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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)江城學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
原創(chuàng)性聲明
本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。
本人簽名： 日期：
摘 要
經(jīng)過了追求物質(zhì)生活的年代，人們開始追求真正的健康的生活方式。人們對(duì)于自行車的需求也越來越高。選擇?“綠色出行”?也成為人們?cè)谶x擇開私家車、坐公交車之外的一個(gè)選擇。
自行車在中國(guó)一直是主要的代步工具。但是自行車作為上前國(guó)人出行的第二選擇，自行車平的存放和運(yùn)輸常常給使用者帶來不少的麻煩。隨著市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大，折疊自行車已經(jīng)成為自行車中的主流產(chǎn)品。
折疊自行車的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于車體主梁的折疊器的設(shè)計(jì)選型，這一裝置直接影響到折疊自行車的使用壽命和使用安全。中國(guó)的制造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，但中國(guó)創(chuàng)造正在慢慢起步。
結(jié)合本科的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我做足了市場(chǎng)調(diào)查和用戶研究，但是并不是清楚的知道自己究竟要做什么。一次一次的做方案，再推翻，終于設(shè)計(jì)出我們的作品。之所以一次又一次的推翻先前的設(shè)計(jì)方案主要原因是工程和制造的限制。設(shè)計(jì)不僅僅是畫圖，結(jié)合制造、結(jié)合現(xiàn)有的工藝水平，在限制中做設(shè)計(jì)，才是一個(gè)設(shè)計(jì)師最重要的能力。?本文介紹了我設(shè)計(jì)的折疊自行車折疊器，從市場(chǎng)調(diào)查到結(jié)構(gòu)材料分析，再到結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最后校核。同時(shí)由于好的設(shè)計(jì)方案與設(shè)計(jì)人員的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)還有很大關(guān)系，所以鑒于作者經(jīng)驗(yàn)的不足，論文中很多論述及設(shè)計(jì)還有疏漏的地方，相信會(huì)在今后的學(xué)習(xí)工作中改進(jìn)。
關(guān)鍵詞：折疊 自行車 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 折疊器 校核
Abstract
After the era of the pursuit of material life, the people began to pursue a truly healthy lifestyle. The increasing demand for bicycles. Select "green travel" has also become a choice of the people in the choice of open car outside the bus.
Bicycles in China has been the main means of transport. But the bike as a second choice, approached people travel the bike flat storage and transport is often a lot oftrouble to the user. As the market demand continues to expand, the folding bicycle has become a mainstream product in the bike.
Folding bike design lies in the bodywork of the main beam folding design selection, thisdevice directly affects the life and use of the folding bike safety. China's manufacturingindustry has been very well-developed, but China has created is slowly beginning.
The combined undergraduate graduation design, I have done enough market researchand user studies, but not clearly know exactly what to do. Again and again to do the program, and then overthrow finally design our work. The reason once again to overthrowthe previous design is mainly due to the limitations of engineering and manufacturing.Design is not just drawing, combining manufacturing, combined with the existing level of technology, to do the design limit, is the most important skills for a designer. This article describes a folding bike folding design, from market research to structural materialsanalysis, to optimize the structure, last checked. The same time as the actual design experience, there are a lot of good design and designers, so in view of the lack ofexperience, there are omissions of papers in a lot of exposition and design, I believe thatwill be improved in the future study and work.
