自行车上的物理学论文资料.pdf

1、运动原理

自行车的车架、轮胎、脚踏、刹车、链条等25个部件中，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最大。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。

1.1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。

1.2驱动（传动或行走）系统：由脚蹬、中轴、牙盘、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。

1.3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，以及从实用出发，还装配了车灯，支架等部件。

脚蹬部件：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、

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。

车架一般采用普通碳素铜管经过焊接、组合而成。为了减轻管重量，提高强度，

较高档的自行车采用低合金钢管制造。为了减少快速行驶的阻力，自行车应该采

用流线型的钢管。

由于自行车是依靠人体自身的驱动力和骑车技能而行驶的，车架便成为承受自行

车在行驶中所产生的冲击载荷以及能否舒适、安全地运载人体的重要结构体，车

架部件制造精度的优劣，将直接影响乘骑的安全、平稳、和轻快。

外胎：分软边胎和硬边胎两种。软边胎断面较宽，能全部裹住内胎，着地面积比

较大，能适宜多种道路行驶。硬边胎自重轻，着地面积小适宜在平坦的道路上行

驶，具有阻力小，行驶轻快等优点。

前叉部件：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。前叉部件的受力情况属悬臂梁性质，故前叉部

件应该具有足够的强度等性质。

链轮：应该用高强度钢材制成，保证其达到需要的拉力。

飞轮工作原理：当向前踏动脚踏是，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，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。

芯子转动加快，千斤也很快在各个飞轮内齿上滑动，发出嗒嗒“”的声音。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。

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，应该减少链条的宽度，使它与齿轮

紧密接触，减少掉链的几率。

2、自行车的力学知识

2.1运动和力的应用

2.1.1增大和减小摩擦

自行车在行驶的过程中，各个相互接触的部件间产生相对运动，这些地方就存在

摩擦。手与车把间摩擦、车轮与地面间摩擦、闸皮与车轮间的摩擦等都是有益

摩擦。用摩擦系数较大的橡胶制作车把上的胶套，在胶套上刻上花纹来增大手与

车把间摩擦；在轮胎外壳上刻上花纹来增大车轮与地面间摩擦；，采用增大压力

的方法来增大闸皮与车轮间的摩擦。前轴、中轴、后轴、脚蹬、车把与车架间

等各个转动部位的摩擦都属于有害摩擦。减小这些有害摩擦的方法是在转动部位

安装轴承，利用滚动摩擦代替了滑动摩擦；通过向这些部位加上黄油（钙基润滑

脂）或机油进行润滑。摩擦力的大小跟两个因素有关：压力的大小、接触面的粗

糙程度。压力越大，摩擦力越大；接触面越粗糙，摩擦力越大。自行车外胎有

凸凹不平的花纹，这是通过增大自行车与地面间的粗糙程