立項報告最終版

1、編號：哈爾濱工業(yè)大學大一年度項目立項報告項目名稱：新型無級變速自行車項目負責人：孫笑云學號：1120810505聯(lián)系電話子郵箱： y3002院系及專業(yè)機電工程學院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)指導教師：王濱生職稱：高級工程師聯(lián)系電話電子郵箱： wbs3282院系及專業(yè)機電工程學院機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)哈爾濱工業(yè)大學基礎(chǔ)學部制表填表日期：2012年 11月 4日1一、項目團隊成員 （包括項目負責人、按順序）姓名性別所在院學號身份證號本人簽字孫笑云男機電工程1120810505231102199507170213霍志浩男機電工程112081050

2、3130131199310164837劉鵬程男機電工程1120810527654126199304170514二、指導教師意見簽名：年月日三、項目專家組意見組長簽名：（ 學院蓋章）（ 學部蓋章）年月日2四、立項報告 （字數(shù)在 2000 字以上）（一）立項背景（研究現(xiàn)狀、趨勢、研究意義等）（二）項目研究內(nèi)容及實施方案（三）進度安排（四）中期及結(jié)題預期目標（即中期檢查和結(jié)題驗收時考核的依據(jù)）（五）主要參考文獻 （參考文獻書寫順序：序號 作者 . 文章名 . 學術(shù)刊物名 . 年，卷（期）：引用起止頁 . ）編號：3立項報告機電工程學院孫笑云霍志浩劉鵬程指導教師：王濱生職稱：高級工程師論文摘要：自行車

3、自 17 世紀初問世以來，在三個世紀的發(fā)展中不斷發(fā)生創(chuàng)新與改變。但隨著工業(yè)革命與科技水平的不斷發(fā)展， 自行車作為無動力的交通工具正逐步被駕乘舒適度更高的汽車所取代。 尤其在經(jīng)濟快速發(fā)展而群眾環(huán)保意識單薄的中國，汽車所帶來的污染與道路堵塞已經(jīng)成為一個不容忽視的問題。因此在新的時代背景下，自行車重新成為人們出行的最佳交通工具。一方面騎自行車擺脫汽車擁堵、油耗、停車等諸多限制，而且騎車實際也可以達到鍛煉身體的目的， 另一方面自行車不產(chǎn)生污染，是低碳環(huán)?？谔栂伦顬槔硐氲某鲂泄ぞ摺Ｋ则T車外出的出行方案勢必重新成為群眾關(guān)注的焦點。有鑒于此， 為了使人們的出行更加綠色方便，本組計劃對自行車進行創(chuàng)新設(shè)計，進

4、行了對新型無級變速自行車的研究。關(guān)鍵詞：自行車新型 無級變速立項一立項背景自行車是目前最符合低碳環(huán)保主旨的交通工具。 無論社會如何向前發(fā)展， 自行車都不會退出歷史舞臺。對于目前的自行車，普遍性已經(jīng)很高，種類也很多。然而傳統(tǒng)自行車自1801 年發(fā)明以來一直沒有本質(zhì)上的改變，單純通過腳蹬改變轉(zhuǎn)速的方式已經(jīng)與當今強調(diào)駕乘靈活性的社會現(xiàn)實背道而馳。1902 年,英國史都梅 -阿切爾公司在自行車后輪裝上了變速器從而誕生的有級式變速自行車無疑使自行車的駕乘體驗提升到新的高度。 因此本組將就有級變速自行車的基本工作方式進行改進，研發(fā)新型無級變速自行車。1.現(xiàn)狀就現(xiàn)在來說，作為順應時代的發(fā)展的產(chǎn)物， 變速自行

5、車已經(jīng)逐漸進入普通民眾的日常生活，但這種自行車也有一些潛在的問題。 首先，由于它復雜的結(jié)構(gòu)導致用料的增加，進而導致價格的提高。 現(xiàn)在的變速自行車并不是每一個家庭都能負擔得起的，尤其是農(nóng)村家庭。這就在很大程度上影響了這一種變速自行車的普及。除此以外，自行車本身倒是沒有什么大的問題， 但任何東西都不是完美的， 它也存在一定的缺點與不足之處。 現(xiàn)在的變速自行車仍然以傳統(tǒng)自行車鏈條傳動方式作為基本原理，再加上車子上面有很多的齒輪， 每一個齒輪之間都有一定的間隙，雖然并不大，但在行進與變速的過程中就不能保證鏈條不會掉下來。 掉鏈子雖然只是偶爾發(fā)生的， 但一旦鏈條掉了就會成為一個很麻煩的問題。 普通自行車

