工业设计自行车仿生设计毕业设计.doc

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1、桂林理工大学本科毕业设计论文 摘 要自行车仿生设计是一种借助于大自然的优秀设计方法。本文针对自行车造型设计不能体现年轻人的爱好和生活心理状态，从产品外观造型设计、人机工程学以及功能结构等不同角度分析了同类相关产品，针对现有产品的不足进行深入设计, 确定了符合低碳思想，适于年轻人上班族，造型新颖的三个条件的产品设计。以鹈鹕的外观及功能特性为出发点，从材料应用，结构形态，功能方面因素入手，运用仿生的造型设计方法，来设计一款轻便、实用的城市自行车。关键词：自行车 仿生设计 形态创新 Abstract Bicycle biomimetic design is an outstanding design

2、 method for ask for help from the nature.This thesis According to nowdays bike cant reflect young peoples hobbies and psychological state of life,from product appearance modelling design, ergonomics and function structure of different angles, such as similar related products are analyzed, aiming at

3、the shortcomings of the existing products in-depth design, identified in line with the low carbon ideas, suitable for young workers, modelling novel the three conditions of product design,basis on the appearance and function of characteristics of Pelican， from materials, structure form, function fac

4、tors,use the method of bionic design, to design a portable, practical city bike.Keywords：bicycle Biomimetic Design Patterns of innovation 目 录 GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGYI1 绪 论11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的意义21.3 课题的创新之处21.4 课题研究的主要内容21.5 课题研究要解决的问题22 调研分析32.1 自行车仿生形态创新设计的基础理论32.1.1 仿生学的含义32.1.2 仿生学的发展32

5、.2 自行车的设计4 2.2.1 自行车基本结构和工作原理4 2.2.2 自行车市场调查5 2.2.2.1 自行车分类6 2.2.2.2 材料选用83 设计方案及最终效果 10 3.1 设计分析及设计定位10 3.2 第一轮创意图13 3.3 第二轮创意图14 3.4 第三轮创意图15 3.5 第四轮创意图16 3.6 三视图17 3.8 最终版面184 结 论19 致 谢20 参 考 文 献21III绪 论 现代经济的快速增长，人们生活水平的提高，小汽车的数量也急剧增长，但是道路的宽度并没有因此而改变，随之而来的却是道路的拥堵，环境的污染与无止境的埋怨。而自行车是一种公认环保的交通工具，自行

6、车不会产生污染，有利于健康而且非常便利与经济，是短距离出行的首选工具。在北京市总体规划2004-2020中，明确把自行车列为城市交通体系的重要方式之一，可见自行车在未来的发展是非常具有持续性的。1.1课题背景 在这个经济快速发展的社会里，环保已经成为人们第一要思考的问题。虽然每个国家都大力投入人力物力去治理环境，但是还是不容乐观。环顾周围，到处都是乌烟瘴气，特别是各个省份现在出现的各种雾霾天气，都警示着我们再不环保，我们的生存环境会变得更加恶劣。 现代汽车工业发展迅速，但还是无法避免大量的二氧化碳排放与无止境的拥堵路况；电动车虽然盛行，但是各个省份都已经开始限制电动车的通行；人们在短距离最好的

7、方式还是自行车。 中国未来的产品设计必须以创意与革新为目的，人性化的创新才是最实在的，也是最前沿的潮流与趋势，是一种人文精神的体现。随着人们的生活水平提高，自行车的设计应该更加注重人性化与个性化，自行车已经演变成一个人的个性的体现，时代的标志，不再只是一种交通工具。 1.2意义 在这种快速的生活节奏下，人们的压力与日俱增，每天面对着无数的公文，面对上下班挤公车与人群的拥挤只能表示无奈与失落。多少人已经在枯燥无味的城市生活中丧失了那一份对生活对大自然的热情。 工作是为了更好的生活，必须在乏味的生活中添加一些乐趣一些生机，提醒着自己不会被生活的压力而打垮。 仿生设计在现代科学领域运用非常收欢迎，然

8、而在这个提倡生态平衡的时代，更应该利用大自然里的元素，不但能够提高我们的生活质量，更能让人感受到大自然的美与力量，提高我们的生态保护意识。1.3创新之处 20世纪初开始自行车的结构就基本没有改变过，到50年代，人们就开始设计自行车的造型设计。本设计的创新之处在于：利用仿生学原理设计，充分利用自行车架构的空间，结合生物的外形特点，运用丰富的色彩搭配，设计出符合现代人生活习惯与审美的造型设计。1.4主要内容 通过研究自行车的历史与现代工艺的发展，利用仿生学原理，按照现代社会的需求来设计出一款符合现代人生活习惯与审美的自行车。1.5要解决的问题 1材料的选用 2支架结构的选择 3外形设计与动物形态的

