轴纸

自行车车架、轮胎、踏板、刹车、链条等25个部件，其基本部件缺一不可。其中，车架是自行车的骨架，承担着最大的人和货物重量。根据各部件的工作特点，大致可分为导向系统、驱动系统和制动系统。

1.1导向系统:由车把、前叉、前轴、前轮等部件组成。骑手可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持身体平衡。

1.2驱动(传动或行走)系统:由踏板、中轴、齿板、曲柄、链条、飞轮、后轮轴、后轮等部件组成。人的脚的蹬踏力由脚蹬通过曲柄、链轮、链条、飞轮、后轮轴等部件驱动，从而使自行车不断向前运动。

1.3刹车系统:由刹车组件组成，骑行者可随时控制刹车，使行驶中的自行车减速、停止，保证行车安全。

此外，为了安全和美观，以及从实用的角度出发，还配备了灯、支架等部件。

踏板部件:踏板部件装配在中心轴部件的左右曲柄上，是将平移力转化为旋转力的装置。自行车在骑行时，脚蹬力首先传递给脚蹬部件，然后脚蹬轴带动曲柄、中轴、链条飞轮转动，使后轮转动，从而使自行车前进。因此，踏板组件的结构和规格是否合适，将直接影响到骑车人的脚位是否合适，以及自行车能否平稳行驶。

踏板:可分为整体式踏板和组合式踏板。无论什么款式的踏板，都要有踏板面，安全可靠，有一定的防滑性能。

框架一般由普通碳铜管焊接组合而成。为了减轻钢管重量，提高强度，高档自行车都采用低合金钢管。为了减少快速行驶的阻力，自行车应该采用流线型钢管。

由于自行车是靠人体的驱动力和骑行技巧来行驶的，所以车架就成为承受自行车在行驶过程中产生的冲击载荷，以及能否舒适安全地承载人体的重要结构。车架组件的制造精度将直接影响车辆的安全性、稳定性和轻量化。

外胎:有软侧胎和硬侧胎两种。软胎侧轮胎横截面较宽，可以完全包裹住内胎，落地面积比较大，适合在各种路面行驶。硬边轮胎具有重量轻、落地面积小、阻力小、行驶轻便等优点。

前叉组件:前叉组件位于自行车结构的前部，其上端与车把组件连接，车架组件与前管配合，下端与前轴组件配合，构成自行车的导向系统。

转动车把和前叉可以改变前轮的方向，对自行车起到导向作用。此外，还能起到控制自行车运行的作用。前叉受力是悬臂梁，所以前叉要有足够的强度等性能。

链轮:应由高强度钢制成，以确保达到所需的张力。

飞轮的工作原理:当踏板向前踏时，链条带动飞轮向前转动，然后飞轮的内齿和重物被包容。飞轮的转动力通过千斤顶传递给机芯，机芯带动后轮轴和后轮转动，自行车前进。当踏板停止时，链条和外套不转动，但后轮仍在惯性作用下带动机芯和千斤顶向前转动，此时飞轮内齿相对滑动，从而将机芯压入机芯的槽口内，千斤顶压缩千斤顶弹簧。当千斤齿顶滑到飞轮内齿顶时，千斤弹簧压缩最大，再向前滑一点，千斤弹簧弹到齿根，发出“咔嗒”声。机芯转得更快，千斤顶在每个飞轮的内齿上快速滑动，发出“咔嚓”一声。反方向踩踏板，外套反方向旋转，会加速千斤顶滑动，使“咔哒”声更急。多级飞轮是自行车变速器的重要部件。

多级飞轮是在单级飞轮的基础上，增加几片飞轮叶片，与中轴上的链轮相结合，形成各种传动比，从而改变自行车的速度。

链条:链条又称大车链、滚子链，安装在耦合轮和飞轮上。它的作用是将踏板力从曲柄和链轮传递到飞轮和后轮，驱动自行车前进。应减小链条的宽度，使其与齿轮紧密接触，以减少掉链的概率。

2.自行车的机械知识

2.1运动和力的应用

2.1.1增加和减少摩擦

自行车在行驶时，相互接触的部件之间有相对运动，这些地方有摩擦。手和车把之间的摩擦，车轮和地面之间的摩擦，刹车蹄和车轮之间的摩擦都是有益的摩擦。车把上的橡胶套采用高摩擦系数的橡胶制成，橡胶套上刻有花纹，增加手与车把的摩擦力；在轮胎外壳上雕刻花纹，增加车轮与地面的摩擦力；增加压力以增加制动蹄和车轮之间的摩擦力。前轴、中轴、后轮轴、踏板、车把和车架之间的摩擦是有害摩擦。减少这些有害摩擦的方法是在转动部件上安装轴承，用滚动摩擦代替滑动摩擦；通过添加黄油(钙基润滑脂)或机油来润滑这些零件。摩擦力与两个因素有关:压力和接触面的粗糙度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车轮胎有凹凸不平的花纹，通过增加自行车与地面的粗糙度来增加摩擦力，其目的是防止自行车打滑。

自行车的外胎、车把的塑料盖、踏板盖、刹把盖上都有凹凸不平的花纹，以增加摩擦力。刹车时，用手牢牢抓住刹车把手，增加刹车片对轮辋的压力，达到阻止车轮滚动的目的。刹车时车轮停止滚动，在地面上滑行，滚动变成滑行后摩擦力大大增加，汽车可以快速刹车。

