山地自行车改进设计
山地车车架有限元分析及改进
凯 o 报道。而山地车又属自行车中的高端产品, 其设 计理论对其 它
类型自行车的开发具 有重要 的指 导作用。 鉴于 山地车 骑行 路
e 况恶劣, 因此其强度设计尤为重要。 O 有限元法作为先进的现代设计方法, 在产品 开发过程中 有 E m 着重要 的意义, 而 通过 A NSY S 进行数 字化 样车的 结构 检验,
[ 2] M cK enna S P, H ill M R. H ul l a singl e l oading dir ect ion f or f at igue l ife pr edict ion an d t est ing of h andl ebars for off- road bicycles [ J ] . Int ernat ional Journal of Fat igue, 2002, 24 ( 11) : 1 149 1 157.
2007 年 3 月
刘琨, 等: 山地车 车架有限元分析及改进
41
最大计算应力值均小于其许用应力, 同样满足 强度要求。
库
例
E案 n 表 1 不同改进方案最大应力值及其变化情况
A .c 原车架 方案一 方案二
C g 最大应力/ MPa
119 96
88
r 最大应力降低值/ MPa 0
23
31
模 .o 最大应力降低幅度 0 19. 33% 26. 05%
1. 1 模型的简化
如果直接 在 AN SY S 软 件环境 下建 模将相 当复 杂, 因此, 采 用
由图 1 可 以看出, 该车 架主要 由椭圆 变截面 弯管构 成, 若 了 Pr o/ E 软件作为几 何 建模 工具, 对后 悬架 进 行三 维实 体 建
改进自行车的五种方法
自行车作为一种环保且健康的交通工具，深受人们的喜爱。
但是，随着科技的发展，我们有可能对自行车进行一些创新和改进，以提升骑行体验，增加安全性，并提高环保性能。
以下是五种可能的改进方法：
智能导航和防盗系统
首先，我们可以在自行车上安装智能导航和防盗系统。
这不仅可以帮助骑行者找到最佳的路线，还可以实时监控自行车的位置，防止被盗。
通过GPS和物联网技术，我们可以在手机上查看自行车的实时位置，如果自行车被盗，还可以远程锁定自行车，使其无法使用。
电动助力系统
对于长途骑行或者上坡骑行，电动助力系统可以大大减轻骑行者的负担。
通过安装小型电动机和电池，我们可以在需要的时候提供额外的动力。
这种系统可以通过骑行者的脚踏力量来启动，以保持骑行的自然感觉。
自适应悬挂系统
自适应悬挂系统可以根据骑行者的体重、骑行速度、路况等因素自动调整悬挂系统的硬度，提供最佳的骑行舒适性。
这不仅可以减少骑行者在不平路面上受到的冲击，还可以提高骑行的效率。
环保材料
自行车制造过程中使用的材料也可以进行改进。
例如，我们可以使用碳纤维等轻质且强度高的材料来替代传统的铝合金或钢铁，这样既可以减轻自行车的重量，又可以减少制造过程中的碳排放。
智能照明系统
智能照明系统可以根据环境光线自动调整照明的亮度和颜色。
例如，在日出和日落时，照明系统会自动调整为温暖的色调，而在夜间或阴暗环境下，则会调整为明亮的白色。
这不仅可以提高骑行者的可见度，增强安全性，还可以为骑行增添乐趣。
创新者的基因scamper思考法案例
创新者的基因scamper思考法案例"Scamper"是一种创新思考方法，由美国创新大师罗杰·冯·欧克提出，是"问题解决法"的集合，包括替代（Substitute）、合并（Combine）、适应（Adapt）、消除（Minimize或Eliminate）、反转（Reverse）和改变目的（Put to another use）等六种思考方法。
