自行車的構造及原理

2024年2月12日發(作者：駱駝鈴)

自行車的構造及原理

與自行車有關的物理學知識

部件

車把

輪盤

鏈條

車架

尾燈

車閘

車胎花紋

自行車結構

所用力學知識

利用杠桿原理轉動車輪

利用杠桿原理拉動鏈條

鏈條與飛輪齒合，產生相互

作用力

利用三角形的特征(牢固)

光的漫反射

增大摩擦力

增大摩擦力

作用

改變方向

省力

傳動動力

支撐

避免事故

剎車

防止打滑

自行車根據不同的目的的開發設計。因此,要在日新月異的新型自行車中挑選自己中意的自行車并非易事。

首先,必須明確自己想騎怎樣的車,然后考慮用途。例如,在山間騎行,就需要較結實的類型,山地車比較合適.在柏油馬路行駛,則可選擇速度較快的公路跑車。逛逛自行車商店,了解一下行情,也是一個好辦法,很可能無意間遇上中意的商品。里講解自己如何裝一輛山地車,由于山地車具有剛度大,行走靈活等特點,騎乘是不必擇途選道,無論街巷漫游還是休閑代步都獲得了廣泛的好評。具有緩沖作用的輪胎,不易疲勞的手把,即使在陡峻的坡道上也能夠暢快地騎行的變速器等,保

證騎者在各種路面環境上能盡情地享受舒適的騎行樂趣。

下面是山地車的基本結構的圖示:

Headt:車頭碗組 Shifters:變速把 Brakes:剎車 Suspension:避震 Seat Post:座桿 Wheels:車輪 Tires:車胎 Bottom Brackets:中軸 Crankts:大齒盤

Pedals:腳踏 Rims:車圈

自行車上的杠桿、輪軸

①自行車上的杠桿

·控制前輪轉向的杠桿：自行車的車把，是省力杠桿，人們用很小的力就能轉動自行車前輪，來控制自行車的運動方向和自行車的平衡

·控制剎車閘的杠桿：車把上的閘把是省力杠桿，人們用很小的力就能使車閘以比較大的壓力壓到車輪的鋼圈上

·支持人重和貨重的杠桿、三角杠、貨架、前叉、后三角杠，都是廣義的杠桿，用以形成車身和承重

②自行車上的輪軸

·中軸上的腳蹬和花盤齒輪：組成省力輪軸，由腳蹬半徑大于花盤齒輪半徑

·自行車手把與前叉軸：組成省力輪軸，手握把外的半徑大于前叉軸的半徑

·后軸上的齒輪和后輪：組成費力輪軸、齒輪半徑小于后輪半徑 ·自行車行駛速度與車輪直徑的關系：常見的自行車輪的直徑有559mm(22英寸)、610mm(24英寸)、660mm(26英寸)、711mm(28英寸)的，有實際經驗的同學知道，騎28車比24車費力一些，但速度快，因為28車輪的半徑大，輪子每轉一圈走的距離長一些，故速度快，半徑大使輪軸的軸半徑大，故費力輪軸更費力.

自行車傳動

自行車是傳動式機械，它的傳動裝置包括：主動齒輪（通稱輪盤）、被動齒輪（通稱飛輪）、鏈條及變速器等。 齒輪比與傳動比關系著自行車的使用效率，教練員和運動員應該懂得并掌握這些數據的計算與應用。

齒輪比:主動輪對被動輪的齒數之比為齒輪比。如果兩個齒輪的齒數相同，那末踏蹬一周。兩個齒輪和后輪都各旋轉一周。假如主動齒輪的齒數大于被動齒輪的齒數，那么每踏蹬一周，被動齒輪轉的圈數就大于一周多，速度加大。因此，齒輪比與主動輪的齒數成正比，與被動齒輪的齒數成反比。以g代表齒輪比，C代表主動齒輪的齒數，F代表被動齒輪的齒數，它們之間的關系用公式表示，即：

