蛋壳形便携自行车设计说明书学校：隐去设计人员：隐去指导老师：隐去蛋壳形便携自行车摘要：环保健身成为品质生活的重要组成部分，越来越多的人不爱开车爱骑车。

自行车的停放展示了现代都市的文明程度，随意停放有碍市容，集中停放又受到场地制约。

针对这一问题本小组设计了一种蛋壳形便携自行车，该车和购物车合为一体。

购物时折叠拖行，可当购物车用，购物后展开骑行，该设计可以减少超市自行车的停放量，可以减少超市购物车的使用量。

便携式自行车折叠后可以节约普通自行车五分之四的空间，且停放美观。

本设计低碳环保，可以缓解城市交通拥挤，适宜在大城市推广使用。

关键词：便携，自行车，购物，低碳环保目录第一章前言 (3)第二章蛋壳形便携自行车方案设计 (6)2.1对现有折叠自行车的分析 (6)2.2购物车式自行车设计方案确定 (7)第三章主要结构设计 (9)3.1主要结构设计及计算 (9)3.2 前件与前架的连接设计 (13)3.3前架与中架的连接设计 (14)3.4后架与座椅支架设计 (15)3.5车把结构设计..........................................................................................16 3.6车壳设计 (17)3.7车门设计 (18)第四章主要零部件有限元分析 (18)4.1前架的有限元分析 (18)4.2中架的有限元分析 (19)第五章运动仿真 (20)5.1 仿真运动的步骤 (20)5.2仿真设置及结果 (21)参考文献 (22)致谢 (23)第一章前言1.1自行车的发展过程简介据史料记载，最早的实物自行车是1791年法国人西拉夫克发明的在玩具马车上装两个轮子的“玩具马”。

因无驱动装置，坐垫较低，骑车人两脚着地，用脚蹬地前进。

1818德国的德拉伊斯首创了前轮可以转向的自行车。

他用2个木轮、1个鞍座和1个控制前轮的车把制成1辆木轮车，人坐在车上，用两脚蹬地，驱动木轮运动。

1839年苏格兰铁匠麦克米兰把自行车由木质结构改为金属结构，轮子做成前轮小后轮大，在前轮处有脚蹬，通过曲柄使后轮转动，骑车人用两脚踩动两根长杆车子就向前行进，骑车人的脚真正离开了地面。

1863年法国马车店老板米乔克斯在前轮上安装了脚蹬。

1870年法国的古里门为自行车装上了钢丝辐条，采用加大前轮，以链条传动后轮的结构。

1874年英国人劳森造出1辆和今天形式大致相同的自行车，在车上开始装上链轮和链条，用后轮驱动车子前进，成为安全自行车，但前轮仍比后轮大，鞍座较低。

英国机械师斯塔雷，在自行车上安装上前叉和刹车，首次使用橡胶作车轮，改进了自行车的很多结构，同时改造了很多生产自行车的机器，为自行车的大量生产创造了条件，被后人称为自行车工业之父。

1885年苏格兰的邓洛普研制将充气轮胎用于自行车，使自行车减震性能大大增强，让骑车的人骑行舒适度更为提高。

再加上管材结构，配上车铃、支架、车灯等部件，前后轮改为一样大，到19世纪末自行车结构就基本完善了。

经过将机械工业技术发展的成果运用于自行车的设计制造的努力，自行车开始通过批量生产走进普通人的生活，成为人们生活中方便、快捷的交通工具。

1.2传统自行车的缺点传统自行车作为短途代步工具具备其他交通工具不可替代的功能，但是传统自行车的体积过大，停放不方便，且占用面积大，不利于在外停放和家中停放。

现在的城市交通拥挤、存车面积明显不足、自行车停车场所缺乏、占用人行道停车情况严重且自行车被盗现象也十分严重。

因此设计一种占地面积小、轻便、防盗、时尚的可折叠自行车就显得十分有必要。

1.3折叠自行车的前景和优点（1）前景折叠自行车是20世纪30年代在欧洲起源于军事用途并伴随着轿车的普及和城市人口的增多而发展起来的，近些年由于采用各种新材料、新技术及结构创新从而使之体积更小、重量更轻、强度更大、更结实耐用。

