自行車的構造及其原理

2024年2月12日發(fā)(作者：貓和老鼠5)

自行車的構造及其原理

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引言

自行車是我們?nèi)粘Ｗ顬槌Ｒ姷慕煌üぞ咧唬嘈糯蟛糠秩硕紝ζ浞浅Ｊ煜ぃ赡銈冎绬幔谧孕熊囍刑N含著非常多巧妙的機械原理，大家在日常生活中都不以為意，并沒有認真思考過。而我基于日常的觀察和資料的查取，為大家介紹自行車中的一些巧妙的零部件，幫助我們更深刻地了解自行車的工作原理。

一、自行車的基本結構

自行車由車架、剎車、輪胎、腳踏、鏈條等25個部件組成，它的基本部件缺一不可。車架是自行車的骨架，車上裝載人和貨物的重量都要由它來承受。按照系統(tǒng)功能的不同，我們可以將自行車部件分為導向系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)：

1、導向系統(tǒng)：由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者可1

以通過操縱車把來改變行駛方向并保持車身平衡。

2、驅動系統(tǒng)：由腳蹬、中軸、鏈輪、鏈條、飛輪、后軸、后輪等部件組成。騎行者通過蹬踏踏板驅使自行車前進。

3、制動系統(tǒng)：它由車閘部件組成、乘騎者可以隨時操縱車閘，使行駛的自行車減速、停使、確保行車安全。

二、自行車中巧妙的機械構造

1、小鋼珠大作用

自行車是人們代步的工具，應當騎起來越輕松、越靈活才，所以自行車軸承轉動的地方普遍安有鋼珠，也就是下面說的滾珠軸承。鋼珠的作用是減小摩擦力，保護零件，提高使用效率，總所周知，在同樣的壓力下，滾動摩擦遠小于滑動摩擦，若在其中經(jīng)常加入潤滑油，油膜會使接觸面分離，我們使用自行車也會更省力。

自行車滾珠軸承的位置如下：

①車輪的前輪轂和后輪轂

②車的底架，其中有一根軸將兩個腳踏板曲柄連在一起

③車把的前叉管，用于使車把能夠轉動

④飛輪，這里的軸承有雙重功能，除了減少摩擦外，還可以幫助2

實現(xiàn)單向功能。

2、飛輪

飛輪就是自行車鏈條后端的被動齒輪，它的里面有內(nèi)螺紋，以便將其固定在后軸的右端，與鏈輪保持同一平面，并通過鏈條與鏈輪相連接，構成自行車的驅動系統(tǒng)。

由齒輪組數(shù)不同可將飛輪分為單級飛輪和多級飛輪兩大類。單級飛輪又稱單鏈輪片飛輪，安裝于普通自行車，主要由外套、平擋、芯子、千斤、千斤簧、墊圈等零件組成。

單級飛輪工作原理：當向前踏動腳踏時，鏈條帶動飛輪向前轉動，此時飛輪內(nèi)齒和千斤相含，飛輪的轉動力通過千斤傳到芯子，芯子帶動后軸和后輪轉動。當停止踏動腳踏板時，鏈條和飛輪都不旋轉，但由于慣性，后軸和后輪仍會繼續(xù)轉動，這時飛輪內(nèi)齒產(chǎn)生相對滑動，由此將芯子壓縮到芯子的槽口內(nèi)，千斤又壓縮了千斤簧。當千斤齒頂滑到飛輪內(nèi)齒頂端時，千斤簧被壓縮得最多，再稍微向前滑一點，千斤被千斤簧彈到齒根上，發(fā)出“嗒嗒”的聲響。當反向踏動腳踏時，外套反向轉動，會加速千斤的滑動，使“嗒嗒”聲響得更急促。

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多級飛輪是在單級飛輪的基礎上，增加幾片飛輪片，每個飛輪片的齒數(shù)不同，它們分別與中軸上的鏈輪結合，組成各種不同的傳遞比，從而改變了自行車的速度，因此多級飛輪是自行車變速裝置中的一個重要部件。

