(整理)自行车零部件连结方式分析.

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机电基础与材料加工工艺

（自行车零部件连结方式小结）

前言

自行车，又称脚踏车或单车，是通常二轮的小型陆上车俩。一般以人骑上脚踩踏板驱动。英文bicycle或bike的bi意指二而cycle意指轮。在中国大陆、台湾、新加坡，通常称为“自行车”或“脚踏车”，在香港、澳门则通常称为“单车”。

很多国家和地区认为自行车是车辆，常常要求适当配备甚至是要向政府相关部门登记领取车牌后始得上路。有些地方要求夜间行车时自行车要使用车灯。中华人民共和国的交通法规将自行车列为一种非机动车。在香港，自行车属于“非机动车辆”，无须领有牌照，但在路上行驶时，须遵守和机动车辆一样的交通规则。

自行车是一中种面对生活的态度，也中种纯真梦想的执着。自行车在我国是很普及的代步和运载工具。一辆好的自行车首先要有好的车架、好的零件组成，然后还要有良好的组装技术。将这三个因素科学地加以组合后，才能算是一辆好的自行车。由于各国生活水平的差异，使用自行车的目的各不相同，有些国家的骑行者以旅游、锻炼身体以及少年儿童体育运动为主要目的，一般使用多速车、越野车和山地车；有些国家的自行车主要作为交通工具，多使用轻便车和多速车。总的来说，自行车是朝着美、轻、牢、新、廉方向发展。美是造型美观、色彩鲜艳、华丽而不俗；轻是自重轻、骑行轻；牢是强度高；新是款式新、品种多；廉是成本低、竞争力强。

有目的的了解学习有关的自行车各部件之间的连接方式，一方面，在使用上能我们更清楚自行车本身的构造，以便更好的、更安全方便的使用自行车，也能更好的对他进行维护和保养。在一方面，对于一个从事学习工业设计的人来说，更多的了解一些机械构造，内部原理等知识，可以使我们在设计产品的时候，形成一个完整的思路，是我们的美好的外观造型构思与事物本身的构造形成一个完美的结合。

自行车零部件连结方式小结

摘要：通过此次对自行车的各个零部件连接方式的实际观察、拍照等研究，了解到了各部件之间是用何种技术方式来完成的连接，而产品的外壳不都是一个封闭的整体，需要分成主题、附件等等不同的部分。然而了解这些之后也知道作为设计人员必须考虑如何使这些部分结合起来形成一个主体，同时又达到使用功能的要求，而装配、拆卸、维修都要方便。由此更深刻的了解了连接在产品设计中是非常重要的环节。产品的功能构建需要以各种方式连接使其形成一定的构架或是完成一定的动作。

关键词：自行车、零部件、连接

一般的来说一辆自行车需要用到多种连接方式相结合使用，才可以形成一个整体的构造展现在我们面前。由于连接方式的多样化，而我们主要看到的连接方式分为四大类：固定连接、活动连接、柔性连接、其他链接。

一：固定连接

固定连接在生活种也是非常常见的。不仅是在自行车的机构连接上能看到，在生活中其他产品中也应用广泛，比如，鞋架、双层床等等。

固定连接除了常见的焊接、铆接之外，我们把一些虽然可以拆卸，但是一般情况下不拆卸且被连接成为一个整体的零件作为一个固定件功能应用的这些连接方式也归纳其中，如键接、销连接等。而铆接与焊接是一种不可拆卸的连接，一旦连接之后，要拆卸只能是破坏性的，常用于固定零件、底座、或因加工零件的工艺需要将两个或几个零件接合成一个零件等等。

焊接：焊接是将两个或是两个以上的零件或组件固连接于一体的一种工艺方法。焊接可用于部分金属之间的连接，也可以用于非金属之间的连接。焊接主是采用热熔的方法，将连接部分加热至相融合或焊接间填以焊料进行的连接。由于科学技术的进步，焊接又以分为气焊、电弧焊、气体保护焊、压力焊、摩擦焊等。这要根据焊接材料的不同和工艺的要求不同进行选择性的使用。

车架部分：车架是自行车的骨架，它所承受的人和货物的重量最大，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。如：1-1架焊接1-2车架焊接

图1-1 车架焊接图1-1 车架焊接

销连接:销连接是利用一个销零件插入需要连接（或固定位置）的零件连接部位，将他们连接为一体的连接形式。销是一种常用的标准零件，一般为圆锥形或是圆柱形。要连接的两个零件应当有与销大小相同的孔（锥形孔或圆柱形孔）销贯穿其中，连接两个零件。要形成固定连接时一定要紧密配合。锥形孔一般用锥形销打入空中。

中轴：中轴属于自行车的驱动（传动

或行走）系统，连接曲柄脚蹬。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。如图1-3 中轴和曲柄的连

