畢業(yè)設計方案
論證報告
設計題目: 《坐式電動滑板車結構設計》
學生姓名：
學 號：
專業(yè)班級：
指導教師：
年 月日
2
目 次
前言………………………………………………………………………………………1
第一章 選題的目的及研究意義…………………………………………………………2
1.1 選題目的………………………………………………………………………2
1.2 研究意義………………………………………………………………………2
第二章 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢……………………………………………3
第三章 設計方案的擬定及分析論證……………………………………………………4
3.1 外形整體結構設計分析………………………………………………………4
3.2 運動分析及驅動的設計選擇…………………………………………………6
3.3 可行性分析……………………………………………………………………7
3.4 論證結果………………………………………………………………………7
參考資料…………………………………………………………………………………8
1
前言
滑板車起源于1993年，一位德國工程師為了解決自己的交通困擾，將兩個滑板車輪安在了一塊鋁片上，然后把一個有伸縮性能的金屬扶手加在滑板車上。他用數(shù)月的時間將其改良后，每日載他到火車站上班。在他踏著手扶滑板車上班之初，卻遭到了所有人--包括路人和同事的鄙視。但沒過多久，一位投資人找上門來，他認為這種手扶滑板車具有非常的市場機會。他樂意投資生產(chǎn)這項“偉大的發(fā)明”。
而電動滑板車是繼傳統(tǒng)滑板之后的又一滑板運動的新型產(chǎn)品形式。電動滑板車十分節(jié)省能源，充電快速且航程能力長。整車造型美觀、操作方便，駕駛更安全。其中，坐式電動滑板車是在普通的腳踏式滑板車基礎上進行設計改良，添加了減震座椅等的又一新型便捷的產(chǎn)品。此次畢業(yè)設計做的就是關于坐式電動滑板車的結構設計，是在普通的腳踏式電動滑板車基礎上進行設計改良，使其達到課題要求，且更加便捷安全。本文針對課題要求，主要闡述了電動滑板車的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，并提出了設計方案和主要技術參數(shù)，從而進行初步的方案分析和論證。
第一章 選題的目的及研究意義
1.1選題目的
隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展，人們的生活習慣和過去大不相同，對產(chǎn)品的功能要求不是單一而簡單的。所以面對這樣的消費群體，對設計者的要求就提高了。不僅在功能設計方面要求產(chǎn)品的功能可以多樣化和組合化，而且在外形設計方面要求產(chǎn)品的色彩和外形都能體現(xiàn)產(chǎn)品的人文特色和時尚特色。
電動滑板車是繼傳統(tǒng)滑板之后的又一滑板運動的新型產(chǎn)品形式。外觀非常時尚，非常小巧，就是帶上公交車也沒問題，攜帶很方便?；寰哂锌沽炎?、抗形變、耐高寒、非常耐磨等特點。加強的鋁合金支架及底座不易斷裂，可靠身體扭動而前進，不需用腳推滑。而坐式電動滑板車只是將普通的腳踏式滑板車的平板稍作改造成可以適合人曲腿坐著的滑板，通過雙手和扶桿掌握方向，可在人行道上坐著行走。所以，此次課題著重于坐式電動滑板車結構的改良設計，對現(xiàn)有的電動滑板車進行結構功能的分析，對其功能進行重組，分析其面向的消費人群，調(diào)查不同人群的消費特點以及滑板在他們中間的流行情況，再對這些人群中使用代步工具的習慣進行分析，對其功能進行疊加。在原有代步工具的最初功能的的基礎上拓展其他方面的應用。在整體機構的設計上，優(yōu)化機構設計，使其能滿足基本功能和附加功能。在外形的設計上面，要體現(xiàn)時代化氣息，使其更加的便捷，精巧和安全。
1.2研究意義
