问自行车中的简单机械

自行车上的力学知识 (一)运动和力的应用 自行车的外胎,车把手塑料套,踏板套,闸把套等处均有凹凸不平的花纹以增大摩擦.刹车时,手用力握紧车闸把,增大刹车皮对车轮钢圈的压力,以达到制止车轮滚动的目的.刹车时,车轮不再滚动,而在地面上滑动,变滚动为滑动后,摩擦大大增加,所以车能够迅速制动. 车的前轴,中轴及后轴均采用滚动轴承以减小摩擦,在这些部件上,人们常常加润滑油进一步减小摩擦. 1.增大和减小摩擦 自行车上的力学知识 车的座垫下安有粗的螺旋状的弹簧,利用它的缓冲作用以减小震动. 2.弹簧的减震作用 自行车上的力学知识 (二)压强知识的应用 自行车的车胎上刻有载重量,明确告诉人们:不能超载,如车载过量,车胎受力面积不变,则车胎受到太大的压强将被压破. 1.自行车负重 2.车座上的物理 座垫呈马鞍型,它能够增大座垫与人体的接触面积以减小臀部所受压强,使人骑车时感到较舒适. 自行车上的力学知识 (三)简单机械知识的应用 自行车制动系统中的车闸把与连杆是一个省力杠杆,可增大刹车皮的拉力.另外,链轮牙盘与脚蹬,后轮与飞轮,车龙头与转轴等都是轮轴,利用它们可以省力. 自行车上的力学知识 (四)功和能的知识运用 1,人们在骑自行车上较陡的坡时,往往走"s"形路线,这是根据功的原理.如图,坡长相当于斜面长,坡高相当于斜面高,根据功的原理:w1=w2,即fl=gh,亦可写作:,可看出,斜面长l是斜面高h的几倍,所用的力f就是重力g的几分之一,所以,在高度h不变的情况下,斜面越长越省力,走"s"形路线是为了增大斜面长,从而能顺利上坡. 自行车上的力学知识 (四)功和能的知识运用 2,动能和势能的相互转化 骑自行车上坡前,人们往往要加紧蹬几下,使车的速度(动能)增大,"动能冲坡",以较大的动能转化为较大势能,能够较容易到达坡顶.而骑车下坡时,不用脚蹬,车速也越来越快,这是势能转化为动能,动能不断增大,所以车速也不断增大 自行车上的力学知识 (五)刹车和惯性 自行车高速行驶特别是下坡时,不能单独用前闸刹车,否则会出现翻车事故,其原因是:前闸刹车,前轮被迫静止,而作为驱动轮的后轮车架和骑车人由于惯性还要保持原有的高速运动的趋势,这时就会以前轮与地面接触处为支点,向前翻转,造成翻车事故. 自行车上的力学知识 (六)测量中的应用 在测量道路的长度时,可运用自行车.如24型车轮直径为0.62米,26型车轮直径为0.66米,车轮转过一圈长度为直径乘以圆周率π,得1.95米或2.07米,然后,让车沿跑道滚动,记下滚过的圈数n,则跑道长n×1.95米或n×2.07米. 自行车上的力学知识 (七)热膨胀知识的运用 在炎热的夏天,车胎内的气不能充得太足,更不能放在烈日下曝晒,因为车胎内的空气受热急剧膨胀,压强猛增会将车胎胀破. 自行车上的力学知识 (八)机械能与内能的转化 用打气筒给车胎打气,过一会儿,筒壁会热起来,这是因为压缩筒内气体和克服活塞与筒壁的摩擦做功,使筒壁内能增加,温度升高,所以筒壁会发热.

原理自行车的车架、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。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。性能自行车性能的优劣可从骑行、安全和耐用3个方面来衡量。 骑行性能 骑行性能与自行车的结构尺寸有关，骑行者的体材与车辆相互匹配才会骑行轻快、舒适和操纵自如。如图18所示，人体与车辆在A、B、C3点接触,3个点组成一个三角形，它的边长和角度是自行车的重要参数。AB和AC的长度关系到骑行者能否最有效地发挥体力。BC 的长度和位置依车型和骑行者习惯而定，它决定骑行者的姿势和舒适性。 前后轮中心距L、前叉倾斜角θ和前叉伸距T也是自行车的主要参数，根据车型选定。一般来说，L、T值大而θ值小时，车辆稳定性好，直线行驶的自复力强，但灵活性差；反之，L、T值小而θ值大时，车辆灵活性强而稳定性差些。L值是根据骑车人的体材来选择,一般在900～1200mm;θ值在65° ～75°;T值决定于θ值。前叉翘度H通常控制在前叉转向轴线和前轮中心垂线交点J的位置，J点离地面的高度一般为车轮半径R的15％～60％。另外，制造精度以及车轮重量（含轮胎）也影响骑行性能。 安全性能 自行车骑行者的人身安全是个重要问题，各国制定有相应的标准。中国颁布的安全标准包括结构件的强度、闸车制动性能和安全装置3个方面,前者包括车架和前叉组合件的强度、车把与前叉的装配牢固度、前后车轮的强度等。 ①车架和前叉组合件的冲击强度：有两个测定方法。一是落重冲击试验,将组合件垂直竖起，在前叉上方180mm处置一个22.5kg的重锤,在重锤的一次冲击下,组合件的永久变形不能超过40mm，并无肉眼能见的裂纹；二是跌落冲击试验，在组件的鞍座处放置70kg的重物，使其重心移至后轴垂直位置上，自由向前跌落，经过两次重复测试，不得有肉眼能见裂纹。另外，车架和前叉还需进行侧向荷重强度试验，其负荷重量按车型而有所不同。 ②车把与前叉的装配牢固度：测定方法是车把装入前叉后，在车把横管（通常用试棒代替）上施加25N·m的力矩，车把不得转动。 ③前、后车轮的强度：测定方法是将穿好辐条并经过校正的车轮夹紧平放，在其侧向施加178N的力,1分钟后，永久变形不得大于1.5mm。 ④闸车制动性能：测试方法根据车辆的传动速比分为两种。一种是对行程5m或5m以上的自行车，规定试验车速为24km/h；另一种是对行程5m以下的车，车速为16km/h。制动性能有干态和模拟雨天的湿态两种。在规定的试验车速下，同时使用前、后闸，干态的制动距离不得大于5.5m，湿态的制动距离不得大于15m。 ⑤安全装置：自行车要装有车铃或车灯，还要有反射器（俗称回光）。反射器是借机动车头灯或其他外来光源照射,反射出足够强度的光线,提醒对方注意，从而保护自身。反射器有前方、侧向和后方反射器 3种。前方的为白色，后方的为红色，前轮侧向的为白色或琥珀色，后轮侧向的为白色或红色，脚蹬为白色或琥珀色。 耐用性能 可分为内在和外表两个方面。内在的耐用性能要求保证一定的结构强度，要求对一些易磨损零件如前、中、后轴的挡碗、飞轮的齿片、链条心子和滚子以及脚闸的零件等，进行热处理渗碳淬火，以提高表面硬度。外表的耐用性能是通过电镀和涂装(油漆)防止腐蚀和增加外表美观。电镀是在车把、轮辋等原有金属表面上镀上铜、镍、铬或镍、镍、铬3层金属镀层,也可视资源情况和防锈性能要求选择其他镀层。对一些次要的小零件，则采用光亮镀锌工艺。涂装是采用高压静电的方法，对车架、前叉表面进行喷涂。油漆表面要丰满、绚丽，并具有一定的防锈性能和漆膜结合力。