新型折叠自行车设计说明书

1、攀枝花学院本科毕业设计（论文）新型折叠自行车设计学生姓名： 冯立波 学生学号： 6 院（系）： 机械工程学院 年级专业： 2012级机制一班 指导教师： 陈永强 副教授二一六年五月摘 要一般折叠车有着车架折叠关节、立管折叠关节等结构构成。通过车架折叠，将前后对折在一起，可减少一半左右的长度。整车在折叠后体积小巧便于携带。在折叠的过程中也不需要借助外来工具，可手动将车折叠展开。在折叠后通过座杆做为支撑点以使折叠后能立稳。本文将介绍的折叠购物自行车，是一款可以折叠成为购物车的轻便型自行车，可以实现向左右两个方向的折叠，本款折叠自行车新增了其特有的折叠卡扣形式，使自行车折叠较传统折叠自行车更加简单易

2、用，老少皆会操作。它主要为了交通、购物带来了更多的便利，随着如今消费水平的提高，人民购物频繁且多样，超市购物车无法带回家，所以便携式折叠购物车影起了社会上更多的人关注，M型便携式折叠购物的特点是：便携式折叠购物采用的是一种全新的折叠卡扣方式，可以轻松折叠或打开。折叠或打开速度最快。折叠后可以像购物车那样推行、载货。骑行安全靠。整车重量轻。关键词 自行车，同步带轮，折叠，购物ABSTRACTGenerally, a Folding Bike consists of the joints of frame folding and the joints of vertical pipe foldin

3、g. Through the folio in front and back, the lengths half approximately half will be reduced easily, that is to say, its more convenient for people to take along it anywhere after folded. In addition, it doesnt need any tools when folding and anyone can unfold it easily. The most important is this Fo

4、lding Bikes still can be stable, as it is on the foundation of seat post, its supporting point.The paper mainly introduces the Folding Shopping Bike, which is a kind of bicycle that can become the portable shopping cart after folded. The priority for this Folding Shopping Bike is its unique folding

5、snap joint assemblies, making it more convenient for people including the old and children to operate it compared with the traditional one.This kind of Folding Shopping Bike brings more convenience in traffic and shopping to people around the world. With the rapid improvement of the consumption leve

6、l, people go to the different kinds of supermarkets more frequently and they are willing to purchase more goods, so its inconvenient for people to use the traditional shopping carts to take these goods home. Therefore, more people in the world pay much more attention to the portable folding shopping

7、 carts. The characteristics of it are as follows. First, it adopts the folding snap joints assemblies, making it easier to fold and unfold. Second, people can fold and unfold it in a very fast speed. Third, it can carry on heavier cargos and it can be pushed forward just like the shopping carts in s

8、upermarkets. Forth, it is much safer and much more practical.Key words bike，folding，synchronous pulley，shopping carts目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论31.1概述31.2自行车的研究现状41.3课题研究的目的及意义61.4本课题主要研究内容61.5自行车材料探究62 传统折叠自行车介绍82.1折叠自行车的起源82.2折叠自行车的折叠方式92.3自行车的保养103 折叠购物自行车系统结构及组成123.1系统结构123.2组成123.3部件124 折叠购物自行车的结构设计1

9、44.1方案的对比与车梁结构形式的确定144.2 整体车架结构设计164.2.1 人一自行车系统 164.2.2 影响自行车性能的人体因素174.2.3 折叠购物自行车折叠设计184.2.4大梁折叠扣设计194.3滚子链轮的传动结构设计194.3.1输入功率的计算194.3.2 链轮传动结构设计204.4折叠销钉卡扣结构强度设计234.4.1 卡扣的结构强度设计234.4.2 销轴的结构强度设计244.5车梁的结构强度设计及计算264.5.1前车轴结构设计264.5.2后车轴结构设计294.6车梁强度的计算334.7刹车装置的设计354.7.1刹车的作用354.7.2刹车装置的分类和区别364

10、.7.3刹车装置的设计38参考文献40致 谢411 绪论1.1概述 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、越野旅游、运动比赛以及少量货物运送工具，已遍及到世界的每个角落。但它的发明和改进经历了漫长而复杂的历史过程。早在1642年，意大利一位橱窗设计师便在他所设计的罗马教堂的彩色玻璃上，绘制了自行车的雏型图案。甚至就连大名鼎鼎的达芬奇与他的学生也研究和设计过自行车。但是直到1885年使用橡胶制造出自行车的充气轮胎。才基本奠定了现代自行车的雏形。自行车的发展日新月异，从最原始的形式开始，虽然在基本结构上没有质的变化，但是在其材料的选用、工艺的改良、理念的创新方面，