g=c/f

例如：賽車輪盤為49齒，飛輪為14齒，代入公式即可求出齒輪比為:

g=c/f=49/14=3.5

也就是說蹬踏輪盤一周，飛輪轉三周半。

傳動比（傳動系數）：齒輪比乘以后圈直徑，即為傳動比。以D代表傳動比，b代表后圈直徑，它們之間關系用公式表示，即：

d=c/f×b=gb

由此可見，齒輪比確定之后，傳動比是與后圈直徑成正比的。

例如：輪盤為49齒，飛輪為14齒，后圈直徑為27時（一般習慣用英時），代人公式即可求出傳動比：

D=C/F×b=49/14×27

= 3.5×27＝ 94．5

傳動行程，每踏蹬一周，車子向前運動的距離則為傳動 ，行程，也叫速比行程。其計算方法是傳動比乘以圓周率。以 M代表傳動行程，π代表圓周率（此為常數，π＝3．14），它 們之間關系用公式來表示。即：

M=Dπ=C/F×b×π

自行車后輪直徑的計量一般習慣用英制表示，而行程計算一般習慣用公制，因此在計算中需要把英制換算為公制。一英時=2．54CM，用K來代表，即：K＝2．54CM。代入公 式，即：

M=G/F×B×π×k

例如，賽車輪盤為49齒，飛輪為14齒,后輪真徑為主教黃時，求它行程距離時，求它行程距離，代人公式：

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

以上數據是自行車每踏蹬一周，車子向前行進行745cm, 即 7．54m。

飛輪齒數行程輪盤12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

齒數

40 7.01 6.74 6.01 5.61 5.26 4.95 4.67 4.42 4.20 4.00 3.82 3.66 3.50 3.36 3.23

41 7.19 6.63 6.16 5.75 5.39 5.07 4.79 4.53 4.31 4.10 3.92 3.75 3.59 3.44 3.31

42 7.36 6.79 6.31 5.89 5.52 5.19 4.90 4.65 4.44 4.20 4.01 3.84 3.68 3.53 3.39

43 7.54 6.69 6.46 6.03 5.65 5.32 5.02 4.76 4.52 4.30 4.11 3.93 3.77 3.61 3.47

44 7.71 7.12 6.61 6.17 5.78 5.44 5.14 4.87 4.63 4.40 4.20 4.02 3.85 3.70 3.56

45 7.89 7.28 6.76 6.31 5.91 5.57 5.26 4.98 4.73 4.50 4.30 4.11 3.94 3.78 3.64

46 8.06 7.44 6.91 6.45 6.04 5.69 5.37 5.09 4.84 4.60 4.39 4.21 4.03 3.86 3.72

47 8.24 7.60 7.06 6.59 6.18 5.81 5.49 5.20 4.94 4.70 4.49 4.30 4.12 3.95 3.80

48 8.42 7.77 7.21 6.73 6.31 5.94 5.61 5.31 5.05 4.80 4.59 4.39 4.20 4.03 3.88

49 8.59 7.93 7.36 6.87 6.44 6.06 5.72 5.42 5.15 4.91 4.68 4.48 4.29 4.12 3.96

50 8.77 8.09 7.51 7.01 6.57 6.19 5.84 5.53 5.26 5.01 4.78 4.57 4.38 4.20 4.04

51 8.94 8.25 7.66 7.15 6.70 6.31 5.96 5.64 5.36 5.11 4.87 4.66 4.47 4.28 4.12

52 9.12 8.41 7.81 7.29 6.83 6.43 6.07 5.75 5.47 5.21 4.97 4.75 4.56 4.37 4.20

53 9.29 8.58 7.96 7.43 6.96 6.56 6.19 5.86 5.57 5.31 5.06 4.84 4.62 4.45 4.28

54 9.47 8.74 8.11 7.57 7.10 6.68 6.31 5.97 5.68 5.41 5.16 4.94 4.73 4.54 4.36

55 9.64 8.90 8.26 7.71 7.23 6.80 6.42 6.08 5.78 5.51 5.25 5.03 4.82 4.62 4.45

56 9.82 9.06 8.41 7.85 7.36 6.93 6.54 6.19 5.89 5.61 5.35 5.12 4.91 4.70 4.53

自行車哪些地方安有鋼珠?

