齿数ｍ，齿宽系数奶可取较大值，吼＝０．９，其公 ＜ｒｎ］，选材满足弯曲应力要求。下面按［矿ｎ］来计算 此齿轮齿根弯曲应力的校核，有矿＾＜［矿，１］和盯ｎ ￡．９７９×１０４ 数１．０，最小安全系数Ｓ肺。＝１。已知输入力矩 ‰．９２，齿轮２的尺寸系数‰＝０．９４，齿轮的尺寸系 册计算得：载荷系数ｋ＝１．１，齿轮１的寿命系数 对传动比分别为０．４６３，０．４８，查《机械零件设计手 处齿轮轮齿的数比分别为１９：４１和２１：４３，因此其相 在４与齿轮１的啮合、及齿轮８与齿轮７的啮合 疲限应力盯蹦花＝７２０ＭＰａ。设计中最大传动速比 １触疲劳极限应力ＯｒＦＬｉ。。＝７３０ＭＰａ，齿轮２的接触 为ＨＲＣ和５ＨＲＣ。查《机械零件设计手册》得：齿轮
ｓｉｇｎｅｄ．Ｉｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｓｐｏｒｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｂｉｃｙｃｌｅ，ｂｕｔ ａｌｓｏ Ｃａｎ ｔａｋｅ ｅｎｏｕｇｈ ｅｘｅｒｃｉｓｅ ｉｎ ｈｕｍａｎ＇ｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ
ｆｕｎｃｔｉｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ａ ｇｅａｒｂｏｘ ｏｆ ｔｏｐ ｇｒａｄｅ ｂｉｃｙｃｌｅｓ ｗｈｉｃｈ ｓｕｉｔ ｆｏｒ ｔｏｕｒｉｓｍ，ｌｅｉｓｕｒｅ ｆｉｔｎｅｓｓ，ａｎｄ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ ｗａｌｋｉｎｇ．
制造技术／工艺装备
现代制造丁程２０１０年第１期
一款自行车用齿轮变速箱＋
李伯胜，冯志君，刘甲林 （广西工学院，柳州５４５００６）
摘要：利用圆弧齿轮机构特有的传动特性，设计一款新型的自行车传动机构，它不仅能够提高自行车的运动性能，而且能 够充分锻炼人的潜在生理机能，是一款适于旅游、休闲健身和代步工具于一身的现代化高档自行车变速箱。 关键词：圆弧齿轮；运动性能；变速箱；高档自行车 中图分类号：ＴＨｌ３２文献标识码：Ｂ文章编号：１６７ｌ—３１３３（２０１０）０ｌ—００８７—旬３
报，２００１，１７（０２）．
作者简介：苏艳红，讲师，主要从事冲压模具技术的教学与研究。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｓｕｒｌｙ＠ｙａｌｌ∞．∞ 收稿日期：２００９．０１５＿２２
（上接第８８页） 式中：盯¨盯ｈ分别为齿轮１、齿轮２的齿根实际弯曲应 力；［口，，］，［矿ｎ］分别为齿轮１、齿轮２的弯曲疲劳许
用应力，［盯，，］＝６７６．８ＭＰａ；ｍ为模数；‰为齿轮２的 形位系数，‰＝２．３２；‰为齿轮２的应力修正系数，
变速齿轮箱的后级用圆弧伞齿轮输出空间，本设 计采用带拨叉的变速齿轮。通过变速齿轮的滑移与 不同齿轮啮合，从而实现变速的目的。变速箱结构如 图２所示。
Ｗ之，其中有１／２
比公式计算，轴口、轴ｂ、轴Ｃ的转速分别为
１
０／ｍｉｎ、２５９ｒ／ｍｉｎ和５３
１ ／ｉｎ。
设计手册，取齿轮的传递效率７７，＝０．９８，
材料均选用２０ＣｒＭｎＴｉ，调质处理，查手册
