多功能折叠电动自行车创新设计研究应用.doc

专业综合实践（报告）题目： 多功能折叠电动自行车创新设计研究 作者： 二级学院： 机械工程学院 专业班级：指引教师： 职称： 年 1 月 8 日多功能折叠电动自行车创新设计研究摘 要在众多交通工具中，无论科技如何创新技术如何进步，自行车这一老式交通工具，从问世以来就从未被裁减，特别作为短途交通工具是不可代替。随着交通工具种类增多，人们选取增多，于是交通就浮现了各式各样问题:交通堵塞、交通工具超负荷、汽车废气污染增多、车辆停放空间局限性、自行车停车场更是少，导致了自行车容易乱停乱放并且加重了丢失现象。因此一款健康环保、便于携带并且可以保证出行效率出行工具折叠电动自行车显得尤为重要。本课题基于环保理念出发通过对折叠电动自行车产品功能进行系统性研究，从折叠方式以及操作流程以及有关联产品构造分析改进，携带和收纳场景形态考量，动力某些科技创新摸索，顾客骑行舒服度等角度出发，通过人机工程和设计心理学有关理论，改进折叠方式和电动功能设计，建构一种能改进更多人生活以及交通环境健康环保新型折叠电动自行车。核心词：健康环保，折叠方式，动力创新，生活状态，人机交互目 录第一章 绪论11.1课题研究背景11.2研究目及意义21.3实践重要内容2第二章 折叠电动自行车概述32.1 折叠电动自行车构造32.2 折叠电动自行车功能研究.52.2.1折叠电动自行车电池组位置设计及外观分析52.2.2折叠电动自行车折叠方式设计分析.62.2.3常用基本折扭构造分类.82.2.4折叠电动自行车传动装置.82.3 折叠电动自行车材料.112.4 折叠电动自行车设计案例.11第三章 折叠电动自行车设计方案143.1 设计定位过程143.1.1 设计目的143.1.2 产品功能分析143.2 设计方案摸索143.3 设计方案深化163.4 产品设计展示图及设计阐明.173.5 本章小结.19结 论20参照文献21第一章 绪论1.1 课题研究背景 经济社会发展和人类文明提高也随着着交通拥挤问题浮现，并成为国内乃至全球都最难以根治慢性疾病。交通拥堵不但导致了居民生活困扰，还减少了整个社会工作效率。问题显现逐渐成为焦点，人们健康环保意识随之增强，开始呼吁并践行低碳交通。 于是以电动力为主电动自行车开始成为中短距离交通主流，逐渐占据了市场。相对于汽车和公共交通工具，电动自行车灵活轻便和低碳环保使其越受欢迎，使用率逐年增高。 然而由于都市化进程加快加之国内人口密度大问题，车辆停放成为一大难题，特别对于自行车、电动自行车这一类短途交通工具停车产所严重医乏。导致乱停乱放现象比比皆是，不但对交通导致影响也导致偷盗现象开始猖撅，这一矛盾恶化，使得折叠电动自行车这一轻便好携带新兴产物应运而生，更加满足了轻、便、简、捷理念规定，实现了电动自行车质跨越。因而设计个性化、功能综合化、自重轻量化、操纵以便化可折叠电动自行车就显得十分有必要。从自行车浮现开始人们就在不断地设计出更小更轻便占用空间更少自行车，于是浮现了折叠自行车，为了保证出行速度等需求浮现了电动车，为了停放空间问题以及安全问题浮现了折叠电动自行车，随着人们需求，自行车始终在不断地变化着。当前在发达国家特别是欧美折叠电动自行车应用很普遍，差不多每家每户配备折叠电动自行车用于应急或者休闲出游等。固然在英国、荷兰、德国这种有着很完整地铁交通系统国家，折叠电动自行车也是很普遍。因此依照上述调查发现，国内这种正处在高速发展国家，折叠电动自行车这一新兴产业必将带来更多市场。