自行車是人們代步的工具，應當騎起來越輕松、越靈活才越好、越省力，所以在自行車上轉動的地方，中軸、后軸、車把轉動處，腳蹬轉動處、飛輪等地方，都安有鋼珠.轉動地方安裝鋼珠是為了減小摩擦力，保護零件，節省動力，因為滾動摩擦比滑動摩擦小得多，用滾動來代替滑動可以大大減小摩擦，并經常加潤滑油，使接觸面彼此離開，摩擦變得更小、更省力.

自行車車閘

制動裝置(車閘)在一切運輸機械中有著十分重要的作用.剎車不靈而導致的交通事故屢見不鮮，自行車是采用什么辦法來制動的呢?

1、自行車的車閘工作原理

自行車的車閘是利用摩擦力使自行車減速和停止前進.當我們使用車閘時，剎皮與車輪間的摩擦力，使車輪停止運動或速度減小，車輪與地面間的摩擦力由滾動摩擦變成滑動摩擦，強大的滑動摩擦力使自行車迅速減速(或迅速停止運動).

2、自行車的車閘類型

根據剎車時制動點的位置(即剎皮與車輪的摩擦位置)不同，車閘分為輪緣閘和輪轂閘、腳閘.

①輪緣閘：其制動點在車緣上，包括：

普通閘：制動點在車圈的內側面(剎皮摩擦車圈內側面)，使用最廣泛.

鉗形閘：制動點在車圈直邊上(剎皮摩擦車圈直邊)和直邊車圈配合使用.

觸閘：制動點在外胎胎冠上，剎皮摩擦外胎

②車轂閘：其制動點在車軸上的閘盒上.包括：

抱閘：制動點在抱閘盒外側，即剎皮摩擦閘盒

漲閘：制動點在閘盒內側，即剎皮摩擦閘盒

③腳閘：制動點在飛輪上，即利用零件卡住飛輪

3、自行車車閘的優缺點

無論是輪緣閘還是輪轂閘、腳閘，摩擦力大，制動效果好，但會對自行車的外胎和剎皮產生大的磨損，使剎車效果變差，若是車緣閘，還會對車圈電鍍層產生損傷.

自行車的齒輪

齒輪是傳遞動力的裝置，把兩個齒輪放在一起，讓它們轉，你會發現它們向相反方向轉動，可見齒輪可改變力的方向，而自行車齒輪不是這樣，它們是由鏈條帶動的，總是向相同的方向轉動。自行車的型號越小，每組齒輪數就越少，但是它們的傳動比差不多，大約都是大齒輪轉一圈，小齒輪約轉兩圈半。變速車的齒輪在上坡時，鏈條接在后面的大齒輪上，這樣雖然慢了些，但很省力；在下坡時，鏈條接在后面的小齒輪上，這樣速度會更快。平時騎車可以自由選擇齒輪。低速檔齒輪適合在爬坡時用，中速檔齒輪適合在平路和緩坡用，高速檔齒輪，踏板轉很少困，齒輪轉很多圈，所以最適合下坡時用。

自行車輪胎為什么要打氣？

1887年的一天，英國一所中學要舉行自行車大賽，中學生鄧洛普正在為參賽做緊張的準備，他準備到大路上練習，笨重的橡膠輪胎與地面強烈地摩擦著。鄧洛普邊推邊想，怎樣才能使自行車騎得又快又省力呢？突然，自行車輪胎碰到了花園里的充水橡膠皮管，鄧洛普的手臂被輕輕彈開了。鄧洛普突然想到：我往輪胎里充氣，不就能省力了嗎？第二天，他騎著自制的充氣輪胎的自行車參加比賽，一舉奪得自行車大賽第一名。充氣輪胎是自行車發展史上的一個偉大創舉，它增加了車胎的彈性，不會因路面不平而震動，大大提高了騎車速度，這樣從根本上改變了自行車的性能。