以下是一个关于Scamper思考法的案例：
案例：改进一辆自行车
1. 替代（Substitute）: 用更轻的材料如碳纤维替代自行车的部分金属部件，以减轻重量。
2. 合并（Combine）: 合并自行车的轮胎和框架，创造一个全封闭的圆环形自行车，以减少空气阻力并增强稳定性。
3. 适应（Adapt）: 借鉴跑车的设计，将自行车轮胎设计为可变宽度，以便
在高速行驶时增加稳定性。
4. 消除（Minimize）: 消除自行车上的部分零件，例如刹车线、链条等，以简化结构并降低维护成本。
5. 反转（Reverse）: 将自行车的把手和座椅的位置颠倒过来，以使骑行者
更舒适地控制方向。
6. 改变目的（Put to another use）: 将自行车设计成可折叠式，以便在需要时可以轻松地将其放入汽车后备箱或公共交通工具中。
通过使用Scamper思考法，我们可以从多个角度思考如何改进自行车，从而开发出更具创新性和实用性的产品。
自行车市场调研及改良设计
最早的自行车
二、自行车起源
18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行 车。这辆最早的自行车是木制的，它的结构比较简 单，既没有驱动装置，也没有转向装置，骑车人靠 双脚用力蹬地前行，改变方向时也只能下车搬动车 子。即使这样，当西夫拉克骑着这辆自行车到公园 兜风时，在场的人也都颇为惊异和赞叹。 世界上第 一批真正实用型的自行车出现于19世纪初。
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第三类----城市车（City/Urban Bike)
特点：车身轻，速度快， 骑行舒适，很多坐垫杆带 避震，车架材质一般为铝 合金。
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第四类----沙滩车（Cruiser)
特点：车身较重，骑行舒适，适合 在海滩边骑行，城市漫游。
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第五类----表演车/小轮车（BMX，Bicycle Motocross)
目录
自行车的发展史………………………………3-18 自行车功能分类………………………………19-23
自行车市场状况分析…………………………24-29
目前市场上一些性价比比较高的自行车……30-41 自行车调查问卷………………………………42-43
调查结果分析及市场定位……………………44-46
自行车设计……………………………………47-62 我的自行车设计………………………………63-68 我的自行车设计展板…………………………69
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自行车发展史
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一、自行车介绍
自行车是由人力脚踏驱动的、有两个车轮的陆地交通车 辆，俗称自由车、脚踏车或单车（在日本称为“自転车”； 在中国大陆、台湾通常称其为“自行车”或“脚踏车”； 在港澳则通常称其为“单车”。自行车无噪音、无污染、 重量轻、结构简单、物美价廉、使用和维修方便，既能作 为代步和运载货物的工具，又能用于体育锻炼，因而为人 们所广泛使用。而自行车究竟起源于哪个年代、由谁发明 的、之间的演变过程则很少人知道。世界上第一批真正实 用型的自行车出现于19世纪初。1817年，德国人德莱斯在 法国巴黎发明了带车把的木制两轮自行车。自行车问世后 迅速成为当时欧洲人青睐的交通工具。19世纪一些欧洲人 也构思出了一些理想的自行车图。 自行车发明的早期阶 段，人们认为越大的轮子行驶的速度越快，两名男子骑着 一辆车轮几乎为一人高的自行车。 在自行车的发明阶 段，有些人并没有把自行车的两个轮子设计成前后放置， 而是把两个轮子做成了左右放置，这种自行车的外形有些 类似轮椅。
