shí)用美術(shù)設(shè)計(jì)中的一些基本做法，其中如產(chǎn)品外觀形體穩(wěn)定的均衡；線型的諧和與靈氣；裝飾紋樣的生動(dòng)與形象逼真；五金輔件的格調(diào)的選擇；都需要設(shè)計(jì)師在實(shí)踐工作中，不斷提高自己的實(shí)用美術(shù)學(xué)科修養(yǎng)水平，才能適應(yīng)當(dāng)前中國國內(nèi)市場國際化的激烈競爭態(tài)勢。沒有好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，便沒有較多市場份額的占有。
3 工藝性
誠如以上所述，當(dāng)前，我國用品工業(yè)產(chǎn)品的科技制造含量已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，幾代構(gòu)造特點(diǎn)的不同工藝構(gòu)造款式的用品，都在不同的陳設(shè)環(huán)境與商場中頻煩亮相、爭奇斗妍。發(fā)展最為突出的是板式用品，或稱實(shí)木用品。70年代設(shè)計(jì)
宣傳比較多的KD型用品，今天已經(jīng)發(fā)展到具有國際先進(jìn)水平的RTA型用品。筆者可以斷言，板塊構(gòu)成，實(shí)木裝飾型的新一代板式用品將會(huì)在我國用品工業(yè)產(chǎn)品系列中，長期占有一席之地，其發(fā)展前景也是舉足輕重的。
早在1995年的《用品》雜志編委年會(huì)上，業(yè)內(nèi)著名學(xué)者專家就曾針對中國國內(nèi)用品業(yè)發(fā)展趨勢，明確提出了今后我國用品工業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)目標(biāo)應(yīng)本著“板式用品高檔化，實(shí)木用品藝術(shù)化，現(xiàn)代用品時(shí)裝化，設(shè)計(jì)手法個(gè)性化”的設(shè)計(jì)理論導(dǎo)向和真知灼見。姑且不論上述論點(diǎn)正確與否，但有一點(diǎn)勿庸置辯，現(xiàn)代用品，無論其工藝構(gòu)成特點(diǎn)與含量如何，企業(yè)為適應(yīng)國內(nèi)市場國際化的竟?fàn)幮枰?，愈來愈趨向多品種、小批量、短周期的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)方式。為便于用品實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，又要兼顧到這類產(chǎn)品的工藝特殊性，形勢迫使我們用品設(shè)計(jì)師在完成造型設(shè)計(jì)的同時(shí)，還必須把握與駕馭產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)一環(huán)的工作。先迸的技術(shù)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)造型工藝的具體手段，由于科技的發(fā)展，給復(fù)雜的造型工藝提供了可靠保證，設(shè)計(jì)師匠心獨(dú)造和綜合技術(shù)，可以創(chuàng)造出新的造型表現(xiàn)形式，傳統(tǒng)的加工方式，技術(shù)與造型的關(guān)系是同等的，現(xiàn)代用品設(shè)計(jì)師，則必須是用品工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)先進(jìn)設(shè)備與高工藝水平加工技藝的熟知者與掌握者。從事專業(yè)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員，應(yīng)該是具有新型結(jié)構(gòu)工藝制造學(xué)方面的復(fù)合型人材，方能挑起歷史賦予我們的重任。
4 經(jīng)濟(jì)性
現(xiàn)代用品設(shè)計(jì)中，經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)亦應(yīng)是設(shè)計(jì)師不容忽視的一個(gè)重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，這其中也包涵了工藝性設(shè)計(jì)的外延與內(nèi)涵，諸如加工手段與方法、材料的選擇與構(gòu)成,工藝程序排列等等。板式用品設(shè)計(jì)中的單塊構(gòu)件下料法(配料法)與零部件綜合下料法，前后兩者對比，后一種方法可節(jié)約原料8-10%。其中，同樣也包括人造板材類型的選擇與應(yīng)用；裝飾貼在材料的應(yīng)用方法與成本節(jié)約問題。目前，中國內(nèi)先進(jìn)企業(yè)的管理方法中提出的目標(biāo)成本管理法，也包容了上述經(jīng)濟(jì)性設(shè)計(jì)內(nèi)容。