腳蹬倒轉時車輪不轉

因為在飛輪中有個叫"磕頭蟲"的零件，在正轉時，飛輪會帶動"磕頭蟲"把后輪轉起來；倒轉時，"磕頭蟲"打滑，所以轉不起來。

變速器調校技巧

1.將前鏈條置於大齒盤上，後鏈條則撥入小齒輪。如下即可確定外部作 業位置：先將上方小導輪精確地置於最小的小齒輪位置─如為Shimano系統為上 方的小螺絲，ESP系統為下方螺絲，而Di.R.T的變速系統則為前方的調校螺絲。 此項工作也可在鏈條及變速纜線組裝之前進行。

2. 變速纜線最慢在此時即須卡上（之前應是將變速器及變速桿上的調螺絲轉 緊一圈）。而後以變速器調節螺絲將纜線輕調至緊繃的程度。如為Sram的組件 ─不論是Di.R.T.或ESP系列─則可減省此手續。只須將纜線以右旋把上的調節 螺絲調緊即可。

3. 至於內部作業機制方面，須將後方的鏈條撥 入最大的小齒輪上，前方則置於小齒盤上。此時即可轉動─依變 速器型式不同而有異（見上圖）─其他各顆調節螺絲至最緊，使上方的 小導輪精確地在大齒輪下方進行變速動作，注意須達其極致點。如不然，在歷 經一段美好的自行車之旅後，即可能因鏈條小齒輪與輪輻之間的拉動而造成輪 輻斷裂。

4. 現在應利用所謂的B號起子，將後變速器調整至最 大的小齒輪與上方小導輪之間，直到空出一個半鏈環的空間為止。如 間隙過大，變速器的作動會不精準，但如間隙過小，鏈條要撥入大 的小齒輪上便會有困難。要訣：在調校時，將踏板向後旋動，讓後變 速器可自由擺動。

5. 接下來進行微調：將踏板向前轉動，并將鏈條下撥至第3個小齒 輪（前方則置於中齒盤上為宜），後變速器調節螺絲（或是Di.R.T.及E.S. P.車款右握把上的調節螺絲）便可盡可能轉松，到鏈條不和第 4小齒輪磨擦為止。為了查驗，應將所有段速都完全再變換一 次；如在上下變速時仍有些卡阻的現象，可以再進行小幅度修 正。

6. 在纜線各端都會有一個尾套。這不僅是為了美觀，也可防止纜線出現叉散或纏卷情 形。在緊急時也可以輪圈尾套代替，但須用萬能鉗夾固定。 如要豪華些，專業作法便是以焊錫制成此尾套

氣門芯的作用

早期的各種輪子都是木輪、鐵輪，顛簸不已.現代自行車使用充氣內胎主要是利用質量一定的氣體體積減小，壓強增大的原理，當路面不平給車胎帶來沖擊的時候，充氣內胎的壓縮和恢復有很好的緩沖作用，減小了顛簸，既保護了自行車，也減小前進阻力，也使人感到舒適.

充氣內胎上的氣門芯，起著單向閥門的作用，只讓氣體進入，不讓氣體外漏，方便進氣，保證充氣內胎的密封.平時騎車時，若車胎沒氣了，應首先檢查氣門芯是否完好，再檢查內胎是否破了.

自行車的尾燈是裝飾嗎？

自行車的尾燈不是可有可無的裝飾物,而是在夜晚給行人,車輛作提示用的自行車尾燈實在名副其實.我們都知道他只是一塊玻璃而已,其中并沒有像小燈泡似的發光物體,人們往往稱他為“燈”我們仔細觀察尾燈,發現他里面是凹凸不平的玻璃體.這樣的設計是為了夜晚行車似的需要,當夜幕來臨時,司機們開著車在馬路上行駛,他們看不清前方是否有人,這時,汽車前面的大燈會發出耀眼的光,因為光線很強,所以會照到自行車上,照到自行車上的光線經過凹凸不平的自行車尾燈會發生漫反射因而反射到司機駕駛艙中,司機這時會發現前面有行人從而放慢速度.別小看一個小尾燈它的設計避免了無數場事故,巧妙的應用了物理學原理─光的漫反射.

