自行车结构分析

2020/1/291自行车结构分析王众张然2020/1/292研究内容概述自行车的车把的应力、应变情况自行车主要承重结构的受力情况2020/1/293自行车结构的力学模型简化自行车的结构一般采用薄壁圆形杆件，其实际连接状态为焊接，虽然焊接处将存在一部分的残余应力，但自行车结构可以简化为以下力学模型2020/1/294应变片的主要位置以及杆件尺寸2020/1/2952020/1/296上下2020/1/297车把的加载方案人扶把时应力的测量利用砝码进行实验模拟2020/1/298人加载时车锁梁的承重-50-40-30-20-1001234567次数应变值绿红人加载时车身左右摇晃，不利于静态实验进行，因此不能证明车体是否垂直于地面。2020/1/299两个加在后座-14-12-10-8-6-4-201234次数应变值绿红砝码实验模拟的实验数值2020/1/2910两个加在后架-5-4-3-2-101234次数应变值绿红可见实验数值基本稳定。实际上，重量加载在后车座上，后斜梁几乎不发生应变。2020/1/2911分别加在后架和车座-10-8-6-4-2012345次数应变值绿红2020/1/2912车把弯扭组合实验数据分析右侧με左侧με右侧加20N60左侧加20N06同时加20N682020/1/2913上下2020/1/2914右把加载εο上ε-45ε45εο下ε-45ε45管3132-15-30-367右20N2827-8-27-251全20N3029-8-29-272全20N2624-10-30-282此数据是在测量人坐在车上后，给车把的应变数值进行理想化模拟：给车把左右套上刚管以便在车把上加砝码，在数值接近人加载数值后，进行实验，数据显示车把中间是由铰链连接加固。结论：经过铰链加固的车把钢管不再传递力矩2020/1/2915测弯去扭με测扭去弯μεΕds左34.66.17Εds右38.64.8采用全桥法：2020/1/2916（MP）左右左右测σw4.7395.287测τn0.2430.19理论σw4.6134.613理论τn0.3250.325误差2.7%14.6%误差--说明：1/4桥接法误差较大，所以用了全桥，扭转应力小于1，不进行误差计算。结论：理论与实际中，扭转应变很小,/εds/10,τn〈1可以近似忽略2020/1/2917人加载时车把受力比较人加载时的车把受力-100-500501001234567次数应变左侧左侧白左侧红2左侧红竖贴黄加强部分红加强部分黄右侧右侧绿右侧黑右侧红右侧绿右侧白右侧黑由此图可以看出，加强部分的应变很小，其他对称位置的应变基本呈现对称形势。因此实验时车基本水平。2020/1/2918自行车主要承重结构分析横梁2020/1/2919自行车在承受静载荷时各梁的负荷不同，其中主梁受弯最大，因此各种自行车都必须设计主梁或将主梁倾斜一定角度从而承受人施加给的弯距。2020/1/2920有些早期出产的24型女车，其主梁为U型结构，因此其需要将主梁加固。电动自行车就将其主梁进行了加固，从而达到其本身的功能布局。2020/1/2921斜梁此梁也受弯距，但与主梁比较，显得很小。2020/1/2922εεε2020/1/2923自行车的车座梁受弯最小，只受轴向拉压，因此某些赛车将此梁设计成为断梁的形式，并在此安装减震器，从而达到较好的效果。2020/1/2924自行车的车把虽然车把受到弯扭组合影响，可是扭矩的影响很小。实际上，对于普通型自行车，人坐在车上，由于车把受扭很小，所以车把可以设计的尽量舒服，美观。但是车把受扭的考验是在自行车行使中突然捏闸时，扭矩会突然增大。但是本实验受于静态的限制，无法对其状态进行模拟。2020/1/2925研究展望车座设计在什么位置上生物能可以得到最高利用人能平稳地骑行前进，是依靠车把两端和车座三个支撑点形成一个平面，来维持平衡的。在这三个点中，车座是主要支撑点，它承受着大部份身体的重量。除了掌握正确的骑行姿势，我们是否可以从结构上考虑，进一步降低能量的消耗。2020/1/2926人在骑车时要考虑空气阻力的问题，人们骑车向前进时，必须突破空气阻力，这就需要力量。下图的车座升的很高，就是为了减少空气阻力而设计的。2020/1/2927通过学习自行车的发展史，可知1815年，世界上第一辆自行车出现在法国，借助脚蹬地的反作用力，使车轮向前滚动。1869年，法国人玛金在前轮上加了脚蹬，到1890年，英国一个医生把实心轮胎改为充气轮胎，减少了与地面的摩擦力，提高了车速。是否可以从结构入手，通过优化结构，提高车速？通过实验，初步设想通过改变自行车的主梁，斜梁，车锁梁的长短和角度，来改变人的重心位置，从而达到提高车速的目的。2020/1/2928谢谢大家！