舉一例，毗鄰的兩家工廠設(shè)計(jì)一種雷同的巴洛克風(fēng)格的休閑器材，由于其中一家工廠不注重研究產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)性沒計(jì)內(nèi)容和方法，忽視了物耗成本這一價(jià)值規(guī)律，結(jié)果是兩家工廠的材料利用率相差3-5%。誠然，這其中不乏含有設(shè)計(jì)師水平高低之別。現(xiàn)代用品設(shè)計(jì)師只有在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，將實(shí)用性、藝術(shù)性、工藝性、經(jīng)濟(jì)性(目標(biāo)成本法則)有機(jī)地結(jié)合與靈活運(yùn)用，才能實(shí)現(xiàn)不斷推出好的產(chǎn)品,奉獻(xiàn)給廣大消費(fèi)者
第2章 人體工程學(xué)與具體設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)尺寸是根據(jù)人體尺寸來設(shè)計(jì)的,各個(gè)部分的定位均參照人體尺寸。例如,尺寸遠(yuǎn)大于人上身長,一般是 440～450mm之間。
人體的主要尺寸:國標(biāo)GB10000-1988給出身高、體重、上臂長、前臂長、大腿長、小腿長共六項(xiàng)主要尺寸數(shù)據(jù)。
下表是我國成年人人體主要尺寸和坐姿人人體尺寸(摘自GB10000-1988《中國成年人人體尺寸》):
主要尺寸
男(18～60歲)
女(15～55歲)
百分位數(shù)
5
50
95
5
50
95
身高
1583
1678
1775
1484
1570
1659
體重∕kg
48
59
75
42
52
66
上臂長
289
313
338
262
284
308
前臂長
216
237
258
193
213
234
大腿長
428
465
505
402
438
476
小腿長
338
369
403
313
344
376
坐姿尺寸
男(18～60歲)
女(15～55歲)
坐高
858
908
958
809
855
901
坐姿頸椎
615
657
701
579
617
657
坐姿眼高
749
798
847
695
739
783
坐姿肩高
557
598
641
518
556
594
坐姿肘高
228
263
298
215
251
284
坐姿大腿
112
130
151
113
130
151
坐姿膝高
456
493
532
424
458
493
小腿加足
383
413
448
342
382
405
坐深
421
457
494
401
433
469
臀膝距
515
554
595
496
529
570
坐姿下肢
921
992
1063
851
912
975
表 我國成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸
設(shè)計(jì)要點(diǎn)：.尺度必須參照人體測量學(xué)數(shù)據(jù)確定
第3章 腳踏式滑板車設(shè)計(jì)的要點(diǎn)
3.1 材料因素
材料是實(shí)現(xiàn)腳踏式滑板車設(shè)計(jì)的物質(zhì)基礎(chǔ)，離開了材料及輔助材料的材性與工藝，其設(shè)計(jì)只能是一種抽象存在，無法體現(xiàn)其存在的意義和價(jià)值。就其主要構(gòu)件——車架而言，腳踏式滑板車車架的材料有已往使用的鉻鋁鋼以外、還有鋁、鈦、碳纖、鎂等不斷出現(xiàn)新材料。其中鋼制的車架最便宜，不過重量也最重，表面的油漆脫落后便有生銹的危險(xiǎn)，所以平時(shí)在保養(yǎng)上要下功夫。再高級(jí)點(diǎn)就是鋁合金，重量較輕，但是需要較粗的管徑才能達(dá)到與鋼管相同的強(qiáng)度，為大部分登山車所采用。表面拋光后整臺(tái)車呈現(xiàn)銀白色，很好看。碳纖維車架的特點(diǎn)是可以一體成型，不需要焊接，不過每個(gè)車架需要特殊的模具制造，成本也很高。鈦合金不但重量輕，不生銹，強(qiáng)度高，材料特性最佳，不過原料昂貴，加工困難。
3.1.1 下面就幾種材料做具體分析
1. 鉻鉬鋼(Fe—Cr—Mo)
