一种多角度可调节自行车伞装置的设计(附件)
摘 要经过对市场的调研，目前在售的自行车伞架大体可以分为三种。第一类，是在安装上之后，除了有伸缩长短的功能，不具有调整伞的面向方向，而且不能随时地卸下来。所以这类伞架很便宜，但是，使用时不太方便，所以基本上是已经被淘汰了。第二类虽然能伸缩长短、调节伞架的方向，但是，在不用时，依然无法随行所欲地卸下来，然而能移动到车把的任意位置。总体来说，这一类伞架相对第一类来说，有了一定程度上的改进。第三类，这类产品不仅可以伸长缩短，还可以调节伞的面向方向，并且还能在不用时将其卸下来，虽然车把上会留下一个小小的底座。但总体来说，第三类产品设计比较合理，使用也相当方便，是目前市场上的主流产品，但是价格相对来说，比前两类要贵一些。通过对市场的观察和总结，伞架调节伞的方向的方式主要有两种，第一种，是通过万向球来调节的，另一种，则是通过软管调节的，但这种方式散的方向不稳定，容易受风的强度所影响。本文设计的多角度可调节自行车伞装置，是通过万向球来改变伞的方向的，其中有球销副机构、固定球销副的凸轮夹紧机构、连接车把的固定机构和连接伞杆的伞夹。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 技术领域 3
1.3 课题研究的内容 3
第二章 自行车伞架所需承受的最大的力的设计与计算 4
2.1 总体设计 4
2.2 普通雨伞在一定情况下所需承受的最大风力 5
2.2.1 风力模拟 5
2.2.2 伞所受力的计算 5
2.2.3 伞架柄的选择 6
2.2.4 伞架柄的材料 7
2.3 伞夹的设计 7
2.4 球销副机构 9
2.4.1 运动副球销副 10
2.4.2 球销副表面与半圆柱壳内表面之间的摩擦分析 11
2.5 凸轮夹紧机构——凸轮手柄与连接杆的结构分析 12
结束语 13
致谢 14
参考文献 15
绪 论
1.1 课题背景
炎炎夏日，女士为了防止被晒黑，她们出行时都习惯打把伞，来遮挡炽热的阳光的照射。可是
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，在骑自行车的时候，不仅操作不方便，而且安全性也大大降低，增加了上路之后的危险。自然地，为了满足人们生活的基本需求，自行车伞架也渐渐的出现在市场上。它设计小巧简单，稳固性也很好，方便的同时给予了使用者很强的安全性，视觉上有一定美观性；安装在自行车车把上之后可以任意角度调节，不仅可以在夏天遮挡太阳光，而且也可以在阴天的时候挡雨，大大降低了雨天骑车的危险性，当然对于大暴雨，伞架可能有些力不从心。总体来说，自行车伞架是一种有利人民生活、实用性很强的商品。由于自行车目前是中华民族大部分人的最主要的闲暇时出行交通工具，所以也大大提高了自行车伞架的普及型，自行车伞架的结构设计也具有一定的意义。
图11 早期的伞架
如图1所示，图中的伞架和伞柄都是处于同一水平位置，无法在方向上提供一个可靠性的改变，这种伞架只能通过伞架与车把的连接处来微微的调节伞的方向，早期的伞架主要提供了长度上的改变的功能。
图2中，中期的伞架，虽然提供了方向上的可改变性，但调节起来还是不方
便，需要调节伞架各个节点处的角度以及伞夹处的角度。
图12 中期的伞架
图13 软管型伞架
最新型的伞架，是可多角度的改变伞的方向，但是，多角度改变的便利的同时，使得伞的方向在受到一定强度的风之后，软管易受力而改变伞的方向，所以，通过对这种类型销量的调研，人们不太偏向于对这一类型产品的购买。
1.2 技术领域
本课题是一种连接自行车与伞的调节装置，该装置可以通过一个球销副机构来实现多角度任意调节伞的运动，从而达到一个最舒适的位置，最终实现各个角度遮阳避雨。
1.3 课题研究内容
本课题中有多角度可调节自行车伞装置[1]，还有球销副机构、固定球销副的凸轮夹紧机构以及连接车把的连接器机构[5]和连接伞杆的伞夹[4]。