自行车创新设计方案
自行车创新设计方案随着城市化进程的不断推进，人们对交通工具的需求也日益增长。
自行车作为一种古老而且环保的交通工具，一直以来都备受人们的喜爱。
然而，时至今日，我们是否还满意于传统的自行车设计呢？是否有新的创新设计方案可以进一步改善自行车的便利性和实用性呢？本文将探讨自行车创新设计方案，提出几个潜在的方向。
一、可折叠自行车可折叠自行车是近年来自行车设计领域的一个热门方向。
一般的自行车设计需要占用较大的存储空间，在使用过程中也不太方便携带。
而可折叠自行车通过设计紧凑的结构，使其可以在不使用时折叠成较小的体积，并方便携带。
这为城市人群提供了更大的灵活性，可以随时将自行车收纳在办公室或者公共交通工具中，不再受到空间的限制。
二、智能自行车随着智能科技的飞速发展，智能自行车成为自行车设计的又一个创新方向。
智能自行车可以通过传感器、智能手机软件等技术实现多种功能，例如导航、健康监测、防盗等。
通过导航功能，骑行者可以轻松找到目的地，不再迷路；通过健康监测功能，骑行者可以实时监测自己的心率、消耗的卡路里等健康指标；通过防盗功能，可以提高自行车的安全性，减少被盗的风险。
智能自行车的出现，极大地提高了自行车的实用性和便利性。
三、电动自行车电动自行车是另一项备受关注的创新设计方案。
随着电池技术的不断进步，电动自行车的性能和续航里程得到了极大的提升。
相比传统自行车，电动自行车可以提供电力助力，让骑行更加省力和舒适。
特别是对于老年人、上班族等需要长时间骑行的人群来说，电动自行车是一种更加合适的选择。
此外，电动自行车还可以减少对环境的污染，使出行更加环保。
四、碳纤维自行车碳纤维自行车作为一种轻量级的自行车材料，具有优异的强度和刚度。
传统自行车一般采用钢铁或铝合金材料，重量较大，不利于长时间骑行。
而碳纤维自行车由于其轻量化的特性，骑行者可以更轻松地掌控自行车，提高骑行的舒适性和稳定性。
此外，碳纤维材料还具有较好的耐腐蚀性和抗疲劳性，使自行车的使用寿命更长。
自行车的改进方案
自行车的改进方案引言自行车作为一种经济实用的交通工具，受到了广大人民群众的喜爱。
然而，随着科技的不断进步，人们对自行车的需求也在不断提高。
本文将提出一些自行车的改进方案，以进一步提升自行车的性能和使用体验。
1. 轻质材料的应用自行车的重量直接影响到骑行的灵活性和操控性。
使用轻质材料，如碳纤维和铝合金等，可以有效减轻自行车的重量，并提升其疾驰速度。
此外，轻质材料具有较好的抗腐蚀性能，对于长期在户外使用的自行车来说也能延长其使用寿命。
2. 空气动力学设计自行车的空气阻力是影响骑行速度的重要因素之一。
通过改进自行车的外形设计，优化空气动力学特性，可以降低空气阻力，提高骑行速度。
例如，可以使用附加的流线型饰板来减小气流阻碍，增加自行车的速度和操控性。
3. 骑行稳定性的改进自行车在高速骑行时容易因为路面不平或弯道过急而失去平衡。
为了提高骑行的稳定性和乘坐的安全性，可以考虑以下改进方案： - 改善悬挂系统：采用先进的悬挂系统，可以减缓路面震动和颠簸，使骑行更加舒适稳定。
- 加宽轮胎：加宽轮胎可以增加自行车与地面的接触面积，提高其抓地力，减少摩擦力对平衡性的影响。
- 改进刹车系统：提升刹车的灵敏度和响应速度，使其更加适应紧急制动的需要。