近幾年隨著經(jīng)濟的增長和科技的迅速提高，原來的生活方式顯然已經(jīng)不能適應這個社會的發(fā)展。加之由于工業(yè)發(fā)展所帶來的環(huán)境問題日益加劇，所帶來的后果已經(jīng)影響到了人類的正常生活。這個時代被稱之為后工業(yè)時代，就是追求人與自然和諧共處，互利共贏。所以新型的以節(jié)能、高效、低碳的設計逐漸顯現(xiàn)在人們的視角。新穎的設計帶來了后工業(yè)時代人類對現(xiàn)有的生活進行思考，用新穎的設計來改變現(xiàn)有的生活習慣。所以設計改變生活的概念逐漸成為這個社會的主流，而此次坐式電動滑板車的結構設計正是為了體現(xiàn)出這一點。
第二章 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢
電動滑板在中國還是剛剛興起的行業(yè)，跟時下流行的平衡車一樣，屬于休閑玩具類商品，消費群體限于少數(shù)戶外運動愛好者，與國外相比還有一定的差距，國外電動滑板可以上路，更多用于短途交通，市場空間更大。但隨著中國經(jīng)濟的增長，汽車越來越普及、堵車越來越頻繁的情況下，便攜短距離交通工具將得到快速發(fā)展。像平衡車，在過去的兩年里市場開始爆發(fā)，已成為一種休閑時尚的交通工具，銷量很大。還有早已流行的兩輪電動滑板車，更是隨處可見了。而四輪電動滑板，目前市場處在一個爆發(fā)的前夕，國內(nèi)外都是一些創(chuàng)業(yè)小團隊在做，少有大公司進入。
電動滑板，雖起源于國外，但一定會是中國市場把它推向成熟。因為中國可以把任何東西做成白菜價。電動滑板在技術上并沒有太多的壁壘，雖然國外市場走在前面，但與國內(nèi)電動滑板行業(yè)相比，不管是在技術上，還是在產(chǎn)業(yè)鏈上，優(yōu)勢并不明顯。像深圳市思移力智能科技有限公司開發(fā)的電動滑板電控方案，在操控上甚至好于國外產(chǎn)品。因此在電動滑板行業(yè)，國內(nèi)外幾乎處于同一水平。時下國外最先進的電動滑板在面板材料上采用碳纖維和凱夫拉，降低了滑板的重量，使滑板的便攜性和美觀度都大大提升。國內(nèi)也有一些廠商采用了碳纖維和復合材料作為面板，價格較高，走的高檔路線，因此銷量普遍不大，中低檔市場仍有待開發(fā)。
現(xiàn)在深圳和浙江的一些平衡車廠商開始涉足電動滑板領域，開發(fā)一種小型的電動滑板，續(xù)航短，速度慢，配置低，市場價在2000元以下的產(chǎn)品。他們以操作平衡車的方式操作電動滑板項目，有現(xiàn)成的生產(chǎn)線和銷售渠道，產(chǎn)業(yè)鏈成熟。未來一兩年，一千多元的電動滑板將會像平衡車一樣快速普及。
在中國，平衡車、滑板車、電動滑板都是沒有路權的，不允許上路行駛，只限于在場廠內(nèi)作為玩具使用。如果要想把產(chǎn)業(yè)做大，還需得到國家政策的支持，在一定程度上允許電動滑板上路行駛。我們知道，現(xiàn)在兩輪電動滑板車的年銷量達數(shù)十萬臺，并且還在不斷地快速增長。
在過去的一兩年里，平衡車在市場上雖然爆發(fā)，但一些小工廠制造的廉價產(chǎn)品質(zhì)量不過關，因電池安全問題被大量下架，另外加上專利的問題沒有解決，使整個行業(yè)受到極大的傷害。電動滑板要想邁過平衡車走過的坑，一定要在產(chǎn)品質(zhì)量上嚴加把關。
第三章 設計方案的擬定及分析論證
作為當下新興的環(huán)保交通方式，電動滑板車仍需要不斷地改進、創(chuàng)新并推廣開來。目前全球范圍內(nèi)都沒有成熟的大品牌和大廠商，市場上比較有競爭力的一些產(chǎn)品也都處于研發(fā)和創(chuàng)新階段。能夠買到一部價格低廉且品質(zhì)優(yōu)良、易操作的電動滑板車是我們每一個消費者都希望的。就國內(nèi)市場而言，當下銷量和口碑都很不錯的要屬“希洛普”這一品牌的電動滑板車。這一品牌的產(chǎn)品結構樣式較為大眾化，無論是外觀還是內(nèi)部技術都已成熟，價格也屬中等，是目前消費者普遍選購的一種。但也正因為這樣，它的市場已趨于飽和，結構上并無獨特設計。所以我們必須進行創(chuàng)新設計，才能長遠發(fā)展。經(jīng)過調(diào)查市場上已有的坐式電動滑板車，在以現(xiàn)有的電動滑板車作為參考的基礎上，先行進行了幾種設計方案的擬定并加以比較分析，取長補短，最終完成方案設計。