圖3-1鉻鉬鋼車架
在腳踏式滑板車的100年歷史當(dāng)中，鐵素材是剛性與重量方面都均衡的理想素材。(如圖3.1)鐵制車架的最大特征是可在各種成份，各種粗細(xì)厚薄的鐵管中，任意選擇所需要的鐵管進(jìn)行加快。因此可以選擇最適合于的尺寸、剛性、騎感的車架，這對于數(shù)毫米的差異也敏感的老車手來說是很有好處的。它的最大的缺點(diǎn)是比起其它的素材重(過去)。但是最近的鐵素材車架經(jīng)過熱處理，把薄的管道做成粗的管來使用，其重量不會(huì)輸給輕的合金。
2. 鋁合金(A1-Mg-Si，Al—Zn—Mg一(Cu))
用鋁合金制作的車架。輕而價(jià)格低是它的優(yōu)點(diǎn)。但是從『輕』來說，當(dāng)前與鐵素材比較相差并不大。老車手對它的反應(yīng)是『雖輕但易彎曲』。雖然經(jīng)過多次改進(jìn)，但是始終克服不了楊氏彈性模量低的缺點(diǎn)。最近的鋁合金車架，為了提高楊氏彈性模量，加大管道外徑，使用扁平管，或者對鋁管進(jìn)行熱處理等，制造出輕而有剛性的車架，這種最新的鋁合金車架對車手來說，具有足夠的輕量與剛性。
鋁合金是純鋁中加入Mg，zn，si，cu等金屬的合金。鋁本身具有輕量、可塑性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，加入其他金屬后顯著提高了機(jī)械性能。
●鋁合金車架的優(yōu)點(diǎn)
(1)可以制作重量輕的車架鋁的比重輕但不夠硬，為了增強(qiáng)強(qiáng)度把它制成合金并施予熱處理。熱處理采用時(shí)效析出增強(qiáng)法，簡單地說，在金屬內(nèi)形成一種妨礙金屬變形的物質(zhì)。在某種高溫下進(jìn)行熱處理時(shí)，會(huì)引起時(shí)效析出，若沒有經(jīng)過這個(gè)程序的車架，也會(huì)引起常溫時(shí)效。就是說把車架放置在房間內(nèi)也會(huì)逐漸變強(qiáng)。
有7075標(biāo)志的腳踏式滑板車零件(如XTR曲柄等)，嚴(yán)格來講沒有經(jīng)過熱處理。也就是說因沒有時(shí)效，因此是常溫時(shí)效。7075合金本來就必要進(jìn)行熱處理，通過熱處理其強(qiáng)度可以增加5倍。
(2)長時(shí)問使用外觀不怎么變化
鋁本身是很容易受腐蝕的金屬，在空氣中幾乎不存在沒有被氧化的鋁，放置在空氣中馬上被氧化而形成很薄的氧化膜。為什么不生銹昵?原因是該氧化膜達(dá)到一定的程度時(shí)防止繼續(xù)生銹。該氧化膜幾乎是無色因此外觀上不容易發(fā)現(xiàn)變化(有時(shí)會(huì)發(fā)白)。
●鋁合金車架的缺點(diǎn)
(1)鋁是彈性率及剛性低的材料。因此采用粗的管道，或者改變形狀如cross—over管、padded管等。
(2)需要進(jìn)行熱處理必需進(jìn)行熱處理，否則強(qiáng)度不夠。因此一般的規(guī)模不大的工廠無能力購買熱處理設(shè)備。尤其是6000系的鋁合金管，多數(shù)情況是管道廠家指定熱處理?xiàng)l件。
3. 鈦、鈦合金(Ti，Ti—A—V)
美國在60年代首次使用鈦合金來制作白行車車架。鈦合金給人的印象是輕而硬。早期的鈦合金車架，作為比賽用車，剛性不足，其車架不適合于長距離賽車，也不是適用于所有的比賽，只適合用在山岳，或者Big reces，Time traial等需要輕型車的特定的場合。鈦金屬給一些人錯(cuò)覺，貴而稀有，實(shí)際上鈦是地球上埋藏量豐富的元素之一。只是由于合金的制作成本高，價(jià)格才較貴。
●鈦合金車架的優(yōu)點(diǎn)
(1)可以制作輕量而強(qiáng)度大的車架純鈦金屬的強(qiáng)度更高。在鈦金屬中添加鋁和釩，彈性更高(和鋁比較)，也有利于設(shè)計(jì)。
(2)不生銹：鈦在一般的環(huán)境下幾乎不會(huì)被腐蝕。但是它有另一種腐蝕現(xiàn)象即異種金屬腐蝕。例如，不同種類的合金接合在一起時(shí)，成為電極狀態(tài)，電位差使局部通電引起腐蝕。對此現(xiàn)象采取的措施是用脂膏等來絕緣(混有金屬粉末的脂膏，如商品名：Ti Plepu等)。這種金屬粉末防止脂膏流失，即使流失后也用來防止緊密接觸。這種金屬粉末有導(dǎo)電性也不要緊，接觸后被較小的荷重破壞掉。這種現(xiàn)象稱為『粘住』，它和『烘焙』是不同的?！赫匙 ⒁Ш稀唬航饘僦g通過腐蝕來接合的現(xiàn)象。『烘焙接合』：加工金屬時(shí)所產(chǎn)生的熱量來溶融接合。
●鈦合金車架的缺點(diǎn)
