自行车的构造与原理

自行车的构造及原理与自行车有关的物理学知识

自行车结构

自行车根据不同的目的的开发设计。因此,要在日新月异的新型自行车中挑选自己中意的自行车并非易事。

首先,必须明确自己想骑怎样的车,然后考虑用途。例如,在山间骑行,就需要较结实的类型,山地车比较合适.在柏油马路行驶,则可选择速度较快的公路跑车。逛逛自行车商店,了解一下行情,也是一个好办法,很可能无意间遇上中意的商品。里讲解自己如何装一辆山地车,由于山地车具有刚度大,行走灵活等特点,骑乘是不必择途选道,无论街巷漫游还是休闲代步都获得了广泛的好评。具有缓冲作用的轮胎,不易疲劳的手把,即使在陡峻的坡道上也能够畅快地骑行的变速器等,保证骑者在各种路面环境上能尽情地享受舒适的骑行乐趣。

下面是山地车的基本结构的图示:

Headset:车头碗组Shifters:变速把Brakes:刹车Suspension:避震Seat Post:座杆Wheels:车轮Tires:车胎Bottom Brackets:中轴Cranksets:大齿盘Pedals:脚踏Rims:车圈

自行车上的杠杆、轮轴

①自行车上的杠杆

·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

·支持人重和货重的杠杆、三角杠、货架、前叉、后三角杠，都是广义的杠杆，用以形成车身和承重

②自行车上的轮轴

·中轴上的脚蹬和花盘齿轮：组成省力轮轴，由脚蹬半径大于花盘齿轮半径·自行车手把与前叉轴：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·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，有实际经验的同学知道，骑28车比24车费力一些，但速度快，因为28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，故费力轮轴更费力.

自行车传动

自行车是传动式机械，它的传动装置包括：主动齿轮（通称轮盘）、被动齿轮（通称飞轮）、链条及变速器等。齿轮比与传动比关系着自行车的使用效率，教练员和运动员应该懂得并掌握这些数据的计算与应用。

齿轮比:主动轮对被动轮的齿数之比为齿轮比。如果两个齿轮的齿数相同，那末踏蹬一周。两个齿轮和后轮都各旋转一周。假如主动齿轮的齿数大于被动齿轮的齿数，那么每踏蹬一周，被动齿轮转的圈数就大于一周多，速度加大。因此，齿轮比与主动轮的齿数成正比，与被动齿轮的齿数成反比。以g代表齿轮比，C 代表主动齿轮的齿数，F代表被动齿轮的齿数，它们之间的关系用公式表示，即：

g=c/f

例如：赛车轮盘为49齿，飞轮为14齿，代入公式即可求出齿轮比为:

g=c/f=49/14=3.5

也就是说蹬踏轮盘一周，飞轮转三周半。

传动比（传动系数）：齿轮比乘以后圈直径，即为传动比。以D代表传动比，b 代表后圈直径，它们之间关系用公式表示，即：

d=c/f×b=gb

由此可见，齿轮比确定之后，传动比是与后圈直径成正比的。

例如：轮盘为49齿，飞轮为14齿，后圈直径为27时（一般习惯用英时），代人公式即可求出传动比：

D=C/F×b=49/14×27

= 3.5×27＝94．5

传动行程，每踏蹬一周，车子向前运动的距离则为传动，行程，也叫速比行程。其计算方法是传动比乘以圆周率。以M代表传动行程，π代表圆周率（此为常数，π＝3．14），它们之间关系用公式来表示。即：

M=Dπ=C/F×b×π

自行车后轮直径的计量一般习惯用英制表示，而行程计算一般习惯用公制，因此在计算中需要把英制换算为公制。一英时=2．54CM，用K来代表，即：K＝2．54CM。代入公式，即：

M=G/F×B×π×k

例如，赛车轮盘为49齿，飞轮为14齿,后轮真径为主教黄时，求它行程距离时，求它行程距离，代人公式：

M=C/F×b×π×k =49/14×27×3.14×2.54 =754CM

以上数据是自行车每踏蹬一周，车子向前行进行745cm, 即7．54m。

自行车哪些地方安有钢珠?

自行车是人们代步的工具，应当骑起来越轻松、越灵活才越好、越省力，所以在自行车上转动的地方，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.

自行车车闸

制动装置(车闸)在一切运输机械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，自行车是采用什么办法来制动的呢?

1、自行车的车闸工作原理

自行车的车闸是利用摩擦力使自行车减速和停止前进.当我们使用车闸时，刹皮与车轮间的摩擦力，使车轮停止运动或速度减小，车轮与地面间的摩擦力由滚动摩擦变成滑动摩擦，强大的滑动摩擦力使自行车迅速减速(或迅速停止运动).

2、自行车的车闸类型

根据刹车时制动点的位置(即刹皮与车轮的摩擦位置)不同，车闸分为轮缘闸和轮毂闸、脚闸.

