x紫琅职业技术学院毕业论文题 目：折叠式自行车的设计副 标 题：学 生 姓 名：乐平平所在系、专业：机电系机械制造与设计班 级：机械101指 导 教 师：易俊诚日 期：2013.4.28I目 录摘 要在现今社会中，生活节奏越来越快，交通状况越来越差，污染与能源消耗越来越严重，自行车作为一种包含了交通代步、锻炼身体、旅游、比赛以及少量货物运送的工具，越来越受到人们的青睐。在中国，贫富差距相差悬殊，道路建设不够完善，而自行车价格相对便宜，存放与使用方便，维修保养也非常的简单。因此，自行车在某些地区还是相当普遍的代步工具。而更多的是，对于人们更加关注理性消费和健康问题的今天，大众对自行车的热度也毫不逊色于国外，人们环保意识的增强以及全民健身的推广，使得自行车再次回到人们的视野，而且只有顺应这种趋势，才能更好地满足人们的需求。世界人口已到达70多亿，人口越来越密集，人类可以使用的空间越来越少，所以提倡空间的合理利用成为一种无言的口号，人们都在想方设法地节省空间，把有的空间合理利用。折叠自行车就是人们对这一主题的很好反映。相对于原始的自行车，折叠自行车在外形上的改良成为消费者的一大吸引力以外，还更适合现今人们的生活要求，方便出游携带，使用简单，骑乘舒适灵活等等，使折叠自行车越来越成为人们购买自行车时得一大选择，市场竞争力也随之增长。因此设计出一种顺应时代的发展的折叠自行车将成为设计者的又一挑战。要设计好一款好的折叠自行车就要很好的分析各种现存的结构，在结合其他所有现存的东西来寻求能够使体积缩小的结构与折叠方式，同时，还要寻找一种适合于设计的方案的材料，从而能够设计出一台具有划时代意义的折叠自行车。关键词：折叠；自行车；设计；机构；体积 目录题目：折叠式自行车的设计3摘要1第一章 绪论5（一）、自行车的背景与需求5（二）、折叠自行车的好处5（三）、市场分析5第二章 设计方案的确定6（一）、创新来源6（二）、主要技术要求6（三）、研究方法7（四）、设计过程7确定折叠方式8确定传动机构8第三章 结构设计9（一）、结构分析91、设计中的不同点92、车的折叠过程11（二） 关节机构121、车头把手机构122、前身下部结构133、车身与鞍座结构144、传动机构14（四） 强度校核161、应力计算162、弯矩计算17第四章 设计的改进18（一）、车头把手不能折叠18（二）、齿轮箱太大18（三）、脚踏板的位置安排得还不够合理18第五章 总结19参考文献20（目录没有排）4论文题目第一章 绪论（一）、自行车的背景与需求自行车发明至今已有200多年的历史。今天，自行车作为交通代步、锻炼身体、运动比赛以及少量货物运送工具，已经遍及到世界各地的每个角落。由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，因此控制灵活方便，能迅速地对驾驶者的操作做出反应，速度直接由人脚部运动直接控制，虽然原始，但更贴近人们的生活。根据近几年来得研究表明，骑自行车和跑步、游泳一样，是一种非常有效的健身方法和最能改善人们心肺功能的耐力性锻炼。骑自行车还能够减少空气污染与噪声污染，保护了人们赖以生存的环境。自行车锻炼的好处是不限时间，不限速度，不限地点。骑自行车不但可以减肥，而且还可以使身材均匀，达到健美的效果。由于自行车运动是需要大量氧气的运动，所以还可以强化心脏功能。同还能防止高血压，有时比药物更有效。踩自行车压缩血管，使得血液循环加速，大脑摄入更多的氧气，再加入吸入大量新鲜空气，会觉得脑筋更清楚。骑在车上你会感觉十分自由且畅快无比，它不再只是一种代步工具，更是愉悦心灵的方式。