1、攀枝花學院畢業設計論文（本科）攀枝花學院本科畢業設計（論文）新型折疊自行車設計學生姓名： 馮立波 學生學號： 201210601026 院（系）： 機械工程學院 年級專業： 2012級機制一班 指導教師： 陳永強 副教授二一六年五月1攀枝花學院本科畢業設計（論文） 摘 要摘 要一般折疊車有著車架折疊關節、立管折疊關節等結構構成。通過車架折疊，將前后對折在一起，可減少一半左右的長度。整車在折疊后體積小巧便于攜帶。在折疊的過程中也不需要借助外來工具，可手動將車折疊展開。在折疊后通過座桿做為支撐點以使折疊后能立穩。本文將介紹的折疊購物自行車，是一款可以折疊成為購物車的輕便型自行車，可以實現向左右兩個

2、方向的折疊，本款折疊自行車新增了其特有的折疊卡扣形式，使自行車折疊較傳統折疊自行車更加簡單易用，老少皆會操作。它主要為了交通、購物帶來了更多的便利，隨著如今消費水平的提高，人民購物頻繁且多樣，超市購物車無法帶回家，所以便攜式折疊購物車影起了社會上更多的人關注，M型便攜式折疊購物的特點是：便攜式折疊購物采用的是一種全新的折疊卡扣方式，可以輕松折疊或打開。折疊或打開速度最快。折疊后可以像購物車那樣推行、載貨。騎行安全靠。整車重量輕。  關鍵詞 自行車，同步帶輪，折疊，購物I攀枝花學院本科畢業設計（論文） ABSTRACTABSTRACTGenerally, a Folding

3、Bike consists of the joints of frame folding and the joints of vertical pipe folding. 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 an

4、y tools when folding and anyone can unfold it easily. The most important is this Folding 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 ca

5、rt after folded. The priority for this Folding Shopping Bike is its unique folding 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 shop

6、ping to people around the world. With the rapid improvement of the consumption level, 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

7、, more people in the world pay much more attention to the portable folding shopping 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 car

8、ry on heavier cargos and it can be pushed forward just like the shopping carts in supermarkets. Forth, it is much safer and much more practical.Key words bike，folding，synchronous pulley，shopping cartsII攀枝花學院本科畢業設計（論文） 目 錄目 錄- 2 -摘 要IABSTRACTII1 緒論31.1概述31.2自行車的研究現狀41.3課題研究的目的及意義61.4本課題主要研究內容61.5自行車材

9、料探究62 傳統折疊自行車介紹82.1折疊自行車的起源82.2折疊自行車的折疊方式92.3自行車的保養103 折疊購物自行車系統結構及組成123.1系統結構123.2組成123.3部件124 折疊購物自行車的結構設計144.1方案的對比與車梁結構形式的確定144.2 整體車架結構設計164.2.1 人一自行車系統 164.2.2 影響自行車性能的人體因素174.2.3 折疊購物自行車折疊設計184.2.4大梁折疊扣設計194.3滾子鏈輪的傳動結構設計194.3.1輸入功率的計算194.3.2 鏈輪傳動結構設計204.4折疊銷釘卡扣結構強度設計234.4.1 卡扣的結構強度設計234.4.2 銷

10、軸的結構強度設計244.5車梁的結構強度設計及計算264.5.1前車軸結構設計264.5.2后車軸結構設計294.6車梁強度的計算334.7剎車裝置的設計354.7.1剎車的作用354.7.2剎車裝置的分類和區別364.7.3剎車裝置的設計38參考文獻40致 謝41攀枝花學院本科畢業設計（論文） 緒 論1 緒論1.1概述 自行車發明至今已有200多年的歷史。今天，自行車作為交通代步、鍛煉身體、越野旅游、運動比賽以及少量貨物運送工具，已遍及到世界的每個角落。但它的發明和改進經歷了漫長而復雜的歷史過程。早在1642年，意大利一位櫥窗設計師便在他所設計的羅馬教堂的彩色玻璃上，繪制了自行車的雛型圖案。

11、甚至就連大名鼎鼎的達芬奇與他的學生也研究和設計過自行車。但是直到1885年使用橡膠制造出自行車的充氣輪胎。才基本奠定了現代自行車的雛形。自行車的發展日新月異，從最原始的形式開始，雖然在基本結構上沒有質的變化，但是在其材料的選用、工藝的改良、理念的創新方面，還是有著許許多多的突破。時至今日，自行車已成為全世界人們使用最多，最簡單，最實用的交通工具。這些技術的改進、變化，也都是以人為本的。根據大眾的需要，使它更加的貼合我們的生活，使用更方便，輕巧、簡單。基于以上目的我們設計了這個出門可以騎行,折疊后可以推著購物的折疊自行車。你可以騎著自行車去超市購物，到了超市后經過簡單的幾步折疊操作，它便化身為一

