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【中国科学技术大学网络学院栏目提醒】：网学会员在中国科学技术大学网络学院频道为大家收集整理了“自行车上的力学-中国科学技术大学 - 培训资料“提供大家参考，希望对大家有所帮助! 自行车上的力学 自行车是人们普遍使用的“绿色”交通工具，在它的“身上”运用了许多力学知识，通过研究自行车上的力学知识，了解自行车的结构，以及每一个零件的作用，使人们更好的认识、利用自行车，让自行车更好的为人类服务。一、自行车的构造 导向系统 驱动系统 制动系统 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 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。 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。 二、具体的自行车部件 车架部件 外胎 脚蹬、脚踏 前叉部件 链条、链轮 飞轮 车闸 鞍座 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 。 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。 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D：加速阻力：只是在加速时产生的。 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。 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。 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。 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。 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。 车闸：是保证骑乘者安全的结构，按制动点的位置来分，可以分为轮缘闸和轴闸两大类，最常见的是轮缘闸。 轮缘闸是一种通过机械杠杆、推杆、拉杆或钢丝绳等直接将高摩擦因素的闸皮压向车圈边缘后轮胎，将转动中的车轮刹停的装置。 轮缘闸结构简单，维修保养方便，因此被广泛使用。 但是，如果接触车圈轮缘不正，或雨水淋湿的影响，会降低摩擦，从而影响制动的效果。 常见的有： 普通闸： 优点为接触面合理，制动力矩大，制动灵敏，刹车性能可靠，结构简单和安装修理方便。 钳形闸：当刹车时，其左右闸叉和闸皮就像钳子一样，紧紧地钳住车圈的两个端边，达到使车减速或停的目的。 优点是刹车时力臂大，制动效果好，传动零件少，调节和维修方便，重力轻，外形美观。 悬臂闸： 优点为悬臂闸刹车时的力矩比钳形闸更大，制动性能好，结构简单，重力轻，调节和维修方便。 前触闸：前触闸是靠杠杆原理制动的。 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。 脚闸： 优点为由于刹车是用脚力的，所以在脚闸上产生的正压力越大，刹车效果越好。 闸的优点：刹车的制动点不在轮缘上，不会损坏车圈的电镀层。 鞍座的长度、宽度的鞍梁的结构是以车型和乘骑者的性别、习惯来确定。 鞍座的结构设计应充分考虑乘骑者舒适。 它依靠鞍管与车架作钢性连接，用来承受人体的重量。 具体来说： 鞍座面：是人体体重的支撑面，具有良好的强度和弹性，它由鞍座面皮和垫皮组成。 鞍座架：又称鞍梁，是鞍座的主体，其结构比较复杂，一般由前后撑板，左右鞍撑，上下梁组成，并连接和支撑鞍面。 鞍座簧：实质上是鞍座架的一部分。 它支撑着鞍座架和鞍座面，起着缓冲和减震的作用。 鞍座簧的形式有立簧、卧簧和拉簧等几种。 鞍座夹：又称鞍座卡，是由夹紧螺钉，座夹和夹板等组成，用来将鞍座固定在鞍簧上。 近几年来，人们又研究出了一些提高自行车稳定性的部件，例如：避震前叉：车胎充足气后，车轮与道路的接触面积小，摩擦阻力相应减小，使得行驶较轻松。 但是，一旦遇上高低不平的道路，就会颠簸不稳，特别是前叉震动更加厉害。 采用避震前叉可以起到以下一些作用： 将车架和前轮弹性的连接在一起，可吸收并缓解因路面不平而传递给车架的冲击和震动，保持乘骑舒适和平稳。 由于减震装置具有缓冲作用，可以避免某些零件因过分震动而损坏。 减震装置能传递垂直力，驱动力，侧向力以及相应产生的力矩，确保骑行舒畅。 三、自行车上的力学知识 自行车的变速原理 影响自行车速度快慢的因素自行车的变速原理： 从机械原理角度来看，主动轮和从动轮相互间的大小决定其传动比的大小。 对一辆自行车来说，其骑行速度的 大家还在搜下一篇：休闲研究的社会学范式 |
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