由此看出，骑自行车好处多多，健康多多，何乐而不为呢！（二）、折叠自行车的好处折叠自行车特征：1、 驾驭自如：依据人体力学而设计的折叠自行车，车轮不大，通过调整前后齿比，骑行舒适快速省力，把手、坐垫高低均可调整，总有一种你喜欢的舒适度。2、 灵活携带：折叠后其体积不到普通自行车的五分之一，体积小，重量轻，提着它上下楼就跟玩是的一口气能上十几楼、上下电梯、乘坐公交车和地铁都十分方便。3、 快速折叠:折叠与打开时均无需工具，整个过程只需抽根烟的时间。4、 防止丢失：折叠后随身携带或存在商场物品存放处保证万无一失。5、 保持时尚：折叠车外形靓丽，做工精美，绝对是时尚一族的顶级装备。6、 健身环保：骑折叠自行车不仅是最好的有氧运动之一，也是身体力行的环保途径之一。第二章 设计方案的确定（一）、创新来源：1、本设计主要在现有的折叠自行车的基础上作出修改与创新。现有的折叠自行车折叠后的体积都比较大，所以要首先在合理的构造的前提下思考如何在减少折叠后的体积这一点上下手，不只是简单的的直线伸缩，还利用各种的机构，在传统自行车的基础上去掉了后座，这样子就能够更加扩大节省材料和体积的可能性，为我们的创新设计创造出更大的思维空间。本设计在结构上做了很大程度上的改进，外形上有了很大的突破。折叠后比以往的设计体积更小，折叠方式更方便，重量更轻。2、有些折叠自行车虽然体积是变小了，车的齿轮的传动比太少，只有一级传动，骑上去后脚即使把脚踏板踩得飞快，相比于普通自行车的车速依然显得非常逊色，因此就要思考一下可以用什么方法来解决这一问题。参考了牙箱的传动机构，就想到在传动上不是仅仅只能局限在一级传动上，所以齿轮就在普遍的链条与齿轮的一级传动改成了链条与齿轮的二级传动，以此来增加脚踏板的转动轴与车轮的传动比，是人能够在不用用力踩就能得到一定的车速，达到悠闲地行驶的效果。3、最普遍的折叠方式是车头与车座位置的伸缩和单纯的把折叠自行车从中间折叠一半，也并不能缩小多少的体积，还是大大的一台在那里。现今已存在的折叠扇就是折叠机构中很成功的例子，因此可以把折叠扇的折叠方式借鉴灵活的运用到折叠自行车上面去。把伸缩与旋转折叠的方式相结合，这样就可以做到更大限度的节省空间。（二）、主要技术要求1、采用现代设计方法完成各部分设计；2、使用该设备能实现展开后安全行使，折叠后便于携带等功能，3、要求总体结构尺寸最小化，关键零部件强度、刚度足够；4、动作安全可靠，工作时运动平稳；5、整体结构布局优化。6、主要技术参数最大展开尺寸：1284.67*550*1180.76传动比：脚踏一圈与车轮转动圈数之比，1:4最小折叠尺寸：750*450*800最大承重：110kg最高时速：40km/h设计重量：7.5kg刹车线：1.5MM不锈钢（固定螺钉设计，取消圆孔下部的螺纹，不锈钢材料。强度增加一倍）。车轮直径：210mm行程：643.7mm（三）、设计过程 通过观察市场上的折叠自行车，在一般的折叠自行车设计中发现其中存在的问题有：折叠之后占用空间大和车身重量比较重，这样设计只是在名义上做到折叠，实际折叠之后占用的空间减小量较小，自行车车的重量却与非折叠式自行车的重量相差无几，有的设计选用的材料强度好但比较稀有加上零部件采用非标准件，价格较高便不是一般人所能接受的，有些折叠自行车虽然结构精巧，但是，由于传动部件也随车身的要求而缩小，传动比小，给使用者带来很大的麻烦。所以此类设计只达到美观以及方便运输的目的，而没有达到大众化且携带方便使用轻松的目的。针对这些问题，我们找到目前折叠自行车设计中的可以改善的空间。