12、個推著走的購物車，前后兩個籃子則可以放置你所需購買的東西。購物后，又可以將它騎回家了。 圖1.1 騎行狀態 圖1.2 折疊狀態1.2自行車的研究現狀 一、我國自行車發展狀況我國自行車產量、出口量均占世界總量的60%以上，國內消費量也居世界第一。產品質量和技術含量不斷提升，出口數量和價格穩步提高。但是，品牌附加值不高、企業盈利狀況不理想以及國內市場監管不盡完善等因素嚴重制約自行車行業健康發展。（1）行業概況。據國家統計局統計，2006年，我國自行車行業規模以上企業881家，生產自行車、電動自行車共計6732.7萬輛（據中國自行車協會統計，目前，全國共有各類規模自行車和零部件企業1000多家，電動

13、自行車企業1000多家。2006年，全國共生產自行車8500萬輛，電動自行車1950萬輛），全年完成工業總產值518.3億元，銷售收入508.4億元，利潤總額13.8億元，利稅總額21.7億元，吸納就業17.65萬人。自行車及其零部件銷往176個國家（地區），其中，出口整車5600萬輛，同比增長4.5%，創匯18.9億美元，同比增長7.8%；出口零部件11.1億美元，同比增長16.4%。我國自行車行業已完全實現市場化運作，規模以上企業各種所有制完成工業總產值及其占比情況依次為：外資企業（289.8億元，55.9%）、私營企業（182.2億元，35.2%）、其他所有制企業（46.3億元，8.9%

14、）。（2）行業經濟運行特點。 1）經濟運行態勢良好，產量、出口量、出口金額和平均出口價格均持續平穩增長。2007年一季度，規模以上企業共生產整車1546萬輛，同比增長9.4%，產銷率99.5%。完成工業總產值128.3億元，同比增長13%。整車出口到144個國家（地區），合計1436萬輛，同比增長7.1%；出口金額5.57億美元，同比增長13.3%；平均出口單價為38.8美元/輛，同比上漲5.8%。出口自行車零部件3.1億美元，同比增長11.4%。2）行業專業化程度高，生產體系日趨完備。國內各種鋼材、鋁合金、鈦合金等輕合金材料供應充足，原材料加工成形、整車生產涂裝、各類各檔次零部件的專業加工制

15、造及配套齊備，已形成完整的生產體系。3）產業集聚化程度和效應明顯，自行車企業主要集中在天津、江浙滬、廣東三大區域。2006年，各地自行車（含電動自行車）產量及占總產量比重依次為：天津（4632萬輛，44.3%）、浙江（1839萬輛，17.6%）、廣東（1668萬輛，16%）、江蘇（1282萬輛，12.3%）、上海（992萬輛，9.5%），以上五省市合計占全國總產量的99.7%。4）產品技術含量和質量檔次不斷提高。產品開發基本采用計算機三維設計，并充分考慮人體工程學。企業生產中使用鋁合金、鎂合金、鈦合金和碳纖維等新材料、新工藝的產品比例不斷提高，并在管理中運用ERP等先進管理軟件和理念，使得自行

16、車產品技術含量和企業經營管理水平不斷躍升。5）優勢地位愈加明顯。目前，世界自行車年產量約為1.3億輛，年貿易量約為7500萬輛，我國自行車產量、出口量均占世界總量60%以上，國內消費量也居世界第一，制造能力不斷提高，由于早年自行車行業發達的美國、日本在結構調整之后，已無產業基礎，中東、東盟自行車基礎薄弱，因此，與現有的競爭對手相比，我國自行車產業已具有較為有利的競爭優勢。 二、面臨的主要問題（1）產業結構亟待調整。1）行業集中度不夠高。主要表現在生產規模大的龍頭企業占全行業比重不高，年產量100萬輛以上的企業數量僅占企業總數的2%左右。2）專業化分工、產區集聚仍需繼續深化。以天津為例，眾多自行

17、車及零部件生產企業分散在不同城區。上海也是如此，生產鳳凰牌自行車的幾個分廠之間相距車程要幾個小時，物流、倉儲、資源配置尚未達到最優化狀態，有必要繼續發展相對集中的自行車產業園區，進一步細化分工。3）出口產品較為單一，主要以代步車和小輪車（20英寸或以下）為主。2006年，代步車和小輪車（20英寸或以下）出口量占總出口量的68.2%，平均出口單價為27.7美元/輛，比整體出口平均單價低了5美元/輛。（2）行業缺少自有品牌。1）國內市場知名品牌數量及其所占市場份額均較低。2006年，自行車、電動自行車整車企業均超過千家，但只有7家企業分別獲得“中國名牌”或“最具市場競爭力品牌”，同時，市場份額最高

