自行车设计大赛.docx

机械创新设计大赛项目申报书课 题名称：自行车创新申请者：王志勇 宋含琰 院 （系） 班级 ： 机汽学院工业工程1211班 电话：685420申请日期：2013年1月 机汽学院项目简表课题名称自行车的创新设计负责人姓名王志勇性别男民族汉出生年月1992年4月 学 院机汽学院专 业工业工程年 级12级宿舍住址 桔园24-206联系电话685420指导老师姓名性别出生年月所属学院职称机汽学院研 究 专 长主要参加者姓名性别出生年月学 院专业班级项目分工联系电话王志勇男92.04.24机汽学院工业1211方案设计685420宋含琰男机汽学院方案设计男机汽学院市场调研男机汽学院资料收集1、研究内容及目标项目内容 现在虽然汽车时代已来临，但不并表明自行车会退出社会的舞台。随着人们生活节奏的加快，各种各样的需求也越来越多。经过调研发现，出门在外的旅行者以及家庭住址距离公交车站有一定距离的上班族，都会遇到相似的问题在一段距离上存在着交通覆盖的空白。那么就需要这样一种自行车：它体积小而且轻便，更便于携带与收藏，可以方便人们携带自行车乘坐其他交通工具，以至于发展到自行车可以成为人们随身携带的物品，以解决自行车作为一种个体的交通工具与公共交通之间的互补性及延续性。项目目标、增加自行车的使用功能，满足人们在外出旅行、中途休息、休闲购物等的各种需要，为生活娱乐增添更多的的方便和乐趣。同时，可以减少因汽车等燃料等交通工具增多而造成的坏境污染和能源消耗，且节约空间；、做出实物；、获得国家专利；、能够投入市场；2、 现有技术（理论）存在的问题、自行车的横向折叠和竖向压缩问题；、车筐的拼接和固定问题；，折叠后桌面的稳定性和车与地面接触时的稳定性问题；，各个接触点的连接方式；、自行车篮筐的材料、抗压强度，及其展开方案；、各折叠处的连接结构及其稳定性；、保证折叠前后实现多功能作用；3、本课题的特色与创新之处（1） 保持自行车的原始基本功用；（2） 在家可以当桌子、座椅使用用，可以用作学习桌，亦可以摆 放杂物；（3） 于户外搞野炊活动，可以作餐桌用；（4） 外出购物时，可以作为购物车使用；（5） 提手式携带，更加方便，折叠后可以提行或推行，非常适合各类用户使用； （6） 折叠体积小，有车一族外出游玩首选，折叠后可推行，站立；4、本课题的推广背景和经济效益随着社会的发展，交通问题和污染问题已经日益严重。面对当今这种拥挤和有碍环保与健康的交通状况，需要有一种轻巧便于携带的交通工具来服务与人们的日常生活，这给多功能折叠自行车带来很大的发展空间。其好处在于可以带到地铁、公交车等交通工具上，当目的地距离较远需要转车时他可以用作短途的交通工具，这样既省下了等车的时间又省下了转车的费用，还可以达到自行车保养和防盗的目的。我们的设计，使折叠自行车在方便的同时还可用作桌凳等，更方便旅行和娱乐。据史料记载，最早的实物自行车是1791年西夫拉克发明的在玩具木马上装两个轮子的“玩具马”。1818年德国人德莱斯创造出了前轮可以转向的自行车，虽前轮可以转向，但仍旧是用两脚蹬地，驱动木轮转动。1840年，英格兰的铁匠麦克米伦在后轮的车轴上装上曲柄，再用连杆把曲柄和前面的脚蹬连接起来，使人脚真正实现了离地。1863年法国乔克思在前轮上安装了脚蹬。1870年古里门在自行车安上辐条，采用加大前轮，一链条传动后轮的结构。1874年劳斯制造出第一辆真正的自行车。19世纪末自行车开始批量生产，走进普通人的生活，成为人们生活中方便快捷的工具。最早的折叠自行车的雏形是1970年代由一群美国嬉皮所发展出的越野登山。发展到现在，国内外市场上，各式各样的折叠款式都有，但是利用其折叠效果而改装成其他功用的装置，则显得还不是很成熟，而且技术不是很完善。