亲子自行车造型毕业设计论文

摘 要 .3第一章 绪论 .51.1 亲子自行车的行业 .51.2 选题依据与研究意义 .51.3 课题的研究及研究现状 .6第 2 章 Solidworks 的概述 .92.1 Solidwork 软件的介绍 .92.2 自上而下设计的概念和方法 .92.2.1 自下而上特点 .92.2.2 自上而下的特点 .102.3 自上而下设计分类 .102.4 骨架感念 .12第 3 章 亲子自行车的一般设计 .123.1 亲子自行车的新型材料 .123.2 亲子自行车造型 .133.3 亲子自行车结构 .133.4 亲子自行车功能 .133.5 人与自行车系统 .133.5.1 人与支撑部件的关系 .143.6.1 基本原则 .15第 4 章 亲子自行车零件的作用及三维建模 .164.1 亲子自行车简介 .164.2 三维建模 .164.2.1 亲子自行车零件 车架 .164.2.2 亲子自行车零件 车把 .174.2.3 自行车零件 前叉 .184.2.4 自行车零件 鞍座 .194.2.5 自行车零件 车轮 .194.2.6 自行车零件 踏板组合件 .204.2.7 自行车零件 孩子座椅 .224.2.8 自行车零件 后座、挡泥板、链盒 .234.3 亲子自行车整车三维模型 .25第 5 章 Solidworks simulation 对自行车的结构分析 .265.1 Solidworks Simulation .265.2 线性静态分析 .265.3 结构分析 .2654 对自行车的力学分析 .275.4.1 对前叉的分析过程 .275.3 运行结果 .28结论 .30参考文献 .31致谢 .32摘 要在制图软件中，Solidworks 软件自上而下方法的研究已成为研究和开发的热点，逐渐成为一种趋势。在 Solidworks 环境中 ,通过产品 、部件和零件三者之间参数关联 ,采用一种基于装配约束的参数化设计方法实现部件的参数化建模 ,阐述了这种参数化设计方法中的关键技术 ,包括产品结构的划分 、尺寸分析 、关联设计 、基于布局草图的设计和方程式的添加 ;运用部件参数化设计方法构建了一个 Solidworks 部件库 。采用这种方法 ,有利于产品的修改和系列化 ,提高设计效率。本文在参阅了国内外大量对参数化设计的文献基础之上，以亲子自行车自上而下设计为例，进一步探讨了自上而下的发展和过程。并根据参数化过程中出现的 API 函数进行阐述，让设计人员从繁琐的绘图工作中解脱出来，集中精力选择和优化设计参数，提高产品质量，缩短产品设计周期。关键词：Solidworks ；装配约束；自上而下；部件库；亲子自行车ABSTRACTIn drawing software, the method of top-down design research has become the focus of research and development, Top-down, and gradually become a trend. The thesis discusses the parametric modeling method of component s completed by adopting the parametric method based o n assembly constraint through t heir parametric links of product component s and part s under the SolidWorks. Meanwhile , it introduces the key technique of this method , including the partition of product structure , dimension analysis , relating design , assembly design based on layout sketch and t he accession of equation. The thesis creates a component s library in t he SolidWorks by using t he method of parametric design for component s. Adopting t his method will be in favor of t he modification and serial design of a product , and raise t he design efficiency. Based on a large number of domestic parametric design based on the literature, parent child bicycle of parametric design, for example, further discusses the development and the process parameters. And according to the parametric process, API design personnel from drawing work freed, concentrate on selection and optimal design parameters, improve product quality, shorten the product design cycle.KEYWORDS：SolidWorks ；assembly constraint ；Top-down；component s library；parent child bicycle 第一章 绪论1.1 亲子自行车的行业自行车历史渊源久长。