Keywords: folding bike structural design folder checking
目 錄
1、引 言
隨著社會(huì)的發(fā)展交通問題和污染問題已經(jīng)日益嚴(yán)重。面對(duì)當(dāng)今這種擁擠和有礙環(huán)保與健康的交通狀況需要有一種輕巧便于攜帶的交通工具來服務(wù)于人們的日常生活這給折疊自行車帶來很大的發(fā)展空間。折疊自行車的好處就是它可以帶到地鐵、公交車等交通工具上當(dāng)目的地距離較遠(yuǎn)需要轉(zhuǎn)車時(shí)它可以用作短途的交通工具既省下了等車時(shí)間又省下了轉(zhuǎn)車的費(fèi)用還可以達(dá)到自行車保養(yǎng)和防盜的目折疊自行車的折疊器作為折疊自行車的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，對(duì)這一結(jié)構(gòu)裝置的設(shè)計(jì)優(yōu)化是折疊自行車的核心技術(shù)。
根據(jù)調(diào)查，在美國(guó)每年增加的1800萬(wàn)輛自行車中，有1000萬(wàn)輛是用來休閑和健身的。中國(guó)是自行車生產(chǎn)大國(guó)，便于70%的自行車由中國(guó)生產(chǎn)。目前有60%的自行車廠家生產(chǎn)折疊自行車。折疊自行車的4項(xiàng)重要指標(biāo)是折疊后重量、折疊速度、整車重量、價(jià)格。
以往折疊自行車的折疊器大都采用是螺栓緊固，這種結(jié)構(gòu)在組裝時(shí)與人為的因素為主，如果操作人員在緊固時(shí)加力過小，在使用過程中會(huì)出現(xiàn)螺栓松動(dòng)，自行車在折疊位置分離，造成使用安全危害。
本設(shè)計(jì)采用裝置自動(dòng)加緊鎖定，通過彈簧的自動(dòng)加緊，裝定位軸與開口槽有機(jī)的配合，拒絕了人為的操作失誤可能產(chǎn)生的故障，可靠高，使用方便，組裝速度快
2、折疊器的現(xiàn)有技術(shù)分析
隨著折疊自行車市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)，市面上各種各樣的折疊自行車層出不窮，在設(shè)計(jì)初期，我對(duì)市面上的折疊自行車作了詳細(xì)的調(diào)研總結(jié)目前有以下幾種折疊器
1) 頂桿式折疊器
這種折疊器的結(jié)構(gòu)是采用了頂桿（圖中白色）與配合的扣軸配合，形成一個(gè)距離控制，將折疊器的兩瓣結(jié)構(gòu)通過拉力配合到一起，為了防止頂桿滑脫，通過一個(gè)鎖定機(jī)構(gòu)（黑色旋轉(zhuǎn)扭）對(duì)頂桿進(jìn)行定位，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。此機(jī)構(gòu)的失穩(wěn)主要是在騎行中，鎖定機(jī)構(gòu)（黑色旋轉(zhuǎn)扭）會(huì)隨路的顛簸松動(dòng)，失去對(duì)頂桿的定位功能，一旦失去了鎖定機(jī)構(gòu)的定位功能，頂桿很容易脫掛，折疊器分離，自行車便會(huì)解體。
2）、反扣式折疊器
這種折疊器的結(jié)構(gòu)是采用了扣件（圖中白色）與配合的扣軸配合，反扣的鎖定，材料自身的抻張力達(dá)到一個(gè)拉力穩(wěn)定狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)在剛開始使用時(shí)有很好的鎖定功能，但你要使用較的大的力才能使機(jī)構(gòu)扣穩(wěn)到位，如果年小力弱的人可能沒有辦法達(dá)到組裝使用的目的。在后期使用一段時(shí)間后，扣件的使用疲勞和磨損會(huì)出扣件的反扣配合減弱，不能達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的反扣力，扣件的自鎖功能失效，整個(gè)機(jī)構(gòu)要更換部件才能使用，不然自行車不能展開使用。
3）、雙螺栓轉(zhuǎn)軸式折疊器
這種折疊器的結(jié)構(gòu)區(qū)別于上面兩種結(jié)構(gòu)，它的采用受限于自行車的主梁要采用雙梁結(jié)構(gòu)，在雙梁中間部位各加一轉(zhuǎn)軸，當(dāng)需要組裝自行車時(shí)，將雙梁上的螺栓孔對(duì)到位，用一六棱改椎進(jìn)行組合裝配。這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，維一的缺點(diǎn)就是組裝不方便，要在組裝時(shí)用到改椎。
4）、螺栓緊壓
這種折疊器的結(jié)構(gòu)是采用的螺栓緊壓的固定方式，組裝時(shí)將帶螺栓的扳手定位到另一瓣折疊器的配合孔槽中，旋轉(zhuǎn)扳手，通過螺栓的向下壓力，使折疊器達(dá)到組合狀態(tài)。這種折疊器是市面上最常手的方式，通過市場(chǎng)調(diào)研，在所出售的折疊自行車中有60%是采用的這種結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，但這種折疊器的人為操作因素很大。因?yàn)槭褂谜卟恢佬D(zhuǎn)螺栓時(shí)要到什么程度是最好，一般人都是緊到極限，這種操作方式使折疊器的螺栓與開槽孔受到很大的破壞，影響了使用壽命。
