多功能折叠电动自行车创新设计研究

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：指导教师：职称：2019 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的交通工具中，无论科技如何创新技术如何进步，自行车这一传统的交通工具，从问世以来就从未被淘汰，尤其作为短途的交通工具是不可替代的。

随着交通工具种类的增多，人们的选择增多，于是交通就出现了各式各样的问题:交通堵塞、交通工具超负荷、汽车废气污染增多、车辆停放空间不足、自行车停车场更是少，造成了自行车容易乱停乱放并且加重了丢失现象。

所以一款健康环保、便于携带并且可以保证出行效率的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相关联产品的结构分析改进，携带和收纳场景的形态考量，动力部分的科技创新探索，用户骑行的舒适度等角度出发，通过人机工程和设计心理学相关理论，改进折叠方式和电动功能的设计，建构一个能改善更多人生活以及交通环境的健康环保的新型折叠电动自行车。

关键词：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......................................................................................................错误!未定义书签。

1.1 课题研究背景................................................................................错误!未定义书签。

1.2 研究目的及意义............................................................................错误!未定义书签。

1.3 实践主要内容 (2)第二章折叠电动自行车的概述 (3)2.1 折叠电动自行车的结构 (3)2.2 折叠电动自行车的功能研究 (5)2.2.1折叠电动自行车的电池组位置设计及外观分析 (5)2.2.2折叠电动自行车的折叠方式设计分析 (6)2.2.3常见的基本折扭结构的分类 (8)2.2.4折叠电动自行车的传动装置 (8)2.3 折叠电动自行车的材料 (11)2.4 折叠电动自行车的设计案例 (11)第三章折叠电动自行车的设计方案 (14)3.1 设计定位过程 (14)3.1.1 设计目标 (14)3.1.2 产品功能分析 (14)3.2 设计方案探索 (14)3.3 设计方案深化...................................................................................错误!未定义书签。

3.4 产品设计展示图及设计说明 (17)3.5 本章小结 (19)结论 (20)参考文献 (21)第一章绪论1.1课题研究背景经济社会的发展和人类文明的提高也伴随着交通拥挤问题的出现，并成为我国乃至全球都最难以根治的慢性疾病。

交通拥堵不仅造成了居民生活的困扰，还降低了整个社会的工作效率。

问题的显现逐渐成为焦点，人们健康环保意识随之增强，开始呼吁并践行低碳交通。

于是以电动力为主的电动自行车开始成为中短距离交通的主流，逐步占据了市场。

相对于汽车和公共交通工具，电动自行车的灵活轻便和低碳环保使其越受欢迎，使用率逐年增高。

然而由于城市化进程的加快加之我国人口密度大的问题，车辆的停放成为一大难题，尤其对于自行车、电动自行车这一类短途交通工具的停车产所严重医乏。

导致乱停乱放的现象比比皆是，不仅对交通造成影响也导致偷盗现象开始猖撅，这一矛盾的恶化，使得折叠电动自行车这一轻便好携带的新兴产物应运而生，更加满足了轻、便、简、捷的理念要求，实现了电动自行车质的跨越。

因此设计个性化、功能综合化、自重轻量化、操纵方便化的可折叠电动自行车就显得十分有必要。

从自行车出现开始人们就在不断地设计出更小更轻便占用空间更少的自行车，于是出现了折叠自行车，为了保证出行速度等需求出现了电动车，为了停放空间问题以及安全问题出现了折叠电动自行车，随着人们的需求，自行车一直在不断地变化着。

当前在发达国家尤其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。

当然在英国、荷兰、德国这种有着很完整的地铁交通系统的国家，折叠电动自行车也是很普遍的。

所以根据上述调查发现，我国这种正处在高速发展的国家，折叠电动自行车这一新兴产业必将带来更多的市场。

1.2 研究目的及意义交通拥堵问题随着经济社会的发展和人们生活水平的提高，成为了当今世界乃至全球各大中小城市所面临的一个无法缓解的眼中问题，即使出现时间很久并且每天都在上演确实当前无法调控的具有现实意义的问题。

并且交通拥堵问题不仅仅是经济成本的问题，还对环境造成了双重影响，社会的发展需要经济的推动，然而经济的前进也需要环境资源的保障，于是交通拥堵问题成为了全球的焦点，人们的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的交通出行工具越发受到关注。

在目前的折叠电动自行车市场中，琳琅满目有各式各样的种类，但是市场上现有的折叠电动自行车大多存在许多不尽如人意的地方，同时在生活水平不断提高的情况下，国内居民对于折叠电动自行车提出更好的要求。