3.1外形整體結構設計分析
從最早的傳統(tǒng)滑板車發(fā)展到現(xiàn)在的坐式電動滑板車，它的結構和功能越來越多樣化。單從外觀結構來看，它早已不再是簡單的兩個輪子外加一塊板的組合了，而是多出了許多變化。參考市場現(xiàn)有產(chǎn)品的外觀設計，結合此次課題要求，現(xiàn)做出以下幾種外形設計方案：
方案一：如圖3-1所示，此種設計方案是在傳統(tǒng)手扶式電動滑板車的基礎上進行改良設計的。手扶式電動滑板車并無座椅的設置，底板較窄，一般只有略寬于一只腳的寬度，且扶手的高度一般不可調(diào)。而圖3-1所示的改良設計，加大了底板的寬度和厚度，在適當?shù)奈恢迷黾恿丝烧{(diào)節(jié)高度的減震座椅，以實現(xiàn)“坐式”這一目的。同時，為了增加它的便捷可折疊能力，首先將整個把手一改以前的一體模式，將中間部分作為主軸，兩端改成均可向內(nèi)折疊的形式。然后將把手桿也制成了可伸縮來調(diào)節(jié)長短的上下兩桿。且把手桿底部與滑板的連接處也改成了由一個弧形桿架連接，使其可向滑板面折疊起來。當然座椅桿的底部也有類似設計，通過鎖扣，使其既可折疊，亦可拆卸，從而達到了即可站立駕駛也可坐著操縱的模式。
方案二：如圖3-2所示，此設計方案改變了傳統(tǒng)滑板車樣式，有一個獨特的外觀，車頭部分看上去像一個小摩托車。它的重點變化在于前后兩個輪子并不是通過平滑板連接，而是使用了連接機構將后輪與扶手部位相接，并在連接部位將座椅部分伸出，使整體結構更加緊湊，美觀且獨特。它的主要優(yōu)點就是其獨特外觀使得它折疊起來更加迅速，便捷。
方案三：如圖3-3所示，此設計方案有些類似于方案二的設計，不同之處在于它更加小巧、輕便，結構簡單且穩(wěn)定。首先，車身主干改變了原有的滑板和桿的相連，而是將車身主干分為兩部分，前車身較粗，內(nèi)部用以放置電池以及控制系統(tǒng)。后車身則是兩塊長直的鋁合金中空材料，內(nèi)走剎車線、電源線等，通過前車身上端兩側伸出的軸與前車身夾持相連。這種結構設計既節(jié)省了材料和空間，大大降低了整車重量。同時，使折疊起來更加迅速，一提一扣，差不多僅需一到兩秒既可完成。其次，座椅的安放是通過后車身的幾組鋼制桿組機構連接在適當高度的，同樣設置的有折疊滑道，方便折疊。而在穩(wěn)定性方面，無論是前后車身之間，還是連接桿組之間，座椅與車身之間都使用到了力學三角形，打開即鎖定，折疊便卡穩(wěn)，避免行駛途中車架散落的情況發(fā)生。除此之外，為了折疊之后更方便攜帶，獨特的在后輪上外加了一組拖輪機構，座椅附近設置提手，使其折疊后即可在平地上像行李箱一樣拖行，也可在臺階處提行。
綜合上述三種外觀設計方案，各有優(yōu)缺。方案一無論把手還是座椅均可調(diào)節(jié)高度，可站騎也可坐騎，還能適應不同用戶的需求，也能折疊。但體積較大，整車重量偏重并不適宜折疊后隨身攜帶。而且折疊起來太過繁瑣，速度較慢，加之外觀上并沒有什么特色，是較為常見的一種。方案二造型略顯特別，易折疊，結構緊湊，比之一要好很多，但其穩(wěn)定性方面略顯不足，結構的堅固、整車的協(xié)調(diào)性仍在改進當中。而方案三造型獨特，折疊迅速，雖無法調(diào)節(jié)座椅和把手高度，但非常小巧，輕便，結構非常穩(wěn)定，行駛更安全，無論是從實用性還是觀賞性都是當下市場發(fā)展的趨勢所在，更能滿足當下消費者的需求。所以，外觀的整體設計思路將以方案三為基礎來展開。
3.2運動分析及驅動的設計選擇
