碳纤维自行车疲劳综合试验台结构设计
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目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.1.1 课题研究背景 1
1.1.2 课题研究意义 3
1.2 国内外研究现状和发展趋势 4
1.2.1 国外研究现状 4
1.2.2 国内研究现状 5
第二章 总体设计方案 7
2.1 主要研究内容 7
2.2 试验台整体方案的设计 7
2.3 测试部件的分析 8
2.3.1 制动性能差异 8
2.3.2 车架-脚蹬力测试分析 10
2.3.3 车架-水平力测试分析 10
2.3.4 车架-垂直力测试分析 11
2.3.5 前叉-弯曲力测试分析 11
2.3.6 曲柄组合件测试分析 12
2.3.7 鞍管测试分析 13
第三章 总体结构方案 15
3.1 总体方案 15
3.2 零件装夹方案设计 15
3.3 课题难点和关键技术 17
3.4 增强主体稳定性的设计与主要零部件 17
3.4.1 增强主体稳定性的设计 17
3.4.2 试验台主要零部件 18
第四章 机械系统部分 19
4.1 电机的选择 19
4.2 带传动设计 20
4.2.1 计算设计功率 20
4.2.2 选择带型 21
4.2.3 带轮齿数及节圆半径 21
4.2.4 计算带速和带长 23
4.2.5 计算轴间距和啮合齿数 24
4.2.6 计算作用在轴上的力 25
4.3 梯形丝杠的参数设计及校核 26
4.3.1 丝杠材料的选择 26
4.3.2 丝杠螺母的耐磨性计算 26
4.3.3 丝杠的稳定性计算 27
4.3.4 丝杠的刚度计算 28
4.3.5 丝杠的强度计算 29
4.3.6 螺纹牙的强度计算 29
结论 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.1.1 课题研究背景
自行车是人们出行时常用的代步工具，由于其绿色环保、轻便灵活、价格低廉等，因此，无论是在工业发达的欧美国家，还是发展中国家，自行车始终深受人们的欢迎，形成了巨大的自行车消费市场。据不完全统计，当今世界上共有65个国家和地区生产自行车。按地区划分，世界重要自行车生产国主要分布在亚洲、欧洲、北美地区。有资料显示，自2005年以来世界自行车年产量大约为1.2亿辆，其中自行车贸易总量7500万辆左右，约占世界自行车总产量的63%。近年来，我国自行车工业发展迅速，生产的社会化、专业化程度越来越高，每年生产数千万辆各种花色、规格的自行车，社会拥有数亿辆，已成为名副其实的自行车王国和世界自行车制造中心。
随着现代社会的飞快发展，自行车已不仅仅是交通和运输工具，已具有集健身、旅游、竞赛等多种功能。因此迫切需要有新形态、新材料的自行车出现，以使自行车外观更具美感，重量进一步下降，骑乘舒适性更好。自行车档次的高低取决于材料的选择和做工。典型的低、中、高档自行车构架分别由碳钢、铬钼合金及铝合金和碳纤维制造。碳纤维是一种新型的复合材料，它有质量轻、强度高、刚度好、抗振性强等优点，而且具有可设计性和易成型性，从而使设计的结构有更高的结构效率。随着碳纤维复合材料制造技术逐渐趋于成熟，碳纤维售价大幅度下降，促进了碳纤维自行车的开发研究。经过多年的发展，碳纤维复合材料已成为高档自行车车架的主流材料，受到了越来越多的关注。
为了保证碳纤维自行车的质量和安全有效的使用，国家颁布了有关标准，有关标准中规定了各种自行车的性能和检测试验方法。自从我国加入WTO以来，我国自行车整车安全标准及主要零部件标准要与国际标准完全接轨，近年来欧盟、日本等国家和地区新的自行车安全标准的推行，使得企业原有的检测设备和检测能力不适应新标准的技术要求，对碳纤维自行车出口贸易的产品质量提出了更高要求，急需一些与新标准配套的检测设备。鉴于以上因素，本企业充分运用当前计算机自动检测与测量技术，急需研制一种碳纤维自行车整车及主要零件的疲劳测试平台。
自行车具有无污染、有强身健体功能和价格便宜等特点, 被人们广泛使用, 尤其变速自行车, 具有较好的调速功能, 爬坡性能好, 是丘陵城市消费者的主要交通工具之一。变速自行车的大规模生产必须有先进、实用、可靠而安全的变速传动部件和外变速系统专用的质量检测、试验分析设备。目前的疲劳试验机主要有以下三种: 采用凸轮- 杠杆机构拨链, 该装置结构简单、紧凑, 但使用后易产生磨损, 影响拨链准确性, 且通用性不好; 采用气动控制的疲劳试验机, 该机虽具有气动动作迅速、反应快、维护简单等优点, 但由于空气可压缩性大, 工作速度的稳定性差, 有一定的冲击; 通过小型电动机或电磁铁, 牵引钢绳进行自动拨链, 效果也不尽人意。经过多年的努力, 我们成功地研制出变速系统综合试验分析机。
自行车是重要的交通工具之一，与人们的切身利益息息相关。而中国是自行车生产大国，为了提高产品质量，确保人身安全，生产的自行车的各组零部件能否合格，是一个关键问题，因此迫切需要一种自行车零部件的检测设备对其检测。
疲劳失效是机器零部件失效的主要形式，因此疲劳试验是检测材料的重要手段，在疲劳试验中判断试件十是否破坏，传统方法主要以目测宏观裂纹的出现为依据，这种观测方法往往难以保证准确地给出材料的疲劳寿命，而且也不能提供裂纹随载荷、时间、温度等外变量变化而变化的实时或连续信息。因此，研制一台通用性好的疲劳试验机具有实际意义。
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