躺车设计资料汇总.doc

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1、DIY躺车所需的数据,一类是已有车辆的规格性能（如各部分的尺寸角度重量之类），可以说就是别人的经验。 还有一类是使用环境和条件，这类数据并不一定和躺车有直接联系，而且往往是大量统计的结果，它们更是设计的基础。本帖即此类数据。 本帖会随时更新补充相关内容一 速度 7km/h(2m/s) 再低两躺就骑不稳了，三躺没有下限 15km/h(4m/s) 轻松 18km/h20km/h(5m/s)常用 25km/h(7m/s) 非机动车最高限速(国外是30) 不要迷信网上那些动不动就自报三五四十的“牛人”的帖子，认为30的时速太低（顺风冲坡不算），要真正试过才知道。 最高限速不但关系到制动的安全，还由转弯

2、半径决定。当25km/h转弯半径小于10.5m，躺车将过度倾斜，即超过25度（30km/h是15m)，后面将提到，转弯半径小于10.5m的几率在90%以上。二 坡度 公路等级 高速公路 一级 二级 三级 四级 地形 平原微丘 山岭重丘平原微丘 山岭重丘平原微丘 山岭重丘平原微丘 山岭重丘平原微丘 山岭重丘 最大纵坡 3% 5% 4% 6% 5% 7% 6% 8% 6% 9% 山区县道有可能会遇到12%这种变态的陡坡。 道路工程上的坡度不是角度，而是每前进100m所上升的高度，是百分数。从数学角度，坡度是斜坡仰角的正切值。它正好是爬坡所需推力和车重之比：爬5%的坡，推力就是车重的5%。 下载 (

3、36.18 KB)2011-6-19 20:04 通常坡度越大的坡就越短。对此有道路设计规范： 下载 (95.54 KB)2011-6-19 22:47 环法的爬坡标准： HC级(最高级) 爬坡：最长而且最陡的登山路段，持续上坡路程距离大约在15-20公里，甚至更长，平均爬升率超过9%。 1级爬坡：平均爬升率超过5%，持续上坡路程距离达10-20公里。 2级爬坡：平均爬升率达到4%，持续上坡路程距离达5-10公里。 3级爬坡：坡度较等级四陡峭，而且持续上坡路程距离达5公里。 4级爬坡：路程距离低于3公里的持续上坡，但是坡度并不会很陡。 各级之间的分界基本为一条斜率为负数的直线，环法爬坡分级依据

4、的不是单纯的长度或坡度，而是两者的藕合。一种比较简单的藕合方法是将两者作一个乘法，其结果就是海拔上升，用海拔上升这个指标虽然不能保证100%准确，但基本可以区分大多数情况。 速度和爬坡能力都和速比有关。关于变速系统将另外单独讨论。三 转向轮偏转角/转弯半径 躺车的最小转弯半径通常取2.5m或2.5倍轴距。 下图是自行车车把偏转角的统计结果，适用于两躺，也可以做三躺的参考：下载 (46.53 KB)2011-6-19 20:02 车把极限偏转角可取45，但实际上大于35的几率几乎为0 ，大部分（80%）集中在7.5范围，超过15的几率迅速下降，大于25的机会微乎其微。 还可以发现这个统计图并不对

5、称：右转的角度比左转大1左右，而且从左1.5到右2.5的4范围内都是100%，就是直行时维持自行车平衡的调整范围。 公路弯道半径 四 转向倾斜角 转向时，直线运动的惯性力（俗称离心力）与重力的合力是倾斜的，倾斜角由转弯半径和速度的平方决定：下载 (16.74 KB)2011-6-20 20:18 根据这个关系制成图表使用比较直观：下载 (101.91 KB)2011-6-20 20:20下载 (101.38 KB)2011-6-20 20:20下载 (129.63 KB)2011-6-20 20:20 由设定的车速和转弯半径得到的倾角可以作为三躺稳定性及侧倾的原始数据。五 重心 人比车重，是影