18、的企業也僅為7%左右。2）行業缺乏國際知名品牌，缺乏通暢渠道。自行車行業出口產品80%以上為國外定牌生產，其余不到20%的產品雖以自有品牌出口，但主要通過超市進行銷售，產品以小輪車為主，很難提升檔次和附加值。（3）行業盈利狀況不理想。1）國內市場呈緩慢下滑趨勢。究其原因主要是國內消費以普通代步自行車為主，用于運動、休閑、競技器材的中高檔自行車尚未普及，自行車環保、節能、健康的優點也未得到充分宣傳；同時，近年來，社會上偷盜自行車的現象加劇，影響了國內消費者對高技術含量、高附加值自行車產品的購買。2）出口繼續穩定增長，但空間有限。國際市場貿易量長期穩定在7500萬輛左右，我國2006年出口5600

19、萬輛，占全球75%。意大利、德國、中國臺灣等在高檔產品市場占據主導地位，而其他發展中國家，如越南、印度、孟加拉國等發展較快，在中低檔產品市場與我國同類產品競爭激烈。3）行業平均利潤僅為4%左右。面對激烈競爭，在無法發掘更深層的核心競爭力之前，行業只能靠價格和數量擴張取勝，不僅影響了自身利潤和研發投入，而且增加了引發國際貿易糾紛的風險。（4）電動自行車生產及相關交通管理亟待規范。目前，部分電動自行車產品超速、超重以及模仿摩托車生產，不符合國家標準的相關規定。由于各地對電動自行車上路管理規定不一，部分地區鼓勵發展和使用，而個別地區則嚴禁上路行駛，對電動自行車的健康發展帶來一定的影響。1.3課題研究

20、的目的及意義 目的：尋求一種折疊購物自行車的發展模式，設計出一種能夠投入使用的新型自行車。 意義：改變現有的自行車產業結構，改變自行車生產方式，進而改變人們的生活觀念以及思想及生活方式。1.4本課題主要研究內容本次研究是針對自行車的折疊方式的改進及折疊成購物車形式的方案的設計。對于我們更好地理解機構及其組成有著重要的意義。本次研究的最終目的，是希望本次設計的自行車能夠對未來產生一定的影響。1.5自行車材料探究目前，可以制造自行車車架的材料主要有以下幾種：鋼，鋁合金，鈦合金，鎂合金，鈧合金，碳纖維等等，一般市場上出現的車架主要有鋼，鋁合金，鈦合金，碳纖維。鈧合金和鎂合金是最近的新興材料，比較少見

21、。鋁合金是目前最看好的材質，在80年代初期就己經開始被大量運用在自行車制造上，雖然鋁合金車架重量輕、延伸性相當好，但應力較集中，所以性能較差。近年來鋁合金材質在車架上運用了新技術，其中漸進式抽管法最被看好，即分數次將鋁材逐漸抽薄，減少重量而又不損失強度，消除了車架接縫處的潛在斷裂處。英國設計者Kirk Precision大膽地利用新型材料高純度鎂，通過鎂合金澆注成模方法，再結合高科技制造設備和計算機輔助設計手段，成功地將大規模制造的優勢運用到傳統手工制造的自行車行業中來，生產出比相同大小和重量的鋼管車架質量更輕、剛度更高，性能更佳、動感更強的合金管車架。欽合金在航空工業上普遍被運用，同時也漸漸

22、被自行車行業所注意。欽合金穩定性高、不易氧化.強度高、抗腐蝕性好.吸震性也十分好，如此多的優點和制造難度使得欽合金車架的價格一直十分昂貴.復合材料在運動器材方面蓬勃發展，加上制造技術漸趨成熟，引起有心人士投入復合材料代替金屬的開發。碳纖維是一種纖維補強的熱固樹脂，屬于非金屬材料，它重量輕、可塑性大、耐牢性卓越，防震性能好，與同質量的金屬相比有更優良的強度與剛硬度;將碳纖維管狀物與鋁合金接頭這兩種截然不同性能的物體以高分子接著劑膠合組成一體化成型車架，最適用于競賽型的自行車。碳纖維自行車的國內外發展狀況如下所述。80年代中期，意大利、法國、英國和美國利用復合材料和工程塑料方面的技術優勢.相繼開發

23、成功了用碳纖維管和鋁合金接頭粘接成車架的碳纖維自行車。隨后，歐美等國對自行車進行計算機輔助受力分析和強度計算，使計算機外形更符合人機工程學的要求，研制出碳纖維整體車架成型工藝。90年代初，國外廠商將粘接型和整體性進行混合技術，即用碳纖維管和多通接頭作“底”.外敷纏繞碳纖維層，使多通接管掩埋在里面，外部看起來似整體成型。以確保自行車的強度。 外胎采用軟邊胎，斷面較寬著地面積比較大，能適宜多種道路行駛。外胎上有花紋，可以增加與地面的摩擦力。- 52 -攀枝花學院本科畢業設計（論文） 傳統折疊自行車介紹2 傳統折疊自行車介紹2.1折疊自行車的起源自行車起源于歐洲。1790年：法國的西夫拉克伯爵（Co