價(jià)格高。鈦在自然界以二氧化鈦的形態(tài)存在，提練及加工過程復(fù)雜，技術(shù)要求高，并花時(shí)間因此成本高。再有溶接加工極為困難，因?yàn)殁伜脱醯挠H和力極強(qiáng)，和空氣接觸后馬上變成二氧化鈦，而二氧化鈦硬而脆，該部分的強(qiáng)度會(huì)不斷下降。因此用惰性氣體小心焊接。通常所說的Tig焊接是：(Tig：鎢、惰性氣體的略語)用鎢電極及氬氣體進(jìn)行弧焊接。鈦的焊接必需隔絕空氣下進(jìn)行。由于以上原因鈦車架價(jià)格很貴。
近來有些鋁合金車架比鈦合金車架價(jià)格貴，這說明鈦合金車架的價(jià)格下降了。其因是冷戰(zhàn)結(jié)束后軍費(fèi)縮小，鈦的用量少了；優(yōu)秀的技術(shù)員開始用鈦來制作車架：制作鈦車架的成本降低等原因。
4. 碳纖維(CERP)
碳纖維車架的特征是輕、不彎曲、沖擊吸收性好，但是，充分發(fā)揮碳纖維的優(yōu)異性能，在技術(shù)上看起來不是那么容易，各碳纖維材料廠家之間的品質(zhì)差異也較大。腳踏式滑板車廠家考慮到成本問題，不大可能使用高等級(jí)的碳纖維來制作車架。圖3-2 COLNAGO牌的碳纖維車架碳纖維是把碳纖維用樹脂凝固成形的東西。(如圖3-2)非常輕，但它是具有方向性的材料(拉伸強(qiáng)但容易斷)，因此采用把薄料層層重疊的方法來解決缺點(diǎn)。但成本太高。
●碳纖維車架的優(yōu)點(diǎn)
(1)可以制作重量輕的車架
碳纖維車架是把碳纖維對著發(fā)生應(yīng)力的方向?qū)訉盈B而得到強(qiáng)度。碳纖維車架非常輕，這是它的密度和強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度構(gòu)成的。捷安特的碳纖維車架非常輕，2000年的型號(hào)1.2kg重。
(2)沖擊吸收性好
碳纖維用來制作殘疾者運(yùn)動(dòng)時(shí)用的假腿，或者特殊的彈簧等被用在各領(lǐng)域。利用它的吸收沖擊力優(yōu)異的性能，制作不用避震器的腳踏式滑板車。如SCOTT廠的ELEVATED車架是著名的。但是各個(gè)廠家之間的品質(zhì)差異較大，有的很硬，因此這種車架乘騎后才能知道好或者不好。
●碳纖維車架的缺點(diǎn)
(1)復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算
構(gòu)成碳纖維車架的是碳纖維，它的特點(diǎn)是拉伸強(qiáng)度強(qiáng)，但剪斷強(qiáng)度弱，加工時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算(縱剛性、橫剛性)，根據(jù)計(jì)算把碳纖維片重疊成型。加工技術(shù)各廠家各異，應(yīng)選擇有經(jīng)驗(yàn)可靠廠家的是很重要的。
(2)老化
使用樹脂因此會(huì)不會(huì)老化? 這是一個(gè)存在的課題，它放置在陽光下時(shí)會(huì)逐漸變白。當(dāng)然這種現(xiàn)象關(guān)系到廠家的技術(shù)。最好不要放置在陽光下。
5. 鎂合金
鎂的比重很輕(1.74)，約鐵的1/5，鈦的2/5，鋁的2/3。它是不容易腐蝕的活性金屬。它廣泛用在各種領(lǐng)域里，如照相器及電腦的外框、車輛的車圈等配件。通過合金化耐腐蝕性也得到進(jìn)一步提高。
●鎂合金車架的優(yōu)點(diǎn)
(1)可以制造重量輕的車架
它比鋁密度低，可以制造輕的車架。楊氏彈性模量稍微低些，但是可以用加粗管直徑及橢圓化等方法來解決。使用鋁合金的目的僅僅是為了減輕重量，將來可能會(huì)被鎂合金取代? 鈦和鎂的研究課題稍不同，這兩種金屬今后仍然會(huì)活躍下去。
(2)加工性好
鎂制車架加工不會(huì)差。切粉的燃燒、爆炸等能夠通過合金元素來回避的話，剪斷、溶接性可能不會(huì)差。和鈦比較起來加工性好。
●鎂合金車架的缺點(diǎn)
生產(chǎn)鎂車架的廠商都說耐腐蝕性好。但是這方面的資料當(dāng)前還很少，耐腐蝕性好到何種程度難于判斷。鎂是劇烈氧化的金屬，不小心操作錯(cuò)了很容易爆炸，純鎂一般不能使用，添加其他金屬(鋁、鋅、錳等)制成合金來使用，制成的鎂合金強(qiáng)度、機(jī)械性能都得到提高。有些人曾經(jīng)使用過鎂合金制用具，如摩托車的曲柄套等、他們說：雖然用了很久，但是很好，不會(huì)象鋁般發(fā)白。
3.1.2 材料的選擇
已經(jīng)介紹了幾種腳踏式滑板車材料，總地來說，騎感好的是鉻鉬鋼制的、要輕的是鋁制的，沖擊吸收性最好的是碳纖維。鈦合金制的上述各種性能都不是最好的，但是為什么對它感興趣呢? 因?yàn)樗怯星巴镜慕饘佟?