9、相似性2调研分析2.1自行车仿生形态创新设计的基础理论2.1.1仿生学含义 仿生学是一门综合的边缘学科。仿生学就是生物体结构与技术系统之间的结合，目的就是让技术系统获得与生物体相似的功能。所以说，相似性是仿生学的基础条件与要求。 仿生学是一门多学科相结合的交叉学科，包含着机械、材料、生命科学与信息等工程技术学科，是一门创新的应用性学科。这个学科的目的就是利用、模拟生物的结构、功能与外部特征来提供新的设计理念，以达到新的产品设计目标。2.1.2发展前景 1960年美国召开了第一届仿生讨论会。J E斯蒂尔少校将这门学科命名为“仿生学”。仿生学的研究内容随着现代科学技术的发展取得了非常显著的成果，在

10、电子、机械、建筑、信息方面都有突出表现。 仿生学目前的成果显著，比如说昆虫的复眼有极高的时间分辨率，人们把其利用于雷达的设计上，使其可以更快侦查测量出飞机的速度与位置；海豚的回声定位和蝙蝠的超声波定位被利用于潜水艇的雷达上。鹰眼的视网膜结构也被利用于雷达的设计，美国E2鹰眼预警机就安装了仿鹰眼的雷达；这些对于科学的发展都起到了非常重要的促进作用。 这个新生学科建立在无人的空白区上，最容易取得丰硕的成果，仿生学有无止境的前沿，正向着系统、智能、洁净、精细方面发展；随着时代的脚步，特别是在这个科学发展速度不断增强的社会上必定会推动艺术与经济的大力发展。2.2自行车的设计 2.2.1自行车基本结构（

11、图1）和工作原理 图1 自行车的原理是通过人的脚对脚蹬施加力，从而通过曲柄带动链轮的转动，链轮又通过链条带动飞轮的转动，飞轮进而后轮转动。由于后轮与地面的摩擦力，使得后轮与地面不会相对滑动，而后轮在地面上滚动，整个车子就运动起来了。2.2.2市场调查 如今的时代是环保的时代，以人为本的时代，自行车就是一个以人为本的设计。它既保证了交通秩序与安全，同时让人感受到一种人文的氛围，使整个交通显现出一种文明和谐的现象。人们之所以选择自行车出行，主要有以下的原因： 1经济实惠，保养成本低，不需要另外消耗能源。 2停放方便，方便换乘其他交通工具 3可以锻炼身体，有益于健康 4自行车极限运动自行车的形态自行

12、车的设计关键就是车架的设计。车架是体现自行车整体形态、风格、款式、类型的最重要的部分，也是自行车质量与性能的保证。传统的车架如下（图2）所示 图22.2.2.1自行车分类 本设计选用的自行车类型为轻便车，所以采用FIXED GEAR的刹车方式，使其看起来更清爽。Fixed gear自行车（图3-1,3-2） 图3-1 图3-2 Fixed gear自行车是现在年轻群体里最流行的自行车，人们喜欢这种自行车的简洁的外观与可玩性。 Fixed gear 字面解释就是“固定死的飞轮”。普通的自行车飞轮是“活的”，当人踩踏脚的时候，轮子会跟着转，当轮子转的时候，就可以不踩脚踏。而“死的飞轮”则是将链条与

13、后轮固定起来，当轮子转的时候，链条也必须传动，所以骑行者必须一直踩着脚踏才可以行进。也是因为飞轮是固定死的，所以骑行者可以通过脚踏来控制后轮，从而使车轮抱死以达到减速的效果。Fixed gear所采用的花鼓（图4-1）。 图4-12.2.2.2材料选用 目前市场上比较多用的车架材料为钢、铝合金、钛合金、碳纤维等。这些材料的特性分别是：钢材：钢材是自行车最常用的传统的车架材质，现代的多种合金钢材可以在弹性、刚性、稳定性、传动性上得到很好的效果，缺点是在重量上钢材是几种材质中较重的。铝合金灵敏轻巧，刚性也比较高，但是地面每一点震动都会传达到，舒适性比较低。钛合金比较轻巧，刚性和钢的相似，而且比较耐

14、用，是比较理想的支架材料。碳纤维学名叫“聚丙烯晴基碳纤维”，轻巧，吸收震动的能力强，可以制作各种形状的产品，缺点就是成本高，而且制作工艺复杂。 碳纤维加工时，氧化，碳化，表面处理工序对碳纤维的成本影响最为关键，在一般的生产过程中，碳纤维的能耗一般控制在9048KJ/kg。运转成本为5.86美元/kg，总成本在16.89美元/kg。如果采用先进的工艺，就能降低二氧化碳的排放，运转成本降低一半，总成本可以下降25%。目前的碳纤维89%的原丝是PAN纤维，含碳量大概在64%，得率在47%48%。随着低成本碳纤维的研究开发，碳纤维不再是遥不可及的材料，碳纤维的发展显示着它具有非常好的技术经济性与潜力。

15、 由于本课题产品外观比较复杂，车的材料选用碳纤维作为主要材料。 硅胶 硅胶（Silica gel; Silica）别名：硅橡胶是一种高活性吸附材料，属非晶态物质，其化学分子式为mSiO2nH2O。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。 硅胶主要作为仿皮囊的产品材料。 图4-2 袋子开口方式选用上图硅胶卡包（图4-2）的开口，由于硅胶具有弹性，只要开一条细缝便可以张开大口，而且恢复定型能力强。3 设计方案及最终效果3.1设计分析及设计定位 结合仿生设计的相关理论，在分析自行车车架流行趋势的基础上，以自行车所具备的娱乐、休闲、时尚的特性为出发点，从材料应

