自行车中的简单机械

自行车中的简单机械
自行车中的简单机械

自行车中的简单机械
原理
自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件中,其基本部件缺一不可.其中,车架是自行车的骨架,它所承受的人和货物的重量最大.按照各部件的工作特点,大致可将其分为导向系统、驱动系统、制动系统：
1、导向系统：由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成.乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡.
2、驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、链轮、曲柄、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成.人的脚的蹬力是靠脚蹬通过曲柄,链轮、链条、飞轮、后轴等部件传动的,从而使自行车不断前进.
3、制动系统：它由车闸部件组成、乘骑者可以随时操纵车闸,使行驶的自行车减速、停使、确保行车安全.
此外,为了安全和美观,以及从实用出发,还装配了车灯,支架等部件.
部件
1、车架部件是构成自行车的基本结构体,也是自行车的骨架和主体,其他部件也都是直接或间接安装在车架上的.
车架部件的结构形式有很多,但总体可以分为两大类：即男式车架和女式车架.
车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成.为了减轻管重量,提高强度,较高档的自行车采用低合金钢管制造.为了减少快速行驶的阻力,有的自行车还采用流线型的钢管.
由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的,车架便成为承受自行车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体,车架部件制造精度的优劣,将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快.一般辐条是等径的,为了减轻重力,也有制成两端大、中间小的变径辐条,还有为了减少空气阻力将辐条制成扁流线型
2、外胎：分软边胎和硬边胎两种.软边胎断面较宽,能全部裹住内胎,着地面积比较大,能适宜多种道路行驶.硬边胎自重轻,着地面积小适宜在平坦的道路上行驶,具有阻力小,行驶轻快等优点.
外胎上的花纹是为了增加与地面的摩擦力.山地自行车的外胎宽度特别宽,花纹较深也是适应越野山地用.
3、脚蹬部件：脚蹬部件装配在中轴部件的左右曲柄上,是一个将平动力转化为转动力的装置,自行车骑行时,脚踏力首先传递给脚蹬部件,然后由脚蹬轴转动曲柄,中轴,链条飞轮,使后轮转动,从而使自行车前进.因此脚蹬部件的结构和规格是否合适,将直接影响骑车人的放脚位置是否合适,自行车的驱动能否顺利进行.
脚踏：可分为整体式脚踏和组合式脚踏.无论什么款式的脚踏都必须有脚踏面,必须安全可靠,具有一定的防滑性能,可以选用橡胶、塑料或金属材料制造.脚踏必须转动灵活.
4、前叉部件：前叉部件在自行车结构中处于前方部位,它的上端与车把部件相连,车架部件与前管配合,下端与前轴部件配合,组成自行车的导向系统.
转动车把和前叉,可以使前轮改变方向,起到了自行车的导向作用.此外,还可以起到控制自行车行驶的作用.
前叉部件的受力情况属悬臂梁性质,故前叉部件必须具有足够的强度等性质.
5、链条：链条又称车链、滚子链,安装在连轮和飞轮上.其作用是将脚踏力由曲柄、链轮传递到飞轮和后轮上,带动自行车前进.
链轮：用高强度钢材制成,保证其达到需要的拉力.
6、飞轮：飞轮以内螺纹旋拧固定在后轴的右端,与链轮保持同一平面,并通过链条与链轮相连接,构成自行车的驱动系统.从结构上可分为单级飞轮和多级飞轮两大类.
单级飞轮又称为单链轮片飞轮,主要由外套、平挡和芯子、千斤、千斤簧、垫圈、丝挡几钢球等零件组成.
其单级飞轮工作原理：当向前踏动脚踏是,链条带动飞轮向前转动,这时飞轮内齿和千斤相含,飞轮的转动力通过千斤传到芯子,芯子带动后轴和后轮转动,自行车就前进了.
