动力合成的双人自行车设计说明书作品内容简介设计了一款动力合成的双人自行车,其动力合成机构是采用对称结构的负号锥齿轮差动轮系，利用其双自由度的优点，将双动力源的动力进行合成。前车手的动力通过链传动将动力传递到一侧的太阳轮，后车手同样通过链传动将动力传递到另一侧的太阳轮。最后通过行星架输出合成动力，行星架与花鼓相连，花鼓与自行车钢丝相连，这样就带动了自行车的前进。该设计为两位车手提供了独立的踩踏系统，使踩踏效率互不影响，进行有效的动力合成，并使自行车在骑行中更为省力。研制背景及意义目前，交通难已经是一公认世界性的难题，随着经济水平的不断发展，私家车的数量也急剧增多，这也就造成了汽车尾气对环境的污染，使之成为制约城市发展、降低城市生活幸福指数的一大要素，而且这一难题在短时期内得不到有效的解决。因此世界各国都纷纷提出节能减排政策，倡导人们绿色出行、健康出行。在欧美一些国家绿色出行健康出行已经成为主流，自行车更是一种时尚的标志，在路途不是很远的情况下，他们更愿意采用自行车出行。在我国更是拥有自行车王国的美名，自行车产销量占到世界产销量的一半以上，达到年产销6000万辆以上，其出口市场的占有量更高。然而我国的国内市场由于对自行车的环保、节能、健康等优点没有得到充分的宣传，交通环保理念也不是很深入人心，尤其是中高档自行车尚未普及，自行车在我国的发展还有更大的空间。这将给自行车行业的发展带来新的机遇，自行车在国内、国际市场将会出现逐年增长的趋势。现在的自行车市场，主要有单人自行车和双人（多人）自行车两种。但双人自行车市场却并不理想，这主要是两者间的本质区别和设计缺陷所造成的。双人自行车适合俩人结伴出行旅游、观光、休闲、双驱省力等，而传统的双人自行车也存在自身的缺点：两位车手不具有独立的踩踏系统，往往出现踩踏速度较慢的车手使不上力的情况。由于某一位车手对脚踏的用力范围往往在其中的一个角度，只有当其中某位车手没有用力时，另一位车手刚好在用力踩踏范围内，这时才体现出双人自行车的优点。这就是说只能在两个车手的用力时间错开的情况下才体现出传统双人自行车的优势。而这就对两位车手之间的配合有较高的要求。但是没有经过训练的普通车手往往难以掌握这个时间差。这就是传统双人自行车的弊端。本课题“动力合成的双人自行车设计”就很好的解决了以上问题。其特点就是“动力合成”。即将两位车手所提供给车的动力进行有效合成，合理利用了两位车手的输出力，真正达到双人双力的特点。而这样的合成因为动力源之间不存在相互干扰就能使动力进行叠加，所以不需要车手掌握任何骑普通单人自行车外的骑行技能，只需两个人都在踩踏各自的脚踏即可。从而通过行星轮的行星轴输出动力合成后的力。这种动力合成的双人自行车不仅可用于实实在在的骑行，也使骑车功率也更有效，速度也更快，更提高了生活的娱乐性。因此该双人自行车结合了单人自行车和双人自行车的优点，这一优点将为其赢得独有的市场并使其具有更大的意义和关注性。双人动力合成方案设计采用差动轮系将前、后骑手的踩踏动力进行合成。为使两位车手在骑行过程中的费力情况相同，所以采用两个相同的太阳轮作为动力输入。同时为了充分发挥行星齿轮传动的优点，应采用能够补偿制造误差，使各行星轮均匀分担载荷的均载机构。均载机构可降低载荷不均匀系数，提高载荷能力，降低噪音，提高运转平稳性和可靠性，降低齿轮制造精度等优点。同时为了使结构简单，尺寸小，此次设计采用对称式2K-H型负号锥齿轮差动机构。2K-H型负号锥齿轮差动机构原理图1，3）大锥齿轮（太阳轮）2,4）小锥齿轮（行星轮）H）行星架，）太阳轮转臂）后车轮中心轴双人自行车运动合成原理如图2所示，该装置安装于后车轮中心，前车手踩踏脚踏，通过链传动将动力输入到飞轮1，后车手也通过链传动将动力输入到飞轮2，飞轮1安装于大锥齿轮1上，飞轮2安装于大锥齿轮3上，大锥齿轮1和大锥齿轮3分别作为2K-H型负号锥齿轮差动轮系的两个动力源的输入端，壳体与行星齿轮轴H连成一体，构成行星架，行星架作为有效合成动力的输出端。壳体做成自行车花鼓形式，将自行车的钢丝固定在车轮钢圈和壳体之间，最终实现了自行车的前进。