滑板車的原理視不同品種情況而呈現(xiàn)多樣化 ，而普通的二輪滑板的力學原理，在眾多的參考資料中，有這樣一句話：“它是以人體運動理論和巧妙的力學原理，主要是利用身體、雙腳的扭動及手的擺動來進行驅動前進”。 首先，在我們駕駛兩輪式的滑板車時，不難發(fā)現(xiàn)它的車輪在偏轉過一定大小的角度時，會偏轉到一個受力最小的方向，即所謂的“側前”或“側后”運動，這也造成了它S形的行駛路線。經(jīng)過分析，得到的結果是它利用了其前輪所具有的歸正性來實現(xiàn)的。人在駕駛時身體會由于扭動而產(chǎn)生相應的扭矩，加上與技巧運用的綜合，就能把人扭動產(chǎn)生的能量一部分轉化成動能，為兩輪滑板車提供前進的動力（普通的四輪滑板車大都依靠人腿后蹬所產(chǎn)生的能量來實現(xiàn)直行）。兩輪滑板與四輪滑板之間的不同之處在于，使用者僅利用其雙腳、腰部以及臀部的扭動，加上手臂的擺動就能驅使滑板前行。除此之外，S線的行走方式還能產(chǎn)生保持平衡的作用。由于它不同于自行車或摩托車那樣有車把手可以用來掌控方向和平衡，因此只能依靠人身體的扭動來實現(xiàn)。
經(jīng)過綜合比較，本畢業(yè)設計課題的兩輪坐式電動滑板車所選用的的驅動方式，將以后輪驅動為主，而前輪則負責轉向。這種驅動方式與前輪驅動相較而言，所具有的優(yōu)點就是后驅可以把驅動輪和轉向輪分開，操控好，易掌握，且轉彎半徑要小，能夠得到更好的加速度。而前輪驅動盡管可以節(jié)省空間，使得車的可造性能更多，提高其傳動效率，且在雨雪等惡劣天氣的時候更容易操作，成本低，但不足之處在于其穩(wěn)定性差.易出現(xiàn)推頭而產(chǎn)生轉向不足等問題（如圖3-4）。還有如果將前輪既作為轉向輪又作為驅動輪來使用的話,會大大增加輪胎所受的壓力，對輪胎是一種很大的損傷。當然，自行車電動車這樣的兩輪交通工具肯定是沒有前驅的，因為就算是有那也無人能掌控得了。
3.3可行性分析
經(jīng)濟可行性分析：選取的坐式電動滑板車機構設計方案與目前現(xiàn)有設計相比，機體整體結構更為緊湊，從節(jié)省材料方面具有較好的經(jīng)濟性。通過力學分析、振動分析等計算機輔助分析軟件將實現(xiàn)本設計方案的進一步機械性能優(yōu)化，在滿足功能要求的前提下，做到質(zhì)量、體積的最小化，整體性能的最小化。
法律、安全、健康、環(huán)境可行性分析：選取的坐式電動滑板機構設計方案在加工制造過程及使用過程對環(huán)境的危害較小，氣體、廢液及費渣的排放符合國家GB3838-2002,GB8978-1996,GB3095-2012等環(huán)境保護標準。而且由于在設計過程中大量采用通用標準零配件，不侵犯其他任何單位的專利權，不存在任何法律問題。使用過程中噪音小，無其他污染，日常使用維護中也不會對人體健康構成任何威脅。機床其他設施設計得當，正常使用不會發(fā)生燃燒、爆炸等危害，符合國家安全標準。
通過各種資料分析，該機床在經(jīng)濟性以及對環(huán)境等方面等都滿足要求。
3.4論證結果
本次設計題目為坐式電動滑板車結構設計，在搜集整理資料的基礎上，對該設計提出了幾種設計思路，加以分析論證，結合可行性分析，最終決定采用方案三進行外形設計，后驅前轉的驅動方式進行工作等，將以獨特的造型設計為基礎，進行設計改良，以此達到課題要求。
參考資料
[1].彭勇,一種輪外側站立式的電動平衡車,專利.
[2].李祥貴,王延明,魏新德.立式車輪平衡機快速裝卸定位夾緊裝置,山東交通學院學報.
[3].王驥,鐘江濤,張健,一種電動滑板車,專利.
[4].馬云鑫,劉顏楷,越野電動滑板車,創(chuàng)意與設計,2016.
[5].錢曉波,張凌浩,陳香,基于門徑管理模型的電動滑板車概念設計,機械設計,2015.
[6].陳毅龍,林育茲,鄭偉,電動滑板橋輕量化優(yōu)化設計,智能制造,2016.
[7].劉剛,趙晨陽,便攜式電動滑板的創(chuàng)新設計,科技與創(chuàng)新,2017.
9