16、用，结构形态，功能方面因素入手，运用仿型、抽象等方法，从外观造型入手，设计出具有浓厚仿生感，现代气息的个性化产品，并充分运用模块化设计的相关理论，体现自行车都市运动新元素符合现代流行趋势。仿生对象鹈鹕 鹈鹕（图5-1，5-2）是世界上最大的水鸟，嘴下的大皮囊让人一眼就能认出它，栖息于全世界许多地区的湖泊、河流和海滨。善于飞行和游泳，也善于在陆地上行走。它属于我国的二级保护动物，它的特征就是大和快。 鹈鹕的皮囊在捕食与孕育幼儿的方面都起着很大的作用，在捕食的时候可以利用大皮囊来增加捕食的成功率，而在孕育幼儿的时候，可以把幼儿放到皮囊里保护着，让幼儿免受外界气温与天敌的影响。 图5-1（上）图5-

17、2（下） 当今社会自行车已经不再只是代步工具，也是一种个性的体现。仿生设计就是一种最能体现个性化的设计方法。仿生设计分为仿外形和仿功能两大类，本设计专针对外观模仿设计，提取鹈鹕的头部特征来模仿设计自行车的外观，使其体现出自行车的个性化，也借此来体现出大自然的美妙之处，令人能够提高保护濒危动物的意识。设计针对人群是1525岁的年轻群体，特别是上班一族。自行车采用清爽的配色，使骑行者在现代社会紧张的节奏中寻找到轻松的感觉，回归大自然的怀抱。3.2第一轮创意图 初次构想利用自行车的横杠位置来模仿鹈鹕的头部特征，整车使用简洁流畅的线条，让其看起来就像一只蓄势待发的大鸟。 根据鹈鹕的皮囊特征，在横杠中部

18、设计出一个镂空装置，模仿鹈鹕的皮囊载物能力。 3.3第二轮创意图 在第一轮的基础上，整车的线条基本保持原样，修改了横杠的整体形态，并在横杠下加装一个伸缩型载物袋，并开始尝试多种配色方案。 3.4第三轮创意图经过考察与验证，在保持线条的流畅性的基础下，保持车架的完整性，在横杆外部设计模仿鹈鹕的头部特征。并在车的头部与尾部分别加上前灯与尾灯。 3.5第四轮创意图在外观基本确定的基础上，考虑到实用性的因素，确定使用模块式的方法在横杠下部添加一个模仿鹈鹕皮囊的可拆卸硅胶袋，袋子用两个简洁的挂钩子来固定。车头使用led白光灯，尾灯使用红色led灯。轮子尺寸为700c 深度60mm 尾部警示led灯 仿皮

19、囊硅胶袋子 车头led照明灯3.6三视图 3.8最终版面 4 结论 在这次毕业设计中，令我学到了很多知识。比如自行车的架构知识，建模能力的提高，还有对材料的认识。在网上搜集资料的过程中也让我的学习能力有了一定的提高。在修改设计的过程中，认识到自己在不断的犯错，也在不断改进，在以后的工作里，一定要抱着不服输的精神学习下去。世界上没有完美的设计，但是永远都有更好的设计，不能轻易满足，要多方面地去吸收知识与谦虚做人做事。 5 致谢 四年的大学生涯转眼即逝，在此我需要真诚地感谢在这四年里给予我帮助的老师与同学们。 首先要感谢我的毕业设计导师刘玲玲老师，从选题开始到设计结束几个月来一直在耐心地辅导着我，

20、不断地帮助我改进我的毕业设计论文与方案的设计。她对待设计严谨的态度与对细节的执着让我受益匪浅，让我得以顺利完成毕业设计。 在此也要感谢工业设计教研室以及学院的各位老师，他们授予的知识和耐心地指导，让我在今后的学习和工作中更加的顺利。 最后我要感谢同学们长久以来无论是生活还是学习上一直耐心地帮助我，是你们让我的大学生涯丰富多彩，祝愿你们在以后的日子里一路顺风。 参考文献1孙久荣.仿生学的现状和未来R 2010.03.112张欣.仿生艺术设计及其美学 M.江苏美术出版 2009.023李彬.自行车设计中的安全性M.北京:理工大学出版社 2012.054林霜.自行车设计中的人机因素分析与研究EB/OL.2011.115芦长椿.碳纤维供求状况与生产成本 J/OL.2010.026范雪坤.北京的自行车交通发展探讨M.北京大学出版社2009.027李操 .四川鸟类一新记录_白鹈鹕CPDK 2010.038操剑锋.自行车三角架断裂电焊修复M.北京理工大学出版社2008.029王梅军.自行车的发展史及所应用的机械DBOL2012.0210郑安宾.基于人体运动仿真的自行车结构优化DBOL 2010.0211自行车网 - 21 -