3、分析總結(jié)、設(shè)計(jì)方向
綜上幾個(gè)市場(chǎng)上的折疊器，總結(jié)有以下幾點(diǎn)：
1) 折疊器使用不方便，需要使用專用工具 ；
2) 折疊器的影響了自行車的自身結(jié)構(gòu)，沒有達(dá)到優(yōu)化新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目 的；
3) 折疊器人為使用因素影響自行車的安全；
4) 折疊器的受力點(diǎn)全總在轉(zhuǎn)動(dòng)銷軸和鎖定件上，減小了折疊器的壽命；
5) 折疊器的自鎖功能不建全，不能兼顧安全和快捷兩方面；
6) 折疊器費(fèi)力，耗時(shí)，對(duì)使用人員有限制；
以上介紹的幾點(diǎn)問題總結(jié)幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，折疊器操作是否簡(jiǎn)單、方便、省力、安全是評(píng)價(jià)折疊自行車的重要指標(biāo)，如何設(shè)計(jì)一個(gè)操作簡(jiǎn)單、省時(shí)省力的折疊器，是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方向。雖然以上幾個(gè)設(shè)計(jì)方案存在各自的弊端，但其中的設(shè)計(jì)因素對(duì)我的設(shè)計(jì)工作有著極大的啟發(fā)。
4、設(shè)計(jì)方案介紹
（1）、主要設(shè)計(jì)部件的設(shè)計(jì)介紹
1）、折疊器固定蓋板
其中包括銷軸定位孔、轉(zhuǎn)軸定位孔、定位銷限位板、拉桿導(dǎo)向管。這一部件主要在自行車的后半部分，與后輪和車座一體。
2）、拉桿
拉桿主要作用是用與將折疊器的上下兩瓣蓋板進(jìn)行鎖定，在拉桿的上部有個(gè)細(xì)腰結(jié)構(gòu)，用于與下蓋板上開口槽的配合鎖定。
3） 、定位銷
定位銷主要是將張緊彈簧定位于拉桿的行動(dòng)位置內(nèi)。使彈簧有更好的張緊力，保證拉桿的鎖定功能。
4）、張緊彈簧
整個(gè)裝置的自鎖動(dòng)力部件，通過彈簧自身的張緊力，對(duì)拉桿進(jìn)行伸縮動(dòng)作，在折疊器組合完畢后，將拉桿固定到位，使兩瓣折疊蓋板組合成一體。
5） 、轉(zhuǎn)軸
轉(zhuǎn)軸是折疊器的常固定裝置，轉(zhuǎn)軸一端為車削凸臺(tái)，另一端鉚接成凸臺(tái)，使轉(zhuǎn)軸將兩瓣蓋板聯(lián)接成有效的整體，另外轉(zhuǎn)軸還是一個(gè)承力部件，折疊器的主要受力由轉(zhuǎn)軸和拉桿承擔(dān)。
6） 、折疊器旋轉(zhuǎn)蓋
通過轉(zhuǎn)軸的聯(lián)接，在給過彈簧的動(dòng)作，將拉桿定位，使旋轉(zhuǎn)蓋與固定蓋連接成一個(gè)整體。旋轉(zhuǎn)蓋的上面有一開槽口孔，這是本裝置的鎖定位置槽 ，與拉桿配合，相互定位，達(dá)到鎖定。
2）、裝配圖及動(dòng)作介紹
3）、動(dòng)作介紹
用手拉拉桿，將拉桿向上提升10mm距離，這時(shí)彈簧達(dá)到最短距離，拉桿細(xì)腰部部分從導(dǎo)向管中伸出，使的旋轉(zhuǎn)蓋的開口槽能夠從細(xì)腰部分通過。定位銷與固定蓋的定位板形成限位，限定的拉桿的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，使之操作更方便。
移動(dòng)旋轉(zhuǎn)蓋，將開口槽與拉桿細(xì)腰部分相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到定位孔位置。拉桿與旋轉(zhuǎn)蓋的孔同心狀態(tài)。
3）、松開手，拉桿失去外加力，彈簧張力動(dòng)作，使拉桿向下移動(dòng)，拉桿下端與旋轉(zhuǎn)蓋的底定伴孔形成配合，上部的細(xì)腰部分進(jìn)入導(dǎo)向管，上部的大直徑軸與上部開口槽孔配合，因細(xì)腰上部的直徑比旋轉(zhuǎn)蓋的直徑要大，拉桿動(dòng)作至固定蓋的上表面動(dòng)作限定，這樣拉桿與固定蓋和旋轉(zhuǎn)蓋的上下兩個(gè)孔都形成了定位配合。折疊器的自鎖動(dòng)作完成。
6、折疊器設(shè)計(jì)計(jì)算：
6、1折疊器的受力分析
自行車受力圖如圖所示，P為考慮人的體重，假設(shè)為100KG，根據(jù)自行車結(jié)構(gòu)尺寸，按照靜力分析方法，可得折疊器處受的最大彎距為
在考慮一些特殊情況下，自行車行駛中可能遇到地面的障礙物，些時(shí)前輪會(huì)發(fā)生沖擊力的作用。假設(shè)該沖擊力為F與前輪成45度角，分產(chǎn)生兩個(gè)分力（向上的）F2和（水平力）F1，其中F2對(duì)折疊器影響可忽略。另外自行車在行駛是也會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)，在拐彎處車身折疊器在橫向也會(huì)受到一定的力這一橫向力為F3。根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值取
