折疊電動自行車車架優化設計

王潤東

摘要： 隨著電動自行車的普及，體積小、質量（重量）輕、方便攜帶的折疊電動自行車深受消費者的喜愛，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度要求。此文按照國家標準GB17761—2018《電動自行車安全技術規范》，國家輕工行業標準QB1880—2008《自行車 車架》的規定，基于折疊車架的結構原理和長壽命折疊車設計理念，簡要地介紹了折疊電動自行車車架的優化設計。

關鍵詞：折疊車架;補強;折疊器;安全鉤

隨著人們綠色環保意識的增強，電動自行車逐漸普及，據有關資料顯示，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、運動、健身及代駕等轉化。作為小輪徑的折疊電動自行車，其以騎行舒適、體積小、質量（重量）輕、便于攜帶、占用空間小的優點，越來越受到消費者的青睞，目前已成為電動自行車的消費市場的重要品類，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構的限制和電動折疊自行車常常用于運動、健身，代駕等，經常出現電動折疊自行車車架斷裂現象。研究電動折疊自行車車架結構優化設計，開發長壽命、高耐振性的電動折疊自行車勢在必行。

目前行業內，折疊電動自行車執行GB17761—2018《電動自行車安全技術規范》國家標準，車架機械安全實驗方法之一是測試車架/前叉組合件振動強度[1]。通常執行QB1880-2008《自行車 車架》標準，即：在車架將電機、電池、控制器按實際位置組裝完成后，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735 N;振動的次數10萬次，加振部位的加速度19.6 m/s（如圖2所示）[2]。

根據多年的經驗，能夠滿足運動健身、代駕需求的電動折疊車車架耐振性測試應該是加載荷90 kg，振動次數10萬次以上。為滿足此要求，通過實驗了解車架各部的應力狀態。將車架不同的部位貼應變片，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，進行中軸耐振性試驗（如圖3所示）。

測試數據如表1。

測試結果表明，電動折疊自行車在耐振性試驗時，其車架不同部位的應力分布是不同的，而受力最大處是A、D斷面。測試結果為我們研究電動折疊自行車車架結構優化設計提供了依據。

1? ? 不等壁電動折疊自行車車架設計

利用不同管壁的管材設計等強車架是車架結構優化的方法之一。設計等強車架是將車架內受力大的部位（A片處和D片處）管材壁加厚，根據以往的經驗，D處通常設計壁厚為2.5 mm。根據等強原理，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。通過上述結構優化設計，既滿足了車架強度要求，同時減輕了車架質量（重量），提高了產品的技術含量。

2? ? 電動折疊自行車車架局部補強設計

在前面的實驗中，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雜，車架成本增加。為提高受力點的強度通常采用局部補強（如圖4所示）。

由于采用局部補強，車架D片處管材壁厚由2.5 mm減少為2.3 mm。經測試，減少管材壁厚采用補強方式，車架也通過了載荷為90 kg、10萬次的耐振實驗。

3? ? 補強管方式的優化設計

為了研究補強管的方式，我們先看兩個實驗的結果。當補強管是直管時，應變片顯示的數據是91.1 N/mm2 ; 當補強管是彎管時，應變片顯示的數據是76.3 N/mm2（如圖5所示）。

由此可見，補強管的形狀也會影響車架的受力狀態。因此在電動折疊自行車車架設計中，通常采用彎管補強。通過采用了彎管補強，大大提升車架耐振性，滿足了載荷為90 kg、10萬次的耐振實驗。

4? ? 折疊器凸凹槽設計

折疊器設計通常采用四連桿鎖緊機構或凸輪鎖緊機構，該機構共同特點是：在鎖緊車架時，過始點后折疊器會有少量回彈。此外鎖緊車架時，僅靠折疊器轉軸和快鎖連桿鎖緊，由于轉軸存在間隙，導致在耐振實驗或騎行時會有折疊器前部和后部串動摩擦產生，直接影響折疊自行車車架的強度。為了改變這種現象，在折疊器的設計時采用在折疊器前部設計有凸臺，在折疊器后部設計有凹槽（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度。

5? ? 折疊器自動安全鎖緊結構設計

折疊自行車為使用安全通常設計安全鉤（如圖7所示）。

該結構需要在車架上焊接安全鉤固定座，因焊接應力的作用，在電動折疊自行車車架的耐振性試驗和使用過程中經常出現在此處斷裂現象，影響車架強度。為解決這一問題，可采用折疊器自動安全鎖緊結構設計（如圖8所示）。

該結構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，在彈簧的作用下實現自動鎖緊。

通過上述研究并采取綜合的技術方案，大大提升了電動折疊自行車車架的強度。

6? ? 結束語

關于電動折疊自行車車架的長壽命優化設計，不僅僅限于折疊自行車車架強度的壽命，通過對車架強度耐久性的調查研究和計算機解析法在車架設計中的不斷應用，我們了解了各種形狀的車架在實際測試中變弱的位置，采用補強的方式極大地提高了車架的強度，延長產品的使用壽命。針對電動折疊自行車構造復雜化、多樣化的特點，采用計算機分析的方法并不能完全滿足車架的長壽化設計要求，還需要依賴于各方面的技術提升和支持。

參考文獻

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

[2]中國輕工業聯合會.自行車車架：QB 1880—2008[S].北京：中國輕工業出版社，2008