接

图1-3 中轴和曲柄的连接

键连接：键主要是用来连接轴与轴上的零件，使他与轴能同时转动的一种零件。主要是为了安装和更换，一般的来所键都做成标准件，断面一般为矩形。根据不同的情况和实用功能，键还可以分为：普通平键、导向平键、半圆键、普通楔键、花键。在自行车的机构连结上对键的使用较少，而在其他机械的上对键的使用较为广泛，比如农用三轮车的半轴，一轴的连接上都会使用到键。

螺纹连接：螺纹连结属于可拆卸的连接，他主要用于紧固零件。这种连接在生活中较为普遍，随处可见，然而细分又可分为：螺栓连接、螺柱连接、螺钉连接。

螺栓连接：种连结方式是有两部分组成，俗称螺母和螺杆，通过螺纹的旋转实现对其他零件的固定，不至于松动。如脚蹬上的连结，下图1-4脚蹬螺栓连结。图1-5 车座螺栓连接

图1-4脚蹬螺栓连结。图1-5 车座螺栓连接

螺钉连接：螺钉与螺栓的连结方式类似，

他只有一端有头，另一端为由小到大的锥形

螺纹，他的尖端像锥子一羊，可以钻入零件

材料的内部。如右边图1-6脚蹬螺钉连接中的

连结方法可以实现脚蹬上的金属与橡胶的连

接。

图1-6脚蹬螺钉连接

如上面所述，固定连结的方式很多种，应不同情况各自使用

二：活动连接

活动连接是指两零件之间的连接是可以使

两零件相互转动或是相互滑动或是可以相互位

移等的连接，有了这种连接，机器才能产生动作，

完成所设定的功能。

滑动轴承: 在一定要求下滑动轴承可以演变

成滚动轴承。看一下图2-1轴承在自行车上的应

用。

图2-1轴承在自行车上的应用

滚动轴承：滚动轴承可以减小摩擦力，提高效率，是一种常见的活动连接。根据不同的零件的安装方式、连接方式、及用途又可以把滚动轴承分为：向心球轴承、滚子轴承、平底推力轴承。

三：柔性连接

柔性连接是指在传递运动过程中两零件相互的位置、角度等可以在一定的范围内变化而不影响传递的效果的一种连接形式。我们生活中最常见的就是弹簧连接。

弹簧连接：弹簧连接是利用零件的弹性变形在机构中发挥作用的零件，利用他的弹性可以控制机构的运动，缓和冲击或震动，储存能量，测量力的大小等等。按形状可分为螺旋弹簧、涡卷弹簧、板簧、扭簧。在自行车的脚撑的部分一般都会采用它。如图2-2中脚撑部分弹簧的使用。车把上弹簧的使用，图2-3以及利用弹簧对车座可以实现力的缓冲，如图2-4所示。

图2-2脚撑图2-3车把图2-4车座

四：其它连接方式

除去上面的固定连接、活动连接、柔性连接之外还有一些其他的连接方式。比如说是多齿连接、浮动连接等。但是这些连接方式相对与前面的三种来说较为不常用，相对较为复杂，这里就不过多的进行分析。

上面是从自行车的各连接方式来说的，这里再从自行车的各个机构来分析一下他的连接方式以及工作原理。从自行车的组成来看，可以把自行车分为车体部分、传动部分、行动部分、安全装置这四个部分。

车体部分：包括车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等，是自行车的主体。这个部分支撑起其他的部分。是一个总的架构连接。自行车前叉架的机构，在自行车的前叉架与车轮中心的花鼓结合的最底端处设有一容置孔，花鼓的螺栓杆穿置该容置孔，再装设一螺帽套筒，其中螺帽套筒是一体制成，其前

端是为螺帽状、并为内螺纹孔，而在后端则为外表平滑状的套筒，以螺帽套筒后端的套筒嵌入于前叉架底端的容置孔中形成限定位，而螺帽套筒前端的螺帽则通过其内螺孔与花鼓的螺栓杆锁合，使其该螺帽套筒具有一次组装或拆卸的优点。其特征在于：在自行车的前叉架与车轮中心的花鼓结合的最底端处设有一容置孔，花鼓的螺栓杆穿置该容置孔，

再装设一螺帽套筒，其中螺帽套

筒是一体制成，其前端是为螺帽

状、并为内螺纹孔，而在后端则

为外表平滑状的套筒，以螺帽套

筒后端的套筒嵌入于前叉架底端

的容置孔中形成限定位，而螺帽

套筒前端的螺帽则通过其内螺孔

与花鼓的螺栓杆锁合。右图2-5

中是自行车的主体部分。图2-5自行车的主体部分

传动部分：包括脚蹬、曲

柄、链轮、链条、中轴和飞轮等，

由人力踩动脚蹬，通过以上传动件

带动车轮旋转，驱车前行。图2-6

中的传动部分。脚蹬连接在曲柄上

可以实现转动，通过曲柄连接在中

轴上，由人力的踩动带动飞轮的转

动，由于飞轮和后轮之间有了链条图2-6传动部分

的连接，就可以实现一个连续的过程。脚顺时针方向运动的时候，力量通过链条的连接传送到了行动部分的后轮，从而通过推动前轮，实现自行车的行进功能。

行动部分：即前后车轮、包括前后轴部件、辐条、轮辋（车圈）、轮胎等。由传动部分的力量带动后轮的顺时针旋转，从而推动前轮的的旋转。在后轮的后轴地方连接了其他的附件。比如：脚撑、载物后座、挡泥板。这些零部件通过焊接或是螺丝等方式进行连接，从而可以起到支撑等作用。