1.2 研究目及意义交通拥堵问题随着经济社会发展和人们生活水平提高，成为了当今世界乃至全球各大中小都市所面临一种无法缓和眼中问题，虽然浮现时间好久并且每天都在上演的确当前无法调控具备现实意义问题。并且交通拥堵问题不但仅是经济成本问题，还对环境导致了双重影响，社会发展需要经济推动，然而经济迈进也需要环境资源保障，于是交通拥堵问题成为了全球焦点，人们环保和发展意识不断加强，于是折叠电动自行车这一环保健康交通出行工具越发受到关注。在当前折叠电动自行车市场中，琳琅满目有各式各样种类，但是市场上既有折叠电动自行车大多存在许多不尽如人意地方，同步在生活水平不断提高状况下，国内居民对于折叠电动自行车提出更好规定。因此设计一款符合中华人民共和国国情并且适合该类特定人群使用折叠电动自行车迫在眉睫。1.3 实践重要内容本次设计实践重要任务是对既有折叠电动自行车创新设计研究。重要进行折叠电动自行车总体布局设计、技术参数设计。其最后目在于保证新型折叠电动自行车工作性能，减少新型折叠电动自行车研发成本。通过数控仿真等技术实际应用，提高学生实际操作能力，从而为将来发展打下基本。第二章 折叠电动自行车概述2.1折叠电动自行车构造折叠电动自行车构造研究思路可以从自行车构造先入手分析，然后增长折叠和电动方面构造分析研究。图2.1折叠自行车构造1.导向系统:用来控制行驶方向某些，由车把、前叉、前轴、前轮等部件构成。2.驱动(传动或行走)系统:使自行车迈进某些，由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等各种部件。除此之外，曲柄运用，加上链轮、链条、飞轮等各种部件让自行车脚蹬力可以顺利传动起来。3.制动系统:控制自行车速度某些，它由车闸部件构成。4.车体某些:属于自行车骨架，涉及车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等。5.行动某些:指是先后车轮。详细包具有自行车先后轴部件、辐条、车圈以及轮胎。6.安全装置:重要具有自行车制动器、车灯、车铃和反射设备等。依照实际状况，还可以添加支架、挡泥板、气筒等各种附件，同步，某些配备有变速置运动车还安装上变速控制器、先后拨链器等各种零部件。图2.2自行车物理学7.折叠车关节:图2.3折叠关节折叠关节是折叠车上最核心部位，它承受来自各个方面压力，因此它一定要非常结实，同步又要操作简便，外观有艺术美感、8.动力某些电动就是是以电池作为能量驱动电力，然后通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能使轮子转动，通过控制电流大小来变化速度。总体构造重要是:电机，控制器，电池，充电器。图2. 4电动驱动原理充电器，可以当做是为电池补充能量设备。普通都是先通过恒压充电，使得充电电流随着电池电压升高而逐渐减少，电池电压会上升到充电器设定值。控制器是核心能量调速某些，也是能量管理核心，当前智能控制器可以对组件自测试。电机是将电池电能转换为机械能，驱动电动车轮进行旋转零件。普通较为常用涉及了刷有齿轮毅电机、有刷无齿轮毅电机、无刷有齿轮毅电机、侧挂电机等各种类型。2.2折叠电动自行车功能研究2.2.1折叠电动自行车电池组位置设计及外观分析 研究电池组位置对于是后续设计基本，电池组位置设计和外形受到工业技术发展和设计趋势方向影响。电池组位置设计需要依照人机工程学以及环境和技术来进行。如下是有关位置分类:1.中置式关于电池放置方式，最早是采用中置式。事实上，其放置角度大体上与座管走向相似，底部紧贴着自行车后下叉，而顶部装有拉扣，可以让使用者不需要做大幅度弯腰姿势状况下将电池取出来，其在都市通勤车中普遍得到应用。