在现今社会中，生活节奏越来越快，交通状况越来越差，污染与能源消耗越来越严 重，自行车作为一种包含了交通代步、锻炼身体、旅游、比赛以及少量货物运送的工具，越来越受到人们的青睐。同时现在的社会，大人忙于工作、玩手机，与孩子的交流也很少，严重影响了孩子的健康成长。亲子自行车的出现既可以有助于大人们锻炼身体，又可以加强与孩子之间的交流，对于这个社会是一种很好的福音。1.2 选题依据与研究意义亲子自行车是一种最普及的大众化的轻便交通工具，其造价低廉、维修简单、使用方便，无污染，并且可以加强父母与孩子之间的感情，深受人们喜爱。亲子自行车已经慢慢的深入每个家庭。如何设计出结构合理、骑车轻快、美观舒适的亲子自行车成为当前各自行车生产厂家热切关心的问题，自下而上设计法是比较传统的方法，先设计并造型零件，然后将之插入装配体，接着使用配合来定位自行车参数零件。若想更改零件，必须单独编辑零件，这些更改可以在装配体中看见。自上而下法在 Solidworks 也成“ 关联设计” ，是指在装配体的布局草图上布置设计信息，然后把信息传递到下级的产品结构，从开始就把零部件作为系统的一部分并考虑零部件之间的相互作用，随着设计的进行，更为的细节信息成为可能并被包含到设计当中。通过在一个布局草图中表达整体设计意图，就很容易做出正确的设计修改。运用机械设计等知识完成自行车骨架结构的设计同时，利用 Solidworks 的建模功能，建立三维模型。该技术在机械工程、化工设备。汽车制造等很多领域有很强的实用性和推广价值。Solidworks 是美国 Solidworks 公司的一款高性能三维机械设计提供了一个方便的可视化平台，设计创建自行车的三维模型，把整个自行车系统拆分成相互独立且整体统一的模块，模块内部的零件又可以实现互换的柔性化装配。1.3 课题的研究及研究现状近年来，关于自行车设计和以及在对 Solidworks 的力学分析，国内外在这些方面的不断的研究,对于自行车方面的研究国内主要有：王建华1等人对运动自行车整个车架结构参数化设计，让运动自行车适应人体的特征，从而发挥骑车者体能技术发挥。谢庆森、林俊聪2等人在基于 Pro/E 的自行车参数化设计主要是缩短自行车设计的周期，提高自行车设计的水平，提出了自行车参数化设计理论，阐述了系统的构建原理和系统框架。张祥林、邓磊3等人研究面向装配的自行车 CAD 系统研究，其为了提高自行车设计效率和设计质量,而基于 UG 建立了自行车 CAD 系统, 引入了参数化模板和装配接口模型，还阐述了参数化建模、自动装配、干涉检查等关键技术在该系统中的实现。陈东祥、胡冬梅4的硕士论文基于 Pro/Engineer 的自行车参数化计系统中是对当前我国 CAD 技术应用日益普及和推广，而自行车 CAD二次开发相对落后的现状，利用 ProEngineer 提供的二次开发工具 ProToolkit 和VisualC+60 的集成开发环境，对 ProEngineer 进行二次开发，建立了一个快速的自行车设计系统。采用三维造型技术与参数化设计相结合的方法，通过ProToolkit 应用程序设计模块，进入自行车零件模型库，对零件模型进行调用、修改、再生等操作，从而实现自行车产品的快速设计。林霜5的论文主要研究与分析自行车设计中的人机因素，从人机工程学的角度出发,对自行车设计的发展、自行车设计中人的因素和自行车设计人机关系进行分析和研究。利用三维造型软件设计出自行车,借助人机分析软件结合自行车结构和人的因素进行分析自行车设计的合理性和舒适性。邓磊6研究参数化模板的自行车快速设计方法，是针对自行车的设计建立了基于 UG 的专用 CAD 系统。通过对自行车零部件进行 ABC 分析和几何形状分析,建立了描述产品结构的参数化模板,创建了完善的零部件数据库,开发了不同款式自行车车架的快速设计模块和零部件自动装配模块,实现了对产品配置、模具明细表以及其它产品相关信息的管理,快速生成工程图,有效地指导分析和生产,并为知识的再利用提供基础。王璞7主要研究儿童自行车，是以儿童为中心的前提下提出了儿童参与设计的方式、分析了儿童参与自行车设计的组织过程,并构建了儿童自行车用户参与设计的任务模型和思维模型。对儿童参与设计中界面的设计依儿童年龄层次不同,提出了不同的设计指导意见。 实践部分对儿童自行车进行了模块化的划分,归纳出适于儿童参与设计的基本模块部分。建立了儿童自行车个性化设计的基本模块库与个性化模块库。宋贤敦8自针对自行车设计，从自行车的使用要求，及设计要求进行展开阐述。林俊聪9研究与开发自行车模块化概念设计系统，而此文是在研究模块化设计和概念化设计的基础之上,针对自行车设计的特点,探讨了自行车的模块化概念设计的理论和实现。分析了自行车模块化概念设计系统的结构,并把该系统拆分成 3 个相对独立的子系统:基础数据库、自行车模块化数据库、用户交互接口。邓国光10从力学角度较为详细地研究了自行车运动员的蹬踏方式，并用微机控制系统自行车运动训练测试台得出的数据，研究出曲柄旋转角与蹬踏角的关系。刘军、耿国强 11的主要研究了 Solidworks 自上而下设计方法。 