王潤東

摘要： 隨著電動自行車的普及，體積小、質(zhì)量（重量）輕、方便攜帶的折疊電動自行車深受消費(fèi)者的喜愛，折疊電動自行車的安全性就顯得尤為重要，尤其是對折疊車架的強(qiáng)度要求。此文按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB17761—2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》，國家輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB1880—2008《自行車 車架》的規(guī)定，基于折疊車架的結(jié)構(gòu)原理和長壽命折疊車設(shè)計(jì)理念，簡要地介紹了折疊電動自行車車架的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：折疊車架;補(bǔ)強(qiáng);折疊器;安全鉤

隨著人們綠色環(huán)保意識的增強(qiáng)，電動自行車逐漸普及，據(jù)有關(guān)資料顯示，目前，電動自行車市場保有量超過3億輛。近年來，電動自行車的功能也由原來的單一代步向休閑、運(yùn)動、健身及代駕等轉(zhuǎn)化。作為小輪徑的折疊電動自行車，其以騎行舒適、體積小、質(zhì)量（重量）輕、便于攜帶、占用空間小的優(yōu)點(diǎn)，越來越受到消費(fèi)者的青睞，目前已成為電動自行車的消費(fèi)市場的重要品類，市場份額越來越大。

折疊電動自行車的特征是折疊車架在主管中央和把立處安裝折疊盒。因此，限制了車架形狀，其形狀通常以H形、U型居多（如圖1所示）。

由于電動折疊自行車車架結(jié)構(gòu)的限制和電動折疊自行車常常用于運(yùn)動、健身，代駕等，經(jīng)常出現(xiàn)電動折疊自行車車架斷裂現(xiàn)象。研究電動折疊自行車車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)長壽命、高耐振性的電動折疊自行車勢在必行。

目前行業(yè)內(nèi)，折疊電動自行車執(zhí)行GB17761—2018《電動自行車安全技術(shù)規(guī)范》國家標(biāo)準(zhǔn)，車架機(jī)械安全實(shí)驗(yàn)方法之一是測試車架/前叉組合件振動強(qiáng)度[1]。通常執(zhí)行QB1880-2008《自行車 車架》標(biāo)準(zhǔn)，即：在車架將電機(jī)、電池、控制器按實(shí)際位置組裝完成后，分別在前管部位加載荷49 N，鞍管部位加載荷490 N，中軸部位加載荷196 N，共計(jì)735 N;振動的次數(shù)10萬次，加振部位的加速度19.6 m/s（如圖2所示）[2]。

根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)，能夠滿足運(yùn)動健身、代駕需求的電動折疊車車架耐振性測試應(yīng)該是加載荷90 kg，振動次數(shù)10萬次以上。為滿足此要求，通過實(shí)驗(yàn)了解車架各部的應(yīng)力狀態(tài)。將車架不同的部位貼應(yīng)變片，分別為A片、B片、C片、D片、E片、F片。分別在前管部位加載荷10 kg，鞍管部位加載荷60 kg，進(jìn)行中軸耐振性試驗(yàn)（如圖3所示）。

測試數(shù)據(jù)如表1。

測試結(jié)果表明，電動折疊自行車在耐振性試驗(yàn)時，其車架不同部位的應(yīng)力分布是不同的，而受力最大處是A、D斷面。測試結(jié)果為我們研究電動折疊自行車車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

1? ? 不等壁電動折疊自行車車架設(shè)計(jì)

利用不同管壁的管材設(shè)計(jì)等強(qiáng)車架是車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法之一。設(shè)計(jì)等強(qiáng)車架是將車架內(nèi)受力大的部位（A片處和D片處）管材壁加厚，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，D處通常設(shè)計(jì)壁厚為2.5 mm。根據(jù)等強(qiáng)原理，而B片處和C片處的壁厚為74.6×2.5/98.6≈1.9 mm;E片處和F片處的管材壁厚為60.5×2.5/98.6≈1.6 mm。通過上述結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，既滿足了車架強(qiáng)度要求，同時減輕了車架質(zhì)量（重量），提高了產(chǎn)品的技術(shù)含量。

2? ? 電動折疊自行車車架局部補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)

在前面的實(shí)驗(yàn)中，在A、D斷面受力最大處是車架主管的下方（D片處），這樣通過管材斷面加厚會造成工藝復(fù)雜，車架成本增加。為提高受力點(diǎn)的強(qiáng)度通常采用局部補(bǔ)強(qiáng)（如圖4所示）。

