基于液壓減震器的自行車避震車輪的分析與設計

周燕 秦廣 龔江濤 鄒洛 屈通

摘 要：設計一款基于液壓減震器的集成式避震自行車輪，以提高自行車騎行過程中的舒適度。在整個設計過程中，利用機械校核，設計出了避震自行車輪詳細結構，并得出了其具體參數。為采用液壓減震器的自行車輪的設計提供了理論支持，具有一定的參考意義。

關鍵詞：集成式避震自行車輪;機械校核;理論支持

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

1 前言

以色列公司生產出了Fluent自行車避震車輪SoftWheel，該車輪通過氣壓減震原理來實現減震目的，車輪的支撐元素是三個氣壓減震器。

本文通過對基于液壓減震器的自行車避震車輪進行機械校核，設計出避震車輪的詳細結構與參數，為采用液壓減震器的自行車輪的設計提供理論支持。

2 車輪靜載荷分析

對車輪模型受力進行具體參數設定和計算，其中，設車輪總受力為100kg，由于自行車重心靠后輪，因此，初設后輪處60kg。該設計車輪外圈尺寸為自行車行業的標準件，其內徑為660mm。

靜載荷下的受力分析：

其中AA，BB，CC代表支承輻條，以O點為中心均勻分布：以AA為例，進行數學分析：其中，OA與豎直方向Y軸夾角為α，A處切線方向與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）;又因為∠AOB=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，由平衡公式，其中垂直于OA，OB，OC方向的力相互抵消，可得：

3 車輪動載荷分析

在車輪受到沖擊振動時，設受到沖擊力為FQ，則車輪受到的總力為：

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

參照機械設計手冊，選6001-2RSH軸承，其外徑為28mm，若以通常的28+4=32mm設計軸皮，其穩定性較差。綜合考慮，取輪皮向外擴張至Ф120mm，在Ф120mm的基礎上設計與避震器連接的結構。

4 車輪輪轂設計

傳統自行車的花鼓如圖所示，通過6×M5的輻條孔與輻條相連，起到支承輪圈和傳遞力的作用。傳統花鼓內部的結構已經出現標準化，因此，在設計中，花鼓的內部設計采用傳統花鼓的結構形式。

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。連接件設計為圓形的凹槽，與襯套連接部分內陷3mm，方便襯套的安裝。

圖6所示輪轂是由傳統自行車花鼓與連接件裝配獲得，其作用與傳統花鼓的作用相同，是將連接器套在花鼓上，并用緊定螺釘固定來實現的該結構。

5 結語

集成式避震自行車輪用三個同圓心呈均勻分布的液壓避震器代替傳統輻條的作用，因此，內陷的圓盤起著與輻條孔相似的作用，將避震器的襯套通過連接軸于盤內小孔進行裝配固定，從而支撐車輪外圈。該結構簡單，可靠性強，花鼓的內部結構沿用行業的標準，減少了其加工成本。

參考文獻：

[1]盧秉恒.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2011.

基金項目：國家級大學生創新創業訓練計劃——集成式減震自行車輪的設計（201810616006）

作者簡介：周燕（1998-），女，四川人，本科，研究方向：工業工程。