鉴于这一点，利用其折叠效果而改装成形如桌子，座椅，行李箱等装置，必然会成为折叠式自行车的新的方向，拥有比较广阔的市场。5、本课题的试验方法和技术路线技术路线（1） 依据普通折叠式自行车，设立整体造型方案；（2） 研究确立自行车的具体可实现功能；（3） 研究确立自行车的横向折叠问题；（4） 研究确立自行车的车把纵向压缩问题；（5） 研究确立自行车的支架及其稳定性设计；（6） 研究确立自行车篮筐的设计，使其具有多重功用；（7） 研究确立自行车各伸缩点的设计；（8） 对各连接处进行强度和刚度校核；（9） 做出三维模型并进行仿真；（10）. 制作实物。6、预期成果提交形式(1). 做出三维图形（2）. 做出实物7、所需实验仪器设备金工实习基地中的各类车床；电脑；8、研究计划主要阶段性成果序号研究阶段（起止时间）阶段成果名称成果形式承担者1市场需求调查结果书面报告2基本研究方案的确立书面方案及相关资料3459.课题小组经费预算序 号经费开支科目经费预算金额（元）1购买折叠自行车一辆3502购买改装所需零部件4003相关资料的购买、打印1204改装加工所需4005合计1270 10、课题组成员人员登记姓名专业班级在本课题中分工每月用于课题的时间签字 王志勇工业1211总策划十天宋含琰工业1211方案设计十天方案设计十天市场调研十天资料收集十天指导老师意见签名：年 月 日院（系）审核意见签名（盖章）：年 月 日团委审核意见 签名（盖章）：年 月 日 科技处审核意见 签名（盖章）：年 月 日。目录第一章作品设计背景3第二章市场分析31、国内市场32、国际市场3第三章整体简介3第四章方案综述31、车辆选材32、车辆整体框架33、桌椅功能介绍34、购物车功能介绍3第五章重要结构介绍31、篮筐32、前轮支撑架33、车架连接件34、第三导向轮35、后座定位机构3第六章可行性分析3一、市场可行性3二、技术可行性3三、制造可行性3四、推广可行性3多功能实用自行车第一章 作品设计背景中国素有“自行车王国”的美誉，由此足可见自行车在中国社会和中国文化中的重要地位。虽然在科技迅猛发展、各种新型交通工具不断涌现的今天，自行车已逐渐淡出人们的视野，但集实惠、便捷、健身等多项功能为一身的自行车，仍然在交通日新月异的今天拥有相当大的市场和发展空间。特别是随着社会的发展，交通问题和污染问题已经日益严重。面对当今这种拥挤和有碍环保与健康的交通状况，需要有一种轻巧便于携带的交通工具来服务与人们的日常生活，这给多功能折叠自行车带来很大的发展空间。其好处在于可以带到地铁、公交车等交通工具上，当目的地距离较远需要转车时他可以用作短途的交通工具，这样既省下了等车的时间又省下了转车的费用，还可以达到自行车保养和防盗的目的。我们的设计，在具备普通自行车基本功能的同时具备轻质、可折叠的特性，而且还可用作购物车、桌凳等，更方便旅行和娱乐。第二章 市场分析1、 国内市场我国现在研究的折叠车自行车，其特征是用升降手闸使整车轴心向上提升折叠成超小体积的轴心型便携折叠车的整体结构，整车折叠后放进布袋（箱包）中成为折叠自行车的一体化结构。在制作中则需要用锁紧合页将车架及龙头、车座相连接；锁紧合页装有弹簧、钢索（线闸）等，方便操作；升降手闸可控制锁紧合页，确保安全和方便。本项目构思新颖，结构简洁合理，能轻松折叠和展开，携带和使用方便舒适，生产工艺成熟，极易推广普及，可以填补市场空白，市场前景非常广阔。国内折叠自行车代表范例图示如下：图2-1-1 国内折叠自行车范例1图2-1-1 国内折叠自行车范例22、 国际市场德国制造的BD-1型当前拆叠式自行车中最受欢迎的车型，由德国生产。