24、mte de Sivrac）將兩個輪子裝在木馬上，人騎在上面用腳蹬地前行，稱木馬輪。1816年：德國的馮德賴斯男爵（Baron Karl von Drais）發明有車把可控制方向的木輪車，當年獲英國專利。1839年：蘇格蘭鐵匠麥克米蘭（Kirkpatrick MacMillan）制成由曲柄連桿結構驅動后輪的鐵制自行車。1861年：法國的米肖父子發明前輪大、后輪小，前輪上裝有曲柄和能轉動的踏板的自行車，并于1867年在巴黎博覽會上展出。1874年：英國的勞森（H.J.Lawson）在自行車上采用了鏈條傳動結構。1886年：英國的斯塔利（J.Starley）使用了滾珠軸承和車閘，并將前后輪改為大小

25、相同。1888年：英國的鄧洛普（John Boyd Dunlop）成功使用了充氣橡膠輪胎，自行車至此基本完善。 圖2.1 折疊自行車示例 折疊式自行車是英國人克萊夫.辛克萊爾的一項新發明，它一上市，就因構思奇特、造型新穎、結構緊湊、用料新奇（車架材料為經熱處理的鋁和高強度玻璃纖維強化的高聚合物）而吸引了眾多目光，因此，雖然價格不菲，很快就被搶購。折疊式自行車的確是一種獨特、方便的交通工具，尤其適合作為幾公里至十幾公里距離的代步工具。這首先是因為它攜帶方便，重僅15公斤，只需11秒種即可折疊或展開，而且很容易地裝入一個旅行袋帶上汽車、火車、飛機，下車或走出機場后，只需幾秒就可打開，騎上完成最后的

26、旅程。2.2折疊自行車的折疊方式 折疊自行車是一種帶腳踏的兩輪車輛，可以折疊或通過其他方式轉換成便攜的形狀、尺寸或包裝以便于存儲或運輸。折疊自行車包括可拆卸自行車。（折疊自行車包括可拆卸自行車和不可拆卸自行車，部分折疊車還是電力驅動的。）有些折疊車是電力驅動的。在各個國家，折疊自行車在法律意義上歸屬于自行車（或電動車），必須符合所有相關安全標準才能上路。一般折疊車有車架折疊關節和立管折疊關節構成。通過車架折疊，將前后兩輪對折在一起，可減少45%左右的長度。整車在折疊后可放入登機箱和折疊包內，以及汽車的后備箱。在折疊的過程中也不需要借助外來工具，可手動將車折疊展開。在折疊后通過座桿做為

27、支撐點以使折疊后能立穩。折疊自行車攜帶、使用方便舒適，生產工藝成熟。目前市面上的折疊自行車都能實現折疊功能。常見的折疊自行車整車在折疊后體積小巧便于攜帶。在折疊的過程中也不需要借助外來工具，可手動將車折疊展開。在折疊后通過座桿做為支撐點以使折疊后能立穩。但是這一功能并沒有被消費者充分利用。原因在于市面上常見折疊自行車的這個功能并不適用。生產折疊自行車的廠家雖然很多，但是產品類型基本雷同，折疊方案大致為：折疊大梁，縮小體積，折疊把手所在的豎直桿，使用伸縮結構將座椅支架縮短。但是這樣操作完成后的自行車已變成形狀扭曲混亂的一堆金屬管，失去了任何功能性和觀賞性。由于市面上的折疊自行車普遍采用鐵材或鋁合

28、金，重量較大，所以即使完成折疊使整車體積變小，也沒有突出便攜式等特點。折疊自行車相對于普通自行車有更多的零部件，所以對折疊功能的棄置導致了很嚴重的資源浪費。雖然國外的折疊自行車功能相較我國先進，但折疊自行車的優勢沒能體現出來。自行車的材料主要有鋁質和鋼質，也有極少數使用鎂合金，更有極少數高檔產品使用碳纖維材料。如果您經常需要提著車子上下樓，建議您選用鋁質車架的產品，這樣的車大多在10公斤左右，20寸的一般也不超過12.5公斤。不僅是重量輕，而且鋁質車架產品的壽命也更長，不用擔心生銹。當然，不能只以重量作為唯一指標，車架的強度不可忽略，有些廠家為了減少車重，他們是通過降低車架材料的厚度來實現的，

29、難以保證車架具有足夠的強度。選車時最好騎上去試試，不僅可以感覺車架強度，而且可以測試整車的人體力學設計是否合理，好的設計可以保證騎行姿勢伸展，即使長距離也不會疲勞。另外一方面，部分高級品牌的折疊自行車還有一項優勢，就是可以在10到20秒內，折疊成小巧的尺寸，這項優勢在英國品牌Brompton伯龍騰身上體現得尤為突出。獨特的折疊設計可以確保車燈、纜線等不受損壞，并且在折疊之后，可以放置進相匹配的折疊包中，不用擔心鏈條與齒輪會弄臟衣服與行李袋。2.3自行車的保養 一、怎樣保護自行車電鍍層?自行車上的電鍍層是鉻鍍層，不僅增加自行車美觀，還可延長使用壽命，平時應注意加以保護。（1） 經常擦拭。一般說來