11、还是有着许许多多的突破。时至今日，自行车已成为全世界人们使用最多，最简单，最实用的交通工具。这些技术的改进、变化，也都是以人为本的。根据大众的需要，使它更加的贴合我们的生活，使用更方便，轻巧、简单。基于以上目的我们设计了这个出门可以骑行,折叠后可以推着购物的折叠自行车。你可以骑着自行车去超市购物，到了超市后经过简单的几步折叠操作，它便化身为一个推着走的购物车，前后两个篮子则可以放置你所需购买的东西。购物后，又可以将它骑回家了。 图1.1 骑行状态 图1.2 折叠状态1.2自行车的研究现状 一、我国自行车发展状况我国自行车产量、出口量均占世界总量的60%以上，国内消费量也居世界第一。产品质量和技

12、术含量不断提升，出口数量和价格稳步提高。但是，品牌附加值不高、企业盈利状况不理想以及国内市场监管不尽完善等因素严重制约自行车行业健康发展。（1）行业概况。据国家统计局统计，2006年，我国自行车行业规模以上企业881家，生产自行车、电动自行车共计6732.7万辆（据中国自行车协会统计，目前，全国共有各类规模自行车和零部件企业1000多家，电动自行车企业1000多家。2006年，全国共生产自行车8500万辆，电动自行车1950万辆），全年完成工业总产值518.3亿元，销售收入508.4亿元，利润总额13.8亿元，利税总额21.7亿元，吸纳就业17.65万人。自行车及其零部件销往176个国家（地区

13、），其中，出口整车5600万辆，同比增长4.5%，创汇18.9亿美元，同比增长7.8%；出口零部件11.1亿美元，同比增长16.4%。我国自行车行业已完全实现市场化运作，规模以上企业各种所有制完成工业总产值及其占比情况依次为：外资企业（289.8亿元，55.9%）、私营企业（182.2亿元，35.2%）、其他所有制企业（46.3亿元，8.9%）。（2）行业经济运行特点。 1）经济运行态势良好，产量、出口量、出口金额和平均出口价格均持续平稳增长。2007年一季度，规模以上企业共生产整车1546万辆，同比增长9.4%，产销率99.5%。完成工业总产值128.3亿元，同比增长13%。整车出口到144

14、个国家（地区），合计1436万辆，同比增长7.1%；出口金额5.57亿美元，同比增长13.3%；平均出口单价为38.8美元/辆，同比上涨5.8%。出口自行车零部件3.1亿美元，同比增长11.4%。2）行业专业化程度高，生产体系日趋完备。国内各种钢材、铝合金、钛合金等轻合金材料供应充足，原材料加工成形、整车生产涂装、各类各档次零部件的专业加工制造及配套齐备，已形成完整的生产体系。3）产业集聚化程度和效应明显，自行车企业主要集中在天津、江浙沪、广东三大区域。2006年，各地自行车（含电动自行车）产量及占总产量比重依次为：天津（4632万辆，44.3%）、浙江（1839万辆，17.6%）、广东（16

15、68万辆，16%）、江苏（1282万辆，12.3%）、上海（992万辆，9.5%），以上五省市合计占全国总产量的99.7%。4）产品技术含量和质量档次不断提高。产品开发基本采用计算机三维设计，并充分考虑人体工程学。企业生产中使用铝合金、镁合金、钛合金和碳纤维等新材料、新工艺的产品比例不断提高，并在管理中运用ERP等先进管理软件和理念，使得自行车产品技术含量和企业经营管理水平不断跃升。5）优势地位愈加明显。目前，世界自行车年产量约为1.3亿辆，年贸易量约为7500万辆，我国自行车产量、出口量均占世界总量60%以上，国内消费量也居世界第一，制造能力不断提高，由于早年自行车行业发达的美国、日本在结构

16、调整之后，已无产业基础，中东、东盟自行车基础薄弱，因此，与现有的竞争对手相比，我国自行车产业已具有较为有利的竞争优势。 二、面临的主要问题（1）产业结构亟待调整。1）行业集中度不够高。主要表现在生产规模大的龙头企业占全行业比重不高，年产量100万辆以上的企业数量仅占企业总数的2%左右。2）专业化分工、产区集聚仍需继续深化。以天津为例，众多自行车及零部件生产企业分散在不同城区。上海也是如此，生产凤凰牌自行车的几个分厂之间相距车程要几个小时，物流、仓储、资源配置尚未达到最优化状态，有必要继续发展相对集中的自行车产业园区，进一步细化分工。3）出口产品较为单一，主要以代步车和小轮车（20英寸或以下）为