6、响重心的主要因素。下载 (56.94 KB)2012-3-4 15:59 重心范围约30mm 此为实测图。可见躺角影响重心前后位置，但高度基本不变，而到曲柄轴（BB）的距离变化较大。 车的重心位置可以实测。设计阶段就只能通过计算得到。六 阻力 行驶阻力包括五类：滚动阻力、空气阻力、内部阻力、惯性阻力和坡度阻力 滚动阻力:和人车总重成正比，用滚动阻力系数表示。良好硬路面上取0.0180.02较合适。一份场地自行车资料为0.017，是竞赛条件下测得，一般路况车况都没这样好。滚动阻力除和车胎路面有关外，还和车架精度有关。 空气阻力：取决于相对风速的平方、迎风面积、空气密度和风阻系数。风阻系数约0.1

7、5，由40公里/时风速，垂直于风向每平方米面积压力11公斤算出。面积不难从照片得到。 实际骑行都会有风，对速度影响很大：下载 (126.1 KB)2011-6-22 20:44 内部阻力：包括机械阻力和车架变形、人体振动等产生的损耗，很难准确计算。在制作调整良好的车只占总阻力很小部分。 惯性阻力：车速变化产生的力，F=ma，可由总质量和加速度求得。 坡度阻力：重力沿坡面的分力，正好等于百分比坡度。七 传动效率 传动效率是决定机械效率的主要因素。 各种机械传动效率的概略值圆柱齿轮传动 很好跑合的6级精度和7级精度齿轮传动（稀油润滑）0.980.99 8级精度的一般齿轮传动（稀油润滑） 0.97

8、9级精度的齿轮传动（稀油润滑） 0.96 加工齿的开式齿轮传动（干油润滑） 0.940.96 铸造齿的开式齿轮传动 0.900.93圆锥齿轮传动 很好跑合的6级精度和7级精度齿轮传动（稀油润滑） 0.970.98 8级精度的一般齿轮传动（稀油润滑） 0.940.97 加工齿的开式齿轮传动（干油润滑） 0.920.95 铸造齿的开式齿轮传动 0.880.92蜗杆传动 自锁蜗杆 0.40.45 单头蜗杆 0.70.75 双头蜗杆 0.750.82 三头和四头蜗杆 0.80.92 圆弧面蜗杆传动 0.850.95带传动 平带无压紧轮的开式传动 0.98 平带有压紧轮的开式传动 0.97 平带交叉传动

9、 0.90 V带传动 0.950.96 同步齿形带传动 0.960.98链传动 焊接链 0.93 片式关节链 0.95 滚子链 0.96 无声链 0.970.98丝杠传动 滑动丝杠 0.30.6 滚动丝杠 0.850.95绞车卷筒 0.940.97滑动轴承 润滑不良 0.94 润滑正常 0.97 润滑特好（压力润滑）0.98 液体摩擦 0.99滚动轴承 球轴承（稀油润滑） 0.99 滚子轴承（稀油润滑）0.98摩擦传动 平摩擦传动 0.850.96 槽摩擦传动 0.880.90 卷绳轮 0.95联轴器 浮动联轴器 0.970.99 齿轮联轴器 0.99 弹性联轴器 0.990.995 万向联轴

10、器（3） 0.970.98 万向联轴器（3） 0.950.97 梅花接轴器 0.970.98 液力联轴器（在设计点） 0.950.98复滑轮组 滑动轴承（i=26） 0.900.98 滚动轴承（i=26） 0.950.99减（变）速器 单级圆柱齿轮减速器 0.970.98 双级圆柱齿轮减速器 0.950.96 单级行星圆柱齿轮减速器 0.950.96 单级行星圆柱齿轮减速器（NGW类型负号机构）0.960.98 单级行星摆线针轮减速器 0.900.97 单级圆锥齿轮减速器 0.950.96 双级圆锥-圆柱齿轮减速器 0.940.95 无级变速器 0.920.95 轧机人字齿轮座（滑动轴承）0.