30、，每周宜擦拭1次，應用棉紗或軟布把灰塵擦掉，再加些變壓器油或機油擦拭，如果遇上雨淋水泡時，應及時用清水洗凈，擦干，再加點油。（2） 騎車不宜太快。平時，飛快的車輪會將地面上沙礫掀起，對車圈形成很大的沖擊力，使車圈受損。車圈嚴重的銹洞，大都是這種原因造成的。（3） 自行車電鍍層不能與食鹽、鹽酸之類物質接觸，也不宜放在煤煙熏烤的地方。（4） 電鍍層如有銹跡可用少許牙膏輕輕拭去。自行車鍍鋅層如幅條等不要擦拭，因為表面生成的一層暗灰色的堿式碳酸鋅，能保護內部金屬不受腐蝕。 二、怎樣延長自行車輪胎的壽命?馬路的路面大都是中間高兩邊低，自行車行駛時，必須靠右側。因為，輪胎的左側常比右側磨損得厲害。同時，由

31、于重心靠后，后輪一般比前輪磨損快。如果在新輪胎使用一段時間后，把前后輪胎調換使用，并調換左右方向，這樣便可延長輪胎壽命。 三、怎樣保養自行車外胎?自行車外胎耐磨性好，承受負荷大。但是，使用不當常常會加速磨損，出現龜裂、爆破等現象。平時，使用自行車時應注意以下幾點：（1） 充氣要適量。內胎充氣不足造成的癟胎，不僅阻力增大，騎車費力，而且加大了車胎與地面摩擦面積，使外胎加速磨損折裂。充氣過足，加上日曬胎內空氣膨脹，胎內簾線容易被脹斷，會縮短使用壽命。因此，打氣要適量，寒冷天氣可足些，夏天要少些；前輪氣少些，后輪氣要足些。（2） 不要超載。各種外胎的側面都標有它的最大載藏重量。如普通外胎最大載重量為

32、100公斤，加重外胎最大載重量為150公斤。自行車裁人和車子本身重量是由前后兩個車胎分但的。前輪承受總重量的l/3，后輪為2/3。后衣架上載重幾乎全部壓在后胎上，超載過重，加大了車胎與地面摩擦，特別是由于胎側的橡膠厚度比胎冠(花紋處)要薄得多，經常重載易變薄出現裂口，在胎肩處爆破。 四、自行車鏈條打滑處理法自行車鏈條使用時間長了會出現滑牙的現象。這是由于鏈條孔的一端磨損造成的，如采用以下方法，可以解決滑牙問題。由于鏈條孔有四個方向受摩擦，所以只要打開接頭，翻個圈，把鏈條的內圈變做外圈，受損的一面不直接同大小齒輪接觸，就不再打滑了。最后，自行車的發展方向是設計個性化、功能綜合化、自重輕量化、操縱

33、方便化、款式多樣化，自行車系列產品將得到更迅速的發展，并形成高中低多檔次格局，各種自行車的研究已經使得我國成為最具潛力取得世界領先水平的產品。自行車的設計形態巧妙、綠色環保，既能夠很好節省空間又滿足人們快節奏生活的需要，為未來理想短途交通工具。攀枝花學院本科畢業設計（論文） 折疊購物自行車系統結構及組成3 折疊購物自行車系統結構及組成3.1系統結構自行車的車架、輪胎、腳踏、購物框、購物小輪等多個部件中，其基本部件缺一不可。其中，車架是自行車的骨架，它所承受的人和貨物的重量最大。按照各部件的工作特點，大致可將其分為導向系統、驅動系統、剎車系統。導向系統：由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者

34、可以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。驅動系統：由腳蹬、中軸、大鏈輪、曲柄、鏈條、后軸、小鏈輪等部件組成。人的腳的蹬力是靠腳蹬通過曲柄，大小鏈輪、鏈條、后軸等部件傳動的，從而使自行車不斷前進。折疊系統：包括折疊自行車的折疊器和自鎖裝置等。折疊關節是折疊車上最關鍵的部位，它承受來自各個方面的壓力，所以它一定要非常堅固，同時又要操作簡便,外觀有藝術美感。其他裝置：根據需要，還可增加一些附件，如支架、衣架、保險叉、擋泥板、氣筒等。另外，裝有變速機構的運動車、競賽車、山地車等還裝有變速控制器和前后撥鏈器等。3.2組成（1） 車體部分：包括車架、前叉、車把、鞍座和前叉合件等，是自行車的主體。傳動

