周龙
北京科净源科技股份有限公司
摘要：随着社会经济的不断发展，人们的出行必备工具成为了共享单车。但是对于以往的共享单车而言，存在实际的结构过于单一化，实际的占用空间也相对较大，以此为实际的基础，要进行相应的结构设计和优化，将更加多功能的共享单车提供给广大人民群众。基于此，本篇文章主要对多功能共享单车机械结构设计与优化进行深入的研究和分析。
关键词：多功能 共享单车 机械结构设计
前言：对于当前阶段实际存在的共享单车而言，其不但具备停放时间占用的公共空间非常大的问题，实际的结构还非常单一，功能也相对简单，已经无法使当前社会的实际需求全面满足。特别是一些大学校园与实际的地铁站位置相对较远，而现有的共享单车实际的承载能力相对较低，无法使搬运的需求得到满足。因此，就要将一种多功能的共享单车设计进来，使人们对于共享单车的多方面需求全面满足。
1、多功能自行车机械结构设计
1.1、多功能自行车的设计构象与思路
首先第一点，就是设计自行车的结构和外形，以实际学习的机械原理知识为依据，进而设计自行车的传动结构，草绘自行车的各个部分，得到自行车的整体结构设计。在全面设计完自行车的整体之后，要设计并计算自行车的传动零部件，将传动件的尺寸得出来，以此为实际的基础，设计自行车的机构，将三维模型建立进来。优化设计实际的自行车结构，与此同时，还要装配三维零件，并且将运动仿真实施进来，将有限元的分析方法应用进来，开展各个部位的静力学分析，根据实际的仿真结果，对设计的可行性进行验证，进而将最优的设计方案得出来。如图1所示，为技术线路图。
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1.2、多功能自行车的结构和功能
1.2.1、车把手折叠装置
对于多功能自行车而言，当其属于未骑行的状态时，可以折叠车把手，使车身的高度进一步降低，与此同时，在进行全面折叠之后的车把手，还可以将其作为实际的购物车扶手，实现一物多用的目的。
1.2.2、辅助轮轴
对于辅助轮轴而言，其不但有辅助轮和相应的支架形成，还将辅助轮伸缩杆应用进来，如果实际的自行车属于非使用状态，则可以升高一对辅助轮，使其达到实际的辅助轮支架位置，而且以Z轴为依据，相应的辅助轮可以进行向上收缩，以销子为依据，将其固定在下梁位置，对于使用者的骑行毫不影响。如果进一步转化自行车的功能，将其转化为实际的手推车形态，进行使用，则要将销子拔下来，放下并固定辅助轮，确保车子前后轮与辅助轮可以始终保持在一个同步的状况，将销子重新插紧，就可以使辅助轮的设定全面完成。
1.2.3、车筐组合结构
对于车筐组合结构二元，主要就是将前面和后面的两个车筐全面组合在了一起，使车厢的容积进一步扩大，进而对更多的货物进行容纳。
1.2.4、车座折叠结构
对于车座折叠结果而言，如果自行车在实际使用的过程中，整体的状态为购物车，则可以折叠放平车座，使车身的高度进一步降低。
2、有限元仿真分析
2.1、载荷工况分析
对于多功能自行车而言，在实际工作的过程中，后支撑车架的位置受力最大，而且实际的受力也最为频繁，以其实际的载荷性质为切入点进行分析，其本身实际受到的载荷常见的主要有两种，即弯曲载荷和扭转载荷。其中，对于弯曲载荷而言，其主要的来源就是车筐内部实际承载的物质质量；对于扭转载荷而言，主要就是自行车在实际工作的过程中，由于路面存在平度不够的问题，进而对自行车产生了一种非对称的支撑。由于实际的受力相对较小，因此，相关设备的实际工作设备速度也相对较低，因此，不需要对其进行更加深入的动力学分析，只需要将随机振动分析深入到车身的主要结构中来，简单的来讲，也就是主要对后支撑架开展随机振动分析。如图2所示，为后支撑架结构图。
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图2 后支撑架结构图
2.2、随机振动工况分析
2.2.1、单位制确定及材料属性定义
在整个行走机构中，最为重要的组成部件就是后支撑车架，与此同时，对于该部件而言，也属于最为重要的受力部件，因此，要将6061铝合金材料选用进来，该材料的实际抗拉极限为325MPa，实际的屈服极限为350MPa，实际的弹性模量为240GPa。
2.2.2、网格划分
如图3所示，为后支撑车架网格划分之后的效果，将相对教习的网格划分应用到了后支撑架的主要受力部位，进而将精确的求解结果得出来。
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图3 后支撑车架网格划分
2.2.3、载荷与边界条件设定
基于设备的随机振动工况，对于车后支撑车架而言，其实际的可在主要就是基于人的重力作用，进一步产生，而且在后支撑架中部位置为实际的载荷主要分布位置，70kg为实际的载荷大小。
2.2.4、计算结果及其评价
在随机振动工况背景下，实际的后支撑架两侧的细梁位置主要为高变形区，而且实际的最大形变量为93.934，此外，对于其余部分而言，实际的变形量都相对较小，所以，应该优化设计后支撑两侧的小梁，使其变形量得以减少。
3、优化设计方案
由图4和图5所示，为实际的共享单车后支撑架改进之前的结构，和改进后的结构，对于后支撑机构后部为的两个小梁，要进行加粗优化。
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图5 改进后结构
3.1、改进后随机振动工况分析
3.1.1、单位制确定及材料属性定义
与之前采用的材料相同，均为6061铝合金，实际的屈服极限和抗拉极限分别为350和325MPa，实际的弹性模量为240GPa。
3.1.2、网格的划分
由图6所示，为改进之后的网格划分图片。与之前相同，在后支撑架的主要受力部位上，将相对较细的网格划分实施进来，使后续相对精确的求解结果方便得出。
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图6 改进后支撑车架网格划分后
3.1.3、载荷与边界条件设定
设备仍然处于随机振动的工况状态，对于车后支撑车架而言，其实际的荷载主要来源，就是人的实际重力作用，进而产生相应的荷载。以实际的载荷分布情况为依据，因此，在后支撑架中部位置将其布置进来，70kg为实际的载荷大小。
3.1.4、计算结果及其评价
当处于随机振动工况下时，高变形区主要就是分布在后支撑架两侧的细梁上，93.934mm为最大的变形量，与优化之前对比，一共减少了36.525mm，根据实际的分析结果，可以发现，在实际改进之后，整体的后支撑结构变形量存在明显较少的情况，而且与实际的设计要求极为符合，则优化设计的目的也进一步达成。
结语：总而言之，本篇文章主要对多功能共享单车机械结构设计与优化进行了深入的研究和分析。现如今，以往的共享单车已经无法满足人们的实际需求，因此，就要进行相应的结构设计和优化，将一种可折叠式的共享单车设计进来，增强其舒适度和方便性，使人们更多的需求得到满足。
参考文献：
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