4. 配备智能系统随着物联网技术的发展，智能化已经成为现代产品的一大趋势。
将自行车与智能系统相结合，可以为骑行者提供更多的便利和安全性。
- 导航功能：自行车上配备导航系统，能够为骑行者提供准确的导航指引，避免迷路。
- 健康监测：智能系统可以监测骑行者的心率、体温等健康指标，提供实时的健康数据，帮助骑行者更好地掌握身体状况。
- 防盗功能：智能系统配备安全锁等装置，能够及时发出警报并追踪自行车的位置，提高防盗能力。
5. 可持续发展在当前推动可持续发展的时代，自行车也应该积极响应环保理念。
因此，在改进自行车的同时，也需要考虑其对环境的影响。
- 环保材料：选择可降解的材料来制造自行车部件，减少对环境的污染和资源的浪费。
和田十二法举例自行车改一改
和田十二法举例自行车改一改和田十二法举例自行车改一改自行车一直以来都是人们生活中不可或缺的交通工具之一。
在和田十二法的指导下，我们可以对自行车进行改进和创新，使其更加适应现代生活的需求。
1. 减轻重量：使用轻质材料，例如碳纤维，来制造自行车的框架和零部件，以减轻整车重量，提高骑行的效率和速度。
2. 增加电动助力：在自行车中加入电动助力系统，使其更容易上坡或者在长途骑行中减少疲劳。
这种改进将吸引更多的人选择自行车作为他们的主要交通工具。
3. 增加智能科技：将智能科技集成到自行车中，例如智能导航系统、实时健康监测、无线充电等，提供更便捷、安全和智能化的骑行体验。
4. 改进刹车系统：引入更先进的刹车系统，例如电子刹车或液压刹车，以提供更强大、灵敏的制动效果，增加骑行的安全性。
5. 提高悬挂系统：改进自行车的悬挂系统，使其更适应不同路面条件，提供更舒适的骑行体验。
6. 增加储物空间：在自行车上增加储物空间，例如在车架上或后座下方增加储物箱，方便骑行者携带个人物品。
7. 提高防盗性能：改进锁具系统，增加防盗性能，以减少自行车被盗的风险。
8. 引入可拆卸设计：设计自行车的零部件，使其更易于拆卸和更换，方便维修和更换配件。
9. 增加节能环保特性：鼓励使用可再生能源，例如太阳能或动力回收技术，使自行车更环保和节能。
10. 提高人体工学设计：根据人体工学原理，改进自行车的座椅、把手等部件的设计，提供更舒适的骑行姿势和减少对身体的压力。
11. 引入自动化技术：使用自动化技术改进自行车的喇叭、灯光等功能，提高骑行时的便利性和安全性。
12. 增加互联网连接性：将自行车与互联网连接，实现与其他自行车、交通信号灯等的通信，提供更智能、高效的交通管理和骑行体验。
通过以上的改进和创新，自行车将成为更适应现代生活的交通工具，提供更便捷、舒适、安全和环保的骑行体验。
同时，这些改进也将推动自行车产业的发展，促进人们更多骑行，减少对汽车的依赖，从而改善交通状况和环境质量。
山地自行车的优化设计
山地自行车的优化设计摘要:现代社会对自行车的需求已是必然,汽车已逐步替代了自行车出行方便的功能,而自行车则逐渐发展成了一种娱乐、寻求刺激的工具----山地自行车。
山地自行车是专门为越野(丘陵,小径,原野及砂土碎石道等)行走设计的自行车,山地自行车也分为很多种类,每种的功用和性能也根据需要有较大的差别。
下面就是从传统设计和优化设计的各个方面介绍了山地自行车的设计要求,作用和其独特的结构特点。
关键词:在当代社会,汽车已逐步替代了自行车作为了代步工具。
普通的自行车已经逐步走出了我们的视线。
但是随着生活水平的提高,更多的人为了追求刺激,寻求极限运动,山地车小轮车也走进了我们的生活。
并且被广大活泼青年所喜爱。
山地自行车作为一种产品,也经历了从传统设计到优化设计的过渡。
在此简单从传统设计和优化设计的角度分析介绍它的结构设计特点,以及与其他自行车相比它的优化性特点。