35、部分包括腳蹬、曲柄、同步帶輪、同步帶、中軸等，由人力踩動腳蹬，通過以上傳動件帶動車輪旋轉，驅車前行。（2） 行動部分：即前后車輪、包括前后軸部件、車圈、輪胎等。3.3部件（1） 車架部件是構成自行車的基本結構體，也是自行車的骨架和主體，其他部件也都是直接或間接安裝在車架上的。車架部件的結構形式有很多，但總體可以分為兩大類：即男式車架和女式車架。由于自行車是依靠人體自身的驅動力和騎車技能而行駛的，車架便成為承受自行車在行駛中所產生的沖擊載荷以及能否舒適、安全地運載人體的重要結構體，車架部件制造精度的優劣，將直接影響乘騎的安全、平穩、和輕快。（2） 外胎：分軟邊胎和硬邊胎兩種。軟邊胎斷面較寬，能全

36、部裹住內胎，著地面積比較大，能適宜多種道路行駛。硬邊胎自重輕，著地面積小適宜在平坦的道路上行駛，具有阻力小，行駛輕快等優點。外胎上的花紋是為了增加與地面的摩擦力。山地自行車的外胎寬度特別寬，花紋較深也是適應越野山地用。 （3）腳蹬部件：腳蹬部件裝配在中軸部件的左右曲柄上，是一個將平動力轉化為轉動力的裝置，自行車騎行時，腳踏力首先傳遞給腳蹬部件，然后由腳蹬軸轉動曲柄，大同步帶輪，中軸，同步帶，使后輪轉動，從而使自行車前進。因此腳蹬部件的結構和規格是否合適，將直接影響騎車人的放腳位置是否合適，自行車的驅動能否順利進行。腳踏：可分為整體式腳踏和組合式腳踏。無論什么款式的腳踏都必須有腳踏面，必須安全可

37、靠，具有一定的防滑性能，可以選用橡膠、塑料或金屬材料制造。腳踏必須轉動靈活。 （4）前叉部件：前叉部件在自行車結構中處于前方部位，它的上端與車把部件相連，車架部件與前管配合，下端與前軸部件配合，組成自行車的導向系統。轉動車把和前叉，可以使前輪改變方向，起到了自行車的導向作用。此外，還可以起到控制自行車行駛的作用。前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質，故前叉部件必須具有足夠的強度等性質。（5） 鏈條：鏈條傳遞扭矩。其作用是將腳踏力由曲柄、大鏈輪傳遞到小鏈輪和后輪上，帶動自行車前進。 鏈輪：用高強度鋼材制成，保證其達到需要的拉力。（6） 小鏈輪：以內螺紋旋擰固定在后軸的右端，與大鏈輪保持同一平面，并通過

38、同步帶與鏈輪相連接，構成自行車的驅動系統。攀枝花學院本科畢業設計（論文） 折疊購物自行車的結構設計4 折疊購物自行車的結構設計4.1方案的對比與車梁結構形式的確定傳統的自行車分為單梁自行車和三角梁自行車，單梁自行車的優點為結構簡單，占用空間小。其不足之處為對梁的強度要求較高，如果達不到強度要求很可能會造成前梁開裂變形。 圖4.1 傳統單梁自行車相對于傳統單梁自行車而言，傳統三角梁自行車多了一個橫梁，這讓車架成為三角結構，使車架更加牢固同時，大大增加了自行車的穩定性和安全性，但是它在車架上添加了一個橫梁，這樣減少了自行車的騎行空間，對于個子較小的人來說，騎行十分不方便。圖4.2 傳統三角梁自行車

39、由于我們要設計的為可以折疊成購物車的自行車，自行車需要進行兩次折疊后使前后輪處于兩個平行的平面，且前后兩個車筐不產生干涉。首先折疊兩次單梁自行車的車梁需要從中間斷開兩次，這樣對大梁的強度影響較大，同時折疊后的自行車穩定性較差。三角形梁的自行車完成折疊雖然強度足夠，但是折疊的兩個梁成一定角度，折疊結構非常復雜不實用。 就以上對比分析采用雙梁穩定加強結構，同時雙梁做成平行梁，方便折疊，結構簡單容易操作。（見下圖） 圖4.3 折疊購物自行車4.2 整體車架結構設計4.2.1 人一自行車系統 組成自行車的功能是供人騎行，就發揮自行車的功能作用而言，把人看作自行車的組成部分是完全合理的。因此，人在騎車時

40、組成了人一車系統，該人一車系統中的人一車界面關系可由圖1-1來進行分析。 （1）人與支撐部件關系                                          

41、        圖4.4  人-車界面關系                                        

42、0;                                       支撐部件主要有車架、前叉、鞍座和車把等，是自行車的構架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證自行車的整體性，實現自行車的功能。從人機關