17、主。2006年，代步车和小轮车（20英寸或以下）出口量占总出口量的68.2%，平均出口单价为27.7美元/辆，比整体出口平均单价低了5美元/辆。（2）行业缺少自有品牌。1）国内市场知名品牌数量及其所占市场份额均较低。2006年，自行车、电动自行车整车企业均超过千家，但只有7家企业分别获得“中国名牌”或“最具市场竞争力品牌”，同时，市场份额最高的企业也仅为7%左右。2）行业缺乏国际知名品牌，缺乏通畅渠道。自行车行业出口产品80%以上为国外定牌生产，其余不到20%的产品虽以自有品牌出口，但主要通过超市进行销售，产品以小轮车为主，很难提升档次和附加值。（3）行业盈利状况不理想。1）国内市场呈缓慢下滑

18、趋势。究其原因主要是国内消费以普通代步自行车为主，用于运动、休闲、竞技器材的中高档自行车尚未普及，自行车环保、节能、健康的优点也未得到充分宣传；同时，近年来，社会上偷盗自行车的现象加剧，影响了国内消费者对高技术含量、高附加值自行车产品的购买。2）出口继续稳定增长，但空间有限。国际市场贸易量长期稳定在7500万辆左右，我国2006年出口5600万辆，占全球75%。意大利、德国、中国台湾等在高档产品市场占据主导地位，而其他发展中国家，如越南、印度、孟加拉国等发展较快，在中低档产品市场与我国同类产品竞争激烈。3）行业平均利润仅为4%左右。面对激烈竞争，在无法发掘更深层的核心竞争力之前，行业只能靠价格

19、和数量扩张取胜，不仅影响了自身利润和研发投入，而且增加了引发国际贸易纠纷的风险。（4）电动自行车生产及相关交通管理亟待规范。目前，部分电动自行车产品超速、超重以及模仿摩托车生产，不符合国家标准的相关规定。由于各地对电动自行车上路管理规定不一，部分地区鼓励发展和使用，而个别地区则严禁上路行驶，对电动自行车的健康发展带来一定的影响。1.3课题研究的目的及意义 目的：寻求一种折叠购物自行车的发展模式，设计出一种能够投入使用的新型自行车。 意义：改变现有的自行车产业结构，改变自行车生产方式，进而改变人们的生活观念以及思想及生活方式。1.4本课题主要研究内容本次研究是针对自行车的折叠方式的改进及折叠成购

20、物车形式的方案的设计。对于我们更好地理解机构及其组成有着重要的意义。本次研究的最终目的，是希望本次设计的自行车能够对未来产生一定的影响。1.5自行车材料探究目前，可以制造自行车车架的材料主要有以下几种：钢，铝合金，钛合金，镁合金，钪合金，碳纤维等等，一般市场上出现的车架主要有钢，铝合金，钛合金，碳纤维。钪合金和镁合金是最近的新兴材料，比较少见。铝合金是目前最看好的材质，在80年代初期就己经开始被大量运用在自行车制造上，虽然铝合金车架重量轻、延伸性相当好，但应力较集中，所以性能较差。近年来铝合金材质在车架上运用了新技术，其中渐进式抽管法最被看好，即分数次将铝材逐渐抽薄，减少重量而又不损失强度，消

21、除了车架接缝处的潜在断裂处。英国设计者Kirk Precision大胆地利用新型材料高纯度镁，通过镁合金浇注成模方法，再结合高科技制造设备和计算机辅助设计手段，成功地将大规模制造的优势运用到传统手工制造的自行车行业中来，生产出比相同大小和重量的钢管车架质量更轻、刚度更高，性能更佳、动感更强的合金管车架。钦合金在航空工业上普遍被运用，同时也渐渐被自行车行业所注意。钦合金稳定性高、不易氧化.强度高、抗腐蚀性好.吸震性也十分好，如此多的优点和制造难度使得钦合金车架的价格一直十分昂贵.复合材料在运动器材方面蓬勃发展，加上制造技术渐趋成熟，引起有心人士投入复合材料代替金属的开发。碳纤维是一种纤维补强的热

22、固树脂，属于非金属材料，它重量轻、可塑性大、耐牢性卓越，防震性能好，与同质量的金属相比有更优良的强度与刚硬度;将碳纤维管状物与铝合金接头这两种截然不同性能的物体以高分子接着剂胶合组成一体化成型车架，最适用于竞赛型的自行车。碳纤维自行车的国内外发展状况如下所述。80年代中期，意大利、法国、英国和美国利用复合材料和工程塑料方面的技术优势.相继开发成功了用碳纤维管和铝合金接头粘接成车架的碳纤维自行车。随后，欧美等国对自行车进行计算机辅助受力分析和强度计算，使计算机外形更符合人机工程学的要求，研制出碳纤维整体车架成型工艺。90年代初，国外厂商将粘接型和整体性进行混合技术，即用碳纤维管和多通接头作“底”