2.斜梁式斜梁式电池组设立所具备特点重要是把电池盒在连接件协助下粘贴在斜梁上方，实现了视觉创新设计目，而技术特性大体上与中置电池组一致，然而其重心较高，使得其稳定性变低。3.菜篮式菜篮式电池组，其在外形上重要是由电池盒外壳被厚实布料包裹上去，大体上像是书包样式钩挂在横把上，让使用者有一种柔和感。同步具备稳定安全性，可以全面对电池组进行维护。4.后置式对于后置电池组应用，普遍在26英寸以上自行车上使用。其重要是被平放在座位后架下面部位，由于有后架高度局限性，使其在样式上具备固定性，视觉上不具备新颖性，因此基于外观设计方面思考，以便于实现与车身平衡目。图2.5电池组位置2.2.2折叠电动自行车折叠方式设计分析第一种:车架大梁折叠又可以叫做对折叠Y是最早也是当前应用比较普遍一种。这种折叠方式在虽然可以缩小体积，并且构造简朴成本较低，但不便于携带必须提行，不是最抱负方式。图2.6车架大梁折叠式第二种:多部件折叠设计是比较新兴一种方式，这一办法产生重要是由于材料进步，同步也是骑行体验发展。第三种:先后叉折叠式设计，在国内比较少见。重要是合用于尺寸较小折叠电动自行车上，通过前轮往后后轮往前折叠，使得两轮基本遇到一起。图2. 7先后叉折叠式第四种:嵌套合体折叠设计，颠覆初期折叠框架，将车架设计成嵌套构造，折叠过程极为车架这一嵌套构造包裹其他部件，折叠后形成一种更规则形状。该折叠办法简朴有效，便于携带。但对电池有很高需求。图2，8嵌套合体折叠自行车2.2.3常用基本折扭构造分类折叠电动自行车设计中构造研究至关重要。折叠构造是对运动构造深化应用，所如下面咱们简朴地理解既有基本运动构造分类和工作原理。1. 连杆机构是由一种旋转构造和一种移动构造构成平面运动机构，连接整个机械部件。2. 凸轮机构是由凸轮、从动件和一种框架构成构造，凸轮是与相应轮廓曲线连接活动部件，普通是匀速持续转动和往复运动和回转运动，通过旋转凸轮来使得驱动某些运动。3.齿轮传动机构由一系列大、小齿轮传动机构和动力机构构成了。变速器有它第一种长处，就是它可以保证瞬时功率传播率不变，实现稳定高效传播。4.蜗杆传动是机械产品构造简朴、构造最常用一种构造，它重要由蜗轮蜗杆构成，对于运动和动力之间空间交错传递是机械力杠杆作用，它能使强度很小，并产生大量功率。依照折叠构造功能，可以分为运动形式工作折叠构造:1.轴心式折叠构造以一种或各种轴为中心轴折叠构造，是最基本和最广泛使用折叠形式。同一轴折叠构造产品。2.平行式折叠构造平行折叠构造有两种:一是“可扩展”，通过变化产品长度变化；另一种是“旋转型”，产品构造是平行，通过方向旋转变化。3.重叠式折叠构造某些产品储存和放置时，可以在产品自身空间周边互相匹配并且重叠在一起，进而节约空间。4.套式折叠构造是形态相似大小不同样物品组合，用大来收纳小。5.卷式折叠构造该构造重要为软质材料，产品需要重复启动。2.2.4折叠电动自行车传动装置自行车驱动装置有诸各种类型。1.链传动当前最为普遍就是链传动，固然也是成本最低并且构造最简朴一种。将链条安装在两个链盘上，通过脚蹬中轴处链盘，带动后轴安装飞轮，从而使得后轮转动。图2.9链传动2.齿轮传动齿轮传动是从汽车传动轴中衍生出来，同步在中轴、后轮轴中各自安装上一大一小两套圆盘锥齿轮，共计装上4个圆盘锥齿轮使其左右具备对称性。传动轴两头是两个小锥齿轮，和圆盘齿轮紧密结合。在脚蹬中轴让小圆盘齿轮开始转动起来，同步引起咬合锥齿轮开始运转，而后使得传动轴带动后轮转动。