43、系來看，鞍座、車把和車架等的位置和大小，以及它們間的相互關系，與騎車人的位置和肌肉的動作有著性的設計參數。 （2）人與動力接受部件關系 動力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動力是靠騎車人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運動的力使曲柄轉動而產生的。為了使人省力和有舒適感，必須在騎自行車人的體格和體力與自行車元件的尺寸關系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運動與曲柄轉動之間的能量轉換問題。（3） 人與傳動部件關系 傳動部件主要是滾珠、鏈條和鏈輪。人的作用力是通過鏈條和鏈輪傳動而帶動后輪轉動，從而使自行車前移。傳動部分的設計關鍵是要有較高的傳動效率和可靠性，且有易操縱的變速機構。保證較高的傳動效率，才能使人用一定的

44、肌力而獲得較大的輸出功率。（4） 人與工作部件關系 工作部件就是車輪，即車圈、輪胎等。絕大部分輪胎是充氣的，少數是實心的。車輪一方面把騎車人的肌肉力量，有效地轉換為同地面接觸而向前運動的力；另一方面將騎車人的握力轉換為與接地部分所產生的剎車阻力。在設計自行車的各部分尺寸、車閘及變速器等時，應該著眼于騎車人一動力一傳動一工作的連貫性，才可能設計出同騎車人手的大小或握力相適應的閘把、剎車力適當的車閘，才不會發生剎車阻力不夠而造成失誤現象。4.2.2 影響自行車性能的人體因素 影響自行車性能的人體因素很多，如圖4.5 所示。現主要分析下述幾點：（1）人的體格因素以身高 H 為基本因素，其他身體的能力

45、與 H 成比例，并有與H2、 H3成比例的特性。如手臂、腿、氣管等的長度與身高成比例，從而以骨關節為中心所產生的力矩、步幅等，都取決于H的大小。肌肉、大動脈、骨骼的截面積以及肺泡的表面積等都可看成與 H2成比例。肺活量、血液量、心臟容量等都可看成與 H3成比例。體格對出力性能的影響，從理論上講，彈跳能力與H成比例，速度能力與 H2成比例，作功能力和 H3成比例。但實際上因每個人身體素質不同，常有20以上的偏差。（2）人的下肢肌力自行車騎行的原動力，主要是騎車人的下肢肌力。人騎車時，骨骼肌肉內部的化學能轉換為肌肉收縮的機械能。自行車腳蹬的轉動就是通過腿肌收縮出力而完成的，一般說腿肌長的人比腿肌短

46、的人有利。肌肉收縮時產生的力，一般與肌肉的截面積成比例，約為每平方厘米40-50N ，通過一定訓練的人可提高到65N 。            圖4.5 影響自行車性能的人體因素 （3）人的輸出功率人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢、持續時間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，能持續 10s左右。如果持續時間長，其值要小得多，持續 lh，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。 （4）人的腳踏速度自行車運

47、動是很有節奏的，其節奏常常與人的心臟節律保持一定關系。健康人的心臟跳動為70 次min ，一般腳踏以 60r/min 節奏轉動較為合適。設計時以這一常用速度來確定相關設計參數。（5）人的平衡機能騎車人本身的平衡機能是影響自行車性能的重要因素，如果缺少平衡機能，哪怕是運動性能很好的自行車也不能平穩行駛；若人有很好的平衡機能，卻可掩蓋自行車設計上的某些缺陷。 （6）人的手和握力影響剎車性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和兒童，手的大小和握力都不相同。據試驗，為了長時間施閘而不致使手有疼痛的感覺，希望只用最大握力的10左右便能得到必要的減速度。（7）人的疲勞人體疲勞和疼痛是對騎車出

48、力性能的不利因素，其產生原因有人體因素，也有自行車結構因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負擔過大，騎車姿勢不合適，以及體重對鞍座的體壓分體不合適等引起的。此外，影響出力因素還有人的最大攝氧量。4.2.3 折疊購物自行車折疊設計 在使用狀態時中間活動梁與自行車前后車架平行且在同一直線，固定銷釘卡扣安放在每個梁上的豎向卡槽內使前中后三梁保持相對固定。當需折疊時中梁與前后梁成90度關系，此時固定銷釘則與前后梁的橫向卡槽配合固定，同時后架豎梁上的輔助車輪放下，使購物車有三組車輪，保證了購物車的平穩性。使用狀態： 折疊狀態： 圖4.6 使用狀態 圖4.7 折疊狀態4.2.4大梁折疊扣設計大梁折疊扣通過銷

49、軸與大梁后段連接，可自由轉動，自行車使用狀態時，中間活動梁與自行車前后車架平行且在同一直線，固定銷釘卡扣安放在每個梁上的豎向卡槽內使前中后三梁保持相對固定。當使用人員需要折疊大梁時，只需要向上提起銷釘卡扣，使大梁卡扣與扣槽脫開，向任意方向扳動大梁折疊，即可實現折疊功能。然后再將卡扣放入卡槽并將輔助輪放下，形成購物車模式。 圖4.8 折疊裝置（鎖死狀態） 圖4.9 折疊裝置（折疊狀態）4.3滾子鏈輪的傳動結構設計4.3.1輸入功率的計算人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢、持續時間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，但只能能持續 1