23、.外敷缠绕碳纤维层，使多通接管掩埋在里面，外部看起来似整体成型。以确保自行车的强度。 外胎采用软边胎，断面较宽着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。外胎上有花纹，可以增加与地面的摩擦力。2 传统折叠自行车介绍2.1折叠自行车的起源自行车起源于欧洲。1790年：法国的西夫拉克伯爵（Comte de Sivrac）将两个轮子装在木马上，人骑在上面用脚蹬地前行，称木马轮。1816年：德国的冯德赖斯男爵（Baron Karl von Drais）发明有车把可控制方向的木轮车，当年获英国专利。1839年：苏格兰铁匠麦克米兰（Kirkpatrick MacMillan）制成由曲柄连杆结构驱动后轮的铁制自行车

24、。1861年：法国的米肖父子发明前轮大、后轮小，前轮上装有曲柄和能转动的踏板的自行车，并于1867年在巴黎博览会上展出。1874年：英国的劳森（H.J.Lawson）在自行车上采用了链条传动结构。1886年：英国的斯塔利（J.Starley）使用了滚珠轴承和车闸，并将前后轮改为大小相同。1888年：英国的邓洛普（John Boyd Dunlop）成功使用了充气橡胶轮胎，自行车至此基本完善。 图2.1 折叠自行车示例 折叠式自行车是英国人克莱夫.辛克莱尔的一项新发明，它一上市，就因构思奇特、造型新颖、结构紧凑、用料新奇（车架材料为经热处理的铝和高强度玻璃纤维强化的高聚合物）而吸引了众多目光，因此

25、，虽然价格不菲，很快就被抢购。折叠式自行车的确是一种独特、方便的交通工具，尤其适合作为几公里至十几公里距离的代步工具。这首先是因为它携带方便，重仅15公斤，只需11秒种即可折叠或展开，而且很容易地装入一个旅行袋带上汽车、火车、飞机，下车或走出机场后，只需几秒就可打开，骑上完成最后的旅程。2.2折叠自行车的折叠方式折叠自行车是一种带脚踏的两轮车辆，可以折叠或通过其他方式转换成便携的形状、尺寸或包装以便于存储或运输。折叠自行车包括可拆卸自行车。（折叠自行车包括可拆卸自行车和不可拆卸自行车，部分折叠车还是电力驱动的。）有些折叠车是电力驱动的。在各个国家，折叠自行车在法律意义上归属于自行车（或电动车）

26、，必须符合所有相关安全标准才能上路。一般折叠车有车架折叠关节和立管折叠关节构成。通过车架折叠，将前后两轮对折在一起，可减少45%左右的长度。整车在折叠后可放入登机箱和折叠包内，以及汽车的后备箱。在折叠的过程中也不需要借助外来工具，可手动将车折叠展开。在折叠后通过座杆做为支撑点以使折叠后能立稳。折叠自行车携带、使用方便舒适，生产工艺成熟。目前市面上的折叠自行车都能实现折叠功能。常见的折叠自行车整车在折叠后体积小巧便于携带。在折叠的过程中也不需要借助外来工具，可手动将车折叠展开。在折叠后通过座杆做为支撑点以使折叠后能立稳。但是这一功能并没有被消费者充分利用。原因在于市面上常见折叠自行车的这个功能并

27、不适用。生产折叠自行车的厂家虽然很多，但是产品类型基本雷同，折叠方案大致为：折叠大梁，缩小体积，折叠把手所在的竖直杆，使用伸缩结构将座椅支架缩短。但是这样操作完成后的自行车已变成形状扭曲混乱的一堆金属管，失去了任何功能性和观赏性。由于市面上的折叠自行车普遍采用铁材或铝合金，重量较大，所以即使完成折叠使整车体积变小，也没有突出便携式等特点。折叠自行车相对于普通自行车有更多的零部件，所以对折叠功能的弃置导致了很严重的资源浪费。虽然国外的折叠自行车功能相较我国先进，但折叠自行车的优势没能体现出来。自行车的材料主要有铝质和钢质，也有极少数使用镁合金，更有极少数高档产品使用碳纤维材料。如果您经常需要提着

28、车子上下楼，建议您选用铝质车架的产品，这样的车大多在10公斤左右，20寸的一般也不超过12.5公斤。不仅是重量轻，而且铝质车架产品的寿命也更长，不用担心生锈。当然，不能只以重量作为唯一指标，车架的强度不可忽略，有些厂家为了减少车重，他们是通过降低车架材料的厚度来实现的，难以保证车架具有足够的强度。选车时最好骑上去试试，不仅可以感觉车架强度，而且可以测试整车的人体力学设计是否合理，好的设计可以保证骑行姿势伸展，即使长距离也不会疲劳。另外一方面，部分高级品牌的折叠自行车还有一项优势，就是可以在10到20秒内，折叠成小巧的尺寸，这项优势在英国品牌Brompton伯龙腾身上体现得尤为突出。独特的折叠设