1．鉻鉬鋼已經(jīng)使用了很久，對它的研究也最多，除非有什么突破，鉻鉬鋼的前途可想而知的了。使用適正厚度的管道時(shí)重量是會(huì)增加，但是不容易引起金屬疲勞，這種車能帶給車手極佳的騎感。單純地追求薄壁的管道的現(xiàn)在，鉻鉬鋼應(yīng)該走自己的道路，充分發(fā)揮其優(yōu)勢，否則很可能被其他材料淘汰。
2．白行車用鋁管，當(dāng)前的設(shè)計(jì)方針很危險(xiǎn)，鋁是沒有疲勞極限，為了降低應(yīng)力應(yīng)該增加厚度。但是為了單純地謀求薄壁，使用強(qiáng)勒的新合金來制作車架。從外觀來看這些制品使人引起很不錯(cuò)的錯(cuò)覺，但是疲勞壽命將是如何呢? 鋁管的薄壁程度已經(jīng)到了極限，不可能再薄下去。結(jié)果它的命運(yùn)將和鉻鉬鋼一樣。今后鋁制腳踏式滑板車向那一個(gè)方向發(fā)展吶? 我認(rèn)為可能會(huì)成為比賽專用腳踏式滑板車的素材。若用鋁制腳踏式滑板車來練習(xí)，一定會(huì)感覺到性能的降低顯著。
3．碳纖維制腳踏式滑板車是有前途的，通過應(yīng)力計(jì)算會(huì)找到最適合的加工條件。另外是信心問題。當(dāng)前尚存在各種問題。
4．鈦管還有發(fā)展的余地，強(qiáng)度可能會(huì)超過鉻鉬鋼，現(xiàn)在己能制造1.5k的車架，鈦必定會(huì)奪去鋁的“輕量王”的寶座。另外，鈦不需要涂漆，可減少這部分的重量(20～409)。
綜合種種因素，考慮到設(shè)計(jì)初衷的理念：娛樂、休閑、時(shí)尚、旅游、便攜，結(jié)合材料的特性，選擇鈦鎂合金材料作為其主要構(gòu)件材料。
3.2 結(jié)構(gòu)因素
本次腳踏式滑板車設(shè)計(jì)運(yùn)用圓形形態(tài)組合原則，受到“新鋒銳”(New Edge)理論及圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的啟發(fā)，其整體構(gòu)架由平面倒角板材(車身部位)與直線金屬管材(腳踏式滑板車車頭碗組、座桿等部件)以及塑料、橡膠部件(腳踏式滑板車坐墊、車把手、腳踏板)(如圖3-3)；車架分為前部和后部，前部為轉(zhuǎn)向部分，以簡潔的弧線為貫穿，后部為驅(qū)動(dòng)部分，由于后部的特性——受力較大，則對后半部分進(jìn)行加固；其傳動(dòng)方式仍然保留原有的鏈條式傳動(dòng)，配備單速或速度調(diào)節(jié)器。為貫穿，其傳動(dòng)方式仍然保留原有的鏈條式傳動(dòng)，配備單速或速度調(diào)節(jié)器。就整車結(jié)構(gòu)來說，以點(diǎn)、線、面式的組合結(jié)構(gòu)為主，配上直線構(gòu)架、倒角支架板材以及富有動(dòng)感的弧線，整體造型圓滑、線條簡潔，藉由連結(jié)中央圓盤組合，且車架鋼性強(qiáng)。另外，可利用在圓盤移動(dòng)時(shí)折疊整車，實(shí)現(xiàn)便攜的功能。我所設(shè)計(jì)的腳踏式滑板車的造型設(shè)計(jì)如下圖3-3：
圖3-3 車體造型
3.2.1 車架
車架是構(gòu)成腳踏式滑板車的基體聯(lián)接著腳踏式滑板車的其余各個(gè)部件并承受騎者的體重及腳踏式滑板車在行駛時(shí)經(jīng)受各種震動(dòng)和沖擊力量，因此除了強(qiáng)度以外還應(yīng)有足夠的剛度，這是為了在各種行駛條件下，使固定在車架上的各機(jī)構(gòu)的相對位置應(yīng)保持不變，充分發(fā)揮各部位的功能。車架結(jié)構(gòu)可由設(shè)計(jì)人員創(chuàng)新，但與其他部件相關(guān)的安裝尺寸，應(yīng)嚴(yán)格控制。
在車架加工過程中，或多或少地存在加工精度問題，從后視方向觀察車輪，兩輪也不在同一平面上，使騎行產(chǎn)生“沉重”的感覺。車架立管與水平面之間的夾角稱之立管傾角。立管延長線和鞍座上表面的交點(diǎn)為鞍座的位置。一般情況下，騎車人股關(guān)節(jié)的位置大致地與鞍座位置一致。對于騎車人來說，下肢的關(guān)節(jié)相對中軸中心的位置，是決定下肢肌肉群的肌力有效利用的一個(gè)關(guān)鍵，即踏力和踏速能否獲得最佳的配合的一個(gè)關(guān)鍵。隨著踏速的提高，如果股關(guān)節(jié)的股骨運(yùn)動(dòng)角范圍不相應(yīng)地縮小，由于肌肉運(yùn)動(dòng)速度跟不上，下肢肌力就不能充分發(fā)揮。在膝關(guān)節(jié)也存在同樣情況。實(shí)驗(yàn)證明:高速腳踏式滑板車股關(guān)節(jié)相對中軸的位置應(yīng)該前移，即立管傾角增大。反之，股關(guān)節(jié)位置后移，立管傾角減小。如圖3-4：
圖3-4 車架
3.2.2 前叉
前叉有三個(gè)作用。第一個(gè)作用是支承前輪所受的重量， 第二個(gè)作用是將車把轉(zhuǎn)向動(dòng)作傳送到前輪，使腳踏式滑板車能按騎者的意愿方向行駛；第三個(gè)作用是前義下端壓有彎度，能促使腳踏式滑板車有自己向前直駛的性能，減輕騎車者操縱強(qiáng)度，并起一些緩沖作用。前叉裝在車架前管內(nèi)，能在管內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，前叉的上端與車把緊固地連結(jié)在一起，下端與前軸連接，與前輪以前軸為中心自由轉(zhuǎn)動(dòng)，組成轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。如圖3-5：