3、自行車的鏈傳動及其變速原理

自行車的傳動部分是鏈式傳動式機構，它的傳動裝置包括：主動齒輪（輪盤）、被動齒輪（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，一般來說，輪盤齒輪的齒數(shù)要多于飛輪的齒數(shù)，也就是說人每踏蹬一周，被動齒輪轉的圈數(shù)會多于一周。

齒輪比:主動輪對被動輪的齒數(shù)之比為齒輪比。以Y代表齒輪比，C代表主動齒輪的齒數(shù)，n代表被動齒輪的齒數(shù)，它們之間的關系用公式表示，即Y=c/n例如：某車車輪盤為48齒，飛輪為16齒，代入公式即可求出齒輪比為3。也就是說蹬踏輪盤一周，飛輪轉三周，也就是后車輪轉三周。

雖然說增大齒輪比可以加快自行車的速度，但同樣不要忽視，該情況下的鏈傳動是費力杠桿，4

齒輪比越大，蹬踏就越費力，基于此綜合考慮，在實際情況中，不論自行車側的型號，齒輪比都大約在2-4。

傳動比：齒輪比乘以后車輪直徑，即為傳動比。

變速車調(diào)節(jié)檔位靠的正是改變齒輪比來調(diào)節(jié)傳動比，從而達到省力或者增加速度的目的。當轉動變速器時，推手將作用于換擋變速器，將鏈條向里或向外推，可以在齒輪的齒尖方向讓鏈條翻出一定的角度，當鏈條被推到該齒尖接觸范圍時，換擋變速器會與后輪連接軸張緊，自行車鏈條就會與不同齒輪數(shù)的飛輪嚙合，從而改變前后齒輪的齒輪比，實現(xiàn)不同的變速要求。前面的前鏈輪的換擋原理和后輪基本一致，只是方向不同。

由此可以看出，輪盤齒輪數(shù)越多，飛輪齒輪數(shù)越少，檔位越高，蹬踏一圈自行車走的越多，同樣也會越費力。

4、倒蹬踏板車輪卻不會后轉的原因

這里面實際上有如下巧妙的設計：鏈輪里面有一個彈簧頂住的卡子，卡子里面有一個或者一串鋼珠，它們被控制在一個棘輪斜槽中，當后鏈輪向前轉動時，鋼珠將會在斜槽中向較窄的一方滾動；而向后轉動鋼珠則會滾向較寬的方向，這種設計就可以保證當鏈條前進的時候后鏈輪會卡住輪子帶動后輪轉動，當鏈條靜止或后轉時后鏈輪雖然不隨之運動，但卻不影響輪子自由轉動。

這個裝置俗稱"磕頭蟲"，是自行車花鼓（俗稱塔基）的一個重要組成部分，它是一個棘輪機構，此機構只能單向轉動，會逆向鎖死。

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5、只進氣不吐氣的氣門芯

充氣內(nèi)胎上的氣門芯，類似于一個單向閥門，只讓氣體進入，不讓氣體外漏，可以方便進氣，并保證充氣內(nèi)胎的密封。它的主體是一個上端中空，下端實心的柱體，在柱體下端的側面有一個和中空部分聯(lián)通的小孔。再在下面套上一段有彈性的細緣膠管，由此構成氣門芯。當你給自行車胎打氣時，氣筒中的壓縮空氣由中空部分進入小孔的彈性膠管，空氣把有彈性的橡膠管“頂”起，從而進入車胎；當不打氣時，彈性橡膠管收緊，蓋住側面的小孔，使空氣不能從車胎中回流出去。

在自行車上，還運用了很多諸如杠桿原理，增大或者減少摩擦力原理，光的漫反射原理等知識，在此不再一一介紹。

結語

自行車雖然簡單，但其中蘊含的機械原理卻不是每個人都知道的，生活中的各種小細節(jié)都需要我們?nèi)ビ^察和思考，只有做到在學習知識6

之余多關注生活，多思考問題，才能激發(fā)和培養(yǎng)我們的創(chuàng)造力，成為我們機械領域的可用之才。

參考文獻：

百度文庫《自行車的構造及其原理》

道客巴巴《磕頭蟲結構》

百度知道《氣門芯內(nèi)部結構》

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