自行車機(jī)械系統(tǒng)分析及改進(jìn)

倪濤

摘要：自行車被發(fā)明及使用到現(xiàn)在已有兩百年的歷史，這兩百年間人類在不斷的嘗試與研發(fā)過程中，將玩具式的木馬車轉(zhuǎn)換到今日各式新穎休閑運(yùn)動(dòng)自行車，自行車發(fā)展的目的也從最早的娛樂用途變?yōu)榻煌ù郊靶蓍e運(yùn)動(dòng)用途，休閑及競(jìng)賽領(lǐng)域的發(fā)展使自行車研發(fā)工作不斷的精益求精，以滿足求更好成績(jī)表現(xiàn)選手們的需求，臺(tái)灣的自行車制造業(yè)是個(gè)中翹楚，今年國(guó)人自行設(shè)計(jì)研發(fā)的Giant TCR1更登上了世界冠軍車的行列。自行車被發(fā)明及使用到現(xiàn)在已有兩百年的歷史，這兩百年間人類在不斷的嘗試與研發(fā)過程中，將玩具式的木馬車轉(zhuǎn)換到今日各式新穎休閑運(yùn)動(dòng)自行車，自行車發(fā)展的目的也從最早的娛樂用途變?yōu)榻煌ù郊靶蓍e運(yùn)動(dòng)用途，休閑及競(jìng)賽領(lǐng)域的發(fā)展使自行車研發(fā)工作不斷的精益求精，以滿足求更好成績(jī)表現(xiàn)選手們的需求，臺(tái)灣的自行車制造業(yè)是個(gè)中翹楚，今年國(guó)人自行設(shè)計(jì)研發(fā)的Giant TCR1更登上了世界冠軍車的行列。

人力腳踏驅(qū)動(dòng)的兩輪車。又稱腳踏車、單車。無噪聲、無污染、自重輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、使用維修方便，廣泛用于交通代步、運(yùn)載貨物、體育鍛煉和競(jìng)賽等。也是一種簡(jiǎn)單機(jī)器。

關(guān)鍵詞：飛輪；鏈條；傳動(dòng)裝置；齒輪比；傳動(dòng)比；傳動(dòng)行程；

自行車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所帶來的不僅僅是成本低廉，價(jià)格便宜，而且還給維修帶來了極大的便利，在零件的通用性上做的也是淋漓盡致，下面的是典型自行車的結(jié)構(gòu)：

1：前輪 2：輻條 3：花鼓 4：前* 5：前剎 6：鋼索 7：剎車及變速把手 8：

車把 9：豎桿 10：車架 11：前變速 12：車座桿 13：車座 14：后剎 15：貨架 16：飛輪 17：反光鏡 18：后輪 19：后變速 20：腳撐 21：氣門 22：后輪 23：鏈條 24：輪盤 25：腳踏 26：曲柄

幾個(gè)重要的概念：

傳動(dòng)裝置：包括主動(dòng)齒輪（輪盤）、被動(dòng)齒輪（飛輪）、鏈條及變速器。

齒輪比：主動(dòng)齒輪（輪盤）與被動(dòng)齒輪（飛輪）的齒數(shù)之比；

傳動(dòng)比：齒輪比乘以后輪的直徑；

傳動(dòng)行程：傳動(dòng)比再乘以圓周率即為傳動(dòng)行程，也就是每蹬踏一周單車前進(jìn)的距離。

自行車的主要組成

①車體部分，包括車架、前叉、車把、鞍座和前叉合件等，是自行車的主體。②傳動(dòng)部分，包括腳蹬、曲柄、鏈輪、鏈條、中軸和飛輪等，由人力踩動(dòng)腳蹬，通過以上傳動(dòng)件帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，驅(qū)車前行。 ③行動(dòng)部分，即前后車輪、包括前后軸部件、輻條、輪輞（車圈）、輪胎等。④安全裝置，包括制動(dòng)器（車閘）、車燈、車鈴、反射裝置等。

根據(jù)需要，還可增加一些附件，如支架、衣架、保險(xiǎn)叉、擋泥板、氣筒等。另外，裝有變速機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)車、競(jìng)賽車、山地車等還裝有變速控制器和前后撥鏈器等。

自行車作為一種最簡(jiǎn)單的交通工具，除了最起碼的「骨架」之外，還有三組零件來達(dá)致三種基本功能：動(dòng)、停和轉(zhuǎn)彎。這三組零件，分別稱為： 1.傳動(dòng)部分──將人力化為機(jī)械動(dòng)力的部分，包括腳踏、曲柄、鏈盤、鏈、飛輪、車軸、後輪。