一般来说，拆叠式自行车因为它能拆叠，因此不可避免地牺牲一些因素，例如形状、刚性、操纵稳定性、骑感等，但是BD-1型几乎不存在这些问题。该型号的自行车把前后避震的结合部，作为拆叠的旋转中心，车架使用高级公路车所使用的7005号铝，因此刚性足够，向前倾斜的握把也很好用。BD-1型的前后避震，不会使人感到较难操作，尤其是前避震的形状很时髦，总地来说BD-1型的外观非常成功。剎车、变速器等零件使用MTB专用的SimanoLX。使用铝制车架因此很轻，车体重10.5kg。车架的上管较长，握把较远。另外，也备有握把杆向前倾斜较少的short reach型，也备有强化避震等的改造用具。图示如下;图2-2-1 德国BD-1型折叠自行车折叠过程示意英国制造 16”车胎、各部件为标准化的拆叠式自行车，由英国制造。这部车的设计非常巧妙，处处显示出设计者的聪明才智。拆叠后几乎成为小件物品，很稳定，可用轮子可以推着走。操作方面则一般，U字型的握把杆，用力踩蹬时有点抖，内装的5速变速器及剎车等都用英国制造的配件，使用弹性体的避震的结合部，成为拆叠的旋转中心，这一点与BD-1型相同，前部车架的上管，向右拆叠，并由蝶型塑料螺子固定。图示如下：图2-2-2 英国制造折叠自行车折叠过程示意日本制造该车的车轮为20”，因此不能拆叠成很小，但是拆叠较简单。拆叠后的收藏及自立性较差，但是很适合于运动。车子重虽约15kg，但是踩蹬起来轻快，装备也佳，前部为2picse Simano的齿轮设有前后避震，车架为铬钼钢。12.5” 的超小型折叠式自行车, 但是重量不轻，重12.9kg。该车的广告用语是瞬间折叠车子, 松开车架的交义点,提升握把即可折叠,类似拆叠婴儿车的要领, 收藏空间需要细长,与婴儿车差不多。没有装避震器也没装变速器,鞍座虽然向后倾斜,但骑感还可以。图示如下：图2-2-3 日本制造折叠自行车折叠过程示意我们的特色与其相比较，我们的多变自行车在具有，体积小、重量轻，骑感舒适、性能稳定、外观时髦、结构简洁合理、能轻松折叠、极易推广普及、市场前景好的基础上，还可以：1、 在郊游，野炊，露营时，通过车筐的展开拼接成桌面或凳面，用定位销将其固定在车把和车座上，可以做临时的桌子和凳子，方便人们就餐和娱乐。2、 在逛街购物时，该多变自行车，可以展现其双折叠功能，通过两次折叠，并将中间的小轮子放下，即可形成精致美观的购物车。这样既节约了空间又节约了资源。3、 在居家生活时，该多变自行车，体积小可以放在卧室和客厅中，既可以作为摆放物品的桌子用，又可以在上面读书写字，合理的利用了空间，方便日常生活。综上所述，本产品融合了国内外折叠自行车的各项优点，并且加入了自己独特的创新之处，更好的满足消费者的日常生活需要。而且该多变自行车极易推广普及、市场前景非常的看好。第三章 整体简介本方案所设计的自行车，是一款多功能折叠自行车，除具备自行车常见功能外，还可用作购物车、桌子、椅子等。初步设计的多功能折叠自行车三维仿真外观如下： 车把和车座在折叠时的的连接图3-1 自行车三维仿真外观示意图 以上为本设计对理想车辆进行初步三维仿真的示意图。真实作品在美观和性能上要好于外观图。如轮胎的选取，我们将采用小式轮胎；材料的选取、外形的设计上，要优于上述图片所展示的视觉效果。第四章 方案综述1、 车辆选材 根据用户层次的不同选材。基本分为平民型的和贵族型：平民型的选材为铝制合金或镁合金；贵族型的选材为钛合金或碳纤维。后者比前者成本平均高出10%-25%，质量比前者轻35%左右。2、 车辆整体框架本项目设计的自行车整体三维仿真造型如下：图4-2-1 自行车三维仿真外观示意图3、 桌椅功能介绍 在整体造型基础上，将车的前后支撑架打下来，将前车筐拆卸下，拼凑成如图示的桌面，一端套再前车把上，末端锁扣再车座上的卡子中，形成牢靠连接，即完成桌子的变形。