50、0s左右。如果持續時間長，其值要小得多，持續 lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。自行車運動是很有節奏的，其節奏常常與人的心臟節律保持一定關系。健康人的心臟跳動為70 次min ，一般腳踏以 60r/min 節奏轉動較為合適。設計時以這一常用速度來確定相關設計參數。但本次設計內容為一休閑式娛樂工具，故對體力要求不能有過多要求。我們根據腳踩蹬的力量來計算在娛樂為主的休閑前提下的輸出功率 。以此為參考，正常人踩蹬自行車的力量約為3040N,娛樂情況下我們估算為30N，踩蹬速度適當的取為1轉/秒。故本次設計的人的輸出功率為（180mm為一般自行車的踩踏杠的長度）。查機械設

51、計手冊得：踩踏關節的損失：=0.97鏈傳動的損失：=0.96滾動軸承：=0.97軸系效率：=0.98 由以上算出的總的傳動效率：所以輸出功率為4.3.2 鏈輪傳動結構設計 在本次自行車鏈輪的設計參數按機械設計手冊進行選擇。 由于該折疊購物自行車的輪子直徑較小，自行車輪胎外圓直徑為300mm，按照正常自行車蹬一圈所行使的距離計算，鏈輪的傳動比為6:1較為合適。 （1）選擇鏈輪齒數、 （2）計算當量的單排鏈的計算功率 根據鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數和鏈條排數，將鏈傳動的功率修正為當量的單排計算功率 （式4.1）式中： 工況系數，查機械設計表9-6得 主動鏈輪齒數系數，查機械設計圖9-13得 多

52、排鏈系數由于是單排鏈，所以 故 （3）確定鏈條型號和節距 鏈條型號根據當量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉速由機械設計圖9-11得到。然后由機械設計表9-1確定鏈條節距p 。 確定鏈條型號為：08A 確定鏈條節距為：12.7 鏈輪的型號選擇：鏈輪的型號選擇08A該型號的參數見表4.1。 表4-1 鏈輪參數節距滾子直徑內節內寬銷軸直徑套筒直徑通道高度12.7 7.92 2.853.984.00 12.33 （4）計算鏈節距和中心距初選中心距，按下式計算鏈節數將圓整為偶數 鏈傳動的最大中心距為：式中，為中心距計算系數，查機械設計表9-7得=0.24735 （5）計算鏈速，確定潤滑方式根據鏈速V，查機

53、械設計圖9-14得，潤滑方式為定期人工潤滑。 （6）計算鏈傳動在軸上的壓軸力 有效圓周力 （7）壓軸力 （8）小輪包角所以：鏈傳動參數選擇：主動輪的齒數選擇為54從動輪依次為9。其他參數的確定見表4.2。 表4-2 鏈傳動參數計算名稱公式主動輪從動輪齒數549傳動比1:6分度圓直徑218.437.1齒頂圓直徑224.941.8齒根圓直徑210.4829.18分度圓弦齒高3.4293.429最大齒偶數齒210.4829.18齒溝圓弧4.034.03齒溝半角53.948.3工作圓弧中心 5.14.21 3.733.81工作圓弧10.3710.37工作圓弧中心角16.9611.78齒頂圓 弧中心W1

54、0.289.68V0.603.52齒形半角15.819.89齒頂圓弧 5.605.98工作段直線長0.951.034.4折疊銷釘卡扣結構強度設計4.4.1 卡扣的結構強度設計銷軸卡扣材料選用45調質鋼，許用切應力125Mpa，抗拉強度600Mpa。設銷軸受到車架的剪切力F=5000N,卡扣長80mm,寬10mm，厚5mm.銷釘卡扣受力情況如下圖： 圖4.10 銷釘卡扣受力圖 故銷釘強度可以承受剪切力。4.4.2 銷軸的結構強度設計 銷軸卡扣材料選用45調質鋼，許用剪切應力125Mpa，抗拉強度600Mpa。設銷軸受到車架的剪切力F=10000N,直徑為10mm。 銷釘卡扣受力情況如下圖：圖4.11 銷釘受力圖（一）銷軸的剪力計算 故銷釘強度可以承受剪切力。（二）銷軸抗彎強度驗算 （式4.2）式中M 銷軸承受的最大彎矩； 銷軸抗彎截面模數； 許用彎曲應力，對于45號鋼 = 360MPa。 由于在車架中有四個銷軸，所以每個銷軸的最大力為最大彎矩值：抗彎截面模量：彎曲應力： 故滿足設計要求。（二）銷