自行车的物理原理一篇论文

自行车的物理原理一篇论文
自行车的物理原理
一篇论文

自行车的物理原理一篇论文
自行车上的物理学知识
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.
下面来具体介绍一些与力学知识有关的自行车部件：
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.

摩擦力
一. 摩擦力的应用
——自行车为什么能前进？
自行车也和其它车辆一样，是靠车轮与地面的摩擦力前进的。自行车由于自身有质量、有自重，车轮和地面都不光滑，压在路面上就会产生静摩擦力。当人骑上自行车，用力使自行车开始运动，后轮与地面产生静摩擦力，其方向与自行车前进方向相同，所以推动自行车向前运动。
二. 压力越大，摩擦力越大
——自行车为什么能停...

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摩擦力
一. 摩擦力的应用
——自行车为什么能前进？
自行车也和其它车辆一样，是靠车轮与地面的摩擦力前进的。自行车由于自身有质量、有自重，车轮和地面都不光滑，压在路面上就会产生静摩擦力。当人骑上自行车，用力使自行车开始运动，后轮与地面产生静摩擦力，其方向与自行车前进方向相同，所以推动自行车向前运动。
二. 压力越大，摩擦力越大
——自行车为什么能停止？
制动装置（刹车）在自行车中有着十分重要的作用。刹车不灵而导致的交通事故屡见不鲜，自行车是采用什么方法来制动的呢？
自行车的刹车是利用摩擦力使自行车减速和停止前进。当我们使用刹车时，刹皮与车轮间的摩擦力，使车轮停止运动或速度减小，车轮与地面见的摩擦力由滚动摩擦变成滑动摩擦，强大的滑动摩擦力方向与自行车前进方向相反，使自行车迅速减速（或迅速停止运动）。
三. 增大粗糙程度，增大摩擦力
——自行车外胎上为什么有凸凹不平的花纹？
自行车外胎上有凸凹不平的花纹，可以增大自行车与地面间的粗糙程度，来增大摩擦力，防止自行车打滑。
急刹车时，滑动摩擦力对车辆外胎磨损十分大，若使轮子总处于滚动，而不滑动时，则可避免对车轮磨损。因此可设想在自行车上另设置一刹车备用（可金属、橡胶……），平时运动时，刹盘提起脱离地面，刹车时，将刹盘按下与地面接触，使刹盘在地面滑动，产生滑动摩擦力，使车辆迅速减速直至停止，避免自行车外胎磨损。
四.滚动摩擦力比滑动摩擦力小
——自行车哪些地方安钢珠？为什么安钢珠？
自行车应当骑起来越轻松、越灵活才越好、越省力，所以在自行车转动的地方，中轴、后轴、车把转动处，脚蹬转动处、飞轮等地方，都安有钢珠。转动地方安装钢珠是为了减小摩擦力，保护零件，节省动力，因为滚动摩擦比滑动摩擦小得多，用滚动来代替滑动可以大大减小摩擦，并经常加润滑油，使接触面彼此离开，摩擦变得更小、更省力。
杠杆
控制前轮转向的杠杆：自行车的车把，是省力杠杆，人们用很小的力就能转动自行车前轮，来控制自行车的运动方向和自行车的平衡。
控制刹车闸的杠杆：车把上的闸把是省力杠杆，人们用很小的力就能使车闸以比较大的压力压到车轮的钢圈上。
轮轴
一．自行车上的轮轴
中轴上的脚蹬和大齿轮：组成省力轮轴，由脚蹬半径大于大齿轮半径。
自行车车把与前叉轴：组成省力轮轴，手握把外的半径大于前叉轴的半径。
后轴上的齿轮和后轮：组成费力轮轴，齿轮半径小于后轮半径。
二．自行车行驶速度与车轮直径的关系
常见的自行车轮的直径有559mm（22英寸）、610mm（24英寸）、660mm（26英寸）、711mm（28英寸）的。骑28寸的比24寸的车费力一些，但速度快，因为28寸车轮的半径大，轮子每转一圈走的距离长一些，故速度快；半径大使轮轴的轴半径大，故费力。
三．自行车变速的道理
自行车能够前进运动，是靠人用车踩动脚蹬来提供动力，驱动后轮转动产生摩擦力而形成。而后轮的转动是通过链条把中轴、后轴上的链轮飞齿轮相连带动，两轮每个齿与各链条间的孔对应，大齿轮转过一个齿，齿轮也一定转过一个齿，绝不可能打滑。
四．变速车
新型变速自行车中，中轴链轮上有几个直径不同、齿数不同的齿盘，后轴飞轮有几个直径、齿数不同的齿盘，选择不同齿数的齿轮，通过链条相连带动，后轮转动的快慢就改变了，称为变速车。
气体体积减小，压强增大
早期的各种轮子都是木轮、铁轮，颠簸不已。现代自行车使用充气内胎主要是利用质量一定的气体体积减小，压强增大的原理。当路面不平给车胎带来冲击的时候，充气内胎的压缩和恢复有很好的缓冲作用，减小了颠簸，既保护了自行车，也减小前进的阻力，也使人感到舒适。
光的反射
有的自行车上有尾灯，还有一块黄色塑料片，不仅为装饰，主要是为反光而用。白天，红色等色最醒目，很远的地方都能看见，提醒司机注意；晚上人们骑车时，后面或侧面驶来汽车，车灯光射到自行车尾灯上，反射回去，提醒司机注意。

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