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基于SolidWorks运动自行车数据库参数化设计

2017/3/16    来源:互联网    作者:刘书华  焦林      
关键字:运动自行车  车架  参数化设计  结构尺寸  数据库  
通过创建人体尺寸数据库和自行车零件库,结合运动自行车车架结构自身特点和人体工学原理,利用SolidWorks软件,进行车架结构的计算机参数化设计,探索一种适合不同人体尺寸的车架结构设计具有普遍意义的设计方法。

    1 运动自行车的组成、分类以及设计思路

    1.1 运动自行车的组成

    根据运动自行车各零部件的工作特点不同,运动自行车由传动系统(脚蹬、曲柄、链条和后轮等),导向系统(车把、前轮、前叉和车座等)和制动系统(车闸)组成,运动自行车的组成如图1所示。

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    图1 运动自行车的组成

    1.2 运动自行车的分类

    运动自行车的分类方法很多,按照运动自行车的用途不同可以分为山地、越野、极限、速降、绕标、自由骑、攀爬等。按照车架的性能不同分为:硬尾车架、软尾车架、全减震车架等。各种不同类型的自行车由于骑行者身材不同、使用环境不同、对自行车具体要求也各不相同,因此,在设计自行车时,设计参数多,考虑的影响因素也较多,给运动自行车的个性化设计带来了很多困难。

    1.3 运动自行车设计思路

    传统自行车设计耗费大量的人力、物力和财力,设计周期长,效果差。尤其对于运动自行车的设计,其使用条件特殊,具体要求各不相同,多数情况下是在比较恶劣的条件下使用,大幅度的振动和跳跃动作,要求自行车具有较高的动态性能和舒适性。因此,传统的自行车设计方法在山地车设计中存在很大的局限性。

    由于力量、速度和用途的不同,对运动自行车的结构以及舒适性要求也就各不相同,标准化、批量生产已不再是唯一的生产方式。随着计算机技术、信息处理技术、现代制造设计技术的不断完善,为运动自行车的参数化研发、设计、制造提供了一种全新的解决方案。图2是利用SolidWorks软件来实现运动自行车参数化设计系统框架图。

    2 运动自行车设计相关数据库的建立

    2.1 人体尺寸库的建立

    运动自行车作为代步和娱乐健身工具,其结构设计必然要考虑骑行者的身体尺寸特征,传统自行车设计一般是按照西方人体尺寸来设计的,无法满足中国人的需要,因此根据GB10000-88枟中国成人人体尺寸枠相关数据,采集与自行车设计有关的人体数据,为个性化设计提供数据支持。

    与运动自行车设计有关的人体尺寸包括:大腿长度(身体直立,两脚相隔十公分,人体裆部至地面的距离)、身长(锁骨之间V字型槽底部至人体裆部之间的距离)、臂长(水平站立,手臂平伸,掌心向前,测量从虎口到肋骨所在平面的距离)、肩宽(直立,双臂放松,测量肩关节处的距离)等,以此作为人体尺寸参数的主要数据进行数据库的建立。人体尺寸与自行车车架结构尺寸之间关系如表1所示。

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    图2 运动自行车参数化设计系统框架图

    表1 人体尺寸和自行车车架结构尺寸之间的关系

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    2.2 自行车零件库的建立

    由于自行车设计标准化程度低,零部件个数多以及对自行车的用途、要求千变万化,尺寸大小不同、约束限制条件不同等都给自行车设计带来很多麻烦,但对于某一类型的自行车而言,其结构大体相同,只是尺寸有所差别,建立一系列描述运动自行车设计参数和尺寸参数之间的方程,形成运动自行车零件库,按照不同的设计要求调用相关的零件库,通过对相应的零件给定不同的尺寸大小,形成系列化、标准化零件库,从而提高自行车设计的效率,为产业化生产提供保障。

    自行车零件库包括:车架、车把、前叉、车轮、曲柄、飞轮、链条以及制动系统等,各零件库按照自行车的用途、类型不同分别建库,形成系列化零件库,以供设计时调用。

责任编辑:张纯子
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