11、930.95 轧机人字齿轮座（滚动轴承）0.940.96 轧机主减速器（包括主联轴器和电机联轴器） 0.930.96 液压传动中,由于能量损失(泄漏损失、溢流功率损失、节流功率损失、摩擦损失等) 较大,使得液压传动效率低，一般在0.8以下。为了获得较高的效率，泵和马达都应针对车用条件进行专门设计。车用液压传动系统，总传动效率已达到0.85以上。八 材料 （待续） 另外还有零配件规格和人机工程两大块拟单独开帖。 盼望大家共同提供数据！稳定有两个内容：1、不翻不倒；2、能保持并有效控制方向。 两轮车1.自行车不倒是人在控制。倾斜时，我们会向倾斜的方向转动车把，同时加紧蹬踏，而不会骑车的人往往把身体

12、向相反方向扭，试图阻止倾倒，忘了蹬踏板。可见速度是不倒的保证（作为车技的定车是另一回事），这是通过两个途径达到的。 首先是曲线运动产生的离心力。车向倾斜方向作曲线运动，产生了和倾倒相反的离心力，其大小和速度的平方成正比，换句话说就是离心力对速度变化很敏感，所以不难靠控制车速来使离心力抵消侧倾力。下载 (39.43 KB)2010-7-7 20:45 其次，速度源于车轮的转动，而转动的物体有保持旋转轴空间方向不变的特性，即陀螺效应。转速越高、转动惯量越大，陀螺效应就越强。 陀螺效应还有个特点，就是你推旋转轴，它却朝成直角的方向转动，即进动（科氏力）。下载 (52.36 KB)2010-7-7 2

13、0:45 车轮的陀螺效应具有稳定作用，同时前轮转向也产生了科氏力，它和离心力共同维持自行车的稳定。 陀螺效应的作用往往被忽视。滚动式骑行台是很好的例证：高速踏动的自行车不倾倒。它相对地面静止，不能转弯，无法利用离心力；但发生偏斜时，靠转动车把产生的科氏力也很容易纠正。小轮车不如大轮车稳定也是这个原因。 可见前轮向侧倾方向偏转，能同时产生对抗侧倾的离心力和科氏力。 要使前轮自动转向倾斜方向，可以通过将前叉后倾，转向轴在地面上的交点（转向点）就伸到了前轮的接触点之前，形成正伸距。这样同时还能获得方向稳定性。2、 伸距是影响自行车稳定性的重要的因素。 前管后倾产生的伸距并不一定合适，这要靠轮轴的偏移

14、（翘度）来调整。 下载 (27.03 KB)2010-7-7 20:45 前管倾角和翘度决定了伸距，影响平稳性。 倾角大（比较陡）伸距小，转向灵敏，但平衡困难，有抖动的感觉，必须抓牢车把。倾角小伸距大则比较平衡，但转向力矩大，转向笨重，并会在开始骑行时引起不稳定的晃动。 大多数自行车的前管倾角在65到76之间。 伸距在一定的范围内，转向力矩适当，反应灵敏，可以双手脱把骑行。 伸距的最佳范围在50mm左右。 资料表明：只要伸距保持2吋，长轴距躺车前管倾角在4560之间并不明显地影响稳定性。 前管倾角影响转向灵敏度的原因是车轮的实际偏转角度小于车把的偏转角。下载 (44.85 KB)2010-7-

15、7 20:45 改车有时会遇见前轮、前叉、车架不配套使用的情况，这时要注意倾角和伸距的变化。下载 (30.33 KB)2010-7-7 20:45 转向轴不一定要后倾，垂直甚至前倾也可以得到正伸距。下载 (52.33 KB)2010-7-7 20:45 正伸距对方向的稳定作用，是有方向性的，即推力在阻力之前。对于前驱，蹬踏时前轮产生推力，滑行时前轮却产生阻力，换言之，推力和阻力不断变换位置，伸距时正时负，无法兼顾，折中的办法是0伸距。有没有更好的办法呢？这是两轮前驱要解决的问题。下载 (75.81 KB)2010-7-7 20:48下载 (46.42 KB)2010-7-8 14:04 后转向