山地自行车主要有普通型,双人竞速型,自由骑型,飞跃型,速降型。
普通型是山地自行车的最基本型,用于普通的山地越野,也是山地车中最轻便最实用的车型,因强度适中,可以追求轻量化。
但因强度不高,不适合更高强度的越野,因此随着人们的需求,发展出了更高强度的飞跃型,速降型,双人竞速型等适合在野地丛林越野的山地自行车。
山地自行车整体具有刚度大,行走灵活等有特点,适于在山地,土路,非人为环境中骑行。
因其坚固、粗犷、新颖的外型、缤纷夺目的色彩、优越的骑行性能,很快成为都市青年追求的时尚。
(1)山地自行车与普通自行车有哪些不同?各有什么特点?山地车,各种部件均不同于普通自行车,具有缓冲作用、抗震性能好的轮胎,牢固结实、材料钢度大的车架,不易疲劳的把手以及即使在陡峻的坡道上也能够畅快地骑行的变速器等,都使山地车更适合与爬山越野、郊游旅行。
山地车,车速一般有10速,12速,15速,18速,21速,24速及27速。
正确运用变速器,能应付平路,上下坡,土路,顶风等复杂路况和气候,比普通自行车快速省力得多。
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2.车座长度
人体处于坐姿时，坐骨结节离臀部后缘约10-12cm，据此，车座 后端的长度范围定为10-12cm，如前一张图图所示。车座总长不同于 一般工作椅的座深，车座的总长只需给骑车者以有限的支承稳定性即 可，因为车座过长势必影响大腿前后摆动的灵活性。
同时，人体的会阴中心离坐骨结节约半个大腿厚，车座总长由坐 姿时臀部后缘到坐骨结节间距加上坐骨结节中心到会阴点间距加适当 余量而定。根据有关数据，50%的人体大腿厚约为13cm，故车座长度 范围为22-24cm(余量约取5.5cm)。
4.座垫
长时间骑车，臀部不舒服的另外一个原因就是座垫软硬不合适 所致。车座加上座垫，人坐于其上，臀部压力值大为降低，接触支 承面增大，使压力分散。但是座垫不可过软，过软不仅增加了身体 的不稳定性，而且容易使人产生疲劳；过硬又会导致臀部痛楚或麻 木。座垫的软硬应以股骨头刚好与座垫相接近，几近接触而无压力 为宜。坐垫材料必须透气，且不易打滑，座垫应缝制或钉在车座上 ，使其对起坐时的动载有良好的弹性响应。
3.座面倾角
车座后倾一定的角度，一方面可使背部抵靠靠背，获得支持， 从而降低背肌静压；另一方面则可防止坐者从座缘滑出座面。车座 后倾的角度不可太大，如果太大，身体势必前屈作业，致使脊椎拉 直，破坏正常腰椎曲线，形成一种费力姿势，一般后倾角在3°以内 为宜。
另外，有关的研究还表明，人在骑车时身体适当后倾，人体的 迎风面积减小，更有利于发力和加速，如果靠背角为90°，后倾角 在15°以内，则相当于前倾座面与靠背夹角在105°以内，属坐姿的 舒适范围。靠背对于脊椎部还能起适度的支持作用，肌肉紧张较小 ，背部压力在椎骨上分布也较均匀。基于此，座面倾角设置成可调 式，能在后倾与前倾坐姿的舒适调节范围内连续调整，并可在任意 角度锁紧，骑车者可根据需要调整车座倾角。
人体坐姿的生物力学分析
同样，车把也存在可以改进的方面。
1.车把的高度
自行车的车把如果偏低，骑车者必须弯下腰，时间久了，就会 感到腰酸背疼，胳膊疲劳。 车把的高度应保证骑车者在骑车时处于 自然坐姿或接近自然坐姿，并使颈关节、胸关节、腰关节、髋关节 、肩关节和肘关节处于舒适的调节范围内。 经实践测量，当车把的宽度接近于骑车者的最大肩宽时，人能 够自然舒适地握住车把，并能保持长时间不易疲劳。据有关的统计 数据，中等身材的人最大肩宽，男为43.1cm，女为39.7cm，因此， 车把的宽度可定为39.7-43.1cm
人体骨盆在车座上的位置