29、计可以确保车灯、缆线等不受损坏，并且在折叠之后，可以放置进相匹配的折叠包中，不用担心链条与齿轮会弄脏衣服与行李袋。2.3自行车的保养 一、怎样保护自行车电镀层?自行车上的电镀层是铬镀层，不仅增加自行车美观，还可延长使用寿命，平时应注意加以保护。（1） 经常擦拭。一般说来，每周宜擦拭1次，应用棉纱或软布把灰尘擦掉，再加些变压器油或机油擦拭，如果遇上雨淋水泡时，应及时用清水洗净，擦干，再加点油。（2） 骑车不宜太快。平时，飞快的车轮会将地面上沙砾掀起，对车圈形成很大的冲击力，使车圈受损。车圈严重的锈洞，大都是这种原因造成的。（3） 自行车电镀层不能与食盐、盐酸之类物质接触，也不宜放在煤烟熏烤的地方

30、。（4） 电镀层如有锈迹可用少许牙膏轻轻拭去。自行车镀锌层如幅条等不要擦拭，因为表面生成的一层暗灰色的碱式碳酸锌，能保护内部金属不受腐蚀。 二、怎样延长自行车轮胎的寿命?马路的路面大都是中间高两边低，自行车行驶时，必须靠右侧。因为，轮胎的左侧常比右侧磨损得厉害。同时，由于重心靠后，后轮一般比前轮磨损快。如果在新轮胎使用一段时间后，把前后轮胎调换使用，并调换左右方向，这样便可延长轮胎寿命。 三、怎样保养自行车外胎?自行车外胎耐磨性好，承受负荷大。但是，使用不当常常会加速磨损，出现龟裂、爆破等现象。平时，使用自行车时应注意以下几点：（1） 充气要适量。内胎充气不足造成的瘪胎，不仅阻力增大，骑车费力

31、，而且加大了车胎与地面摩擦面积，使外胎加速磨损折裂。充气过足，加上日晒胎内空气膨胀，胎内帘线容易被胀断，会缩短使用寿命。因此，打气要适量，寒冷天气可足些，夏天要少些；前轮气少些，后轮气要足些。（2） 不要超载。各种外胎的侧面都标有它的最大载藏重量。如普通外胎最大载重量为100公斤，加重外胎最大载重量为150公斤。自行车裁人和车子本身重量是由前后两个车胎分但的。前轮承受总重量的l/3，后轮为2/3。后衣架上载重几乎全部压在后胎上，超载过重，加大了车胎与地面摩擦，特别是由于胎侧的橡胶厚度比胎冠(花纹处)要薄得多，经常重载易变薄出现裂口，在胎肩处爆破。 四、自行车链条打滑处理法自行车链条使用时间长了

32、会出现滑牙的现象。这是由于链条孔的一端磨损造成的，如采用以下方法，可以解决滑牙问题。由于链条孔有四个方向受摩擦，所以只要打开接头，翻个圈，把链条的内圈变做外圈，受损的一面不直接同大小齿轮接触，就不再打滑了。最后，自行车的发展方向是设计个性化、功能综合化、自重轻量化、操纵方便化、款式多样化，自行车系列产品将得到更迅速的发展，并形成高中低多档次格局，各种自行车的研究已经使得我国成为最具潜力取得世界领先水平的产品。自行车的设计形态巧妙、绿色环保，既能够很好节省空间又满足人们快节奏生活的需要，为未来理想短途交通工具。3 折叠购物自行车系统结构及组成3.1系统结构自行车的车架、轮胎、脚踏、购物框、购物小

33、轮等多个部件中，其基本部件缺一不可。其中，车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大。按照各部件的工作特点，大致可将其分为导向系统、驱动系统、刹车系统。导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。驱动系统：由脚蹬、中轴、大链轮、曲柄、链条、后轴、小链轮等部件组成。人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄，大小链轮、链条、后轴等部件传动的，从而使自行车不断前进。折叠系统：包括折叠自行车的折叠器和自锁装置等。折叠关节是折叠车上最关键的部位，它承受来自各个方面的压力，所以它一定要非常坚固，同时又要操作简便,外观有艺术美感。其他装置：根据需要，还可增加一