16、在倾斜时，同样要转向倾斜方向，后轮就要反向偏转，科氏力会加剧倾斜；自动转向和方向稳定对伸距的要求相矛盾，需要解决一系列问题。 指出非传统布局存在的问题并不是否定它，而是要弄清需要面对和解决的是什么。3、 重心的高度 两轮车是静不稳定的，它的平衡是在不断调整中获得的。重心的高度就是偏倒的半径，质量相同，滚动惯性矩就和重心的高度成正比，躺车重心很低，滚动惯性矩小，容易侧向翻滚，反应过于灵敏。低躺比高躺难掌握就是实例。 这是就控制而言，人是控制主体，也是主要重量。但对于载物等被动的死荷重，就应该越低越好，高了摆动力矩大，影响稳定。 以上是对两轮躺车的讨论，三躺的稳定性问题完全不同。 两躺靠转弯产生离

17、心力来对抗倾倒，但三躺却因为转弯产生离心力而倾倒成也萧何，败也萧何！三躺1、倾覆 稳定性就是防侧翻。 两轮靠离心力防止倾覆，三轮因离心力而导致倾覆。 三躺靠三个轮子放在地上是稳定的，转弯使原本竖直向下的重力与离心力结合而偏移，一旦合力作用线超出三个轮子形成的支撑三角形，内侧车轮就会离地，如果不减小离心力（减速或加大转弯半径）就会侧翻。下载 (63.01 KB)2010-7-18 22:50 支撑三角形底边长、接近重心、重心低，都有利稳定。 把车轮做成八字形内倾无助于稳定，只会减小车上的空间。下载 (105.85 KB)2010-7-18 22:51 三躺的稳定性由重心位置（高度和前后）与支撑三

18、角形决定。 重心的位置非常关键。三躺较重，可达骑者体重的1/3，而且不同车型的区别很大 ，仅仅靠估计不容易确定人-车系统的重心，最好通过实测确定。 侧翻是以支撑三角形的一腰为轴。为了便于理解，前面的图假设重心在底边上，实际上重心所在位置的宽度小于底边。下载 (86.37 KB)2010-7-18 22:51下载 (78.77 KB)2010-7-18 22:52 合力的倾斜程度是由离心力决定的，也就是和转弯半径成反比，和车速的平方成正比:下载 (16.71 KB)2010-7-21 20:20 这里倾斜程度不是倾角而是它的正切，是个三角函数；速度又是平方，要经过计算。为方便使用，可以把倾角、速

19、度和转弯半径的关系绘成曲线： 下载 (100.48 KB)2010-7-21 20:22下载 (33.44 KB)2010-7-21 20:22 下面以一辆三躺为例下载 (51.56 KB)2010-7-21 20:22 按比例画出支撑三角形，适当旋转，另一腰呈垂直，可求得最大倾角：下载 (82.56 KB)2010-7-21 20:22下载 (36.79 KB)2010-7-21 21:35 从图中查得该车时速17时转弯半径5米；最小转弯半径2米时车速约10；下载 (99.38 KB)2010-7-21 20:48 这是网上的另外两个曲线图：下载 (99.48 KB)2010-7-21 20

20、:27下载 (127.91 KB)2010-7-21 20:27 也可以根据自己要求的速度、转弯半径等条件，从图中选取对应的倾角，安排轮距和重心。 可以发现，影响稳定的因素中没有行驶方向，即正三和倒三是一样的。 没有永远不翻的三躺，要根据使用条件决定稳定性：在多大的速度下安全地转多大的弯。当然最重要的是不要高速过弯。 还有一个办法是动态侧倾，在不加宽轮距和降低重心的情况下，使重力和离心力的合力不超出支撑三角形。下载 (46.47 KB)2010-7-21 20:27 根本的办法就是靠倾斜来带动转向。但转弯和倾斜的关系更受速度的影响，因此仅仅依靠机械连动并不能完全解决。 另一个问题是不转弯时如何

21、保证不倾斜，即回中。这些属于技术问题，正是各人发挥聪明才智的天地。不过两轮根本不在乎回不回中，走起来就正了，停下来人就离开，要倒就随它倒；三躺又何不可这样？ 前后翻滚的几率小，而且躺卧姿势比立姿更安全。一、 非典型两躺的伸距 车向哪边倒就要向哪边转，这是保证平衡的基础。伸距在此起关键作用，这在（http:/ 不论是前驱还是后驱，只要是前转向，正伸距都自动提供了这个重要功能，前驱后驱都一样。由于伸距不大，前驱状态伸距反转对方向稳定性的影响甚微，所以两种车骑起来区别不大。下载 (41.29 KB)前转向正伸距2012-5-12 20:40 但后转向车的转弯方向和转向轮相反，所以用正伸距时，车向哪边