林修成、张朝阳12的论文是对自行车行驶稳定性及后进动性的力学分析，文章首先根据拉格朗 H 方程，得到广义坐标下的车轮运动的拉格朗 H 方程，然后根据广义坐标下的拉格朗 H 微分方程研究车轮的运动状态，车轮初始的不稳定性，在直线行驶中的稳定性，抗冲击性以及自行车转弯时的后进动问题倾翻的问题，从而回答了自行车在弯道行驶车身处于颠倒状态，在重力作用下而不致。李立顺、孟祥德等人13的论文基于 Solidworks的整车自装卸车虚拟设计与运动仿真，主要介绍了基于 Solidworks 软件进行机械系统虚拟设计和运动仿真的基本方法，综合利用 Solidworks 的参数化、变量化建模技术以及自下而上和自上而下相结合的设计方法，完成了整体自装卸车的虚拟设计，证明了这种方法可有效提高设计效率，具有良好的应用前景。付永忠14基于Solidworks 的自顶而下装配体设计及运动仿真，改论文指出了传统的自下而上装配体设计的缺点，并提出自顶而下装配体与运动仿真相结合的产品设计方法。郑向华15基于 Solidworks 的机械手运动仿真设计，本文在上料机械手设计与研究的基础上，具体进行了机械手仿真动画设计。杨艳红、周红生等人 16的硕士论文液压传动自行车车自顶向下设计及传动分析，液压传动自行车是一种新型的交通工具，通过绘制液压传动自行车的概念草图，基于参数化特征建模技术多层次的装配模型，利用自顶向下设计方法完成液压传动自行车的骨架模型及整机设计，并对液压泵和马达传动原理进行分析。结果表明，自顶向下设计方法为提高产品的快速更新设计提供了一条新路子。国外在自行车方面的研究：Soden 和 Adeyefai17对骑车中的自行车做了受力分析，指出骑车开始是蹬踏力可达到人体体重的三倍。Hull 和他的合作者们18研究了骑车生物力学，用五赶平面机构模拟具有圆链轮驱动的脚蹬自行车系统，探讨了脚蹬力和脚蹬速率如何影响骑行过程以及铰链力矩节奏的关系。第 2 章 Solidworks 的概述2.1 Solidwork 软件的介绍Solidworks 是一款非常优秀的三维制图软件，易学易用，目前是市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最好、性能价格比最优的软件。在全球销量已达到30 万套，排名处于 3D CAD 软件销售榜首，遥遥领先与其他同类产品。一套基于Windows 的 CAD 桌面集成系统,是由美国 SolidWorks 公司在总结和继承了大型机械 CAD 软件的基础上,在 Windows 环境下实现的第一个机械三维 CAD 软件。SolidWorks 的基本特性与以前的桌面 CAD 机械设计系统相比较具有以下特性：1.具有强大的实体建模功能和直观的 Windows 用户界面；2.具有独特的特征管理员历史树；3.双向关联的尺寸驱动机制；4.支持 Internet 技术，实现数据共享；5.提供了 VB、VBA(宏记录)、Visual C+、Delphi 等支持 OLE(Object Linking and Embedding, 对象链接与嵌入)或 COM（ComponentObject Model,组件对象模型）的开发语言接口用于 SolidWorks 的二次开发,创建出用户定制的专用 SolidWorks 功能模块。虽然 SolidWorks 所提供的功能非常强大，但要使其在我国企业中真正发挥作用，使常用的或重复的任务自动化，提高效率，就必须对其进行本地化、专业化的二次开发工作，而且这在虚拟工程中也是十分必要的。2.2 自上而下设计的概念和方法Solidworks 的设计方法有两种，自下而上设计和自上而下设计。2.2.1 自下而上特点自下而上设计是指独立于装配体设计的零件，并把这些零件组装成装配体。通常，创建完成装配体后，会发现模型不符合要求，只有手工调整每一个相关模型。随着装配数量的增加，检测和更正这些错误会耗费大量的时间。如果出现重大设计变更，就会影响到大量零部件，必须手工辨别和修正每一个零部件来满足设计的调整，所以这种设计方法一般应用在已有的产品的建模或者标准零部件的设计。自下而上设计优点:自下而上设计方法是最基本的设计方法，首先单独设计零件，然后由零件组装装配体，装配体验证通过后生成工程图。简单：由于零部件单独设计，彼此之间没有相互关联参考，所以建模简单，不容易出错，即使出现错误也容易判断和修改。对硬件要求低：零部件之间没有关联参考，修改局限于单个零件或装配体，所以运算量比较小，对于硬件的要求相对较低自下而上设计缺点:不符合产品设计流程：自下而上设计流程与产品设计流程整好相反，因此不适合进行新产品研发。局限性强：设计修改局限于单个零部件，不能总揽全局进行设计和修改修改单个零部件后，相关零部件不能自动更新，需要进行手工干预。完全融合到产品研发中。2.2.2 自上而下的特点自上而下的设计方法就是从整机、分系统、子系统等不同的父子模块按顺序入手，按照实际装配的工艺过程，综合考虑各个模块之间的约束因素，最后逐层将详细设计动作分解到每个零件的设计方法。自上而下的特点全局性强：总图修改后，设计变更能自动传递到相关零部件，从而保证设计一致。效率高：一处修改而全局变化。在系列零件设计中效率更高：主参数修改零部件自动更新所有工程图自动更新，一套新的产品数据自动生成，现在用几个小时就能完成原来几周的工作量。复杂：零部件之间有大量的关联参考，会增加零部件的复杂度，有时候甚至因为找不到参考源头而无法修改。对工程师要求高：由于参考关联复杂，要求工程师能够熟练操作软件，熟悉产品设计流程和变化趋势。对总工程师的要求更高，如果初始布局不合理，则需要进行大量修改，甚至因为无法修改而导致整体崩溃。对硬件要求高：关联设计带来大量关联计算，尤其是总图的更新，会导致全部相关零部件自动更新，对于计算