由于采用局部補(bǔ)強(qiáng)，車架D片處管材壁厚由2.5 mm減少為2.3 mm。經(jīng)測試，減少管材壁厚采用補(bǔ)強(qiáng)方式，車架也通過了載荷為90 kg、10萬次的耐振實(shí)驗(yàn)。

3? ? 補(bǔ)強(qiáng)管方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了研究補(bǔ)強(qiáng)管的方式，我們先看兩個實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)管是直管時，應(yīng)變片顯示的數(shù)據(jù)是91.1 N/mm2 ; 當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)管是彎管時，應(yīng)變片顯示的數(shù)據(jù)是76.3 N/mm2（如圖5所示）。

由此可見，補(bǔ)強(qiáng)管的形狀也會影響車架的受力狀態(tài)。因此在電動折疊自行車車架設(shè)計(jì)中，通常采用彎管補(bǔ)強(qiáng)。通過采用了彎管補(bǔ)強(qiáng)，大大提升車架耐振性，滿足了載荷為90 kg、10萬次的耐振實(shí)驗(yàn)。

4? ? 折疊器凸凹槽設(shè)計(jì)

折疊器設(shè)計(jì)通常采用四連桿鎖緊機(jī)構(gòu)或凸輪鎖緊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)共同特點(diǎn)是：在鎖緊車架時，過始點(diǎn)后折疊器會有少量回彈。此外鎖緊車架時，僅靠折疊器轉(zhuǎn)軸和快鎖連桿鎖緊，由于轉(zhuǎn)軸存在間隙，導(dǎo)致在耐振實(shí)驗(yàn)或騎行時會有折疊器前部和后部串動摩擦產(chǎn)生，直接影響折疊自行車車架的強(qiáng)度。為了改變這種現(xiàn)象，在折疊器的設(shè)計(jì)時采用在折疊器前部設(shè)計(jì)有凸臺，在折疊器后部設(shè)計(jì)有凹槽（如圖6所示）。電動折疊自行車車架折疊器在鎖緊時，通過凸臺和凹槽的作用，就不會產(chǎn)生折疊器前部和后部串動摩擦，大大提升了折疊自行車車架強(qiáng)度。

5? ? 折疊器自動安全鎖緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

折疊自行車為使用安全通常設(shè)計(jì)安全鉤（如圖7所示）。

該結(jié)構(gòu)需要在車架上焊接安全鉤固定座，因焊接應(yīng)力的作用，在電動折疊自行車車架的耐振性試驗(yàn)和使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)在此處斷裂現(xiàn)象，影響車架強(qiáng)度。為解決這一問題，可采用折疊器自動安全鎖緊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖8所示）。

該結(jié)構(gòu)是通過在推塊上安裝的碰鉤和折疊器上的固定碰鉤相互作用，達(dá)到鎖緊功能。再通過推塊后端安裝的彈簧，在彈簧的作用下實(shí)現(xiàn)自動鎖緊。

通過上述研究并采取綜合的技術(shù)方案，大大提升了電動折疊自行車車架的強(qiáng)度。

6? ? 結(jié)束語

關(guān)于電動折疊自行車車架的長壽命優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅僅限于折疊自行車車架強(qiáng)度的壽命，通過對車架強(qiáng)度耐久性的調(diào)查研究和計(jì)算機(jī)解析法在車架設(shè)計(jì)中的不斷應(yīng)用，我們了解了各種形狀的車架在實(shí)際測試中變?nèi)醯奈恢?，采用補(bǔ)強(qiáng)的方式極大地提高了車架的強(qiáng)度，延長產(chǎn)品的使用壽命。針對電動折疊自行車構(gòu)造復(fù)雜化、多樣化的特點(diǎn)，采用計(jì)算機(jī)分析的方法并不能完全滿足車架的長壽化設(shè)計(jì)要求，還需要依賴于各方面的技術(shù)提升和支持。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.電動自行車安全技術(shù)規(guī)范：GB 17761—2018[S/OL].[2018-05-15].http：//c.gb688.?cn/bzgk/gb/ showGb？type=online&hcno=72969DAA3DA5795AD2163528FF57166C

[2]中國輕工業(yè)聯(lián)合會.自行車車架：QB 1880—2008[S].北京：中國輕工業(yè)出版社，2008