所以设计一款符合中国国情并且适合该类特定人群使用的折叠电动自行车迫在眉睫。

1.3 实践主要内容本次设计实践的主要任务是对现有折叠电动自行车的创新设计研究。

主要进行折叠电动自行车总体布局设计、技术参数设计。

其最终目的在于保证新型折叠电动自行车的工作性能，降低新型折叠电动自行车的研发成本。

通过数控仿真等技术的实际应用，提高学生的实际操作能力，从而为将来的发展打下基础。

第二章折叠电动自行车的概述2.1折叠电动自行车的结构折叠电动自行车的结构研究思路可以从自行车结构先入手分析，然后增加折叠和电动方面的结构分析研究。

图2.1折叠自行车结构1.导向系统:用来控制行驶方向的部分，由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。

2.驱动(传动或行走)系统:使自行车前进的部分，由脚蹬、中轴、牙盘、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等多种部件。

除此之外，曲柄的运用，加上链轮、链条、飞轮等多种部件让自行车脚蹬的力能够顺利传动起来。

3.制动系统:控制自行车速度的部分，它由车闸部件组成。

4.车体部分:属于自行车的骨架，包括车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等。

5.行动部分:指的是前后车轮。

具体包含有自行车前后轴部件、辐条、车圈以及轮胎。

6.安全装置:主要含有自行车制动器、车灯、车铃和反射设备等。

根据实际情况，还能够添加支架、挡泥板、气筒等多种附件，同时，一些配备有变速置的运动车还安装上变速控制器、前后拨链器等多个零部件。

图2.2自行车的物理学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、8.动力部分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改变速度。

总体结构主要是: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的设备。

通常都是先经过恒压充电，使得充电的电流随着电池电压的升高而逐渐降低，电池电压会上升到充电器的设定值。

控制器是核心能量调速部分，也是能量管理的核心，当前的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的零件。

一般较为常见的包括了刷有齿轮毅电机、有刷无齿轮毅电机、无刷有齿轮毅电机、侧挂电机等多种类型。

2.2折叠电动自行车的功能研究2.2.1折叠电动自行车的电池组位置设计及外观分析研究电池组的位置对于是后续设计的基础，电池组的位置设计和外形受到工业技术发展和设计趋势方向的影响。

电池组的位置设计需要根据人机工程学以及环境和技术来进行。

以下是相关位置的分类:1.中置式关于电池的放置方式，最早的是采用中置式。

实际上，其放置的角度大体上与座管走向相同，底部紧贴着自行车的后下叉，而顶部装有拉扣，可以让使用者不需要做大幅度弯腰姿势的情况下将电池取出来，其在城市通勤车中普遍得到应用。

2.斜梁式斜梁式电池组设置的所具有的特点主要是把电池盒在连接件的帮助下粘贴在斜梁上方，实现了视觉创新的设计目的，而技术特征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，其在外形上主要是由电池盒的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。

同时具有稳定的安全性，可以全面对电池组进行维护。

4.后置式对于后置电池组的应用，普遍在26英寸以上的自行车上使用。

其主要是被平放在座位后架的下面部位，因为有后架高度的局限性，使其在样式上具有固定性，视觉上不具备新颖性，所以基于外观设计方面的思考，以便于实现与车身平衡的目的。

图2.5电池组位置2.2.2折叠电动自行车的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是最早也是目前应用比较普遍的一种。

这种折叠方式在虽然可以缩小体积，并且结构简单成本较低，但不便于携带必需提行，不是最理想的方式。

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的一种方式，这一方法的产生主要是由于材料的进步，同时也是骑行体验的发展。

第三种:前后叉折叠式设计，在国内比较少见。

主要是适用于尺寸较小的折叠电动自行车上，通过前轮往后后轮往前折叠，使得两轮基本碰到一起。

图2. 7前后叉折叠式第四种:嵌套合体折叠设计，颠覆早期的折叠的框架，将车架设计成嵌套结构，折叠过程极为车架这一嵌套结构包裹其它部件，折叠后形成一个更规则的形状。

该折叠方法简单有效，便于携带。

但对电池有很高的需求。

图2, 8嵌套合体折叠自行车2.2.3常见的基本折扭结构的分类折叠电动自行车的设计中结构的研究至关重要。

折叠结构是对运动结构的深化应用，所以下面我们简单地了解现有基本运动结构的分类和工作原理。

1.连杆机构是由一个旋转的结构和一个移动的结构组成的平面运动机构，连接整个机械部件。

2.凸轮机构是由凸轮、从动件和一个框架组成的结构，凸轮是与相应的轮廓曲线连接的活动部件，一般是匀速连续转动和往复运动和回转运动，通过旋转的凸轮来使得驱动部分运动。

3.齿轮传动机构由一系列大、小齿轮传动机构和动力机构组成了。

变速器有它的第一个优点，就是它可以保证瞬时功率的传输率不变，实现稳定高效的传输。

4.蜗杆传动是机械产品结构简单、结构最常见的一种结构，它主要由蜗轮蜗杆组成，对于运动和动力之间的空间交错的传递是机械力的杠杆作用，它能使强度很小，并产生大量的功率。