机械基础

目录目录 (1)一．机械产品设计基础在自行车的运用 (2)（一）基本介绍 (2)（二）历史起源 (2)（三）现今自行车的运用 (2)（四）对未来自行车发展的预测 (3)二．变速自行车结构 (4)（一）原理 (4)（二）组成 (4)（三）自行车各部件作用 (5)（四）变速轮调节以及如何省力 (7)（五）变速器省力原理 (8)（六）齿轮比 (8)（七）传动比（传动系数） (8)（八）传动行程(速比行程) (9)（九）自行车的工作原理 (9)一．机械产品设计基础在自行车的运用（一）基本介绍自行车是由人力脚踏驱动的、有两个车轮的陆地交通车辆，俗称自由车、脚踏车或单车（在日本称为“自転车”；在中国大陆、台湾通常称其为“自行车”或“脚踏车”，又因中国大陆最早的自行车是国外过来，所以又称其为“洋车儿”，有些地方仍旧这么称呼；在港澳则通常称其为自行车“单车”）。

自行车无噪音、无污染、重量轻、结构简单、物美价廉、使用和维修方便，既能作为代步和运载货物的工具，又能用于体育锻炼，因而为人们所广泛使用。

而自行车究竟起源于哪个年代、由谁发明的、之间的演变过程则很少人知道。

世界上第一批真正实用型的自行车出现于19世纪初。

1817年，德国人德莱斯在法国巴黎发明了带车把的木制两轮自行车。

自行车问世后迅速成为当时欧洲人青睐的交通工具。

19世纪一些欧洲人也构思出了一些理想的自行车图。

自行车发明的早期阶段，人们认为越大的轮子行驶的速度越快，两名男子骑着一辆车轮几乎为一人高的自行车。

在自行车的发明阶段，有些人并没有把自行车的两个轮子设计成前后放置，而是把两个轮子做成了左右放置，这种自行车的外形有些类似轮椅。

（二）历史起源18世纪末，法国人西夫拉克发明了最早的自行车。

如图 1这辆最早的自行车是木制的，它的结构比较简单，既没有驱动装置，也没有转向装置，骑车人靠双脚用力蹬地前行，改变方向时也只能下车搬动车子。

即使这样，当西夫拉克骑着这辆自行车到公园兜风时，在场的人也都颇为惊异和赞叹。

（三）现今自行车的运用现在的自行车大部分不是用来代步，主要用来锻炼，山地车是专门为越野（丘陵，小径，图 1原野及砂土碎石道等）行走而设计的自行车，一九七七年诞生于美国西岸的旧金山。

当时，一群热衷于骑沙滩自行车在山坡上玩乐的年轻人，突发奇想：“要是能骑着自行车从山上飞驰而下，一定非常有趣。

”于是便开始越野自行车的设计，正式命名为山地车则是在两年后的事。

从此，“速降竞技”作为体育比赛中的一个新项目崭露头脚，运动员骑山地车沿规定的下坡线路高速滑降，速度快者为胜，吸引了众多的爱好者。

自行车虽然始于欧洲，但美国人发明的山地车却一扫传统的自行车概念，将一股新风吹遍全球。

如今已受到越来越多的中国年轻人喜欢，成为一种健康时尚的运动受到人们的欢迎。

还有用自行车进行旅行不仅减少环境污染又能锻炼身体。

目前有很多城市都有租出自行车“公共自行车租赁”就是在某个区域内（城市或者大学城等），隔一定距离规划出一些停放自行车的点（比如地铁出口，社区大门口等），一般一个租赁点放置30-60辆左右。

那么一个城市就会象公交车站点和地铁站点一样，有很多自行车租赁点。

通过“公共自行车管理系统”来管理这些租赁点的自行车，每辆自行车都单独有一个可以锁自行车的装置和读卡租车、还车的读卡器（固定在地上的，不能移动）。

每次租车把卡放到上面读一下，锁就开了，自行车就可以骑走了；骑到任何一个其它租赁点都可以还车，因为系统是连网的。

还车时把车放到锁的位置，把卡靠近读卡器读一下，车就锁了，还车成功。

所有这些都是无人化、智能化的。

（四）对未来自行车发展的预测在我看来，未来自行车会成为我们世界的主流，它体积小，重量轻方便我们出行，而且世界人口不断的增多，但土地有限，能停车的地方太少，马路太小，全民自行车能缓解堵车的问题，还能减少对自然的污染。