22、倒却反而转向另一边，离心力和倾斜力是叠加而不是抵消，和前转向用负伸距一样，两者都是先天不平衡。下载 (38.12 KB)后转向正伸距2012-5-12 20:40 “蟒蛇”恰恰是负伸距的前转向，因为伸距大，转向力矩也大，校正比较费力；同时大负伸距滑行的方向不稳定也大，所以平衡和操控都很困难。下载 (38.1 KB)前转向负伸距2012-5-12 20:40 “蟒蛇”正三比较实用，是因为方向的变化不太影响平衡。 前驱前转向的另一个问题是夹在腿间的转向轮转角受限。二、倒三躺的操控性 躺车前桥定位基本是按照汽车的原理，不过因为车胎窄得多，轮胎侧偏特性相差极大，速度也远远低于汽车，所以不能生搬硬套。

23、前轮定位的原则是保证车轮作无滑动的纯滚动。存在滑动就会增加阻力和车胎磨损。 车轮的滚动 若车轮垂直于地面，它就按其所在平面的方向走直线；若车轮倾斜，它就以轮轴延长线穿地点为圆心走弧线；下载 (20.78 KB)2012-5-13 22:52下载 (43.76 KB)2012-5-13 22:52 可见倾斜的车轮即使正对行驶方向也有滑动，并且倾斜的车轮和地面的接触点半径各不相同，圆周速度也不同，只有和行驶速度相同的一个点是纯滚动，其余各点都在滑动下载 (34.96 KB)2012-5-13 22:52 所以，车轮正对行驶方向并和地面垂直，是滚动阻力和车胎磨损最小的状态。前轮定位 前轮定位指车轮和

24、主销（转向轴）对地面的角度，计有车轮外倾、前束、主销后倾和主销内倾。 车轮外倾和前束 有些汽车为了补偿转向机构的间隙和负载后前桥变形引起的车轮内倾，前轮有少许外倾；但这会使车轮向外滚动，所以用前束来校正。车轮外倾+前束虽然校正了车轮轨迹，但并不能完全消除车轮倾斜引起的滑动带来的阻力和磨损，因此除非确有必要，车轮不要倾斜，自然也就不需要前束须知前束不是独立的，它依附于车轮外倾，但不少人都误以为前束是调整方向稳定性的。下载 (38.19 KB)2012-5-14 15:27 下载 (20.3 KB)2012-5-14 15:27 还有人以为车轮内倾（八字形）会提高稳定性，尤其是正三躺后轮；其实那仅

25、仅是感觉而已。只要轮距一样宽，把车轮上缘靠近并不会增加稳定性，只会减小车身空间。下载 (43.97 KB)2012-5-14 15:27 主销后倾 这是获得正伸距最简便的办法。正伸距提供的恢复力要适当，过了头会引起前轮摆振，现代汽车有减小的趋势，一般在3以内，甚至有取负角（前倾）的。躺车也可取03，使伸距为012mm。下载 (29.24 KB)2012-5-14 16:05 主销后倾角度和主销内倾也有关系。主销内倾 这是倒三躺最主要的定位。 由于结构上的原因，倒三躺前轮转向轴不能安置在对称面内，要在旁边，这就导致转臂长，转向费力，指轴弯矩也很大。主销内倾就是让转向轴穿地点向车轮触地点靠拢。下载

26、 (26.86 KB)2012-5-15 15:23 但主销内倾更重要的作用是提供方向回正力。转动轴倾斜，车轮偏转使车身重心抬高，重力势能就会使车轮回到正中位置。下载 (48.29 KB)2012-5-15 15:24 主销内倾提供的是静态回中，和车辆是否在行驶无关；而主销后倾（正伸距）提供的回中只在行驶中才能实现，是动态的。回中力矩大小要合适，过小车辆发飘，难以保持直线行驶；过大则转向笨重费力。其中动态回中力矩的比例过大是引起摆振的原因。 转向轴穿地点和车轮触地点的距离就是转臂（转向阻力臂），它和主销内倾角决定了回中力矩的大小。汽车的转臂1020mm时，主销内倾角8左右就能保证足够的回中力矩