圖3-5 前叉
3.2.3 車把及位置
車把是連接著前叉，可轉(zhuǎn)動(dòng)前叉，在使用性能上主要是操縱腳踏式滑板車的行駛方向，并作為騎車者的扶手，支承著一部分騎車者的重量，在車把上安裝著制動(dòng)手把和車鈴，控制制動(dòng)和信號(hào)。車把因裝在腳踏式滑板車正前方，要求美觀合適，必須能承受一定的顛簸撞擊性能。車把和鞍座的位置影響了騎車人上半身的姿勢。車把的水平位置離地高度約等于騎車人股骨的長度。如果車把位置太高，會(huì)增加車架長度；過低，將妨礙車把的轉(zhuǎn)向。車把的垂直位置應(yīng)略高放鞍座，如果長期騎行車把位置低于鞍座位置的腳踏式滑板車，對身體是不利的。如圖3-6。
綜上所述，中軸、鞍座和車把三者的位置稱為車架的三支點(diǎn)，支配著騎車人的姿勢，對腳踏式滑板車的出力性能影響很大，是腳踏式滑板車設(shè)計(jì)工作的重要課題。關(guān)齡車架三支點(diǎn)的研究，除考慮出力性能外，還要考慮騎車人的疲勞程度、身體局部疼痛，駕駛方便程度和安全性能等因素。如圖3-7：
3-7 車把圖
3.2.4 前軸、后軸和中軸
前軸是承受由前叉?zhèn)鱽淼哪_踏式滑板車本身及騎車者的部分(約40% )重量，并通過前花盤、輻條、車圈及輪胎，將重量傳落地面和推動(dòng)前輪旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的支承，必須有足夠的強(qiáng)度和轉(zhuǎn)動(dòng)的靈活性能。
后軸有三個(gè)作用，第一個(gè)作用是承受由立管和平叉?zhèn)鱽淼哪_踏式滑板車本身及騎車者的一大部分(約60％ )重量，并通過后花盤、鏈條、車圈及輪胎，將重量傳落地面；第二個(gè)作用是推動(dòng)前輪旋轉(zhuǎn)前進(jìn)；第三個(gè)作用是驅(qū)動(dòng)全車前進(jìn)的主動(dòng)軸承。因此，后軸必須具有比前軸更大的強(qiáng)度，并需保持軸承轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。 同時(shí)為了調(diào)整鏈條的松緊度，后軸必須能前后調(diào)整，并能在合適的位置上緊固而保持不動(dòng)。和前軸一樣。
中軸是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，承受騎車者的腳踏力量。傳動(dòng)力遙過腳蹬、曲柄、鏈條、鏈輪傳到后輪，驅(qū)動(dòng)全車前進(jìn)。參照前軸。
3.2.5 前后輪
前后輪總稱車輪，一個(gè)作用是承受腳踏式滑板車本身和騎車者的全部重量，另一個(gè)作用是車輪旋轉(zhuǎn)推動(dòng)腳踏式滑板車前進(jìn)及轉(zhuǎn)向，因此必須具有足夠的強(qiáng)度，以免在行駛中受到震動(dòng)發(fā)生折斷，同時(shí)要求車輪須圓正，可保持在旋轉(zhuǎn)時(shí)平穩(wěn)，此外車輪結(jié)構(gòu)要有適當(dāng)彈性，以增強(qiáng)避震性，提高騎行者的舒適性。
胎冠的厚度和胎肩的厚度越大，滾動(dòng)阻力系數(shù)越大。胎冠的花紋呈線型、細(xì)條型、簾線的支數(shù)細(xì)，其滾動(dòng)阻力系數(shù)往往較小，多用于運(yùn)動(dòng)車。普通車對路面的抓著力、雨天的剎車力、防止側(cè)滑能力、耐久性等有較高需求，往往采用塊形花紋和簾線支數(shù)粗的輪胎，而其滾動(dòng)阻力相應(yīng)也增大。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)具體的車型選用相應(yīng)的輪胎。
圖3-13輪子
第4章 腳踏式滑板車設(shè)計(jì)工作原理及傳動(dòng)計(jì)算
4.1 動(dòng)力來源
動(dòng)力來源于人體自身的重力，當(dāng)使用者雙腳交替踩踏滑板車左、右兩踏板時(shí)，重心產(chǎn)生偏移，從而實(shí)現(xiàn)重力勢能與動(dòng)能的連續(xù)轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生滑板車運(yùn)動(dòng)持續(xù)的驅(qū)動(dòng)力，人和車體便可向前連續(xù)穩(wěn)定地滑行．
4.2 傳動(dòng)裝置工作原理
在人體自身重力作用下拉動(dòng)左(或中)鏈條向下運(yùn)動(dòng)，然后經(jīng)過兩條路線傳遞運(yùn)動(dòng)：一條是通過左(或右)飛輪將運(yùn)動(dòng)傳遞給主軸，再通過大鏈輪將運(yùn)動(dòng)傳遞給后軸，從而驅(qū)動(dòng)后輪前行；另一條是通過左(或右)鏈輪將運(yùn)動(dòng)傳遞給聯(lián)動(dòng)軸，再通過右(或左)鏈輪將運(yùn)動(dòng)傳遞給右(或左)飛輪．由于左、中兩根鏈條經(jīng)過左、右飛輪后，與左、右鏈輪的連接方向相反，因而產(chǎn)生向上的拉力，從而帶動(dòng)右(或左)踏板向上運(yùn)動(dòng)。
4.3人體驅(qū)動(dòng)力計(jì)算
估算驅(qū)動(dòng)功率最小為0.19kW，估算的牽引力約為265N。
4.4 軸的設(shè)計(jì)
圖4-1軸受力分析圖
由靜力平衡方程
求得支反力為