目前折叠自行车主要集中在欧美等发达。

在这些，很多私人轿车都配备折叠自行车，以备应急和休闲之用。

根据发达发展的经验，正处在经济高速发展和轿车开始大量进入家庭阶段的我国，自行车行业产业即将迎来更大的发展机遇，而折叠自行车的独特优点符合国情，其发展空间将有很大的优势。

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，尤其折叠自行车是我国最具潜力取得世界领先水平的产品。

目前已经有折叠自行车使用单列向心球轴承、腹板结构及独创的7～11齿分体小飞轮，解决了小自行车受传动比限制的技术难题，使小自行车不但体积小、重量轻而且速度快，十分便于骑行、携带和存放。

通过12英寸样车在各种路况试骑后，速度与26英寸自行车相同，骑行操控性、舒适性、安全性均非常令人满意，完全可以满足成人代步需要，整车质量只有5～9公斤，大大低于普通26英寸自行车，开发形成系列产品后，极具潜力。

在城市部分取代26英寸自行车，成为上班族、学生、有车族、老年人的时尚选择，有着诱人的市场前景。

（2）折叠自行车优点：1）灵活携带：折叠式自行车比一般自行车要轻，折叠后其体积不到普通自行车的五分之一，体积小，重量轻，提着上楼、上电梯、上公交、乘地铁，都不费劲，是公共交通的最佳伴侣。

2）快速折叠：折叠与打开时均无需工具，整个过程只需十几秒钟而已。

把手、坐垫无须任何工具也可自由调整高低，男女老幼皆可乘骑。

3）驾驭自如：依据人体力学而设计的折叠自行车，车轮不大，通过调整前后齿比，骑行舒适快速省力，把手、坐垫高低均可调整。

4）保持时尚：折叠车外形靓丽，做工精美，绝对是时尚一族的顶好装备。

5）送礼佳品：价格、外观、功能，都决定它是送礼的好选择。

6）健身环保：骑折叠自行车不仅是最好的有氧运动之一，也符合绿色出行的主题。

第二章便携式自行车方案设计2.1已有折叠自行车的分析现在的市场上存在着各种各样的折叠自行车，厂家们也在争先的推出新产品，为求能够吸引更多消费者的注意力，增加销售量。

但是在这些款式中，大部分折叠自行车的折叠机构都是千篇一律、小异的，多数都只不过在颜色和材料或者是小部件上有所区分，没什么设计能真正做到真正意义上的改进。

市场上大部分的折叠自行车虽然折叠后体积是比传统自行车小一点，但对于广大用户而言，市场上很多折叠自行车折叠后还是很难携带，尽管也有一些折叠车品牌陆续推出了折叠车提包，但提包体积很大，非人力可以携带行走。

因此，折叠自行车已经成为自行车的一种发展优势，人们在选购自行车是都会首先考虑折叠自行车，所以，现在人们对购买选择自行车的要求已经不仅仅局限于使用舒适，还包括外形、结构和存放空间等等，所以只是简单的改变一些小部件，改变颜色和材料等得改进已经不存在着什么明显的优势。

如何能把折叠自行车折叠后的体积更小，折叠操作更方便、省时、灵活，已经成为广大折叠自行车开发者的挑战。

自折叠自行车出现以来，人们尝试了多种折叠方式，其中运用最广的折叠方式是将车架大梁折叠，前后车轮能叠在一起，车把侧放倒，座管压到底，脚踏板折叠，车把折叠，如图2.1所示；这种折叠方式在折叠后体积确实缩小了，但外形不规则，必须提着行走，不便于携带，收起、展开费事，且折叠后没有固定装置，这种折叠方式仅适用于折叠后便于家中存放。

