及改善措施研究
叶震涛，李小利
（国家轻型电动车及电池产品质量监督检验中心，江苏 无锡 214000）
摘要：电动自行车通常采用后轮驱动，在行驶过程中电动自行车反复制动，形成横向载荷，引起后轮紧固
电动车改装论坛螺母松动，如无防松措施可能会导致车辆急停。文章通过收集电动自行车后轮脱落事故案例，对脱落过
程进行受力分析，介绍相关标准要求和现状；并通过对后轮脱落过程试验验证，出导致后轮脱落的原因，
提出预防后轮脱落的建议措施。
关键词：电动自行车；后轮；脱落；措施
1案例分析
2016年1月18日，王某骑行一辆电动自行车带人行驶至苏225线46 km+230 m处南通市通州区石港镇新貌村46组地段时，电动自行车后轮脱落，致使后乘坐人员死亡。
网易河南网报道，2014年1月9日中午，信阳市民骑电动摩托车行驶时，猛然感觉到车后面往下一沉，车子不动了。车主下来一看，发现车子后轮与车子分离，掉在地上。
苏州新闻网报道，2012年3月，苏州市民季先生在路上骑行电动车时，后轮突然掉落，使季先生差点摔跟头。
2.受力分析
电动车在路面突然刹车时，轮胎与柏油路面的摩擦为滑动摩擦，后轮胎所受到的摩擦力为f总：
f总=μ× m × g
式中：f总为轮胎所受到的摩擦力，单位为牛顿（N）；m为整车重量。包括整车与骑行者的总质量，单位为千克（kg）；g为重力加速度，取9.8 m/s2。
采用美国材料试验协会ASTM标准轮胎试验结果，路面状况（粗糙度、干湿等）对纵向摩擦系数μ的影响如表1所示。
从表1中可以看出，除了干燥平滑路面以外，速度越小，所受到的摩擦力越大。电动车一般行驶的路面条件为干燥路面，且速度较低，约为20 km/h，在此选择粗糙路面，μ=0.81。采集雅迪、绿源、
爱玛等品牌多辆电动车数据取平均值，48 V，20 Ah的豪华款电动车整车重量为91 kg（其中空车重量55
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kg，电池重量为36 kg）。假设骑行者的重量为75 kg，后座载儿童40 kg，后衣架置物5 kg，则人与车的总重量为211 kg。
根据经验数据，当人在骑行时，电动车前后轮所承受的整车重量比约为4：6，即后轮承受的重量为127 kg。
将上述参数代入摩擦力公式，得后轮所受的摩擦力 ，一个后轮有两个螺母，因此每个螺母分到的横向工作载荷F 为505 N。
根据螺母支承面所受摩擦力与预紧力的关系公式，可推出，当摩擦力为505 N 时，所需最小紧固扭矩为14 N ·m。
根据 GB 3566-93《自行车装配要求》15.3条要求，后轮的紧固扭矩不小于30 N ·m。因此，在使用30 N •m 进行后轮装配时，在静载情况下不会出现后轮脱落的情况。
目前电动自行车后轴螺母采用扳手紧固，人工装配模式无法保证预紧力符合要求。另当前后轮中心不在同一条直线上时，会使后车轮两侧的螺母受力不均匀，单边螺母受力加大，如果突破预紧力，将引起螺母脱落。
另外，以上均基于静态情况下分析，实际生活中，后轮脱落均发生在骑行过程中。一辆电动车，平均每天制动10次，一年骑行300天，共有3 000次制动。如果预紧力不足，制动时重复的横向载荷，与前面分析问题叠加，可能导致预紧力逐渐减小，联结副发生松动，进而引起螺母和后车轮的脱落。
3. 电动自行车后轮脱落的原因分析
（1）生产时没有遵守相关标准要求
电动自行车标准GB17761—1999《电动自行车通用技术条件》，对此类结构没有规定。GB3565—2005《自行车安全要求》9.4条对“车轮夹持力”进行相关规定，如：“沿后轮的拆卸方向，在后轴两侧对称地施加一个2 300 N 的力，为时30 s，后轴和车架之间应无相对位移”。若电动自行车生产时严格按照该要求且自行车车架平叉接片开口朝前下方20°～30°（见图1），就可以从结构上避免了车轮紧固不到位、制动时，后轮脱落的可能性。
图1自行车车架平叉接片结构
（2）车轮夹持力值过低
普通电动车后轮的结构图如图2所示，电动自行车车架平叉接片开口全部向后，采用GB3565标准规定的车轮夹持力，力值过低，无法满足要求，容易导致后轮脱落。
图2
后轮紧固结构
4．电动自行车后轮防脱落结构研究
为避免后轮的移动，生产厂家通常会在后轮安装防脱垫片，如图3所示。这类后轴防脱垫片有两个长圆孔（M6螺母长圆孔、后轴长圆孔），M6螺母长圆孔通过M6螺母将后轴防脱垫片紧固在后平叉上，后轴长圆孔通过后轮轴紧固螺母将后轮轴与后平叉固定。当后轮轴紧固螺母松动时，这种结构能防止电动自行车的后轮脱落。
图3装有后轮防脱垫片示意
为了更加直观说明问题，试验人员在底盘测功机上进行了验证试验，将电动自行车后轮螺母的扭紧力矩设为5 N·m，考虑到试验安全，试验负重为75 kg，电动车后座为负重，如图 4—5所示。图6为试验前，图中可知两条黑线对其。图7为试验后，从图中可以明显看到轮胎的移动。
图4扭矩设置图5试验人员骑行
图6试验前 图7试验后
5. 电动自行车后轮防脱落措施分析
电动自行车已经成为人们不可缺少的交通工具，目前社会保有量已经超过2.5亿，为了有效预防电动自行车骑行过程中后轮脱落，需要采取以下措施：应参考自行车车架结构原理，从根源上避免后轮脱落；
电动自行车应安装防脱垫片和M6螺栓；电动自行车上应有提示消费者维修后安装防脱垫片和M6螺栓的警示标志；消费者应定期检查后轮紧固螺母力矩。
参考文献
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[2]黄海军.混合行驶状态下机动车对自行车交通影响分析[D].北京：北京交通大学，2012.
[3]尹学杨.汽车—电动自行车碰撞事故再现分析与研究[D]. 成都：西华大学，2012.
（编辑：姚鑫）46
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