6、的鏈條掉了就很麻煩了， 就更不用說如此復雜的變速自行車了。 這就是一個隱患。 還有就是變速所用齒輪大小是固定的， 不能隨意更改的。 這就將自行車的變速范圍限定在一定的比例范圍內(nèi)。 這也就是現(xiàn)在自行車的另一個不足了。 這兩個問題如果可以解決，相信一定可以對自行車的普及有很大的促進作用。現(xiàn)在還有一種自行車那就是電動自行車。 它的變速已可以實現(xiàn)連續(xù)了， 但因為是電動的，自行車的功率并不能太大。 而且電動自行車已經(jīng)顛覆了自行車無動力的4基本原則，導致其在環(huán)保、驅(qū)動安全性方面都存在隱患。 還有就是價格也很昂貴，不是所有人都可以買的起的。 其實最大的問題是電動自行車并不夠十分環(huán)保， 這也是因為用電帶來的問

7、題。2.發(fā)展趨勢借鑒汽車近二十年的發(fā)展趨勢，無級變速自行車將成為變速自行車的中堅力量。其實從最根本上來說， 理想的自行車應該是足夠綠色與健康， 而且可以滿足人們出行的需要， 在保證安全的前提下， 盡量滿足人們對速度的要求就可以了。 綜合這些因素，我們決定在現(xiàn)有自行車的基礎(chǔ)上設(shè)計車一種， 人工驅(qū)動的， 可以連續(xù)變速的自行車，以滿足大部分人的需要。受汽車無級變速器的啟發(fā)， 我們決定以此為原型， 用盡量簡單的材料與方法， 設(shè)計一種無級變速自行車。通過對 28 種常見無級變速器的比對、初步討論，并綜合考慮構(gòu)建適用度、價格成本、構(gòu)件復雜程度、 當前知識儲備等多方面因素， 初步?jīng)Q定采用金屬帶無級變速器作為

8、主體變速裝置，并在自行車上進行適當?shù)难芯颗c改進。3.研究意義相對于傳統(tǒng)的自行車， 這一種自行車有明顯的優(yōu)勢。 首先因為是人工驅(qū)動的， 完全符合綠色健康的原則， 同時也符合可持續(xù)發(fā)展的要求。 并且可以降低自行車的價格，使每一家每一戶都可以買得起， 很大程度上促進自行車的普及。 為構(gòu)建一個綠色健康的未來社會做出貢獻。我們不敢說這將是一輛完美的自行車， 但它一定是一輛更加健康更加實用的自行車。二項目研究內(nèi)容及實施方案1.研究內(nèi)容：（ 1） .汽車金屬帶式無級變速器傳動器：熟悉這種變速器傳動基本原理。傳動器的主、被動工作輪的固定和可動兩部分形成 V 形槽，與金屬傳送帶嚙合。當主、被動工作輪可動部分作軸

9、向移動時， 改變了傳送帶的回轉(zhuǎn)半徑， 從而改變傳動比?？蓜虞喌妮S向移動是根據(jù)汽車的使用要求， 通過液壓控制系統(tǒng)進行連續(xù)地調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無級變速傳動。變速部分由主動帶輪（初級輪）、 V 型金屬帶和被動帶輪（次級輪）所組成。每個帶輪都由帶有斜面的半個帶輪而組成一體， 其中一個半輪是固定的， 另一個半輪是可以通過液壓伺服油缸來控制其移動。 半輪間的軸向相對位移可以通過控制機構(gòu)來改變； 兩個帶輪軸間的距離是固定的， 傳動帶的周長是固定不變的， 所以形成傳動比為 當主動輪的半徑 r1 處于較小半徑時 (半輪間的距離較寬 )，被動輪的半徑 r2 處于較大半徑時 (半輪間的距離較窄 )，傳動系的傳動比較大， 相

10、當于汽車低檔行使。反之，相當于高檔行使。通過控制 r1 和 r2 的連續(xù)變化，實現(xiàn)了無級變速。即：通過控制主被動輪的可動部分的軸向移動， 來改變傳動帶的回轉(zhuǎn)半徑，從而得到連續(xù)的傳動比。（2）.普通變速自行車力學基礎(chǔ)及變速方式：了解并運用自行車基本工作原理、 變速方式，創(chuàng)新應用于無級變速自行車的外觀、變速等方向。5自行車變速系統(tǒng) 的作用就是通過改變鏈條和不同的前、后大小的齒輪盤的配合來改變車速快慢。前齒盤的大小和后齒盤的大小決定了自行車旋動腳蹬時的力度。前齒盤越大，后齒盤越小時，腳蹬時越感到費力。前齒盤越小，后齒盤越大時，腳蹬時越感到輕松。根據(jù)不同車手的能力，即可通過調(diào)整前、后齒盤的大小調(diào)整自行