为了使前后车手在踩踏过程中费力情况相同，则该差动轮系中当太阳轮1和太阳轮3作为动力源输入，行星架H作为输出时，有2.1原始数据分析人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为0.7马力（510)。如果持续时间长，其值要小得多，持续lh，大约只有0.1-0.7马力（70-510kw）。在设计中取一普通成年人骑行时所输出的平均功率约为400w左右，在以下设计计算中取大锥齿轮的输入功率为400w。人在踩踏自行车时的运动是很有节奏的，一般脚踏以60r/min合适。设计时取60r/min。自行车的工作环境一般是在室外、多尘；工作时不逆转，载荷由轻微的冲击；设计工作年限为作时每天8小时。根据工程学，脚踏曲柄不宜过短也不宜过长，应有一个最适合结构的曲柄长度。参考现有市场上的曲柄长度，此设计中脚踏曲柄长度采用170mm。确定各传动的传动比3.1确定链传动的传动比为脚踏处链轮与安装于太阳轮转臂上的飞轮的齿数比，与两者直径比相一致，一般控制在2.3-4.0的范围内。利用速比关系可取得骑行时所必要的功率和必要的速度。速比要合适，如果太小，无论人的肌力有多大，由于不能充分提高转速，就得不到大的输出功率。也由于速比小，在限定的曲柄转速下，得不到必要的骑行速度（后轮转速）。速比过大时，要求的踏力也大，容易使人疲劳。为了保持不疲倦的持续骑行，而且双人自行车主要用于休闲娱乐，速比无需太大，在此设计中取3.2差动轮系的传动比由式(2)可知，太阳小一致时，行星架转速与太阳轮齿数和行星轮齿数无关，始终为差动轮系的运动和动力参数查表得2K-H型负号锥齿轮差动机构的传动效率为0.97—0.99。在此设计中我们取0.98。取滚动轴承传动效率98，齿轮传动效率98，滑动轴承效率854.1各轴转速因为飞轮安装在轴上，故其转速与飞轮转速相同，由原始数据知min链轮转速为min60r，主链轮通过链传动将动力传递到飞轮上，又因为号太阳轮转臂）min18060因为轴为后轴，后轴用于固定车架，故该轴为固定不动轴，即轴（后轮中心轴）min号太阳轮转臂）min18060由(2-2)式得，行星架的转速为H（行星架）min4.2各轴功率由原始数据分析知一普通成年人骑行时所输出的平均功率约为400w左右，在以下设计计算中取轴、轴的输入功率为400w。即号太阳轮转臂）kw号太阳轮转臂）kw行星架的功率即为轴和轴的合成功率，考虑合成过程中有因滚动轴承、齿轮传动、滑动轴承所引起的功率损失，故kw634.3各轴转矩转矩与功率之间的关系为功率P（kw）转矩T（转速n(min 0.4021.22 180 0.4021.22 180 0.6333.43 180 差动轮系的传动齿轮设计5.1 选精度等级、材料、齿数及行星轮个数 圆锥齿轮选用标准直齿圆锥齿轮，材料均为40Cr，并经调质及表面淬火，齿面硬度为43～ 50HRC。因为经过表面淬火，齿轮变形不大，故精度等级为7 为了充分发挥行星齿轮传动的优点，即多个行星轮可以均布载荷，降低每个行星齿轮受到的载荷力，提高齿轮的使用寿命 。其次为了使加工方便，最好采用对称结构。综合考虑其上两个因素，本设计的差动轮系采用三个行星齿轮。 因为该差动轮系安装于自行车后轴，又考虑到重量轻、体积小。根据该轮系选用 星轮，故选择太阳轮齿数应该为3的倍数。综合考虑以上两个因素，选取太阳轮齿数为30， 即大锥齿轮为30 大锥齿轮的分度圆2）小锥齿轮（行星轮） H）行星架 考虑到邻接条件，即保证相邻两行星轮的齿顶要不相碰。如图3 所示米乐M6，只要保证 5230 ，在本设计中取小锥齿轮（行星轮）的齿数为15。5.2 按齿面接触疲劳强度设计计算 直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度，按平均分度圆出的当量圆柱齿轮计算，工作齿宽即为

　　【考研题库】2021年西安交通大学能源与动力工程学院821有机化学考研核心题库[命名题+完成下列反应式+合成题+机理题+结构推导题]