汽车的前轴、中间轴和后轮轴都是滚动的，以减少摩擦。为了进一步减少摩擦，人们经常在这些部位添加润滑剂。很多地方都刻有凹凸不平的图案，增加摩擦力。

刹车时，车轮不再滚动，而是在地面上滑行，摩擦力大大增加，汽车可以很快停下来。在制动的同时，用手握紧制动手柄，增加闸瓦对钢圈的压力，使车轮停止滚动。

轮胎上的花纹:增加摩擦。

刹车片:增加压力和摩擦力。

链条和齿轮:增加粗糙度，增加它们之间的摩擦力。

2.1.2弹簧的减震效果

汽车的座垫下面有一个很粗的螺旋弹簧，用来减震。

轮胎的减震作用:自行车轮胎内充有适量的压缩空气，压力很大，可以增强弹性。同时，在汽车的鞍座上安装一个弹簧，通过弹簧的弹性变形来减小汽车的振动。这些方法可以使自行车骑得平稳，减少跛行。

2.2压力知识的应用

2.2.1自行车荷载

自行车轮胎上刻着载重量，明确告诉人们不要超载。如果车辆负载过大，轮胎受力面积不变，轮胎受力过大就会被压坏。自行车的内胎要充足气。当气体的体积和温度不变时，气体的质量越大，压力越大。

2.2.2汽车座椅上的物理学

座垫为马鞍型，可以增加座垫与人体的接触面积，以减轻臀部的压力，使人在骑行时感觉更加舒适。

2.3简单机械知识的应用

自行车是一种机械，由许多简单的机器组成:执行部分的车把，控制部分的刹把，前曲柄，后刹车部分的后曲柄及其支架，架子上的弹簧夹，车铃的按钮等部件都属于杠杆。传动部分中的踏板与大齿轮盘形成动力作用于车轮的省力车轴，飞轮与后轮形成动力作用于车轴的省力车轴；执行部分的车把也可以看作是车轴。自行车的各个部分都是用螺丝连接紧固的，螺丝上的螺线是围绕圆柱体的斜面。

自行车刹车系统中的刹把和连杆是省力杠杆，可以增加刹车片的张力。另外链轮齿板和踏板，后轮和飞轮，汽车龙头和转轴都是轮轴，可以省力。自行车的车把相当于车轴，车把相当于车轮，前轴是车轴，是省力的杠杆。自行车的踏板和中轴相当于一个车轴，本质上是一个省力的杠杆。自行车的飞轮也相当于省力车轴。

另外刹车把手:省力杆，车轮和踏板:省力轴。

车把上的刹车是省力的杠杆，人用很小的力就能把刹车压在轮圈上，压力比较大。自行车刹车利用摩擦力来减速和停止自行车。我们在使用制动器时，闸瓦与车轮的摩擦力使车轮停止运动或减速，车轮与地面的摩擦力由滚动摩擦变为滑动摩擦。强大的滑动摩擦力让自行车很快减速。

2.4能源的知识应用

动能和势能之间的转换。骑自行车上坡前，人们往往要蹬几下踏板，以增加车速(动能)“动能冲上坡”。把大的动能转化成大的势能，更容易到达坡顶。骑下坡的时候不用蹬，速度越来越快。这就是势能转化为动能。动能在增加，所以车速也在增加。

2.5制动和惯性

自行车在高速行驶时，尤其是下坡时，不能单独使用前刹车，否则会发生翻车事故。原因是前刹车刹车，前轮被迫静止。而后轮架和骑车人作为驱动轮，由于惯性不得不保持原有的高速运动趋势，然后会以前轮与地面的接触为支点向前转弯，造成翻车事故。

人向前骑自行车时，遇到紧急情况，一般情况下，需要先拉紧刹车，再拉紧前刹车，或者前后一起拉紧，以防人因惯性向前飞。

2.6热膨胀知识的应用

炎热的夏天，轮胎内的空气不要充气过多，更不要暴晒在烈日下，因为轮胎内的空气被急热。

2.7机械能和内能的转化

过一会儿，用打气筒给轮胎充气，气缸壁就会升温。这是因为气缸内的气体被压缩，克服了活塞与气缸壁之间的摩擦力做功，从而可以增加气缸壁内的内能。温度上升，所以气缸壁会变热。

坐垫下的弹簧:降低缓冲作用。

3.改进建议

(1)自行车轮胎、车把、踏板、刹车片上都刻有一些花纹，增加了接触面的粗糙度和摩擦力。

(2)自行车的踏板应由橡胶、塑料或金属制成。踏板一定要转动灵活，踏板一定要做平，增加受力面积，减少它对脚的压力。

(3)各轴均装有滚珠，将滑动摩擦改为滚动摩擦，减少摩擦，便于转动。一些润滑油经常涂在车轴上，以降低接触面的粗糙度，减少摩擦。

(4)刹车时，需要拧紧刹车手柄，以增加刹车片与轮辋之间的压力，从而增加摩擦力。

(5)常见制动器的制动点在轮辋内侧，即制动器摩擦的轮辋内表面。它的摩擦力大，刹车效果好，但是会对自行车外胎和刹车片造成很大的磨损，使刹车效果变差。如果是路边刹车，还会损坏轮圈的电镀层。

(6)车架:高档自行车为了减轻管重，提高强度，采用低合金钢管。为了减少快速行驶的阻力，有些自行车还采用了流线型的钢管。框架应由普通碳铜管焊接组装而成。应该做成两头大中间小的变径辐条，辐条做成扁平的流线型，减少空气阻力。

(7)外胎:外胎上的胎面应适当加大，以增加与地面的摩擦力。

(8)链条:链条掉落是因为太松或与齿轮的间隙太大，可适当缩短链条长度，收紧链条。

(9)链轮:由高强度钢制成，以确保达到所需的张力。

(10)脚:自行车的鞍座做得很平，以增加受力面积，减少对车身的压力。