11、車的車速，或是應對不同的路段、路況。車架部件是構(gòu)成自行車的基本結(jié)構(gòu)體，也是自行車的骨架和主體，其他部件也都是直接或間接安裝在車架上的。車架部件的結(jié)構(gòu)形式有很多，但總體可以分為兩大類：即男式車架和女式車架。車架一般采用普通碳素銅管經(jīng)過焊接、組合而成。為了減輕管重量，提高強度，較高檔的自行車采用低合金鋼管制造。為了減少快速行駛的阻力，有的自行車還采用流線型的鋼管。由于自行車是依靠人體自身的驅(qū)動力和騎車技能而行駛的，車架便成為承受自行車在行駛中所產(chǎn)生的沖擊載荷以及能否舒適、安全地運載人體的重要結(jié)構(gòu)體，車架部件制造精度的優(yōu)劣，將直接影響乘騎的安全、平穩(wěn)、和輕快。一般輻條是等徑的，為了減輕重力，也有制成

12、兩端大、中間小的變徑輻條，還有為了減少空氣阻力將輻條制成扁流線型外胎分軟邊胎和硬邊胎兩種。軟邊胎斷面較寬，能全部裹住內(nèi)胎，著地面積比較大，能適宜多種道路行駛。硬邊胎自重輕，著地面積小適宜在平坦的道路上行駛，具有阻力小，行駛輕快等優(yōu)點。外胎上的花紋是為了增加與地面的摩擦力。山地自行車的外胎寬度特別寬，花紋較深也是適應越野山地用。腳蹬部件裝配在中軸部件的左右曲柄上，是一個將平動力轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動力的裝置，自行車騎行時，腳踏力首先傳遞給腳蹬部件，然后由腳蹬軸轉(zhuǎn)動曲柄，中軸，鏈條飛輪，使后輪轉(zhuǎn)動，從而使自行車前進。因此腳蹬部件的結(jié)構(gòu)和規(guī)格是否合適，將直接影響騎車人的放腳位置是否合適，自行車的驅(qū)動能否順利進行

13、。腳踏：可分為整體式腳踏和組合式腳踏。無論什么款式的腳踏都必須有腳踏面，必須安全可靠，具有一定的防滑性能，可以選用橡膠、塑料或金屬材料制造。腳踏必須轉(zhuǎn)動靈活。前叉部件在自行車結(jié)構(gòu)中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導向系統(tǒng)。轉(zhuǎn)動車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質(zhì)，故前叉部件必須具有足夠的強度等性質(zhì)。鏈條又稱車鏈、滾子鏈，安裝在連輪和飛輪上。其作用是將腳踏力由曲柄、鏈輪傳遞到飛輪和后輪上，帶動自行車前進。鏈輪：用高強度鋼材制成，保證其達到需要的拉力。飛

14、輪以內(nèi)螺紋旋擰固定在后軸的右端，與鏈輪保持同一平面，并通過鏈條與鏈輪相連接，構(gòu)成自行車的驅(qū)動系統(tǒng)。從結(jié)構(gòu)上可分為單級飛輪和多級飛輪兩大類。單級飛輪又稱為單鏈輪片飛輪，主要由外套、平擋和芯子、千斤、千斤簧、墊圈、絲擋幾鋼球等零件組成。6其單級飛輪工作原理：當向前踏動腳踏時，鏈條帶動飛輪向前轉(zhuǎn)動，這時飛輪內(nèi)齒和千斤相含，飛輪的轉(zhuǎn)動力通過千斤傳到芯子，芯子帶動后軸和后輪轉(zhuǎn)動，自行車就前進了。當停止踏動腳踏板時，鏈條和外套都不旋轉(zhuǎn)，但后輪在慣性作用下仍然帶動芯子和千斤向前轉(zhuǎn)動，這時飛輪內(nèi)齒產(chǎn)生相對滑動，由此將芯子壓縮到芯子的槽口內(nèi)，千斤又壓縮了千斤簧。當千斤齒頂滑到飛輪內(nèi)齒頂端時，千斤簧被壓縮得最多，