其中，球销副机构中包含万向杆和连接器[2]，万向杆下端的球部表面有一个小小的短圆柱销，该短圆柱销与伞架柄成135°，万向杆上端与伞夹相连接。本课题中连接器是一个少一部分的球壳和半圆柱壳连起来的零件，并且球壳上有一条四分之一圆的槽。在连接器中，球壳和万向杆下端的球部相配合，并且利用球销副多自由度的特点，万向杆可以在球壳内可以自由地转动，从而实现调节伞位置的目的。与此同时，上文提到的短圆柱销与球壳上的槽相配合，从而限制万向杆在竖直方向的自转。
本课题中凸轮夹紧机构包含的开口圈与球销副的球壳相配合，以及一个连接杆和凸轮手柄。逆时针转动凸轮手柄可以使开口圈压缩，由此可以固定球销副，并实现夹紧目的；反之，凸轮手柄可以松开。
图14 自行车伞架模型
连接车把的连接器是由带有两个圆孔的连接器组成的，上部的圆与另一个伞架柄连在一起的，下面的圆空与车把固定。
伞夹由两块夹片和旋钮组成，夹片一端是连在万向杆上端，另一端夹伞，旋钮中心有螺柱，旋转旋钮调节两片伞夹的角度，可以加紧、松开伞柄。
第二章 自行车伞架所需承受的最大的力的设计与计算
2.1总体设计
总体的设计流程：
设计伞夹，保证夹紧伞柄的平稳性
提供一个操作方便的、不会伤害人体的伞夹旋钮
开口圈
使伞架可多角度地旋转，设计球销副的大小结构
设计与球销副相接触并协同工作的连接器
与球副相对应的半圆柱壳的接触面
稳固在自行车把上的连接器
计算各零件所需的
本设计的重点，是在于自行车伞架的多角度旋转，也是本设计最主要的难点。该设计不仅要体现多角度旋转的这一功能，而且还要保证该设计提供伞架的一个稳定与不易改变的特性。而需要达到这一特性，需要对自由度、夹具设计、定位元件等知识的熟悉和了解，并且也需要对材料工艺也有一定了解。
由于是对伞具支撑的设计，在设计时需要考虑雨伞在空气中所会遇到的空气阻力，并以此作为伞架杆的强度以及连接处材料的抗压特性，防止在行进中遇到强风伞架不稳定，易损坏。将雨伞所能承受的最大风力作为设计伞架所需的最大强度，因为当雨伞处在超过所能承受的最大风力时，雨伞损坏，超过这个力的伞架的对抗强度实则是种浪费。
2.2普通雨伞在一定情况下所需承受的最大风力
2.2.1风力模拟
风级
风名
风速(m/s)
(km/h)
周围景象
海面波浪形态
浪高(m)
最高(m)
0
无风
0.0~0.2
<1
静，烟直上
平静无浪
0.0
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 技术领域 3
1.3 课题研究的内容 3
第二章 自行车伞架所需承受的最大的力的设计与计算 4
2.1 总体设计 4
2.2 普通雨伞在一定情况下所需承受的最大风力 5
2.2.1 风力模拟 5
2.2.2 伞所受力的计算 5
2.2.3 伞架柄的选择 6
2.2.4 伞架柄的材料 7
2.3 伞夹的设计 7
2.4 球销副机构 9
2.4.1 运动副球销副 10
2.4.2 球销副表面与半圆柱壳内表面之间的摩擦分析 11
2.5 凸轮夹紧机构——凸轮手柄与连接杆的结构分析 12
结束语 13
致谢 14
参考文献 15
绪 论
1.1 课题背景
炎炎夏日，女士为了防止被晒黑，她们出行时都习惯打把伞，来遮挡炽热的阳光的照射。可是
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
，在骑自行车的时候，不仅操作不方便，而且安全性也大大降低，增加了上路之后的危险。自然地，为了满足人们生活的基本需求，自行车伞架也渐渐的出现在市场上。它设计小巧简单，稳固性也很好，方便的同时给予了使用者很强的安全性，视觉上有一定美观性；安装在自行车车把上之后可以任意角度调节，不仅可以在夏天遮挡太阳光，而且也可以在阴天的时候挡雨，大大降低了雨天骑车的危险性，当然对于大暴雨，伞架可能有些力不从心。总体来说，自行车伞架是一种有利人民生活、实用性很强的商品。由于自行车目前是中华民族大部分人的最主要的闲暇时出行交通工具，所以也大大提高了自行车伞架的普及型，自行车伞架的结构设计也具有一定的意义。