普通齿轮变速箱虽然能解决调速范围有限的问 题，但外形结构尺寸偏大，会受到自行车安装空间的 限制。为了解决上述问题，笔者利用圆弧齿轮特有的 尺寸小、传输力矩大的传动特性，设计了一款厚度为 ８ｃｍ，外形较精巧的自行车用六级传动变速箱，最大传 动比为１３．３，可以有效地利用人体的动力，发挥人体 生理的最大潜能。此设计已获得国家实用新型专利， 专利号ＺＬ２００７２０２０００５５．２。该传动机构不仅提高了 自行车的运动性能，而且能够充分锻炼人的潜在生理
ｆ———————————————：—————一×～
９×１９２
．８
ｍ＝ ．
＝Ｌ ３
时体消耗的功率在２００—３５０
万方数据
制造技术／工艺装备
现代制造工程２０１０年第１期
边冲修量戈值。 ２）定位圈的基本尺寸按实际测得的落料件小门
的实际外形尺寸确定，并带单向正偏差（：：器），安装
时其周围的茗值一定要保持均匀。 ３）模架的刚性及强度要好，建议采用导向精度高
ｌ腻，．
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２轴及齿轮的校核
口．／／／Ｙ／／Ｙ／／／Ａ
速箱结构 料表明：骑自行车时，当时速为４０ ｋｍｈ
Ｎ·ｍ，输入最大转速ｎ＝１２０ｒ／ｍｉｎ，据
式
２／ｉ‘｜｜—｝一‰１‰·匕——。：ｒ ， 番 ｌＦ２ Ｊ
×１．１×３．９７９×１０４ ２．２×Ｉ．７４×０．６８
塑，大、小门配合尺寸完全满足用户要求。
３ 结语
在进行厚料冲裁时，为了得到光整的冲裁断面和 平整的板面，实现美观、无缝的安装效果，普通冲裁是 不能满足要求的。要得到边缘光整的冲件，传统的生 产工艺一般是采用精密冲压。但精密冲压时一般都 是采用带齿圈压板的精冲模，模具结构复杂，还必须 配以价格高昂的精冲压力机；而且精冲时由于齿圈压
Ａ ｇｅａｒ－ｂｏｘ ｕｓｅｄ ｉｎ ｂｉｃｙｃｌｅｓ Ｕ Ｂｏ—ｓｈｅｎｇ．ＦＥＮＧ Ｚｈｉ－ｊｕｎ。ＬＩＵ Ｊｉａ－ｌｉｎ （Ｇｕａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｉｕｚｈｏｕ ５４５００６，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｅｄ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｉｒｃｌｅ ｇｅａｒ ｕｎｉｔ．ａ ｎｅｗ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｕｓｅｄ ｉｎ ｂｉｃｙｃｌｅ ｗａｓ ｄｅ－
板的存在，不能采用套料冲裁，这样就不能满足产品
成本低廉的要求。
。
本文所采用的带强力弹压的普通冲裁模既能达
到产品的质量要求，又能使模具结构简单，在普通的
压力机上就能使用，是更经济、有效的方案；同时，在
材质相同和料厚相等的情况下，套料冲裁是节约原材
料的最佳方案之一。
实践证明，该冲压工艺与模具具有先进实用、经
轴ｂ为中间轴，轴ｃ为输出轴；脚踏曲柄带动轴ａ旋转 时即可带动齿轮２旋转，齿轮２可左、右滑移，分别与齿 轮１和齿轮３挂接，而齿轮１和齿轮３空套于轴口上， 只有当与齿轮２挂接后方能输出动力；齿轮４、齿轮５、 齿轮６、齿轮７和齿轮９固定于中间轴ｂ上；齿轮８和齿 轮１０固联在一起，且可右移，完成齿轮９与齿轮１０的 啮合，同时完成齿轮７与齿轮８的啮合脱开过程∞１。