安全装置：包括制动器（车闸）、车灯、车铃、反射装置等。

根据需要，还可增加一些附件，如支架、衣架、保险叉、挡泥板、气筒等。另外，装有变速机构的运动车、竞赛车、山地车等还装有变速控制器和前后拨链器等。

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。

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。

车把是自行车的方向盘。它是由把横

管、把立管、把接头、把心丝杆、把心螺母

等零件组成的。把立管下端开一槽口，通过

把心丝杆和把心螺母与前叉连接。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。车把是轮轴装置，

齿轮连接的也是轮轴装置，通过转动小齿轮

带动大齿轮。它上面的闸把是省力杠杆，人

们用很小的力就能使车闸以较大的压力压

到车轮的钢圈上。如图3-1所示图3-1

2、驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、牙盘、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。

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。

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。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。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。

车条将前铀或后铀部件和车圈连接起来。它是由辐条、条垫和条母组成)。辐条的一端是大头，大头端弯曲，它几乎和幅条的杆部垂直，验配时大头端埋在左右花盘的迎头孔内；幅条的另一端有螺纹，它相接在车因上的条母)配合。

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。链条部件安装在链轮和飞轮上。链条将脚蹬力由曲柄链轮传到飞轮和后轮上，推动自行车前进。链条由许多外片和内片通过销轴连接成一长串。销轴和外片压合为一体，所以它们之间不会产生相对转动。内片和销铀之间可以产生相对转动。因为内片内装有衬圈，并且销轴和衬圈之间有间隙，但内片和衬圈问没有间隙(压合为一体)。另外，衬圈的外面还装有滚子，它可绕衬圈转动，自行车前进时，滚子和链轮或飞轮的齿接触。为了增加销铀、衬圈和滚子的硬度和耐磨性，它们都经过渗碳淬火处理。链条上装有一节可拆卸的活动接头，是专门为了方便安装和拆卸链条用的。活动接头由接头铀组成。接头轴相当于两个销抽固定在一个外片上。接头片相当于一个外片。弹簧片的两端卡在接头轴端头的凹槽内，快活动接头不会松动。两个销铀中心之间的距离叫做链条节距。

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。

前触闸：前触闸是靠杠杆原理制动的。车闸，你在车闸处轻轻一握，就可以产生一个很大的拉动刹车装置的力量。当手握紧闸把时，闸把的另一头将接

头、拉杆、拉管向下压，使闸皮向下压至与轮胎接触，产生摩擦制动力。其缺点是刹车效果与轮胎充气程度有关。充气不足时，会使摩擦力减小，影响刹车效果。

结论：对自行车的拍照研究了解得知，行车零部件的连接方式多样化，不同地方不同功能对连接方式的要求也不同。不管是从各个机构来说还是从各个部件来说，不同的连接方式归根结底是是实现一个力量的转化。自行车的连接结构上的严谨，设计角度的精妙都是满足人的代步需求等，总是要以以小的力量转化成更多的动能。即使是我们自己设计也要从产品的结构出发，了解他的工作原理、连接方式等等。否则再怎么精妙的构思也未必可以实现，甚至还要返工重来，这样的话既浪费时间还浪费精力。

参考文献：

编写人：高敏张成忠书名：工业设计工程基础

版本：普通高等教育“十五”国家级规划教材

出版社：高等教育出版社出版年：2004年

引用内容所在的页码：Page51-Page65

作者: 聂浩智书名：中国自行车之旅

出版社: 陕西师范大学出版社出版年：2004年

引用内容所在的页码：Page32-Page36

作者:农广校书名：自行车维修技术

出版社: 农业教育声像出版社出版年：2007年

引用内容所在的页码：Page15-Page18

附录:

部件英文名称

Frame：车架

Titanium/Aluminum/Steel/：钛合金/铝合金/钢Fork：前叉

Suspension：避震

Bottom Bracket(BB)：中轴

Crankset：大齿盘

Pedals：脚踏

Chain：链条

Cassette Sprockets：飞轮

Derailleur：变速器

Brake：刹车

V-Brake：V型刹车

Disc-Brake：碟刹

Stem：车把立

Handelbar：车把

Headset：车头碗组

Shift Leverset：变速把

Shift Cables：变速线

Wheel：车轮

Rim：车圈

Tire：车胎

Hub：花鼓

Front/Rear：前/后Seatpost：座管Saddle：鞍座tube：内胎