27、。下载 (16.05 KB)2012-5-15 15:24 躺车的主销内倾角主要是考虑避开轮轴，所以一般在15左右，因此回中力矩比较大，转臂可以为较小甚至为0，也不一定再需要主销后倾。下载 (34.09 KB)2012-5-15 15:25 以上是非独立悬挂的车轮定位。独立悬挂系统车轮跳动时，车轮定位参数不断变化（参见http:/ 采用自行车前叉 这种方案的优点是制作容易，但设计上要考虑如何适应三躺。 如果直接套用两躺的数据，前叉倾角超过25，伸距50mm以上，动态回中力矩很大，极易诱发摆振；另一方面，转向轴后倾和正伸距的组合，使车轮在中间位置时重心最高，处于静态不平衡状态。大的动态回中加静态

28、不回中，让方向稳定性和操控性都非常差。下载 (54.37 KB)2012-5-15 15:38 解决方法就是把前叉改为前倾并保持小的正伸距，使车轮在中间位置时车的重心最低，起前述主销内倾的作用。下载 (38.22 KB)2012-5-15 15:26 顺便说说，国外有些前驱两躺前叉就是用这种方式引入静态回中来提高滑行时的方向稳定性。下载 (75.23 KB)2012-7-19 17:41 梯形机构这是前桥设计中最麻烦的部分。车轮直径对性能的影响 1 滚动阻力 滚动阻力产生于车轮及地面的变形。这里不谈松软的沙滩及泥地的阻力，只看可以忽略变形的硬路面的情形。 车轮和路面的接触压力使轮缘由圆弧变成直

29、线，变形部分呈弓形。当弓形的弦长相同时，弓形面积和弧的半径成反比，可见轮径越小，弓形（变形）面积越大，即其他条件相同时，车轮越小滚动阻力越大。下载 (23.79 KB)2010-12-18 00:29 另一方面，当轴承的转动阻力相同时，也是半径越大阻力越小；不过轴承的转动阻力很小，这项影响可以忽略。 2 通过性 相同的障碍，车轮直径越大它的影响越小，这很容易理解。下载 (28.71 KB)2010-12-18 00:29 3 使用寿命 走一样远的路，小车轮要转得更快，车胎变形更频繁，同时变形量又较大，帘线弯曲和胎体发热都比大的严重；胎面的磨损也和车轮直径成反比,所以小轮寿命较短。 4尺寸和重量

30、 这是小轮的主要优势。 驱动系统的要求 要保持踏一圈前进的距离（导程）相同，小驱动轮就需要大的传动比（齿比），而飞轮已经不能再小，所以除非用二级传动，就只有选用大链轮。例如驱动轮从26减小到20，48齿的链轮就要改成481.3即62齿以上方能保证有同样的速度(参见http:/ . p;highlight=%2Bwxyy ）。 选车轮要考虑各方面的因素。小于20后，性能的下降逐渐明显，从骑行性能考虑，最好避免20以下。 互换问题 躺车常用的车轮有20、26、700等，但市面上的20和26都有两个不同的系列，较常见的是用小数表示，如201.75、261.5等：另一种用分数表示，如201 1/2、2

31、613/8等，多见于民用车。虽然分数和小数可以互化，例如11/2=1.5，但车圈的底径不同，二者是不能互换的。 标称尺寸 底径 201.5-2.125 406mm 201 1/8;1 1/4;1 3/8 451mm261.00-2.125 559mm261 1/4-1 3/8 597mm 关于轴承 自行车除用珠档式轴承外，也常采用深沟向心球轴承，特别是三躺前轮。但这种轴承主要是承受径向负荷，对轴向负荷能力有限。两轮车转向是依靠倾斜产生向心力，车轮处于支撑力所在平面，所以除大幅度摇车外，通常很少有轴向力，深沟向心球轴承完全可以胜任。但除了可侧倾的三躺，前轮在转向时由于离心力会产生相当大的轴向力，所以有条件的可以采用向心推力（角接触）球轴承。