（四）确定设计纲要整理已找到的问题及可改善的机会，建立对折叠自行车设计的纲要。 车身材料采用较常见的自行车材料 车身采用普通的Q235钢，整台自行车的价格尽量控制在平民能接受的范围，车的零部件采用普通的标准件避免使用过程中自行车出问题时需更换专用零件遇到的麻烦，维修简单。结构尽量简单 使用简单的结构，一方面可以简化制造加工及装配流程，减少生产成本，另一方面可以方便使用者自行装拆自行车。车身占用空间小 无论在运输还是外出旅行，车身占用的空间越小，给人带来的便利也就越大，也能更好的减少自行车制造的成本。要使自行车车身占用空间小的话，车轮小尺寸是关键，但车轮小又要满足使用者不费大力气达到普通自行车的速度，就必须考虑到用大传动比，小结构的折叠自行车用两个齿轮传动是不能达到大的传动比，综合考虑之后，采用二级齿轮传动来加大小空间使用的传动比。 搜集资料阶段，能接触的资源有：网络资源；图书资料；现有的自行车；及对自行车有点研究的朋友或维修店师傅。 经过搜索，发现市场上折叠自行车的结构基本采用平行四边形，折叠的形式是两个三角形合并，这种折叠方式需要空间比较大，达不到小空间要求。另一种结构是采用雨伞式折叠结构，折叠之后就像收雨伞的效果，占用空间小。还有一种折叠方式像多功能小刀的折叠方式，但是这样结构强度方面较差。整理多个方案之后，选用雨伞式折叠结构的设计，即A-Bike公司的设计，这种结构简单，占用空间小，这种结构的设计正是本次设计的目的。综上，我们选用的设计方案是：总体结构是雨伞式折叠结构，车身材料主要用Q235钢，零部件采用通用标准件，直径210mm左右的小车轮，传动齿轮采用二级传动。整理设计方案，计算修改各部件强度及尺寸，设计飞轮及齿轮的齿数和直径，定车轮的直径，和进一步设计折叠机构。手绘各个部件及自行车总体的草图，对部分机构进行修改，用CAD软件绘制出自行车的零件图及装配图。 (五)确定折叠方式 ： 为了使折叠自行车能够实现展开后安全正常行驶，折叠后便于携带等功能；总体结构尺寸最小化，关键零部件刚度、强度足够；动作安全可靠，工作时运动平稳；整个结构布局优化，结合各种折叠自行车方案实力，结合实际生活经验，最终确定了如图2-1所示的总体结构图1-1（六） 确定传动机构：目前，国内外普遍采用一级传动，速度略逊于普通自行车，所以为了增大传动比，可以采用二级传动或三级传动来增大传动比来提高速度。但由于三级传动结构过于复杂，所占空间较大，影响折叠后的尺寸，同时也加大了自行车自身的重量，最关键的是传动比过大所需的力就较大，在骑行时就可能把休闲代步 变成一种超大负荷的运动。为了改变这种缺陷，最后还是采用二级传动，这样不仅减小自行车折叠后的尺寸、总重量和骑行是所需的力，同时也使结构变得更加简单、合理。第三章 结构设计（一）结构分析：1、设计中的不同点： 设计出一款质量轻、尺寸小、可折叠、携带方便的自行车，车体部分设计是能否设计出一款小巧折叠自行车的关键。目前市场上出现得最多的折叠自行车是将两个轮相互叠并的折叠方式，虽然对折了差不多一半，但是还占了较大的空间，而且在结构上也相对简单，一般只需一两个关节折就行了，当然在成本上也是比较的便宜。可折叠自行车不仅要考虑成本，还要考虑每条连接杆的杆身的受力到每个关节处的受力是否满足强度或者其他要求，也即是对结构的要求会更高，各大部件主要有动力接受部件、支撑部件、工作部件，还有传动部件。 动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。动力靠的是骑车人的双脚踩在脚蹬上用力，下肢运动的力使曲柄转动而产生动力。为了使人省力和舒适感，必须在骑