以梁的左端為坐標(biāo)原點(diǎn)，選取坐標(biāo)系如圖4.9a所示。集中力F作用于C點(diǎn)，梁在AC和CB兩段內(nèi)的剪力或彎矩不能用同一方程式來表示，應(yīng)分段考慮。在AC段內(nèi)取距原點(diǎn)為x的任意截面，截面以左只有外力，根據(jù)剪力和彎矩的計(jì)算方法和符號(hào)規(guī)則，求得這一截面上的和M分別為
（a）
(b)
這就是在AC段內(nèi)的剪力方程和彎矩方程。如在CB段內(nèi)取距左端為x的任意截面，則截面以左右和F兩個(gè)外力，截面上的剪力和彎矩是
(c)
(d)
當(dāng)然，如用截面右側(cè)的外力來計(jì)算會(huì)得到相同的結(jié)果。
由(a)式可知，在AC段內(nèi)梁的任意截面上的剪力皆為常數(shù)，且符號(hào)為正，所以在AC段(0
10r／min),可按基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值選擇軸承，然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當(dāng)軸承可靠性為90％、軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，取500h作為額定壽命的基準(zhǔn)，同時(shí)考慮溫度、振動(dòng)、沖擊等變化，則軸承基本額定動(dòng)載荷可按下式進(jìn)行簡化計(jì)算。
C——基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；
P——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；
fh——壽命因數(shù)；1
fn——速度因數(shù)；0.822
fm——力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)取1.5，較大時(shí)取2；
fd——沖擊載荷因數(shù)；1.5
fT——溫度因數(shù)；1
CT——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷，N；
查表得，fh=1；fn=0.822；fm=1.5；fd=1.5；fT=1。
在本輸送裝置中，可以假設(shè)軸承只承受徑向載荷，則當(dāng)量動(dòng)載荷為：
P=XFr+YFa
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-18，得，X=1，Y=0；
所以，P=Fr=1128N。由以上可得：
本輸送機(jī)中的軸承承受的載荷多為徑向載荷，所以選取深溝球軸承，查文獻(xiàn)的附表，并考慮軸的外徑，選取軸承6305-RZ，其具體參數(shù)為：內(nèi)徑d=25mm，外徑D=62mm，基本額定載荷，基本額定靜載荷，極限速度為10000r/min，質(zhì)量為0.219kg。
然后校核該軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的計(jì)算公式為：
式中：
——基本額定靜載荷計(jì)算值，N;
——當(dāng)量靜載荷，N；
——安全因數(shù);
——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷，
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，對于深溝球軸承，其當(dāng)量靜載荷等于徑向載荷。
查文獻(xiàn)[3]的表6-2-14知，安全系數(shù)
則軸承的基本額定靜載荷為：
由上式可知，選取的軸承符合要求
4.6 鏈傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)特性
由于鏈?zhǔn)怯蓜傂枣湽?jié)通過銷軸鉸接而成，當(dāng)鏈繞在鏈輪上時(shí)，其鏈節(jié)與相應(yīng)的輪齒嚙合后，這一段鏈條將曲折成正多邊形的一部分。該正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距p，邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)z，鏈輪每轉(zhuǎn)過一圈，鏈條走過zp長，所以鏈的平均速度v為
==
式中： 、——分別為主、從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)；
、——分別為主、從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速，r/min。
鏈傳動(dòng)的平均傳動(dòng)比
因?yàn)殒渹鲃?dòng)為嚙合傳動(dòng)，鏈條和鏈輪之間沒有相對滑動(dòng)，所以平均鏈速和平均傳動(dòng)比都是常數(shù)。但是，仔細(xì)考察絞鏈鏈節(jié)隨同鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過程就會(huì)發(fā)現(xiàn)，鏈傳動(dòng)的瞬間傳動(dòng)比和鏈速并非常數(shù)我們知道，鏈條由剛性鏈板通過鉸鏈連接而成。當(dāng)鏈條繞在鏈輪上時(shí)，其形狀如圖所示：
在主動(dòng)鏈輪上，鉸鏈A正在牽引鏈條沿直線運(yùn)動(dòng)，繞在主動(dòng)鏈輪上的其他鉸鏈并不直接牽引鏈條，因此，鏈條的運(yùn)動(dòng)速度完全有鉸鏈A的運(yùn)動(dòng)所決定。鉸鏈A隨同主動(dòng)鏈輪運(yùn)動(dòng)的線速度方垂直于AO，與鏈直線運(yùn)動(dòng)方向的夾角為。因此，鉸鏈A實(shí)際用于牽引鏈條運(yùn)動(dòng)的速度為