由于传统自行车车速达到一定速度后，人的蹬踏 动作不在做功，只是跟随脚蹬的速度转动，做无用功， 很难满足现代人群的旅游、休闲健身需求；现有的各 种变速自行车基本上都是采用一根环形条与两个带 多级齿盘的牙盘构成调速传动机构，这种传动机构调 速范围有限，仍旧不能充分发挥人的最大骑乘能力， 而且乘骑时也易受脱链的困扰。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｉｒｃｌｅ ｇｅａｒ；ｓｐｏｒｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｇｅａｒ－ｂｏｘ；ｔｏｐ ｇｒａｄｅ ｂｉｃｙｃｌｅｓ
０引言
自行车自１８６３年被发明以来的２００多年，经历了 曲折的发展轨迹：由发明初期的奢侈品，到人们日常 出行的交通工具，发展成为现在的旅游、休闲健身和 代步工具‘１，２ ３。
功凡为转速。 １８７×１０４Ｎ·ｍ和０．８４７×１０４Ｎ·ｍ。式中：Ｐ为 计口、轴ｂ、轴Ｃ的扭矩分别为３．９７９×１０４Ｎ·ｍ，
为０、８５Ｗ和４７１ｗ；且由转矩Ｔ＝９．５×１０３ｐ／ｎ， 轴传递效率田：＝０．９，轴口、轴ｂ、轴ｃ的功率分别
２各轴的校核ｐ１ 则下校核结果。 若输入功率取５０Ｗ，自行车转速ｎ取１２０ｒ／ｍｉｎ 用服风的阻力，而风的阻力与速度平方成正比。
济合理的优点，已完全应用于生产实际，创造了显著
的经济效益。
参考文献： ［１］ 《中国模具设计大典》编委会．冲压模具设计．第三
卷［Ｍ］．江西：江西科学技术出版社，２００２． ［２］ 周本凯．冲压模具设计实践１００例［Ｍ］．北京：化工
出版社，２００８． ［３］ 李兴成．中厚板冲裁问题研究［Ｊ］．陕西工学院学
的滚动导向模架。 ４）冲修模的凸模与凹模选材要好，要求热处理硬
度达５５ＨＲＣ以上，且工作面的粗糙度为ＲａＯ．８“ｍ以 上。
５）冲修模的凸模与凹模单边间隙取０．０２～
０．０３ｍｍ。
６）顶出块下方的弹性元件一定要有１～１．５ｍｍ的 预压量，且在开模状态时顶出块的端面应高出凹模面
１～１．５ｍｍ。
２．３烤漆或喷塑 最后，经对小门边缘及大门门孑Ｌ边缘烤漆或喷
万方数据
中问变速级数多，也可用于日常生活中的代步之需。
参考文献： ［１］ 张健，张超慧．我国发展自行车旅游的意义［Ｊ］．现
代商业，２００８（８）． ［２］ 万亚军，蒙睿．自行车旅行［Ｊ］．中国自行车，２００８
（６）． ［３］ 程灏．机械设计手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，
１９９４．
作者简介：李伯胜。学士，实验师。 Ｅ—１１１且ｉｌ：匈ｗｙｗｍｚ＠１６３．ｃｏｍ 收稿日期：２００９－０６旬１
９１
ｙ玉＝１．７４；匕为重合度系数，匕＝０．６８；，眈为齿宽系 数；互为齿轮５的齿数。
３ 结语
随着人们生活水平的提高，自行车旅游作为一种 即环保又时尚的旅游方式，已经经受了时间的锤炼， 并得到了广大旅游者的认可，高档自行车也必然走进 寻常百姓家。本款变速箱具有结构紧凑，磨损及阻力 小，传递效率及可靠性较高、乘骑省力且调速范围宽 等特点，较适合现代高档自行车的健身和旅游用途；
２齿轮校核旧ｊ 截量弯矩应力；Ｍ’。为Ａ截面当量弯矩。 行均满足要求，其中ｄ为轴的最小直径；矿７。为Ａ ６ｍ。按ｏｒ’＝Ｍｃ’／（０．１ｄ３）＜［盯－１６］对［矿．１６］进 １，轴ｏ、轴ｂ、轴ｃ的直径分别取ｑｂｌ７ｍ，咖１２ｍ和 ［埘］＝１０ＭＰａ，许用扭转剪应力确定的系数Ｃ＝ 取拉强度极限盯。＝１Ｉ ＯＭＰａ，许用弯曲应力
用ｄＯＣｒ材料，热处理后大、小齿轮硬度分别
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