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自行车

作者:佚名    转贴自:http://www.gem4bike.com/article_view_9.htm    点击数:289


引言
自行车是相当简单且优美的机械,它从很早前就吸引了几乎每个孩子的心灵。最酷的是,自行车可以更快的带你去你想去的地方,而且比你步行或跑步所消耗的能量更少。更酷的是自行车对每个对机器和机械有兴趣的人都是完全暴露的,它没有任何的遮掩。许多对机械有兴趣的孩子都忍不住想去拆散他们的自行车。
在这篇文章中,我们将看到许多不同的零件,你可以完全了解这台机器是如何运作的。
 

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自行车零件
谈论到自行车,我们最好从零件的命名开始。下面是一辆典型的自行车:
 

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下面的零件是:
·   车架:自行车车架由金属管焊接而成。每个管都有自己的名字,他们是:
 

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·   前叉是可拆卸的部件,它与前轮相结合。
·   车轮:车轮是由车轴(花鼓),辐条,金属轮圈和橡胶外胎构成
·   坐垫和坐管
·   车把和车把立管,他们共同与车架相结合。
·   牙盘和脚踏
·   刹车:由刹车线管,刹车线和刹车块组成
·   链条和齿轮,由前端链轮,后飞轮,前后变速器,车把上的变速拨杆和牵引钢线组成。
他们共同组成了一辆自行车。

自行车滚珠轴承
自行车使用滚珠轴承来降低摩擦力。你可以在以下零件中找到他们:
·   前后轮的车轴中
·   车底托架(五通位置),将牙盘曲柄连接起来的中轴(天心碗组)。
·   车架前叉管(车架头管)的车首碗组,使车把可以转动前轮。
·   脚踏,踏板
·   飞轮 (提供单向转动)
典型的滚珠轴衬在车架前叉管中的使用,显示如下图:
 

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滚珠轴承(黄色)在轴承杯(红色)里滚动。轴承锥形内环(蓝色)被旋入前叉舵管(浅蓝色)。锥形内环需要被调教的足够紧,这可以使前叉不能自由晃动;但也不能过紧,那会过分挤压滚珠,导致转动困难.。轮轴(花鼓)和脚踏有完全相同的运作方式,由轴承锥形内环提供细微调整。在中轴里,有一个轴承杯代替轴承锥形内环提供细微调教。一点点的机油能使滚珠更加顺畅的滚动。
每隔一段时间,你需要把自行车里的滚珠轴承清理一下,祛除尘土,加入新的机油。一些高级的,价格更贵的自行车则使用密封轴承,他们不需要多余的调整和润滑。
自行车齿轮组

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你大概已经看到旁边的这个外形滑稽的“penny-farthing”或者“高轮”自行车,它拥有一个拥有巨型前轮和极小后轮。你可能在游行或者电影里见到过。这种自行车在1870年代后开始流行,但在19世纪和20世纪交替时期被另一种“更安全”的自行车代替。新自行车起源自1900或者1910年代,和今天看到的自行车非常相似。今天的自行车有2个相同尺寸的轮子(这是有原因的),一对位于中部的脚踏,一条连接脚踏和后轮的链条。
那么为什么penny-farthing自行车能够存在呢?在penny-farthing自行车上,脚踏和前轮是直接连接起来的,就像现在看到的儿童三轮车。这就意味着,你踩动脚踏一周,车轮转动一周。这是很廉价的自行车制造方式,但是有一个问题。想想儿童三轮自行车,前轮的尺寸大概是40cm(16英寸)的直径,或者40 * 3.14=127cm(50英寸)的周长。如果一个儿童踩踏这样的三轮自行车一周,那么三轮车能前进127cm (50英寸)。我们假设儿童踩踏前轮的频率为60RPM,或者每秒钟一周,那么三轮自行车可以走大概50英寸每秒。合计一下,大概是4.5公里每小时(2.8英里每小时)。如果儿童增加2倍的踩踏速度,即120RPM,那么三轮车的速度将是9公里每小时(5英里每小时)。这时候儿童的腿可能就会滑出踏板,120RPM是很高的踩踏频率了。
如果一个成年人想骑三轮车到一定的速度,比如24公里每小时(15英里每小时),并且他不想自己的腿飞出去的话,三轮车的前轮就必须做的非常的大。如果成年人以60RPM的频率踩踏,前轮直径就需要做到84英寸,那是7英尺,2米多的直径了。
自行车使用齿轮组,解决的首要问题是,齿轮组可以将轮子的尺寸从2米多降到正常的,合理的尺寸。齿轮组和齿轮比是解决这个问题很好的办法。例如,如果你使用42齿的前齿轮和后轮的14齿后齿轮,你得到3:1的齿轮比率,那么现在你的后轮直径能做到 84英寸 / 3 =28英寸 (71CM)。这就是一个正常的自行车轮子尺寸了。现在安全多了。
 
自行车齿轮比
自行车多级齿轮背后的目的,不管是老款的10速自行车还是现代的27速山地自行车,都是为了让你完成每次踩踏后,获得不同的行进距离。
例如,一辆普通的自行车拥有26英寸的轮子直径。最“慢”的齿轮比为,前齿轮22齿,后齿轮30齿,那么现在的齿轮比为0.73:1。每一次踩踏,自行车前进大概60英寸(按60RPM的踩踏频率来算,是5.4公里每小时,3.4英里每小时)。最“快”的齿轮比为前齿轮44齿,后齿轮11齿,即齿轮比为4:1。在26英寸轮子的自行车上,每次踩踏,能前进大概326英寸。以60RPM的踩踏频率看来,自行车的速度为30公里每小时,18.5英里每小时。算2倍的踩踏频率120RPM来看,自行车最大速度为60公里每小时,37英里每小时。拥有从3.4英里/小时 到 37英里/小时的速度范围简直太爽了,它可以让骑手爬上陡峭的山坡或者与汽车来场赛跑。这就是为什么自行车使用齿轮组的原因。
 
齿轮组前面叫做牙盘,许多车的牙盘都拥有2或3个齿盘:
 

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连接后轮的叫飞轮,就是这个样子:
 

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飞轮根据车型的不同拥有5至9个齿轮。飞轮能向一个方向自由转动,反方面锁定。这可以使骑手选择踩踏或者不踩踏。当不踩踏的时候,自行车根据重力滑动(这也是儿童三轮车和penny-farthing自行车所缺少的)。
为更换不同的齿轮,自行车在前后都拥有变速器(即常说的前,后拨链器)。这是一个后变速器:
 

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后变速器拥有2个可以自由转动的小齿轮,他们的作用是收紧链条。小齿轮和导臂与一个弹簧相连接,以便齿轮能始终将链条后拉收紧。当你变换齿轮组的时候,你就能注意到导臂的角度变化:将链条拉紧或者放松。
 

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顶部的小齿轮非常接近飞轮。当你通过车把上的拨杆调整齿轮比的时候,这个齿轮会将链条带动,达到不同的位置。
 

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当你蹬车的时候,链条自然的从一个飞轮齿片滑落到另一个齿片。
自行车上的所有部件就是这么简单。然而它们却共同造就了这一用于骑行的伟大机器,一件不朽的机械艺术作品。

翻译:gem4bike.com