若将后车坐上的尾框旋转靠在尾座上，腾出空间给人乘坐，即完成凳子的变形。做成桌子和凳子以后整车的示意图如下：图4-3-1 改装成桌椅后的三维仿真外观示意图4、 购物车功能介绍在作为购物车使用时，车坐垫往下收缩一定长度，同时，旋转黄色管套，使车骨架在接头处能折弯180，达到前后轮平行，再将中间导向小轮打到下面来，即完成购物车的变形。示图如下：第五章 重要结构介绍1、 篮筐、 机构组成 篮筐分为底面和侧面共五个面，面与面之间的连接都是用可拆卸合页连接，合页设计成长50mm，宽40mm，合页构造图如下图所示图5-1-1 篮筐合页构造示意图拆卸后的合页如下图所示：图5-1-2 篮筐合页可拆卸构造示意图、 主要功能 做购物车使用时，作为物品放置篮；做桌椅使用时，将前面篮筐拆卸重整为桌面，并加以稳固。、 原理说明篮筐面尺寸大小设计为300300，连接构造如图：图5-1-3 篮筐与前车架连接示意图（整体示意）最里面的一块筐面打一道槽，刚好嵌在车前架伸出的支撑杆（支撑杆设计长为300mm，的薄板），因此方便装卸，其示意图如下：图5-1-4 篮筐与前车架连接示意图（拆分示意）前车架又设计一个支撑底面的支撑杆，支撑杆主要是起辅助支撑作用，支撑杆与下篮筐面的连接示意图如下：图5-1-6 篮筐下底面与前车架支撑杆连接示意图（局部）前车架支撑杆与篮筐的连接示意图为：图5-1-7 篮筐下底面与前车架支撑杆连接示意图（整体）面与面的连接方式都采用可拆卸合页进行连接，篮筐分为下底面和前后左右共五个面。可拆卸篮筐的示意图为：图5-1-8 可拆卸篮筐示意图当要做成桌子时候，先把篮筐从支撑杆取下来因为篮筐面的连接都是可拆卸合页。将篮筐拆分为桌面的方法：如上图，对各面按顺时针1、2、3、4进行编号；现将1、2当做一个整体，3、4当做一个整体，把1、4以及2、3之间的合页拆开，因为1、2、3、4四个面与地面的连接也是采用合页，故1、2、3、4拆下后都留有半个合页，且在设计合页时，1、2的半个合页与3、4的半个合页正好相互配合，故拆下1、2，和3、4之后，1、2、3、4可以正好装成一个方桌、其面积大小为640mm640mm的桌面。其连接示意图如下：图5-1-9 篮筐变成桌面时连接示意图当把篮筐展开成桌面以后，接下来要解决的问题就是如何把桌面铺展到自行车上并进行稳固了。首先，设计自行车的时候，就控制了车把和座椅的高度一致，这有利于桌面平整的铺张，另外，在车把上设计一对卡环，卡环之间的距离设计为450mm，其示意图如下：图5-1-10 车把卡环示意图在篮筐面2和篮筐面4上设计两个卡扣，两卡扣之间的距离也设计为450mm，正好把2，4面固定在车前把上。另外在座椅上开两个孔，间距控制为80mm，孔里面嵌套两个卡子，卡子利用弹簧的作用力能够升降，卡子卡位处设计成可以自由转动的结构，便于放置，当要限位时，把可动卡环拉平。其示意图为：图5-1-11 座椅上卡子示意图在篮筐1、3面也开两个孔，间距为80mm，正好与卡子配合，故1、3面也可固定下来，其整体构造图为图5-1-12 桌面整体示意图2、4面与前车把的固定示意图为：图5-1-13 2、4面与前车把的固定示意图2、 前轮支撑架、 机构组成 主要由 连接板（焊接有两个卡子）、支撑架、弹簧 组成。、 原理说明支撑架与车架的连接类似于老式自行车后支撑架。只是在限位上，采用弹簧和两个卡子构成。弹簧一端连接在一块固定在前轮轴的铁板上，另一端与支撑架相连。支撑架在上下两个极限位置都受到弹簧的拉力和卡子的反作用力而保持稳定。弹簧、卡子、及支撑架在铁板上的相对位置如下图所示。