当停止踏动脚踏板时,链条和外套都不旋转,但后轮在惯性作用下仍然带动芯子和千斤向前转动,这时飞轮内齿产生相对滑动,由此将芯子压缩到芯子的槽口内,千斤又压缩了千斤簧.当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶端时,千斤簧被压缩得最多,再稍微向前滑一点,千斤被千斤簧弹到齿根上,发出“嗒嗒”的声响.芯子转动加快,千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动,发出“嗒嗒”的声音.当反向踏动脚踏时,外套反向转动,会加速千斤的滑动,使“嗒嗒”声响得更急促.多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件.
多级飞轮是在单级飞轮的基础上,增加几片飞轮片,与中轴上的链轮结合,组成各种不同的传递比,从而改变了自行车的速度.
性能
自行车性能的优劣可从骑行、安全和耐用3个方面来衡量.
骑行性能 骑行性能与自行车的结构尺寸有关,骑行者的体材与车辆相互匹配才会骑行轻快、舒适和操纵自如.如图18所示,人体与车辆在A、B、C3点接触,3个点组成一个三角形,它的边长和角度是自行车的重要参数.AB和AC的长度关系到骑行者能否最有效地发挥体力.BC 的长度和位置依车型和骑行者习惯而定,它决定骑行者的姿势和舒适性.
前后轮中心距L、前叉倾斜角θ和前叉伸距T也是自行车的主要参数,根据车型选定.一般来说,L、T值大而θ值小时,车辆稳定性好,直线行驶的自复力强,但灵活性差；反之,L、T值小而θ值大时,车辆灵活性强而稳定性差些.L值是根据骑车人的体材来选择,一般在900～1200mm;θ值在65° ～75°;T值决定于θ值.前叉翘度H通常控制在前叉转向轴线和前轮中心垂线交点J的位置,J点离地面的高度一般为车轮半径R的15％～60％.另外,制造精度以及车轮重量（含轮胎）也影响骑行性能.
安全性能 自行车骑行者的人身安全是个重要问题,各国制定有相应的标准.中国颁布的安全标准包括结构件的强度、闸车制动性能和安全装置3个方面,前者包括车架和前叉组合件的强度、车把与前叉的装配牢固度、前后车轮的强度等.
①车架和前叉组合件的冲击强度：有两个测定方法.一是落重冲击试验,将组合件垂直竖起,在前叉上方180mm处置一个22.5kg的重锤,在重锤的一次冲击下,组合件的永久变形不能超过40mm,并无肉眼能见的裂纹；二是跌落冲击试验,在组件的鞍座处放置70kg的重物,使其重心移至后轴垂直位置上,自由向前跌落,经过两次重复测试,不得有肉眼能见裂纹.另外,车架和前叉还需进行侧向荷重强度试验,其负荷重量按车型而有所不同.
②车把与前叉的装配牢固度：测定方法是车把装入前叉后,在车把横管（通常用试棒代替）上施加25N·m的力矩,车把不得转动.
③前、后车轮的强度：测定方法是将穿好辐条并经过校正的车轮夹紧平放,在其侧向施加178N的力,1分钟后,永久变形不得大于1.5mm.
④闸车制动性能：测试方法根据车辆的传动速比分为两种.一种是对行程5m或5m以上的自行车,规定试验车速为24km/h；另一种是对行程5m以下的车,车速为16km/h.制动性能有干态和模拟雨天的湿态两种.在规定的试验车速下,同时使用前、后闸,干态的制动距离不得大于5.5m,湿态的制动距离不得大于15m.
⑤安全装置：自行车要装有车铃或车灯,还要有反射器（俗称回光）.反射器是借机动车头灯或其他外来光源照射,反射出足够强度的光线,提醒对方注意,从而保护自身.反射器有前方、侧向和后方反射器 3种.前方的为白色,后方的为红色,前轮侧向的为白色或琥珀色,后轮侧向的为白色或红色,脚蹬为白色或琥珀色.
耐用性能 可分为内在和外表两个方面.内在的耐用性能要求保证一定的结构强度,要求对一些易磨损零件如前、中、后轴的挡碗、飞轮的齿片、链条心子和滚子以及脚闸的零件等,进行热处理渗碳淬火,以提高表面硬度.外表的耐用性能是通过电镀和涂装(油漆)防止腐蚀和增加外表美观.电镀是在车把、轮辋等原有金属表面上镀上铜、镍、铬或镍、镍、铬3层金属镀层,也可视资源情况和防锈性能要求选择其他镀层.对一些次要的小零件,则采用光亮镀锌工艺.涂装是采用高压静电的方法,对车架、前叉表面进行喷涂.油漆表面要丰满、绚丽,并具有一定的防锈性能和漆膜结合力.

龙头是轮轴,
脚踏板是杠杆,