图11 早期的伞架
如图1所示，图中的伞架和伞柄都是处于同一水平位置，无法在方向上提供一个可靠性的改变，这种伞架只能通过伞架与车把的连接处来微微的调节伞的方向，早期的伞架主要提供了长度上的改变的功能。
图2中，中期的伞架，虽然提供了方向上的可改变性，但调节起来还是不方
便，需要调节伞架各个节点处的角度以及伞夹处的角度。
图12 中期的伞架
图13 软管型伞架
最新型的伞架，是可多角度的改变伞的方向，但是，多角度改变的便利的同时，使得伞的方向在受到一定强度的风之后，软管易受力而改变伞的方向，所以，通过对这种类型销量的调研，人们不太偏向于对这一类型产品的购买。
1.2 技术领域
本课题是一种连接自行车与伞的调节装置，该装置可以通过一个球销副机构来实现多角度任意调节伞的运动，从而达到一个最舒适的位置，最终实现各个角度遮阳避雨。
1.3 课题研究内容
本课题中有多角度可调节自行车伞装置[1]，还有球销副机构、固定球销副的凸轮夹紧机构以及连接车把的连接器机构[5]和连接伞杆的伞夹[4]。
其中，球销副机构中包含万向杆和连接器[2]，万向杆下端的球部表面有一个小小的短圆柱销，该短圆柱销与伞架柄成135°，万向杆上端与伞夹相连接。本课题中连接器是一个少一部分的球壳和半圆柱壳连起来的零件，并且球壳上有一条四分之一圆的槽。在连接器中，球壳和万向杆下端的球部相配合，并且利用球销副多自由度的特点，万向杆可以在球壳内可以自由地转动，从而实现调节伞位置的目的。与此同时，上文提到的短圆柱销与球壳上的槽相配合，从而限制万向杆在竖直方向的自转。
本课题中凸轮夹紧机构包含的开口圈与球销副的球壳相配合，以及一个连接杆和凸轮手柄。逆时针转动凸轮手柄可以使开口圈压缩，由此可以固定球销副，并实现夹紧目的；反之，凸轮手柄可以松开。
图14 自行车伞架模型
连接车把的连接器是由带有两个圆孔的连接器组成的，上部的圆与另一个伞架柄连在一起的，下面的圆空与车把固定。
伞夹由两块夹片和旋钮组成，夹片一端是连在万向杆上端，另一端夹伞，旋钮中心有螺柱，旋转旋钮调节两片伞夹的角度，可以加紧、松开伞柄。
第二章 自行车伞架所需承受的最大的力的设计与计算
2.1总体设计
总体的设计流程：
设计伞夹，保证夹紧伞柄的平稳性
提供一个操作方便的、不会伤害人体的伞夹旋钮
开口圈
使伞架可多角度地旋转，设计球销副的大小结构
设计与球销副相接触并协同工作的连接器
与球副相对应的半圆柱壳的接触面
稳固在自行车把上的连接器
计算各零件所需的
本设计的重点，是在于自行车伞架的多角度旋转，也是本设计最主要的难点。该设计不仅要体现多角度旋转的这一功能，而且还要保证该设计提供伞架的一个稳定与不易改变的特性。而需要达到这一特性，需要对自由度、夹具设计、定位元件等知识的熟悉和了解，并且也需要对材料工艺也有一定了解。
由于是对伞具支撑的设计，在设计时需要考虑雨伞在空气中所会遇到的空气阻力，并以此作为伞架杆的强度以及连接处材料的抗压特性，防止在行进中遇到强风伞架不稳定，易损坏。将雨伞所能承受的最大风力作为设计伞架所需的最大强度，因为当雨伞处在超过所能承受的最大风力时，雨伞损坏，超过这个力的伞架的对抗强度实则是种浪费。
2.2普通雨伞在一定情况下所需承受的最大风力
2.2.1风力模拟
风级
风名
风速(m/s)
(km/h)
周围景象
海面波浪形态
浪高(m)
最高(m)
0
无风
0.0~0.2
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静，烟直上
平静无浪
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