摘 要

折叠自行车作为当代绿色环保社会的一种绿色出行工具，对于减缓城市交通压力以及降低废气污染有重要作用，为城市绿色可持续发展做出重要贡献。折叠自行车是许多人出行常用的一种交通工具，但相比于时下火爆的共享单车及普通自行车，其劣势就是比较繁重。鉴于此我们需要对折叠自行车进行轻量化，让其可以更好的为人们服务。所以说折叠自行车的轻量化设计改进具有重要的意义。本文针对一款折叠自行车进行建模，在不同的工况下进行有限元分析，利用workbench软件对结构和材料进行改进优化，明显的减轻了这款折叠自行车的重量。还对自行车最易损坏的部位进行问卷调查，对此进行改进设计和轻量化，使折叠自行车更好的为人们所用。

论文主要研究了折叠自行车的轻量化方法，用ansys workbench对整车结构在不同的工况下进行分析，提出轻量化方案，对车架横梁进行了优化改进，对易损零部件进行强度分析，进行拓扑优化。还对部分零件进行了cam仿真加工。

研究结果表明：改进后的自行车的重量明显降低，符合现当代人的需求，折叠自行车将更好地为人们所用。

本文的特色：利用workbench对整车分析，利用子模型的方法对横梁进行了优化设计，针对易损零部件进行了改进和轻量化处理，对部分零件进行仿真加工。

关键词：折叠自行车；轻量化；有限元；结构改进;拓扑优化

Abstract

Folding bike is an important travel tool for people in modern green society. Folding bicycles are important for alleviating urban traffic pressure and green sustainable development. Folding bicycles are a kind of transportation commonly used by young people, But compared to nowadays popular shared bicycles and ordinary bikes, its disadvantage is more arduous. In view of this we need to lighten the folding bike, so that it can better serve people. So that folding bike lightweight design improvements have important significance. In this paper, a folding bike for modeling, under different conditions for finite element analysis, the use of workbench software to improve the structure and material optimization, significantly reducing the weight of this folding bike. But also the most vulnerable parts of the bike to conduct a questionnaire survey, to improve the design and lightweight, so that folding bicycles better for people to use.

This paper mainly studies the lightweight method of folding bike, analyzes the vehicle structure under different working conditions with ansys workbench, puts forward the lightweight scheme, optimizes and improves the frame beam, analyzes the strength of the damaged parts, Topology optimization. Also part of the parts were cam simulation processing.

The results show that the weight of the improved bicycle is significantly reduced, in line with the needs of modern people, folding bike will be better for people to use.

The characteristics of this paper: the use of workbench on the vehicle analysis, the use of sub-model of the beam was optimized design, for vulnerable parts were improved and lightweight processing, part of the parts for simulation processing.

Key Words： folding bike； lightweight； finite element；structural improvement；topology optimization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 本文研究的意义和背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 研究分析措施 2

1.4 本文研究的内容 2

第2章 折叠自行车三维建模 4

2.1 折叠自行车的折叠方式 4

2.2 部分零部件的建模 4

2.3 车架 5

2.4 传动方式 8

2.5 整车装配 8

第3章 折叠自行车的静力学分析 10

3.1 有限元的简介 10

3.1.1 有限元的发展历程 10

3.1.2 有限元的基本原理和实现过程 10

3.1.3 WORKBENCH的介绍 11

3.2 自行车刚度介绍及分析流程 11

3.3 有限元分析 12

3.3.1 项目创建，模型导入 12

3.3.2 网格划分，添加材料，材料参数设定 13

3.3.3 载荷，约束，接触定义 15

3.3.4 各工况下受力分析 16

3.3.5 各工况下静力学分析 18

3.4 本章小结 23

第4章 轻量化设计 24

4.1 材料改进 24

4.2 结构优化 28

4.2.1 子模型方法介绍 28

4.2.2 优化分析 30

4.3 易损零件结构改进与拓扑优化 33

4.3.1 易损零件问卷调查 33

4.3.2 脚蹬设计与拓扑优化 35

4.4 结果评价 39

4.5 本章小结 39

第5章 部分零件CAM仿真加工 40

5.1 cam仿真加工软件介绍 40

5.2 仿真加工过程 40

第6章 结论与展望 43

参考文献 44

致谢 45

第1章 绪论

1.1 本文研究的意义和背景

折叠自行车因为其携带方便，驾驭自如，防盗,节能环保受到了人们的喜爱。但是折叠自行车依然也有很多不足之处，比如速度不够快只适合短途，不适合越野路面，但它一个主要的缺点就是太重，一般的折叠自行车要达到30斤左右,钢制的可以达到40斤。所以我本次论文的重点在于对折叠自行车进行轻量化设计改进。

节能环保是现代城市发展的主题，人们选择自行车作为出行的交通工具对城市绿色发展有重大意义。而一些款式的折叠自行车比较重，不受到人们的欢迎，本文针对一款折叠自行车进行轻量化改进将很好的解决这个问题。让折叠自行车在现代社会更加受到欢迎，为城市绿色发展做出贡献。

1.2 国内外研究现状