34、些附件，如支架、衣架、保险叉、挡泥板、气筒等。另外，装有变速机构的运动车、竞赛车、山地车等还装有变速控制器和前后拨链器等。3.2组成（1） 车体部分：包括车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等，是自行车的主体。传动部分包括脚蹬、曲柄、同步带轮、同步带、中轴等，由人力踩动脚蹬，通过以上传动件带动车轮旋转，驱车前行。（2） 行动部分：即前后车轮、包括前后轴部件、车圈、轮胎等。3.3部件（1） 车架部件是构成自行车的基本结构体，也是自行车的骨架和主体，其他部件也都是直接或间接安装在车架上的。车架部件的结构形式有很多，但总体可以分为两大类：即男式车架和女式车架。由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而

35、行驶的，车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。（2） 外胎：分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比较大，能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力。山地自行车的外胎宽度特别宽，花纹较深也是适应越野山地用。 （3）脚蹬部件：脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上，是一个将平动力转化为转动力的装置，自行车骑行时，脚踏力首先传递给脚蹬部件，然后由脚蹬轴转动曲柄，大同步带轮，中轴，同步

36、带，使后轮转动，从而使自行车前进。因此脚蹬部件的结构和规格是否合适，将直接影响骑车人的放脚位置是否合适，自行车的驱动能否顺利进行。脚踏：可分为整体式脚踏和组合式脚踏。无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面，必须安全可靠，具有一定的防滑性能，可以选用橡胶、塑料或金属材料制造。脚踏必须转动灵活。 （4）前叉部件：前叉部件在自行车结构中处于前方部位，它的上端与车把部件相连，车架部件与前管配合，下端与前轴部件配合，组成自行车的导向系统。转动车把和前叉，可以使前轮改变方向，起到了自行车的导向作用。此外，还可以起到控制自行车行驶的作用。前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部件必须具有足够的强度等性质。（5）

37、链条：链条传递扭矩。其作用是将脚踏力由曲柄、大链轮传递到小链轮和后轮上，带动自行车前进。 链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。（6） 小链轮：以内螺纹旋拧固定在后轴的右端，与大链轮保持同一平面，并通过同步带与链轮相连接，构成自行车的驱动系统。4 折叠购物自行车的结构设计4.1方案的对比与车梁结构形式的确定传统的自行车分为单梁自行车和三角梁自行车，单梁自行车的优点为结构简单，占用空间小。其不足之处为对梁的强度要求较高，如果达不到强度要求很可能会造成前梁开裂变形。 图4.1 传统单梁自行车相对于传统单梁自行车而言，传统三角梁自行车多了一个横梁，这让车架成为三角结构，使车架更加牢固同时，大

38、大增加了自行车的稳定性和安全性，但是它在车架上添加了一个横梁，这样减少了自行车的骑行空间，对于个子较小的人来说，骑行十分不方便。图4.2 传统三角梁自行车由于我们要设计的为可以折叠成购物车的自行车，自行车需要进行两次折叠后使前后轮处于两个平行的平面，且前后两个车筐不产生干涉。首先折叠两次单梁自行车的车梁需要从中间断开两次，这样对大梁的强度影响较大，同时折叠后的自行车稳定性较差。三角形梁的自行车完成折叠虽然强度足够，但是折叠的两个梁成一定角度，折叠结构非常复杂不实用。 就以上对比分析采用双梁稳定加强结构，同时双梁做成平行梁，方便折叠，结构简单容易操作。（见下图） 图4.3 折叠购物自行车4.2

39、整体车架结构设计4.2.1 人一自行车系统 组成自行车的功能是供人骑行，就发挥自行车的功能作用而言，把人看作自行车的组成部分是完全合理的。因此，人在骑车时组成了人一车系统，该人一车系统中的人一车界面关系可由图1-1来进行分析。 （1）人与支撑部件关系 图4.4 人-车界面关系 支撑部件主要有车架、前叉、鞍座和车把等，是自行车的构架。支撑部分将其他零部件固定在相互间正确的位置上，保证自行车的整体性，实现自行车的功能。从人机关系来看，鞍座、车把和车架等的位置和大小，以及它们间的相互关系，与骑车人的位置和肌肉的动作有着性的设计参数。 （2）人与动力接受部件关系 动力接受部件主要是脚蹬和曲柄。动力是靠

40、骑车人的双脚踩在脚蹬上，下肢运动的力使曲柄转动而产生的。为了使人省力和有舒适感，必须在骑自行车人的体格和体力与自行车元件的尺寸关系上下功夫，即研究人体下肢肌肉的收缩运动与曲柄转动之间的能量转换问题。（3） 人与传动部件关系 传动部件主要是滚珠、链条和链轮。人的作用力是通过链条和链轮传动而带动后轮转动，从而使自行车前移。传动部分的设计关键是要有较高的传动效率和可靠性，且有易操纵的变速机构。保证较高的传动效率，才能使人用一定的肌力而获得较大的输出功率。（4） 人与工作部件关系 工作部件就是车轮，即车圈、轮胎等。绝大部分轮胎是充气的，少数是实心的。车轮一方面把骑车人的肌肉力量，有效地转换为同地面接触