而且未来的自行车速度会很快，安全措施也会更好。

如汽车一样快的自行车，能更好的为我们服务。

未来的自行车又小又轻。

可以随身携带，也可以一直折，折成方块，折一次，轻一点，拿在手上十分方便，可以放在家里的各个角落。

它的颜色也很特别：是黄色和红色组成，到了夜晚，它闪闪发光、五光十色，照亮了周围的一切。

自行车有两个轮子，三个座位，从高到低，第一个座位是驾驶员坐的，后面两个是客人坐的。

前面有个篮子，它左右两边都有一面反光镜，从反光镜中可以看后面有没有车子。

车头上有四个按钮，按蓝色的是能使自行车飞起来，按黄色的是转向灯，按绿色的是喇叭，按黑色的是让自行车隐性，不让小偷偷走。

它的座位下有个太阳能的发动机，只要吸收太阳光的热量，车子就会前进。

这样既可以省力，又可以减少世界的环境污染。

二．变速自行车结构（一）原理自行车变速系统的作用就是通过改变链条和不同的前、后大小的齿轮盘的配合来改变车速快慢。

前齿盘的大小和后齿盘的大小决定了自行车旋动脚蹬时的力度。

前齿盘越大，后齿盘越小时，脚蹬时越感到费力。

前齿盘越小，后齿盘越大时，脚蹬时越感到轻松。

根据不同车手的能力，即可通过调整前、后齿盘的大小调整自行车的车速，或是应对不同的路段、路况。

（二）组成在自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件之中，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是最大的。

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：如图21、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、停驶、确保行车安全。

此外，为了安全和美观，以及从实用图2出发，还装配了车灯、支架、码表、指南针等配件。

（三）自行车各部件作用车把：是用来控制方向的主要零件之一。

前叉：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轴：自行车的前轴是支撑零件，不传递转矩。

前轮：支撑与改变方向。

脚蹬：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，牙盘，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。

中轴和后轴：中轴是连接脚踏板的轴,后轴是后车轮的轴.这两轴之间由链条连接,中轴产生动力,通过链条传递给后轴,后轴带动后轮转动,产生前进的驱动力.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。

自行车的驱动主要是靠链传动的。

链轮：用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。

坐垫：承受力，能让人坐着更舒服，下面弹簧装置还能减震。

曲柄：曲柄，与机架用转动副相连并能绕该转动副轴线整圈旋转（即周转副）的构件。

松动的曲柄经常会发出喀嚓声。

检查曲柄问题时，先将曲柄转至水平位置，同时用力将两侧曲柄向下压，再转动曲柄180度，重复同样的动作。

如果曲柄会晃动，则应将曲柄固定螺栓拴紧。

新自行车的曲柄要经常进行这种检查。

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：当向前踏动脚踏时，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，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。

后轮：驱动件棘爪：如图 3。

外壳顺时针转时，棘爪从棘轮上扫过，不传动；轴心顺时针转时，棘爪顶住棘轮，推动外壳转动。

键：其实车架尺寸一般是指五通管（就是安装中轴和脚踏的位置）中心到车架前三角上管电接点中心的高度。

刹车：你一按刹车把，刹把带到刹线，带动刹块，由刹块和车轮产生磨擦力而使车子停下来，目前刹车有刹钢圈的，也有刹花鼓筒的，有包刹，也有涨刹，还有夹刹几种，都是利用增加磨擦力来制动的。

链条：一、链条的尺寸规格：链条尺寸规格常见的有三种：1/2" 1/8" ; 1/2" 3/32" ; 1/2" 11/128"，用两个数值表示，第一个值的含义是链条每一节的长度，对于常见的自行车一般都是1/2"。

第二个值是链条的宽度，其中 1/8" 的链条最宽，可以使用在比较厚的牙盘上，11/128" 链条最窄，只能使用在薄的牙盘上，这里特别要注意，1/8" 的链条是通用的，即可以使用在其他薄的牙盘上，但 11/128" 的链条绝对不能使用在厚的牙盘上，许多做工精致的牙盘上面会注明需要链条的宽度。

二、链条的变速性能：对于变速车而言，就是选择多少速，例如常见的7速、8速、9速、10速等（这里指后塔轮牙盘的片数，选择链条一般不考虑前变速），链条的速度等级越高，要求链条的扭曲角度越大，也就是说，当链条工作在后塔轮最高速和最低速时，前后牙盘不在一条直线上，链条是在扭曲的状态下工作的，这要求链条的每个关节能够有足够的间隙来应付这种扭曲。

高速链条可以使用在低速上，但低速链条不能使用在高速上，如8速链条可以使用在7速的塔轮上，如果7速链条使用在8速的车上，由于7速链条的扭曲角度小，当变速调整到最高速和最低速时，扭曲角度超过了链条的承受能力，这样强行工作，对链条和图 3牙盘的损害很大，甚至断链。

另外要注意的是，即使你的链条选择对了，也不代表你的车就没有问题了，假设8速车的中轴过长，前牙盘和后塔轮最小的牙盘（最外面）在一条线上，这时如果调整到最低速（最里面那个最大的牙盘），链条就会因过于扭曲而损坏。