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碳纖維自行車疲勞綜合試驗臺結構設計

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更新時間：2015-11-13
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碳纖維自行車疲勞綜合試驗臺結構設計.rar
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 國內外研究現狀和發展趨勢 4
1.2.1 國外研究現狀 4
1.2.2 國內研究現狀 5
第二章總體設計方案 7
2.1 主要研究內容 7
2.2 試驗臺整體方案的設計 7
2.3 測試部件的分析 8
2.3.1 制動性能差異 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
第三章總體結構方案 15
3.1 總體方案 15
3.2 零件裝夾方案設計 15
3.3 課題難點和關鍵技術 17
3.4 增強主體穩定性的設計與主要零部件 17
3.4.1 增強主體穩定性的設計 17
3.4.2 試驗臺主要零部件 18
第四章機械系統部分 19
4.1 電機的選擇 19
4.2 帶傳動設計 20
4.2.1 計算設計功率 20
4.2.2 選擇帶型 21
4.2.3 帶輪齒數及節圓半徑 21
4.2.4 計算帶速和帶長 23
4.2.5 計算軸間距和嚙合齒數 24
4.2.6 計算作用在軸上的力 25
4.3 梯形絲杠的參數設計及校核 26
4.3.1 絲杠材料的選擇 26
4.3.2 絲杠螺母的耐磨性計算 26
4.3.3 絲杠的穩定性計算 27
4.3.4 絲杠的剛度計算 28
4.3.5 絲杠的強度計算 29
4.3.6 螺紋牙的強度計算 29
結論 31
致謝 32
參考文獻 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常用的代步工具，由于其綠色環保、輕便靈活、價格低廉等，因此，無論是在工業發達的歐美國家，還是發展中國家，自行車始終深受人們的歡迎，形成了巨大的自行車消費市場。據不完全統計，當今世界上共有65個國家和地區生產自行車。按地區劃分，世界重要自行車生產國主要分布在亞洲、歐洲、北美地區。有資料顯示，自2005年以來世界自行車年產量大約為1.2億輛，其中自行車貿易總量7500萬輛左右，約占世界自行車總產量的63%。近年來，我國自行車工業發展迅速，生產的社會化、專業化程度越來越高，每年生產數千萬輛各種花色、規格的自行車，社會擁有數億輛，已成為名副其實的自行車王國和世界自行車制造中心。
隨著現代社會的飛快發展，自行車已不僅僅是交通和運輸工具，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、新材料的自行車出現，以使自行車外觀更具美感，重量進一步下降，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合材料，它有質量輕、強度高、剛度好、抗振性強等優點，而且具有可設計性和易成型性，從而使設計的結構有更高的結構效率。隨著碳纖維復合材料制造技術逐漸趨于成熟，碳纖維售價大幅度下降，促進了碳纖維自行車的開發研究。經過多年的發展，碳纖維復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注。
為了保證碳纖維自行車的質量和安全有效的使用，國家頒布了有關標準，有關標準中規定了各種自行車的性能和檢測試驗方法。自從我國加入WTO以來，我國自行車整車安全標準及主要零部件標準要與國際標準完全接軌，近年來歐盟、日本等國家和地區新的自行車安全標準的推行，使得企業原有的檢測設備和檢測能力不適應新標準的技術要求，對碳纖維自行車出口貿易的產品質量提出了更高要求，急需一些與新標準配套的檢測設備。鑒于以上因素，本企業充分運用當前計算機自動檢測與測量技術，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、有強身健體功能和價格便宜等特點, 被人們廣泛使用, 尤其變速自行車, 具有較好的調速功能, 爬坡性能好, 是丘陵城市消費者的主要交通工具之一。變速自行車的大規模生產必須有先進、實用、可靠而安全的變速傳動部件和外變速系統專用的質量檢測、試驗分析設備。目前的疲勞試驗機主要有以下三種: 采用凸輪- 杠桿機構撥鏈, 該裝置結構簡單、緊湊, 但使用后易產生磨損, 影響撥鏈準確性, 且通用性不好; 采用氣動控制的疲勞試驗機, 該機雖具有氣動動作迅速、反應快、維護簡單等優點, 但由于空氣可壓縮性大, 工作速度的穩定性差, 有一定的沖擊; 通過小型電動機或電磁鐵, 牽引鋼繩進行自動撥鏈, 效果也不盡人意。經過多年的努力, 我們成功地研制出變速系統綜合試驗分析機。
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。而中國是自行車生產大國，為了提高產品質量，確保人身安全，生產的自行車的各組零部件能否合格，是一個關鍵問題，因此迫切需要一種自行車零部件的檢測設備對其檢測。
疲勞失效是機器零部件失效的主要形式，因此疲勞試驗是檢測材料的重要手段，在疲勞試驗中判斷試件十是否破壞，傳統方法主要以目測宏觀裂紋的出現為依據，這種觀測方法往往難以保證準確地給出材料的疲勞壽命，而且也不能提供裂紋隨載荷、時間、溫度等外變量變化而變化的實時或連續信息。因此，研制一臺通用性好的疲勞試驗機具有實際意義。
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