41、而向前运动的力；另一方面将骑车人的握力转换为与接地部分所产生的刹车阻力。在设计自行车的各部分尺寸、车闸及变速器等时，应该着眼于骑车人一动力一传动一工作的连贯性，才可能设计出同骑车人手的大小或握力相适应的闸把、刹车力适当的车闸，才不会发生刹车阻力不够而造成失误现象。4.2.2 影响自行车性能的人体因素 影响自行车性能的人体因素很多，如图4.5 所示。现主要分析下述几点：（1）人的体格因素以身高 H 为基本因素，其他身体的能力与 H 成比例，并有与H2、 H3成比例的特性。如手臂、腿、气管等的长度与身高成比例，从而以骨关节为中心所产生的力矩、步幅等，都取决于H的大小。肌肉、大动脉、骨骼的截面积以及

42、肺泡的表面积等都可看成与 H2成比例。肺活量、血液量、心脏容量等都可看成与 H3成比例。体格对出力性能的影响，从理论上讲，弹跳能力与H成比例，速度能力与 H2成比例，作功能力和 H3成比例。但实际上因每个人身体素质不同，常有20以上的偏差。（2）人的下肢肌力自行车骑行的原动力，主要是骑车人的下肢肌力。人骑车时，骨骼肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米40-50N ，通过一定训练的人可提高到65N 。 图4.5 影响自行车性能的人体因素 （3）人的输出功

43、率人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为 0.7 马力（ 0.51 kw ) ，能持续 10s左右。如果持续时间长，其值要小得多，持续 lh，大约只有 1.0-0.7马力（0.07-0.15kw）。 （4）人的脚踏速度自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为70 次min ，一般脚踏以 60r/min 节奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。（5）人的平衡机能骑车人本身的平衡机能是影响自行车性能的重要因素，如果缺少平衡机能，哪怕是运动性能很好的自行车也不能平稳行驶；若人

44、有很好的平衡机能，却可掩盖自行车设计上的某些缺陷。 （6）人的手和握力影响刹车性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和儿童，手的大小和握力都不相同。据试验，为了长时间施闸而不致使手有疼痛的感觉，希望只用最大握力的10左右便能得到必要的减速度。（7）人的疲劳人体疲劳和疼痛是对骑车出力性能的不利因素，其产生原因有人体因素，也有自行车结构因素。疲劳和疼痛一般是由于部分肌肉负担过大，骑车姿势不合适，以及体重对鞍座的体压分体不合适等引起的。此外，影响出力因素还有人的最大摄氧量。4.2.3 折叠购物自行车折叠设计 在使用状态时中间活动梁与自行车前后车架平行且在同一直线，固定销钉卡扣安放在每个

45、梁上的竖向卡槽内使前中后三梁保持相对固定。当需折叠时中梁与前后梁成90度关系，此时固定销钉则与前后梁的横向卡槽配合固定，同时后架竖梁上的辅助车轮放下，使购物车有三组车轮，保证了购物车的平稳性。使用状态： 折叠状态： 图4.6 使用状态 图4.7 折叠状态4.2.4大梁折叠扣设计大梁折叠扣通过销轴与大梁后段连接，可自由转动，自行车使用状态时，中间活动梁与自行车前后车架平行且在同一直线，固定销钉卡扣安放在每个梁上的竖向卡槽内使前中后三梁保持相对固定。当使用人员需要折叠大梁时，只需要向上提起销钉卡扣，使大梁卡扣与扣槽脱开，向任意方向扳动大梁折叠，即可实现折叠功能。然后再将卡扣放入卡槽并将辅助轮放下，

46、形成购物车模式。 图4.8 折叠装置（锁死状态） 图4.9 折叠装置（折叠状态）4.3滚子链轮的传动结构设计4.3.1输入功率的计算人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为 0.7 马力（ 0.51 kw ) ，但只能能持续 10s左右。如果持续时间长，其值要小得多，持续 lh ，大约只有 1.0-0.7马力（0.07-0.15kw）。自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为70 次min ，一般脚踏以 60r/min 节奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。但本次设计内

