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。
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。
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
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。