式中。為主動(dòng)鏈輪的分度圓半徑，m。因?yàn)槭亲兓模约词怪鲃?dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速恒定，鏈條的運(yùn)動(dòng)速度也是變化的。當(dāng)=時(shí)，鏈速最低；當(dāng)=0，鏈速最高，是主動(dòng)鏈輪上的一個(gè)鏈節(jié)所對的中心角。鏈速的變化呈周期性，鏈輪轉(zhuǎn)過一個(gè)鏈節(jié)，對應(yīng)鏈速變化的一個(gè)周期。鏈速變化的程度與主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)有關(guān)。轉(zhuǎn)速越高、齒數(shù)越少，則鏈速變化范圍越大。
在鏈速變化的同時(shí)，鉸鏈A還帶動(dòng)鏈條上下運(yùn)動(dòng)，其上下運(yùn)動(dòng)的鏈速 也是隨鏈節(jié)呈周期性變化的。
在主動(dòng)鏈輪牽引鏈條變速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，從動(dòng)鏈輪上也發(fā)生著類似的過程。從動(dòng)鏈輪上的鉸鏈C正在被直線鏈條拉動(dòng)，并由此帶動(dòng)從動(dòng)鏈輪以轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)殒溗俜较蚺c鉸鏈的C的線速度方向之間的夾角為，所以鉸鏈C沿圓周方向運(yùn)動(dòng)的線速度為
式中，為從動(dòng)鏈輪的分度圓半徑，
由此可知從動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速為
在傳動(dòng)過程中因?yàn)樵趦?nèi)不斷變化，加上也是不斷變化，多以即使是常數(shù)，也是周期性變化的。
從上式中可得鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比為
可見鏈傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的。鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比變化與鏈條繞在鏈輪上的多邊形特征有關(guān)，故以上現(xiàn)象稱為鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)。
4.7 鏈傳動(dòng)的動(dòng)載荷
鏈傳動(dòng)在工作過程中，鏈速和主從鏈輪的轉(zhuǎn)速都是變化的，因而會(huì)引起變化的慣性力及相應(yīng)的動(dòng)載荷。
鏈速變化引起的慣性力為=ma
式中：—緊邊鏈條的質(zhì)量，kg;
—鏈條變速運(yùn)動(dòng)的加速度，/。
如果視主動(dòng)鏈輪勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則
當(dāng)時(shí),
(
從動(dòng)鏈輪因角加速度引起的慣性力為
式中：J—從動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化到從動(dòng)鏈輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，;
—從動(dòng)鏈輪的角速度，rad/s.
鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，節(jié)距越大，齒數(shù)越少，則慣性力就越大，相應(yīng)的動(dòng)載荷也就越大。同時(shí)，鏈條沿垂直方向也在做變速運(yùn)動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)載荷。
此外，鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間的相對速度，也將引起沖擊和振動(dòng)，當(dāng)鏈節(jié)和鏈輪輪齒接觸的瞬間，因鏈節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度和鏈輪輪齒的運(yùn)動(dòng)速度在大小和方向上的差別，從而產(chǎn)生沖擊和附加的動(dòng)載荷。顯然，節(jié)距越大，鏈輪的轉(zhuǎn)速越高，則沖擊越嚴(yán)重。
4.8鏈傳動(dòng)的受力分析
鏈傳動(dòng)在安裝時(shí)，應(yīng)使鏈條受到一定的張緊力。張緊力是通過使鏈條保持適當(dāng)?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力來獲得的。鏈傳動(dòng)張緊的目的主要是使松邊不致過松，以免出現(xiàn)鏈條的不正常嚙合、跳齒或脫鏈。因?yàn)殒渹鲃?dòng)為嚙合傳動(dòng)，所以與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)所需的張緊力要小得多。
鏈傳動(dòng)在工作時(shí)，存在緊邊拉力和松邊拉力。如果不計(jì)傳動(dòng)中的動(dòng)載荷，則緊邊拉力和松邊拉力分別為
式中： F— 有效圓周力，N;
F— 離心力引起的拉力，N；
F— 懸