因此虽然技术较为成熟，但并不是理想的折叠式自行车。

折叠方式影响着自行车的各项性能。

一种设计方式被消费者接受并被厂家广泛采用也自然会成为行业的标准，但是自折叠自行车出现以来，人们尝试的多种折叠方式都有其局限性。

图2.1 大梁折叠式自行车这种折叠方式是目前较为成熟的折叠方式，但这种折叠方式有较多不便之处，折叠较为复杂，且折叠后前后轮无固定装置，导致前后轮容易分开，折叠后所占的空间比理论空间要大的多，且无提手之类的装置。

这种折叠自行车只适用于闲置的自行车在家中存放，折叠功能大大的降低了。

另一种折叠自行车改变了传统的折叠方式，是目前全球最小最轻的折叠自行车。

自行车仅重5.5公斤，折叠后可以放入包中，如同一把雨伞。

这种折叠自行车的制造者是英国发明家克莱夫·辛克莱爵士，他曾在1970年发明当时世界上最小的袖珍计算器。

该自行车可以承受的重量最高为112公斤，它的高度可以调节。

而且它折叠和展开都比较便捷，只需大约20秒。

虽然展开后，这种自行车的车轮只有普通自行车的四分之一大，但辛克莱说，骑在上面照样很稳当。

但是这种自行车目前在国还不是很流行，其售价为300美元左右，对于国人来说，还不是能很好的接受。

通过对以上折叠自行车的分析，目前较好的折叠方式为折叠前后叉。

但这仅解决了折叠的问题，折叠自行车安全的问题未解决。

折叠自行车很轻便，它的轻是一大特点，也是一大缺点，放在室外容易被人偷走。

2.2自行车方案设计综合考虑，折叠方法采用前后叉折叠的方式，这样比较节约空间。

其次，为了保证自行车的安全，并且能方便自行车在超市或者拥挤的菜场中行走，我们决定将自行车折叠后留出一定空间，这样，在购物时可以代替购物车，且自行车可以真正的做到随身携带，也保证了自行车的安全如图2.2所示。

图2.2 折叠自行车为了使折叠自行车能够实现展开后安全正常行驶，折叠后便于携带，且折叠后自行车整体骨架压缩在车壳下部，这样便于车壳上部空出足够的空间，车架折叠采用前后叉折叠方式，这样便于前后车壳闭合；总体结构尺寸最小化，关键零部件强度、刚度足够；动作安全可靠，工作时运动平稳；整个结构布局优化，结合各种折叠自行车方案实力，结合实际生活经验，最终确定了如图2.3所示的主要折叠关节图框架。

图2.3 主要折叠关节图第三章主要结构设计3.1主要结构设计及计算本设计小组通过Autodesk Inventor Professional三维CAD软件进行了设计三维实体的建模。

Inventor产品提供了一组全面的设计工具，支持三维设计和各种文档、管路设计和验证设计。

Inventor不仅包含数据管理软件、AutoCAD Mechanical的二维工程图和局部详图，还在此基础上加入与真正的DWG兼容的三维设计。

Inventor提供的专家系统能以最快捷的方式生成制造用工程图，从而加速了从草图到成品的过程，设计的结构如3.1所示。

图3.1可进超市便携式自行车结构设计3.1.1主要技术要求采用Inventor3维设计完成各部分的设计，使用该设备能实现展开后安全正常行使，折叠后便于携带等功能，要求总体结构尺寸最小化，关键零部件强度、刚度足够。

动作安全可靠，工作时运动平稳，整体结构布局优化。

主要技术参数：（1）最大展开尺寸：857.13*500*1000 mm；（2）传动比：脚踏一圈与车轮转动圈数之比i=3；（3）最小折叠尺寸：500*500*1000 mm ；（4）最大承重：100kg ；（5）设计重量：7.6kg ；（6）车轮直径：150mm 。