自行車摩擦力的應用

騎上自行車用力蹬腳蹬,讓自行車加速前進,這時急剎車.這兩個步驟中利用的主要是力學的摩擦力.自行車前進過程中,輪胎與地面產生摩擦,使自行車不會倒.急剎車時,閘皮與車圈之間產生摩擦力使自行車停下來.再深入說一下,自行車的設計與摩擦力間的關系.閘皮和車胎上為什么有許多胎紋呢?為什么車胎越寬車越不容易打滑?為什么賽車(自行車)的車胎較窄些呢?這些問題的根源就是閘皮和車胎上的胎紋.正是因為這些胎紋使車閘和車胎的摩擦力加大,避免了車閘與車胎的平面與平面接觸.而多胎紋的車胎就不一樣了,車胎面成凹凸不平狀,他與地面接觸時不規則的,所以他與地面的摩擦力較大.而車胎越寬車越不愛打滑是因為胎的面積大了與地面的接觸大了他們之間的摩擦力大了所以輪胎寬了車越不愛打滑.最后是賽車的問題,和上題相反,它與地面的摩擦力小了速度上的阻礙也小了,賽車的速度相對快些,所以賽車的車胎要窄些好.還有,關于車把上的把套,腳蹬上的皮橡膠……都是有關摩擦力學知識.摩擦力的應用在生活中也很廣泛的.。

輪胎上有花紋。有寶石花紋、蝴蝶花紋、鹿角花紋、竹節花紋。

輪胎上花紋有什么作用？

讓我做個實驗解釋一下。我這兒有兩個瓶子，一個是瓶蓋帶花紋的，一個是不帶花紋的。 不帶花紋的瓶子我使勁兒也打不開，帶花紋的瓶子能擰開。這是因為用打肥皂的手去擰帶花紋的瓶子，產生一定摩擦力，而去擰不帶花紋的瓶子，摩擦力減少，所以打不開。輪胎也是這個道理，如果沒有花紋的話，在路面上行駛可能就會打滑。車把上如果少了花紋的話，人的手掌抓車把也會不聽使喚的。所以輪胎上和車把上的花紋都是為了增大摩擦力。

自行車上有什么減少摩擦力的地方嗎？

自行車中軸里的鋼珠是為了增大摩擦力.有一個帶槽的罐子，上面放一本厚書。用竹棒讓書移動起來（使勁碰，書仍只微微動了一下）。在凹槽里放幾個玻璃球，請你再來碰這本書（用竹棒碰了一下書，書移動起來）。由此可以看出，有玻璃

球在凹槽里，就比較好轉。這是因為滑動摩擦變成了滾動摩擦使摩擦力減少，書才能移動起來。自行車中軸里的鋼珠就是這個作用。

環保的新型自行車胎

騎自行車最煩隔三差五要給車胎打氣。近日，記者在京城的不少修車攤上發現，一種半年不用打氣的車胎悄然上市。據一位修車師傅介紹，新輪胎使用起來很方便，頗受騎車人歡迎。

一位居民說，三個月前她換上了新輪胎，至今一次氣也沒有打過，輪胎還是硬邦邦的。記者觀察到，新型自行車車胎其實與普通自行車車胎沒什么兩樣，只是氣門嘴不同。新式輪胎的氣門嘴全部使用金屬材質，里面沒有氣門芯。只要氣充進去就不容易跑掉，所以使上半年也不用充氣。但要想往這種氣門嘴里充氣，用普通的打氣筒需配一個特殊的充氣螺母，擰上這個螺母后才能充氣。據悉，這種螺母價格一般是兩元到三元。而這種輪胎的價格只比普通輪胎貴幾元錢。