自行车的构造及其原理

自行车的构造及其原理

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引言

自行车是我们日常最为常见的交通工具之一，相信大部分人都对其非常熟悉，可你们知道吗，在自行车中蕴含着非常多巧妙的机械原理，大家在日常生活中都不以为意，并没有认真思考过。而我基于日常的观察和资料的查取，为大家介绍自行车中的一些巧妙的零部件，帮助我们更深刻地了解自行车的工作原理。

一、自行车的基本结构

自行车由车架、刹车、轮胎、脚踏、链条等25个部件组成，它的基本部件缺一不可。车架是自行车的骨架，车上装载人和货物的重量都要由它来承受。按照系统功能的不同，我们可以将自行车部件分为导向系统、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

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以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。

2、驱动系统：由脚蹬、中轴、链轮、链条、飞轮、后轴、后轮等部件组成。骑行者通过蹬踏踏板驱使自行车前进。

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。

二、自行车中巧妙的机械构造

1、小钢珠大作用

自行车是人们代步的工具，应当骑起来越轻松、越灵活才，所以自行车轴承转动的地方普遍安有钢珠，也就是下面说的滚珠轴承。钢珠的作用是减小摩擦力，保护零件，提高使用效率，总所周知，在同样的压力下，滚动摩擦远小于滑动摩擦，若在其中经常加入润滑油，油膜会使接触面分离，我们使用自行车也会更省力。

自行车滚珠轴承的位置如下： ①车轮的前轮毂和后轮毂

②车的底架，其中有一根轴将两个脚踏板曲柄连在一起 ③车把的前叉管，用于使车把能够转动

④飞轮，这里的轴承有双重功能，除了减少摩擦外，还可以帮助

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实现单向功能。

2、飞轮

飞轮就是自行车链条后端的被动齿轮，它的里面有内螺纹，以便将其固定在后轴的右端，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。

由齿轮组数不同可将飞轮分为单级飞轮和多级飞轮两大类。单级飞轮又称单链轮片飞轮，安装于普通自行车，主要由外套、平挡、芯子、千斤、千斤簧、垫圈等零件组成。

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，此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。当停止踏动脚踏板时，链条和飞轮都不旋转，但由于惯性，后轴和后轮仍会继续转动，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。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。

多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮片，每个飞轮片的齿数不同，它们分别与中轴上的链轮结合，组成各种不同的传递比，

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从而改变了自行车的速度，因此多级飞轮是自行车变速装置中的一个重要部件。

3、自行车的链传动及其变速原理

自行车的传动部分是链式传动式机构，它的传动装置包括：主动齿轮（轮盘）、被动齿轮（飞轮）、链条及变速器等。齿轮比与传动比关系着自行车的使用效率，一般来说，轮盘齿轮的齿数要多于飞轮的齿数，也就是说人每踏蹬一周，被动齿轮转的圈数会多于一周。

齿轮比:主动轮对被动轮的齿数之比为齿轮比。以Y代表齿轮比，C代表主动齿轮的齿数，n代表被动齿轮的齿数，它们之间的关系用公式表示，即Y=c/n例如：某车车轮盘为48齿，飞轮为16齿，代入公式即可求出齿轮比为3。也就是说蹬踏轮盘一周，飞轮转三周，也就是后车轮转三周。

虽然说增大齿轮比可以加快自行车的速度，但同样不要忽视，该情况下的链传动是费力杠杆，齿轮比越大，蹬踏就越费力，基于此综合考虑，在实际情况中，不论自行车侧的型号，齿轮比都大约在2-4。

传动比：齿轮比乘以后车轮直径，即为传动比。

变速车调节档位靠的正是改变齿轮比来调节传动比，从而达到省

力或者增加速度的目的。当转动变速器时，推手将作用于换挡变速器，将链条向里而改变前后齿轮的齿轮比，实现不同的变速要求。前面的前链轮的换挡原理和后轮基本一致，只是方向不同。

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由此可以看出，轮盘齿轮数越多，飞轮齿轮数越少，档位越高，蹬踏一圈自行车走的越多，同样也会越费力。 4、倒蹬踏板车轮却不会后转的原因

这里面实际上有如下巧妙的设计：链轮里面有一个弹簧顶住的卡子，卡子里面有一个或者一串钢珠，它们被控制在一个棘轮斜槽中，当后链轮向前转动时，钢珠将会在斜槽中向较窄的一方滚动；而向后转动钢珠则会滚向较宽的方向，这种设计就可以保证当链条前进的时候后链轮会卡住轮子带动后轮转动，当链条静止或后转时后链轮虽然不随之运动，但却不影响轮子自由转动。

这个装置俗称\磕头虫\，是自行车花鼓（俗称塔基）的一个重要组成部分，它是一个棘轮机构，此机构只能单向转动，会逆向锁死。

5、只进气不吐气的气门芯

充气内胎上的气门芯，类似于一个单向阀门，只让气体进入，不让气体外漏，可以方便进气，并保证充气内胎的密封。它的主体是一个上端中空，下端实心的柱体，在柱体下端的侧面有一个和中空部分联通的小孔。再在下面套上一段有弹性的细缘胶管，由此构成气门芯。当你给自行车胎打气时，气筒中的压缩空气由中空部分进入小孔的弹性胶管，空气把有弹性的橡胶管“顶”起，从而进入车胎；当不打气

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时，弹性橡胶管收紧，盖住侧面的小孔，使空气不能从车胎中回流出去。

在自行车上，还运用了很多诸如杠杆原理，增大或者减少摩擦力原理，光的漫反射原理等知识，在此不再一一介绍。

结语

自行车虽然简单，但其中蕴含的机械原理却不是每个人都知道的，生活中的各种小细节都需要我们去观察和思考，只有做到在学习知识之余多关注生活，多思考问题，才能激发和培养我们的创造力，成为我们机械领域的可用之才。

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参考文献：

道客巴巴《磕头虫结构》

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百度文库《自行车的构造及其原理》

百度知道《气门芯内部结构》

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jq5w.html