这是较为新一种方式，并且少了链条束缚没有了链条脱落也许，并且齿轮咬合精准，传动比高。但是同步也带来了规定比较高问题，增长了成本，因此普及性不高。图2 10齿轮传动3.带传动从外观一看便知是用皮带取代链条，同步将链轮制作于齿轮相似，总体传动也与齿轮间传动具备相似之处。运用皮带取代链条让传动具备轻便性，也减少了寻常润滑。图2.11 带传动2.3折叠电动自行车材料1.铬钥钢(Fe-Cr-M)铬钥钢重要是具有铬和铂合金。铬铂钢车架突出长处有:第一，加工性能优质;第二，冲击吸取性能强;第三，可以设计成名种形状。铬铂钢车架缺陷；容易生锈；金属疲劳明显。2.铝合金(Al-1VLg-S1，Al-Zn-Mg- (Cu)铝合金车架长处：可以制作重量轻车架；长期使用外观基本不变，摆放在空气中，其氧化速度较快，之后会变成轻薄氧化膜。铝合金车架缺陷:弹性度低、刚性低。因此使用较厚实管道。规定进行热解决来完毕强度增长。3.钦钦合金车架长处:可以用来制造具备轻度低且强度大自行车车架；同步不会生锈；骑感好。钦合金车架缺陷:价格高。2.4折叠电动自行车设计案例1.“蚌蠕”折叠电动自行车这款折叠电动自行车造型有趣，车后方是弧形折叠之后类似蚌猛，因此称为“蚌锰”折叠电动自行车。车子构造很紧凑节约了空间，从而折叠之后体积更小，并且可以站立，节约了空间占比。图2. 12“蚌锰”折叠电动自行车2. mini宝马折叠电动自行车BMW最新发布一辆名为i Pedelee折叠电动自行车，可容易折叠收纳。该折叠电动自行车折叠之后刚好能放置于supermini尾箱内，这样就更以便人们驾车到不同地方享有踏自行车之乐。该车配备了电动马打和电动操控系统，最高能有每小时16mph速度，并且车身此采用结实铝和碳纤打造。图2 13 mini宝马折叠电动自行车3.无链条折叠电动自行车无链条折叠电动自行车顾名思义即没有链条构造大多采用齿轮构造进行传动，将前轮通过曲柄固定住，在曲柄出放置发电机，这样人脚踏动能直接转化为电能，然后通过电动机来驱动后轮转动。图2. 14无链条折叠电动自行车无链条自行车长处:安全，在骑行中安全度是普通链条自行车9倍；干净卫生、不夹咬、不污染衣物，每年只注一次润滑油可彻底消除掉链之弊；不易坏、构造修理简易和链条变速车不容易坏掉，普通骑行1万多公里不需要大修；灵便，由于无大牙盘、链罩等大型部件，在运营中减少阻力、骑行更加节约力；省力，骑行轻快，与链条自行车相比省力22%；耐用，使用寿命是链条自行车3.6倍。第三章 折叠电动自行车设计方案3.1设计定位过程3.1.1设计目的 本课题设计基本需求如下所示:作为年轻一族重要交通工具，满足便携、轻量以及合理性。符合易用性设计原则，保证使用人群需求，做到以人为本。从折叠前折叠后不同场景进行合理设计，满足顾客诉求。并且在保证产品功能合理，工艺限制前提下，符合年轻一族追求潮流心态，外观追随潮流美观趋势。3.1.2产品功能分析 在产品设计过程中，功能设计是核心环节，一切有关设计都必要满足产品功能。而本课题研究折叠电动车需要满足如下几点基本规定: (1)便携性 考虑到都市规划问题以及交通拥堵问题，存储车辆难度增大，多方面多场景考虑产品折叠之后携带问题。 (2)小型化 折叠电动自行车体积应当比市面上电动自行车小，只需满足正常体积大小单人使用即可。 (3)操作简朴化 顾客自身就是很懒惰，只有把操作做到明显简朴才是真以人为本。 (4)续航性时速性 在里程考虑上需要合理设计，保证速度同步能保证续航功能合理性。 (5)安全性 交通工具安全性始终是顾客人群所关注地方，在设计过程中应当充分考虑使用者安全问题。 (6)环保性 课题出发点即为设计环保型交通工具，为当前都市交通环境污染做贡献，因而在满足顾客使用诉求下选取电动车这一新趋势引领交通工具。3.2设计方案摸索思路一:运用当前创新无链条自行车，采用齿轮传动这一新构造，车架采用滑道形式，折叠时候可以进行伸缩拆合，整个车身先后保证一致性对称性，车架设计借鉴双截棍折叠伸缩收藏形式，从中间折叠之后可以对边沿进行再次伸缩折叠，保证了折叠之后自行车可以履行。图3.1方案一思路二:从电动角度出发，以折叠之后形状为设计点进行思考，最后拟定折叠之后形状为旅行箱样式，变化另一种骑行方式。考虑到顾客为上下班族，出行上班有上班公文包需要携带，骑车过程中需要有可以放置公文包地方，因此将车头某些设计为可以安放公文包地方。考虑到轻便以及安装问题，电池采用铿电池这模块电池，安装造型上没有限制，只需要有足够电量空间即可任意排列，普通骑行时离地面有一定距离较好，否则雨天容易进水。由于电池有一定重量，放置太高也不好会不稳。因此定为将电池安放在车头放置书包板上，不高不低。图3.2方案二思路三:从顾客人群出发，找到设计痛点为上下班族使用自行车作为交通出行工具时公文包携带问题，进行设计出发点。从公文包形态出发，把常用自行车车架管构造增长实际用途，设计为收纳装置，不再由于东西无处可放而产生骑行不便甚至导致伤害，并且中间空间很是充分，可以放下很大文献夹。 方案评价: (1)通过选用无链条没有中心轴和辐条设计几，由短链轮咬合后轮内侧齿旋动向前。减轻车重量，减少车子重心，提高车子平衡及稳定性，但是折叠之后尺寸是三个方案中最大，从折叠收纳角度看不太合理。(2)变化骑行模式也许是当前一种趋势，更多发挥电动优势省去了更多自行车构造限制，这样使得设计更加自由，少了更多不可折叠构件限制，然而该设计不够普遍合用，折叠之后体积仍旧过大，不太适合于女性。(3)虽然针对上下班族痛点进行设计，但是放置公文包某些并不合用于所有上下班族特别女性不适合，形状限制导致顾客过于细分化，不是普遍合用于所研究对象。该痛点可以作为后期设计参照但不能作为重要设计点。 (4)折叠之后可以作为独轮车同样推着，创新点较好，并且在尺寸上既保证了骑行效率也可以保证折叠收纳尺寸，可以进行继续深化创新。3.3设计方案深化在脑爆四个方案中选取第四个方案继续进行设计进一步，一方面进行折叠方式深化设计，继续采用旋转构造方式，进行突破性设计，研究车轮伸缩构造设计。摸索折叠之后可以履行也可以再次折叠进行收纳。 该车采用了无链条构造，同通过曲柄将先后轮固定住，在曲柄出放置发电机，将人动能通过连接至曲柄发电机直接转变为电能。安装了电子控制装置，可以使用传感器进行地形监控，从而将自动齿轮进行电能量输出调节。这样人脚踏动能直接转化为电能，然后通过电动机来驱动后轮转动。图3.5内部构造 由于自行车产品机械性以及人机关联性，在完毕设计方案思考之后需要在尺寸拟定方面严格按照人机尺寸进行，才干保证落地。拟定轮子尺寸大小:16寸(38e耐、车身长度:13Oem、车把与地面遗迹车座与地面距离范畴，进行尺寸等比缩放绘制工程图来拟定车座离脚踏板中心高度为37em、长度为20cm、车把离脚踏板中心高度为58cm,长度为25cm。 拟定车座与脚踏中心长度和高度之后，依照车架与车后座形状，拟定车架位置。所有重点节点某些尺寸拟定之后，继续进一步设计细节进行尺寸拟定脚踏板与车后轮链接某些是设计重点以及脚踏板某些尺寸研究。3.4产品设计展示图及设计阐明 针对以上对产品概念形态设计，构造尺寸以及分析后，运用三维软件SolidWorks对折叠电动自行车进行虚拟装配过程，得出如下产品方案设计效果图。