基于液壓減震器的自行車(chē)避震車(chē)輪的分析與設(shè)計(jì)

周燕 秦廣 龔江濤 鄒洛 屈通

摘 要：設(shè)計(jì)一款基于液壓減震器的集成式避震自行車(chē)輪，以提高自行車(chē)騎行過(guò)程中的舒適度。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用機(jī)械校核，設(shè)計(jì)出了避震自行車(chē)輪詳細(xì)結(jié)構(gòu)，并得出了其具體參數(shù)。為采用液壓減震器的自行車(chē)輪的設(shè)計(jì)提供了理論支持，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：集成式避震自行車(chē)輪;機(jī)械校核;理論支持

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.017

1 前言

以色列公司生產(chǎn)出了Fluent自行車(chē)避震車(chē)輪SoftWheel，該車(chē)輪通過(guò)氣壓減震原理來(lái)實(shí)現(xiàn)減震目的，車(chē)輪的支撐元素是三個(gè)氣壓減震器。

本文通過(guò)對(duì)基于液壓減震器的自行車(chē)避震車(chē)輪進(jìn)行機(jī)械校核，設(shè)計(jì)出避震車(chē)輪的詳細(xì)結(jié)構(gòu)與參數(shù)，為采用液壓減震器的自行車(chē)輪的設(shè)計(jì)提供理論支持。

2 車(chē)輪靜載荷分析

對(duì)車(chē)輪模型受力進(jìn)行具體參數(shù)設(shè)定和計(jì)算，其中，設(shè)車(chē)輪總受力為100kg，由于自行車(chē)重心靠后輪，因此，初設(shè)后輪處60kg。該設(shè)計(jì)車(chē)輪外圈尺寸為自行車(chē)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)件，其內(nèi)徑為660mm。

靜載荷下的受力分析：

其中AA，BB，CC代表支承輻條，以O(shè)點(diǎn)為中心均勻分布：以AA為例，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析：其中，OA與豎直方向Y軸夾角為α，A處切線(xiàn)方向與AA夾角為θ，則∠AOA=α;所以，由幾何分析AA與Y軸的夾角為（90°-α-θ）;又因?yàn)椤螦OB=120°，所以∠BOY=120°-α。

由上綜合可得BB與Y軸的夾角為：180°-（120°-α）-（90°-θ）即：（α+θ-30°），∠COY=180°-θ-120°=60°-θ。

CC與Y方向的夾角為：（180°-90°-θ）+（180°-120°-α），即：（150°-θ-α）。

將AA，BB，CC方向的力分解到O點(diǎn)，由平衡公式，其中垂直于OA，OB，OC方向的力相互抵消，可得：

3 車(chē)輪動(dòng)載荷分析

在車(chē)輪受到?jīng)_擊振動(dòng)時(shí)，設(shè)受到?jīng)_擊力為FQ，則車(chē)輪受到的總力為：

在上述的分析中，θ的變化對(duì)避震器的受力狀況無(wú)影響，而避震器的單向受力（不受其他方向力而產(chǎn)生摩擦）時(shí)，其壽命最長(zhǎng)，因此，取θ=0°。

參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選6001-2RSH軸承，其外徑為28mm，若以通常的28+4=32mm設(shè)計(jì)軸皮，其穩(wěn)定性較差。綜合考慮，取輪皮向外擴(kuò)張至Ф120mm，在Ф120mm的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)與避震器連接的結(jié)構(gòu)。

4 車(chē)輪輪轂設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)自行車(chē)的花鼓如圖所示，通過(guò)6×M5的輻條孔與輻條相連，起到支承輪圈和傳遞力的作用。傳統(tǒng)花鼓內(nèi)部的結(jié)構(gòu)已經(jīng)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，在設(shè)計(jì)中，花鼓的內(nèi)部設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)花鼓的結(jié)構(gòu)形式。

如圖5所示，連接件主要是將避震器襯套與花鼓相連，從而傳遞力和力矩。連接件設(shè)計(jì)為圓形的凹槽，與襯套連接部分內(nèi)陷3mm，方便襯套的安裝。

圖6所示輪轂是由傳統(tǒng)自行車(chē)花鼓與連接件裝配獲得，其作用與傳統(tǒng)花鼓的作用相同，是將連接器套在花鼓上，并用緊定螺釘固定來(lái)實(shí)現(xiàn)的該結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)語(yǔ)

集成式避震自行車(chē)輪用三個(gè)同圓心呈均勻分布的液壓避震器代替?zhèn)鹘y(tǒng)輻條的作用，因此，內(nèi)陷的圓盤(pán)起著與輻條孔相似的作用，將避震器的襯套通過(guò)連接軸于盤(pán)內(nèi)小孔進(jìn)行裝配固定，從而支撐車(chē)輪外圈。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，花鼓的內(nèi)部結(jié)構(gòu)沿用行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，減少了其加工成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃——集成式減震自行車(chē)輪的設(shè)計(jì)（201810616006）

作者簡(jiǎn)介：周燕（1998-），女，四川人，本科，研究方向：工業(yè)工程。