47、容为一休闲式娱乐工具，故对体力要求不能有过多要求。我们根据脚踩蹬的力量来计算在娱乐为主的休闲前提下的输出功率 。以此为参考，正常人踩蹬自行车的力量约为3040N,娱乐情况下我们估算为30N，踩蹬速度适当的取为1转/秒。故本次设计的人的输出功率为（180mm为一般自行车的踩踏杠的长度）。查机械设计手册得：踩踏关节的损失：=0.97链传动的损失：=0.96滚动轴承：=0.97轴系效率：=0.98 由以上算出的总的传动效率：所以输出功率为4.3.2 链轮传动结构设计 在本次自行车链轮的设计参数按机械设计手册进行选择。 由于该折叠购物自行车的轮子直径较小，自行车轮胎外圆直径为300mm，按照正常自行车

48、蹬一圈所行使的距离计算，链轮的传动比为6:1较为合适。 （1）选择链轮齿数、 （2）计算当量的单排链的计算功率 根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动的功率修正为当量的单排计算功率 （式4.1）式中： 工况系数，查机械设计表9-6得 主动链轮齿数系数，查机械设计图9-13得 多排链系数由于是单排链，所以 故 （3）确定链条型号和节距 链条型号根据当量的单排链的计算功率和主动链轮转速由机械设计图9-11得到。然后由机械设计表9-1确定链条节距p 。 确定链条型号为：08A 确定链条节距为：12.7 链轮的型号选择：链轮的型号选择08A该型号的参数见表4.1。 表4-1 链轮参数节

49、距滚子直径内节内宽销轴直径套筒直径通道高度12.7 7.92 2.853.984.00 12.33 （4）计算链节距和中心距初选中心距，按下式计算链节数将圆整为偶数 链传动的最大中心距为：式中，为中心距计算系数，查机械设计表9-7得=0.24735 （5）计算链速，确定润滑方式根据链速V，查机械设计图9-14得，润滑方式为定期人工润滑。 （6）计算链传动在轴上的压轴力 有效圆周力 （7）压轴力 （8）小轮包角所以：链传动参数选择：主动轮的齿数选择为54从动轮依次为9。其他参数的确定见表4.2。 表4-2 链传动参数计算名称公式主动轮从动轮齿数549传动比1:6分度圆直径218.437.1齿顶圆

50、直径224.941.8齿根圆直径210.4829.18分度圆弦齿高3.4293.429最大齿偶数齿210.4829.18齿沟圆弧4.034.03齿沟半角53.948.3工作圆弧中心 5.14.21 3.733.81工作圆弧10.3710.37工作圆弧中心角16.9611.78齿顶圆 弧中心W10.289.68V0.603.52齿形半角15.819.89齿顶圆弧 5.605.98工作段直线长0.951.034.4折叠销钉卡扣结构强度设计4.4.1 卡扣的结构强度设计销轴卡扣材料选用45调质钢，许用切应力125Mpa，抗拉强度600Mpa。设销轴受到车架的剪切力F=5000N,卡扣长80mm,宽1

51、0mm，厚5mm.销钉卡扣受力情况如下图： 图4.10 销钉卡扣受力图 故销钉强度可以承受剪切力。4.4.2 销轴的结构强度设计 销轴卡扣材料选用45调质钢，许用剪切应力125Mpa，抗拉强度600Mpa。设销轴受到车架的剪切力F=10000N,直径为10mm。 销钉卡扣受力情况如下图：图4.11 销钉受力图（一）销轴的剪力计算 故销钉强度可以承受剪切力。（二）销轴抗弯强度验算 （式4.2）式中M 销轴承受的最大弯矩； 销轴抗弯截面模数； 许用弯曲应力，对于45号钢 = 360MPa。 由于在车架中有四个销轴，所以每个销轴的最大力为最大弯矩值：抗弯截面模量：弯曲应力： 故满足设计要求。（二）销

52、轴抗剪强度验算 （式4.3）式中Q 把销轴当作简支梁分析求得的最大剪力； 销轴许用剪应力，45号钢=125MPa。 故满足设计要求。4.5车梁的结构强度设计及计算4.5.1前车轴结构设计轴的结构设计是复杂的过程，需要参考的主要依据如下：一、影响因素：轴的结构决定于受载情况，轴上零件的布置和固定方式，轴承的类型和尺寸、轴的毛坯、制造和装配工艺及安装、运输等条件。二、达到的要求：轴的结构应是尽量减小应力集中，受力合理，有良好的工艺性，并使轴上零件定位可靠，装拆方便，变形小。三、轴的结构设计解决的问题：（1）零件的轴向定位(以轴肩，套筒，轴端挡圈，轴承端盖和圆螺母进行轴向定位)（2）零件的周向定位(常用键，花键，销，紧定螺钉以及过盈配合进行)（3）各轴段直径的确定 A、依据前面估算出的最小轴径， B、有配合要求的轴段要采用标准直径， C、另外为使零件装拆方便减少表面损伤配合轴段前的直径较小（4）各轴段长度的确定 A、根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间的必要空隙确定， B、与