15、再稍微向前滑一點，千斤被千斤簧彈到齒根上，發(fā)出 “嗒嗒 ”的聲響。芯子轉(zhuǎn)動加快，千斤也很快在各個飛輪內(nèi)齒上滑動，發(fā)出 “嗒嗒 ”的聲音。 當反向踏動腳踏時，外套反向轉(zhuǎn)動，會加速千斤的滑動，使“嗒嗒”聲響得更急促。多級飛輪是自行車變速裝置中的一個重要部件。多級飛輪是在單級飛輪的基礎(chǔ)上，增加幾片飛輪片，與中軸上的鏈輪結(jié)合，組成各種不同的傳遞比，從而改變了自行車的速度2.實施方案：為使無級變速自行車項目研究順利、 可持續(xù)性的進行并最終得到研究成果， 小組將通過以下實施方案分階段進行為期一年的項目研究、學習工作。(1).尋求強有力的理論支撐。將主要通過利用本校圖書館（一區(qū)）的資源優(yōu)勢，重點借閱編號為

16、TH122、TH112 的相關(guān)書籍，在進行電腦軟件實際操作體驗之前，應當扎實機構(gòu)傳動方面的基礎(chǔ)， 熟練掌握幾種常見無級變速器的工作原理， 如鋼球外輪錐式、鋼環(huán)分離錐式以及金屬帶式無級變速器， 并能在以上基礎(chǔ)構(gòu)件上研發(fā)基于自行車的創(chuàng)新。并應充分意識到自行車相比于汽車在驅(qū)動方式、 動力供給、功率大小以及自重方面的差別， 并可以在力所能及范圍內(nèi)查閱變速器、 減速器的相關(guān)書籍，如機械工業(yè)出版社機械設(shè)計手冊減速器與變速器（07年 3月第四版， TH122-62 J22 (4)7）等。另外，充分利用網(wǎng)上資源，瀏覽、關(guān)注大型論文、圖書網(wǎng)站，以當前有級變速自行車原理為基礎(chǔ)， 同時注重檢索小功率新型汽車 CVT

17、變速器的相關(guān)信息。 利用網(wǎng)絡信息量大， 信息涵蓋面廣泛的特點， 列舉當今有級變速自行車的弊端， 并借鑒無極變速器的優(yōu)勢， 討論、研究并最終確定具有前瞻性、創(chuàng)新性的可操作性強的新型自行車。 最后，尋找更多機會與指導教師交流，交換關(guān)于創(chuàng)新點的意見與想法， 并同時請求指導教師答疑解惑。 總而言之，在扎實理論基礎(chǔ)這個環(huán)節(jié)， 注重掌握基礎(chǔ)知識， 并盡量利用公共資源， 降低成本。7(2).加強合作，定期進行意見交換，確定每一步研究方向。小組三人在共同閱讀、了解相關(guān)資料的同時，每位組員都會有自行擴展閱讀的機會。在此基礎(chǔ)上，小組將在盡量不影響其他課業(yè)學習的前提下， 定期組織討論， 總結(jié)在前一階段研究的亮點與不

18、足，并隨時歡迎新的創(chuàng)新點的提出和不影響項目主線發(fā)展的改進和改變。針對書籍資料中給出的 28 種常見無極變速器，定期組織合作探討，以最終確定應用于自行車的變速器類型及改進方案。另外，注重明確分工，合理安排，做到每位組員都分配到任務量大致相等的工作，并且建立團隊意識，發(fā)揚團隊精神，充分利用每位組員不同的資源優(yōu)勢，并且做到組內(nèi)共享。最后，在確定項目的發(fā) 展 方向、發(fā)展主線時，需經(jīng)過全體組員的討論與評定。綜上所述，項目的進行與完成是三名組員共同的努力成果，需要成員的通力協(xié)作，相互支持。(3).積極尋找無級變速器應用于自行車方向的創(chuàng)新點。如今機械式無級變速器在小型汽車方面的應用僅僅處于起步階段，在客車領(lǐng)域應用也并沒有得到大力推廣，但是無級變速器相比于有級變速器在操作簡便性與裝配簡易型的優(yōu)勢已經(jīng)被逐漸認可，應用無極式變速器于自行車上的方案還并不成熟，尚且停留在概念階段。面對這一自行車發(fā)展史上的新領(lǐng)域， 應充分考慮到當前知識儲備的前提之下，集思廣益，發(fā)揚合作精神，在其他成熟機械構(gòu)件的基礎(chǔ)上進行具有可操作性的創(chuàng)新。另外，可以參考其他各方面資料，注重人體工程學、工藝美學等多方面內(nèi)容進行能夠應用于無級變速器方向的自行車細節(jié)改進和創(chuàng)新。即在實現(xiàn)無級變速的同時，也應當注意自行車自重控制、駕乘舒適度、 變速控制簡易程度、維修難度、外觀等多方面問題。最后，必須確定這種自行車的適用