①轮缘闸：其制动点在车缘上，包括：

普通闸：制动点在车圈的内侧面(刹皮摩擦车圈内侧面)，使用最广泛.

钳形闸：制动点在车圈直边上(刹皮摩擦车圈直边)和直边车圈配合使用.

触闸：制动点在外胎胎冠上，刹皮摩擦外胎

②车毂闸：其制动点在车轴上的闸盒上.包括：

抱闸：制动点在抱闸盒外侧，即刹皮摩擦闸盒

涨闸：制动点在闸盒内侧，即刹皮摩擦闸盒

③脚闸：制动点在飞轮上，即利用零件卡住飞轮

3、自行车车闸的优缺点

无论是轮缘闸还是轮毂闸、脚闸，摩擦力大，制动效果好，但会对自行车的外胎和刹皮产生大的磨损，使刹车效果变差，若是车缘闸，还会对车圈电镀层产生损伤.

自行车的齿轮

齿轮是传递动力的装置，把两个齿轮放在一起，让它们转，你会发现它们向相反方向转动，可见齿轮可改变力的方向，而自行车齿轮不是这样，它们是由链

条带动的，总是向相同的方向转动。自行车的型号越小，每组齿轮数就越少，但是它们的传动比差不多，大约都是大齿轮转一圈，小齿轮约转两圈半。变速车的齿轮在上坡时，链条接在后面的大齿轮上，这样虽然慢了些，但很省力；在下坡时，链条接在后面的小齿轮上，这样速度会更快。平时骑车可以自由选择齿轮。低速档齿轮适合在爬坡时用，中速档齿轮适合在平路和缓坡用，高速档齿轮，踏板转很少困，齿轮转很多圈，所以最适合下坡时用。

自行车轮胎为什么要打气？

1887年的一天，英国一所中学要举行自行车大赛，中学生邓洛普正在为参赛做紧张的准备，他准备到大路上练习，笨重的橡胶轮胎与地面强烈地摩擦着。邓洛普边推边想，怎样才能使自行车骑得又快又省力呢？突然，自行车轮胎碰到了花园里的充水橡胶皮管，邓洛普的手臂被轻轻弹开了。邓洛普突然想到：我往轮胎里充气，不就能省力了吗？第二天，他骑着自制的充气轮胎的自行车参加比赛，一举夺得自行车大赛第一名。充气轮胎是自行车发展史上的一个伟大创举，它增加了车胎的弹性，不会因路面不平而震动，大大提高了骑车速度，这样从根本上改变了自行车的性能。

脚蹬倒转时车轮不转

因为在飞轮中有个叫"磕头虫"的零件，在正转时，飞轮会带动"磕头虫"把后轮转起来；倒转时，"磕头虫"打滑，所以转不起来。

变速器调校技巧

1.将前链条置於大齿盘上，後链条则拨入小齿轮。如下即可确定外部作业位置：先将上方小导轮精确地置於最小的小齿轮位置─如为Shimano系统为上方的小螺丝，ESP系统为下方螺丝，而Di.R.T的变速系统则为前方的调校螺丝。此项工作也可在链条及变速缆线组装之前进行。

2. 变速缆线最慢在此时即须卡上（之前应是将变速器及变速杆上的调螺丝转紧一圈）。而後以变速器调节螺丝将缆线轻调至紧绷的程度。如为Sram的组件─不论是Di.R.T.或ESP系列─则可减省此手续。只须将缆线以右旋把上的调节螺丝调紧即可。

3. 至於内部作业机制方面，须将後方的链条拨入最大的小齿轮上，前方则置於小齿盘上。此时即可转动─依变速器型式不同而有异（见上图）─其他各颗调节螺丝至最紧，使上方的小导轮精确地在大齿轮下方进行变速动作，注意须达其极致点。如不然，在历经一段美好的自行车之旅後，即可能因链条小齿轮与轮辐之间的拉动而造成轮辐断裂。

4. 现在应利用所谓的B号起子，将後变速器调整至最大的小齿轮与上方小导轮之间，直到空出一个半链环的空间为止。如间隙过大，变速器的作动会不精准，但如间隙过小，链条要拨入大的小齿轮上便会有困难。要诀：在调校时，将踏板向後旋动，让後变速器可自由摆动。

5. 接下来进行微调：将踏板向前转动，并将链条下拨至第3个小齿轮（前方则置於中齿盘上为宜），後变速器调节螺丝（或是Di.R.T.及E.S. P.车款右握把上的调节螺丝）便可尽可能转松，到链条不和第4小齿轮磨擦为止。为了查验，应将所有段速都完全再变换一次；如在上下变速时仍有些卡阻的现象，可以再进行小幅度修正。

6. 在缆线各端都会有一个尾套。这不仅是为了美观，也可防止缆线出现叉散或缠卷情形。在紧急时也可以轮圈尾套代替，但须用万能钳夹固定。如要豪华些，专业作法便是以焊锡制成此尾套

气门芯的作用

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，也减小前进阻力，也使人感到舒适.