图3.6 最后方案效果图 1.普通电动自行车车轮较大很难实现折叠，在某些特殊场合中需要电动车进出，例如电梯、公交车和居民楼，而老式电动车操作起来存在很大难度，减少了便利性并且产生了极大危险。而折叠式电动车将特殊状况考虑在内，可以依照不同状况对车体进行某些或者所有折叠，依照不同状况进行调节，不再需要扛着电动车进入电梯，在需要状况下进行车体折叠即可，增长了便利性。而如果需要将电动车放入私家车后备箱内，则需要进行完全折叠，将轮子折叠到和轮子平行位置即可。 2.此外还要将骑行车轮稳定性考虑在内，如果行驶速度慢，车轮过大则不利于进行车体折叠，并且折叠之后占据空间较大。因而为了提高便捷性，这款折叠电动车采用是16寸车轮设计，不但增强了稳定性，提高了车体行驶速度，同步也更有助于折叠。 3.折叠方式可以供两种场景使用:第一种，行走携带形式折叠，将后轮旋转折叠到前轮平行位置，即可拖着把手行走，车架位置可以简朴放置暂时物品;第二种折叠收纳形式，由于车后架某些设计了滑道与车中间大齿盘某些相连接，可以对车轮进行滑动折叠，滑动到与车架平行位置，这样整个自行车折叠到车架大小便于收纳。 4.考虑到轻便以及安装问题，电池采用铿电池这模块电池，安装造型上没有限制，只需要有足够电量空间即可任意排列，普通骑行时离地面有一定距离较好，否则雨天容易进水。由于电池有一定重量，放置太高也不好会不稳。因此定为将电池安放脚踏板上方车架上，并且为便于拿出设计了把手进行抽拉。 5.为了改进分离式鞍座使用弊端可以对鞍座位置进行调节，从而缓和骑行者浮现疲劳感。 3.5本章小结 重要通过后期大量概念草图与产品预想功能进一步整合，将概念视觉化，同步不断进行方案评价与优化，针对产品创新点与产品使用尺寸，构造，形态，功等方面相结合，最后得出符合人机工程尺寸并且合用于折叠、半折叠两种方式概念设计产品。结 论 本文采用分析比较办法，从产品设计视角，以分析研究折叠电动自行车构造以及有关产品折、叠和折叠方式为基本，通过折叠构造互换设计办法和产品形态重构设计办法，对折叠电动自行车不同场景需求使用展开进一步研究。 论文内容创新点是:对折叠方式设计，指出了分析核心过程，不但从产品自身出发开展研究还将设计思考衍生到不同产品折叠构造，通过对折叠构造产品形态开展进一步研究，掌握其自身造型规律，总结出从折叠构造互换和产品形态重构设计办法，结合使用场景进行设计发散，本文设计办法对于折叠类产品在设计上可以触类旁通，激发创造灵感，从而设计出更多先进产品。 参照文献1陈之惟，周庆宇，刘嘉河.成都市交通拥堵问题研究.电子世界，(10):215215.2优化主城交通环境提高道路通行效率一浅谈昆明都市交通拥堵问题.,02,06.3超标电动车成昆明最危险交通工具3年时间致死287人_云南信息港_新闻道.,04,05.4孙青芯，邹勇，浅谈自行车构成部件及机械分析.中华人民共和国机械.(2):21-22.5刘洋，古婷.试析国内中老年自行车市场及产品.大众科技，(7):193194.6匡跃.折叠自行车创新设计与研究.中华人民共和国自行车，(7):74-76.7何秋生，徐磊，吴雪雪.铿电池充电技术综述.电源技术，(8):14641466.8王欣吉.关于电动自行车电机小常识.电动自行，(6)：4243,50.9顾小平.产品设计中折叠构造运用与研究.10刘洋.便携脚踏式电能装备设计与研究.11川叶丹，姜藏.折叠构造形式及设计要素.杭州电子科技大学，310018.国际工业设计教诲研讨会.,11,08.12晏定.都市运动新元素一一人力驱动自行车研究.湖北工业大学，.