图5-2-1 前轮支撑架各组成构件图解、 主要功能此支撑架保证着地两端点距离为340mm，垂直高度为370mm，起到了限位和定位的作用。、 图解图5-2-2 前轮支撑架三维图简示3、 车架连接件、 机构组成主要由 前后骨架接头，中间连接件，连接管件组成。示意图如下：图5-3-1 车架连接件三维造型示意图、 原理说明 首先，要保证在当自行车正常使用时，前后骨架可稳固连接。因此，该车的连接部分用了两根杆件。限位方面，在连接杆与骨架的接头处有一个特别的设计。视图如下：图5-3-2 连接杆与骨架的接头处特别设计示意图该接头实现了限位的功能，保证前骨架与后骨架不会往一侧偏折。另一方面，在连接杆外侧安装一管件，实现对连接头另外一侧的限位。这样就保证了连接头的完全约束。同时，在旋转管件180后，提供接头一个自由度，实现骨架的弯折。管件的三维视图如下：图5-3-3 连接管件示意图在变形为购物车时，管件旋转180，连接头有了一个旋转的自由度。不过因为接头的结构，只能旋转90，这样就使得变形购物车时，前骨架与后骨架刚好旋转180，前轮与后轮再次平行。骨架上的接头部分如下：图5-3-4 接头-骨架示意图中间连接部分三维视图如下：图5-3-5 中间连接部分三维仿真视图、 主要功能为车前骨架与后骨架的连接结构，可实4、 第三导向轮、 机构组成 主要由以下 连接杆、小轮、轮轴 组成。、 原理说明导向轮离地垂直高度为375mm，由轮子和连接杆两部分组成，其图如下。其中轮子的直径为100mm。连接杆一端连接在车架放置飞轮的支架上面，另一端与轮子连接。图5-4-1 第三导向轮三维仿真视图导向轮的固定采用类似铡刀开关闭合时铡刀与底座之间的连接方式。即在轮支架上焊接两条弯曲的铁棒，在如图2、3所示的连接杆1、2上焊接两片靠在一起且具有一定弹性的铁片，用于夹住支架上的铁棒，此时便可以起到固定导向轮的作用。当不使用导向轮时，导向轮依靠其焊接在支架上的铁棒固定在焊接在连接杆2上的铁片内，当使用导向轮时其固定也是一样的原理。其固定如下两图所示：图5-4-2 第三导向轮未工作时状态三维仿真视图图5-4-3 第三导向轮工作时状态三维仿真视图、 主要功能 主要在自行车做购物车时起导向作用，同时也起到稳固作用。5、 后座定位机构、 机构组成 由 可以转动的T型杆、弹簧、螺钉 四个构件组成。、 原理说明 定位机构实际上是个外套一个弹簧的可转动型T型杆，弹簧固定在底部，利用弹簧伸缩性和T型杆摆动性相结合来达到固定桌面和凳面的目的。、 主要功能当自行车改装成桌椅的时候，起定位稳固作用。1、 平时不用时，定位销旋转成I型，竖直固定在车座小孔正下方。2、 做桌子和凳子时，利用弹簧的伸缩性，将定位销从车座的小孔中伸出，并同时插入由车筐做成桌面上的小孔中，旋转成T型，再次利用弹簧的伸缩性而达到固定桌面的效果。、 图解图5-5-1 后座定位机构主视图图5-5-2 后座定位机构俯视图图5-5-3 后座定位机构左视图图5-5-4 后座定位机构右视图第六章 可行性分析本项目做的是一种多功能折叠自行车，在保证具有一般自行车速度、特性，且保证拥有便捷携带、操作简单、灵活机动等特质的基础上，增加了改装功能。譬如，改装成桌子、凳子，方便外出郊游时的娱乐休息；改装成购物车，方便外出购物等等。下面，从市场可行性、技术可行性、制造可行性、推广可行性等几个方面来阐述笨项目的可行性：一、 市场可行性一个好的项目，必定是拥有好的市场前景。没有市场的项目就好比纸上谈兵，空有华丽外表，外强而中干。据初步的市场调查，国内现有的折叠自行车功能多数仅限于折叠后方便携带和存放，极个别的自行车可以在折叠后进行推放或拖放，一些独具特色或者创意的设计还不是很多；国外有很多关于各种新型创意的多功能折叠自行车设计，但大多都处于起步阶段，发展