2.掣動(dòng)部分──即煞車設(shè)備，使自行車能減速并有效地停下的零件組合，包括掣手、掣線、掣鉗。

3.導(dǎo)向部分──使自行車能從心所欲地轉(zhuǎn)彎的部分，包括車頭、前叉和前輪。

所有自行車均具備以上三個(gè)部分，但為了方便騎車者能在不同情況下均能騎車自如，很多自行車還兼有第四個(gè)部份：

4.變速部分──利用不同的「變速檔」以適應(yīng)各種路面情況的部分，包括變速手柄、變速線、飛輪。

自行車的飛輪里面裝有離合器，這種離合器稱為“超越離合器”，它的功能是當(dāng)鏈條帶動(dòng)飛輪的鏈齒外圈時(shí)外圈內(nèi)部的棘輪將力通過棘爪（千斤）傳遞給后輪，后輪就轉(zhuǎn)動(dòng)前進(jìn)。這種“超越離合器”還有一個(gè)重要的功能，就是當(dāng)騎行者停止腳踏時(shí)，后輪的棘爪能夠在棘輪上滑動(dòng)，超越靜止的外圈棘輪，就是聽見千斤發(fā)出的“嗒嗒”聲。因?yàn)榧喼荒軉蜗虻膫鬟f向前的力量，不能向后傳遞力量，才使得自行車具有這種正常功能，不能向后行駛。在一些非常的狀態(tài)，飛輪的功能也有例外，也有“死飛輪”存在。 在雜技表演中，有前后都能行進(jìn)的表演用自行車，這種自行車的后鏈輪里面沒有棘輪和千斤，是直接傳動(dòng)的。

還有一種“死飛輪”，是禁止使用的，就是一種自制的“小飛輪”，因?yàn)辇X數(shù)太少，傳動(dòng)比大，騎行特快，這是一些舊時(shí)的自行車“飆車族”自制的。但是騎行危險(xiǎn)，在前進(jìn)時(shí)，沒有“超越離合器”的作用，雙腳不能停下，制動(dòng)時(shí)也容易發(fā)生事故。

自行車工作原理十分簡(jiǎn)單，這對(duì)便于普及和維修也起到至關(guān)重要的作用。通過人體的運(yùn)動(dòng)，使人體內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人體的機(jī)械能，再通過腳它，使其轉(zhuǎn)化成自行車主鏈盤旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)距，通過鏈條傳動(dòng)，給后輪一個(gè)驅(qū)動(dòng)力，使自行車能夠向前行使，通過前輪控制方向。

但傳統(tǒng)的自行車在結(jié)構(gòu)形式上仍然存在改進(jìn)的余地

因?yàn)樽兯倨鞑⒉贿m合于添加到所有自行車上，這會(huì)帶來成本的提高和使用的浪費(fèi)，對(duì)于車體使用的人群，可以做些調(diào)整，比如針對(duì)生活中常用的自行車，可以把主鏈盤的直徑縮小些，把后輪軸上的齒輪直徑變大些，這樣就可以省力，雖然行使的速度可能變小，但是適當(dāng)?shù)目s小不會(huì)過分影響其使用效果，而且自行車所面隊(duì)的使用人群非常復(fù)雜，使用環(huán)境也不一樣，這樣的改動(dòng)可以使人省力，而且對(duì)車體可以起到保護(hù)作用

另外以前曾經(jīng)出現(xiàn)過一類車前輪上安裝車燈的自行車，但起原理是通過直接接觸的摩擦力帶動(dòng)的，摩擦就會(huì)產(chǎn)生熱，這會(huì)帶來不必要的損耗，所以可以改成電磁感應(yīng)式的，這樣不僅了人們的需要，而且也使得更加舒適。

另外在必要的位置可以添加避震器或彈性材料，以緩解在行使中車體受到的沖擊，也使人更加舒適，安全性和穩(wěn)定性也隨之增加了。

另外如果有些自行車的用途比較特殊也可以改進(jìn)成雙鏈條或多鏈條式的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，或者改成皮帶傳動(dòng)，或齒輪傳動(dòng)。皮帶傳動(dòng)對(duì)系統(tǒng)有很好的保護(hù)作用，而且噪音小。而齒輪傳動(dòng)，意味著穩(wěn)定的工作狀態(tài)，有很好的傳動(dòng)性能，可以傳遞大功率，而且傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小。也可以根據(jù)需要在輪盤上添加飛輪，這樣可以使得系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定而節(jié)省能量。

自行車的發(fā)展已經(jīng)了二百多年的歷史，從木馬逐漸演變成鐵馬，使用的材質(zhì)從木質(zhì)轉(zhuǎn)換成鐵質(zhì)、鋼管及鉬鉻合金、鈦合金及碳纖材料等的使用，愈來愈輕巧，而自行車的種類也可以使用功能性概分為公路車、登山車、旅行車、一般車甚至於電動(dòng)自行車等產(chǎn)品，滿足了現(xiàn)代人對(duì)自行車既舒適又多功能的要求，自行車的研發(fā)與人體合而為一的表現(xiàn)越顯重要。盡管時(shí)代在發(fā)展，生活的變化日新月異，但是即使在發(fā)達(dá)國(guó)家，自行車也是一種不可替代的交通工具和生活方式，深深的容入了我們的生活，自行車可以幫助我們鍛煉身體，存放空間小，使用和維修方便，價(jià)格低廉，而且絕對(duì)的零排放……諸多優(yōu)點(diǎn)使其將長(zhǎng)期存在于我們的生活中，在未來的日子里自行車一定會(huì)發(fā)展的越來越好。