改进的方面和措施
1.车座宽度
车座后端的宽度应根据人体坐骨结节间距(50%的人群)加适当余量而定。女 性骨盆的坐骨结节间距约为23cm，男性骨盆坐骨结节间距约为20cm。据此，车 座宽度的适宜范围：男式单车为24～26cm，女式单车为26～29cm较合适。车座 前端细部宽度由会阴加较小余量确定，这个宽度不可过宽，否则会对会阴产生 较大磨擦。根据人体解剖学中的数据，可确定该宽度以6～8cm为宜，如上图所 示。
自行车把手的 形状和尺寸
3.把手的弯度
传统的自行车把手为 水平，这不符合人因工程 学原理，因为这样将会使 手腕处于背屈状态，腕部 酸痛，握力减小，长时间 操作还会引起腕道综合症 、腱鞘炎等症状。测试表 明，把手与水平位置成 10°左右效果最好，可以 降低疲劳，并且容易操作 ，还使腕关节处于放松状 态。如果必要的话，可以 考虑自行车车把的蝴蝶型 设计，如右图。
防盗问题的改进
由于山地自行车车把均为平直的车把， 可以充分利用其内部空间。环形锁塞装在横 管中，手柄通过搭扣与横管活动连接，需要 将自行车锁定时，打开搭扣，将手柄连同环 形锁从横管中取出，手柄此时充当锁舌，即 可将自行车锁定，若有非配套钥匙的异物破 坏锁芯时则防盗感应器启动警报器和强光灯， 报警的同时用强光干扰盗贼视线。
2.把手的形状
现在自行车的把手很多都是橄榄形的，其实这并不 符合人因工程学原理，因为当手握把手时，手的屈肌和 伸肌共同完成握把。 从手掌的解剖特征看，掌心部分的肌肉最少，指骨 间肌和手指部分是神经末稍满布的部位；指球肌和大、 小鱼际是肌肉丰富的部位，是手部的天然减振器。橄榄 形的把手将会使掌心受压受振，引起难以治愈的痉挛， 也会引起疲劳和操失误。把手的设计应使操作者掌心处 略有空隙，以减少压力和摩擦力的作用。如右图的把手 比较好，把手的直径太小，则扭矩随之减小；若太大， 则会减小握力，降低灵活性与作业速度，并使指端骨弯 曲增加，长时间操作还会导致疲劳，比较合适的直径为 3-4cm，因此，可把车把的直径定为大端4cm左右，小端 3cm左右。把手的长度主要取决于手掌宽度，掌宽一般 为7.1-9.7cm，因此把手的长度可定为12cm左右。
5.车座高度
如右图所示，根据人体坐姿 的生物力学分析得知，人体上身 越前倾，脊柱的弯曲程度越大， 背部肌肉受力越大。当人骑车时 ，几乎完全伏在车把上，背部与 水平面几乎平行，腰部椎间盘压 力分布不当，腰椎变形。若将座 位适当降低，一般是设计的车座 低于车把，脊柱的弯曲程度就会 降低，脊柱的形状接近自然状态 ，腰椎间盘的压力分布较均匀， 有效减轻不合理的座位设计给人 带来的伤害。
车座存在的问题分析
大多数人长时间骑自行车，都会 感到臀部疼痛。之所以如此，一部分 原因是前倾式的骑车姿势使骑车者会 阴与车座前端产生磨擦，时间一久就 会感到不舒服；一部分原因则是车座 的尺寸与人体尺寸不符所致。 根据 人体组织的解剖特性可知，坐骨结节 处是人体最能耐受压力的部位，身体 的主要重量均由骨盆下的两块面积约 为25c㎡的坐骨结节承受。故车座设 计不合适就会使坐骨结节处在车座外 缘或紧挨外缘的位置，身体的压力使 得坐骨结节被迫分离的趋势过大，由 此导致臀部的疼痛感。
山地自行车的改进设计
山地车， 因其坚固、粗 犷、新颖的外 型、缤纷夺目 的色彩、优越 的骑行性能， 很快成为都市 青年追求的时 尚。
但是长时间的 跋涉会遇到各种 路况及突发事件， 一件最让人头疼 的事就是自行车 车胎气不足，野 外环境中自行车 没有气会造成非 常大的不便。
防盗问题的分析
在日常生活中，城市中的市民骑车是会在车座下方挂 一个锁，但是有时会因与轮胎触碰而造成危险。所以，要 应人因工程对这个问题进行改进。