充气内胎上的气门芯，起着单向阀门的作用，只让气体进入，不让气体外漏，方便进气，保证充气内胎的密封.平时骑车时，若车胎没气了，应首先检查气门芯是否完好，再检查内胎是否破了.

自行车的尾灯是装饰吗？

自行车的尾灯不是可有可无的装饰物,而是在夜晚给行人,车辆作提示用的自行车尾灯实在名副其实.我们都知道他只是一块玻璃而已,其中并没有像小灯泡似的发光物体,人们往往称他为“灯”我们仔细观察尾灯,发现他里面是凹凸不平的玻璃体.这样的设计是为了夜晚行车似的需要,当夜幕来临时,司机们开着车在马路上行驶,他们看不清前方是否有人,这时,汽车前面的大灯会发出耀眼的光,因为光线很强,所以会照到自行车上,照到自行车上的光线经过凹凸不平的自行车尾灯会发生漫反射因而反射到司机驾驶舱中,司机这时会发现前面有行人从而放慢速度.别小看一个小尾灯它的设计避免了无数场事故,巧妙的应用了物理学原理─光的漫反射.

自行车摩擦力的应用

骑上自行车用力蹬脚蹬,让自行车加速前进,这时急刹车.这两个步骤中利用的主

要是力学的摩擦力.自行车前进过程中,轮胎与地面产生摩擦,使自行车不会倒.急刹车时,闸皮与车圈之间产生摩擦力使自行车停下来.再深入说一下,自行车的设

计与摩擦力间的关系.闸皮和车胎上为什么有许多胎纹呢?为什么车胎越宽车越

不容易打滑?为什么赛车(自行车)的车胎较窄些呢?这些问题的根源就是闸皮和车胎上的胎纹.正是因为这些胎纹使车闸和车胎的摩擦力加大,避免了车闸与车胎的平面与平面接触.而多胎纹的车胎就不一样了,车胎面成凹凸不平状,他与地面接

触时不规则的,所以他与地面的摩擦力较大.而车胎越宽车越不爱打滑是因为胎的面积大了与地面的接触大了他们之间的摩擦力大了所以轮胎宽了车越不爱打滑.最后是赛车的问题,和上题相反,它与地面的摩擦力小了速度上的阻碍也小了,赛

车的速度相对快些,所以赛车的车胎要窄些好.还有,关于车把上的把套,脚蹬上的皮橡胶……都是有关摩擦力学知识.摩擦力的应用在生活中也很广泛的.。

轮胎上有花纹。有宝石花纹、蝴蝶花纹、鹿角花纹、竹节花纹。

轮胎上花纹有什么作用？

让我做个实验解释一下。我这儿有两个瓶子，一个是瓶盖带花纹的，一个是不带花纹的。不带花纹的瓶子我使劲儿也打不开，带花纹的瓶子能拧开。这是因为用打肥皂的手去拧带花纹的瓶子，产生一定摩擦力，而去拧不带花纹的瓶子，摩擦力减少，所以打不开。轮胎也是这个道理，如果没有花纹的话，在路面上行驶可能就会打滑。车把上如果少了花纹的话，人的手掌抓车把也会不听使唤的。所以轮胎上和车把上的花纹都是为了增大摩擦力。

自行车上有什么减少摩擦力的地方吗？

自行车中轴里的钢珠是为了增大摩擦力.有一个带槽的罐子，上面放一本厚书。用竹棒让书移动起来（使劲碰，书仍只微微动了一下）。在凹槽里放几个玻璃球，请你再来碰这本书（用竹棒碰了一下书，书移动起来）。由此可以看出，有玻璃球在凹槽里，就比较好转。这是因为滑动摩擦变成了滚动摩擦使摩擦力减少，书才能移动起来。自行车中轴里的钢珠就是这个作用。

环保的新型自行车胎

骑自行车最烦隔三差五要给车胎打气。近日，记者在京城的不少修车摊上发现，一种半年不用打气的车胎悄然上市。据一位修车师傅介绍，新轮胎使用起来很方便，颇受骑车人欢迎。

一位居民说，三个月前她换上了新轮胎，至今一次气也没有打过，轮胎还是硬邦邦的。记者观察到，新型自行车车胎其实与普通自行车车胎没什么两样，只是气门嘴不同。新式轮胎的气门嘴全部使用金属材质，里面没有气门芯。只要气充进去就不容易跑掉，所以使上半年也不用充气。但要想往这种气门嘴里充气，用普通的打气筒需配一个特殊的充气螺母，拧上这个螺母后才能充气。据悉，这种螺母价格一般是两元到三元。而这种轮胎的价格只比普通轮胎贵几元钱。