圖1自行車受力圖
圖2折疊器受力圖
6.2、折疊器強(qiáng)度計(jì)算
在上述各載何的作用下，分別對(duì)折疊器的前、后蓋和卡軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
在彎矩和沖擊力F1的作下用
在F1的作用下剪應(yīng)力
以個(gè)各式中，A是相應(yīng)的受載荷截面面積；Wz是抗彎截面模量；是材料的許用正應(yīng)力；材料的許用剪應(yīng)力；材料的許用擠壓應(yīng)力。從計(jì)算結(jié)果來看，該折疊器的設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
7、折疊器的有限無(wú)分析
1） 、折疊器材質(zhì)選擇
2） 分析圖表
2.1)、應(yīng)力分析圖表
2.2）、位移分析表
2.3）、應(yīng)變分析表
結(jié)論：經(jīng)過有限元分析，折疊器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，所以整個(gè)設(shè)計(jì)在理論上是可行的。
結(jié)束語(yǔ)
踉踉蹌蹌地忙碌了兩個(gè)月，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題也終將告一段落，也基本達(dá)到預(yù)期的效果，虛榮的成就感在沒人的時(shí)候也總會(huì)冒上心頭。但由于能力和時(shí)間的關(guān)系，總是覺得有很多不盡人意的地方，譬如功能不全、外觀粗糙、底層代碼的不合理……數(shù)不勝數(shù)?？墒?，我又會(huì)有點(diǎn)自戀式地安慰自己：做一件事情，不必過于在乎最終的結(jié)果，可貴的是過程中的收獲。以此語(yǔ)言來安撫我尚沒平復(fù)的心。
畢業(yè)設(shè)計(jì)，也許是我大學(xué)生涯交上的最后一個(gè)作業(yè)了。想籍次機(jī)會(huì)感謝四年以來給我?guī)椭乃欣蠋?、同學(xué)，你們的友誼是我人生的財(cái)富，是我生命中不可或缺的一部分。我的畢業(yè)指導(dǎo)老師###老師，雖然我們是在開始畢設(shè)時(shí)才認(rèn)識(shí)，但她卻能以一位長(zhǎng)輩的風(fēng)范來容諒我的無(wú)知和沖動(dòng)，給我不厭其煩的指導(dǎo)。在此，特向她道聲謝謝。
大學(xué)生活即將匆匆忙忙地過去，但我卻能無(wú)悔地說：“我曾經(jīng)來過。”大學(xué)四年，但它給我的影響卻不能用時(shí)間來衡量，這四年以來，經(jīng)歷過的所有事，所有人，都將是我以后生活回味的一部分，是我為人處事的指南針。就要離開學(xué)校，走上工作的崗位了，這是我人生歷程的又一個(gè)起點(diǎn)，在這里祝福大學(xué)里跟我風(fēng)雨同舟的朋友們，一路走好，未來總會(huì)是絢爛繽紛。
致 謝
非常感謝xxx老師、xxx老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，她們給了我耐心的指導(dǎo)和無(wú)私的幫助。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，她們放棄了自己的休息時(shí)間，她們的這種無(wú)私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向她們表示我誠(chéng)摯的謝意。同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！
(3)通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文《自行車折疊器設(shè)計(jì)》終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。
在本論文的寫作過程中，我的導(dǎo)師xxx老師傾注了大量的心血，從選題到開題報(bào)告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴(yán)格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。
寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程，畢業(yè)論文的完成，同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。我將銘記我曾是一名江 學(xué)子，在今后的工作中把 的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)光大。
感謝各位專家的批評(píng)指導(dǎo).
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