[自行车的发展史及所应用的机械]自行车发展史
时间：2018-12-28 03:30:32 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
一、自行车的发展史 1818年,德国人德赖斯发明了木制、带车把的两轮自行车,靠双脚蹬地行驶.1839年,苏格兰的麦克米伦制成了第一辆由曲柄连杆机构驱动后轮的铁制自行车,用脚蹬踏板行驶.1861年,法国的米肖父子发明前轮大、后轮小、在前轮上装有曲柄和能转动的踏板的自行车,并于1867年在巴黎博览会上展出,曾一度掀起自行车热.
1869年,英国人雷诺首先用辐条来拉紧轮辋,用钢管制成车架,并首先在轮辋上装上了实心的橡胶带,使自行车的重量大大减轻.1874年,英国的劳森开始在自行车上采用链条传动结构,但此时自行车仍是前轮大后轮小(图1).
1886年英国人斯塔利在自行车上装上车闸,使用滚子轴承,又将前轮缩小,使前后轮大小相同,并将钢管组成菱形车架.在1888年,英国的邓洛普成功地将充气轮胎应用在自行车上,显著地提高了自行车的骑行性能(图2).从此,自行车的结构基本上定型,后来人们在此基础上又制成了山地自行车、折叠式自行车(图3)等,自行车成为人们常用的一种交通工具.
二、自行车的结构
自行车主要由车体部分、传动部分、行动部分和安全装置组成,根据需要可增加一些附件.四个主要部分又可分解为车架、前叉、前叉合件、车把、前轴、中轴、后轴、曲柄、链轮、脚蹬、飞轮、车轮(包括轮辋、车胎、辐条)、链条、鞍座、车闸、车灯、车铃、尾灯等部件.装有变速机构的山地车和竞赛车还装备变速控制器、前拨链器和后拨链器等.自行车附件有衣架、支架、气筒、保险叉、挡泥板等.车体部分主要由车架、前叉、车把、鞍座和前叉合件等组成.车架是用普通碳素钢管经钎焊而成的菱形桁架结构,车架具有足够的强度,可以承担骑行者和运载货物的重量,以及来自地面的冲击力;前叉通过有上下两组滚珠轴承的前叉合件与车架相连接,前叉在车架上可以灵活转动;车把通过车把中心的斜楔式螺母,用旋紧把心丝杆的办法固定在前叉的主管内,使之与前叉连接成一刚性的转向机构,以提供良好的操纵性能;鞍座通过一根鞍管与车架刚性连接,以承受人体全部重量,鞍座的高度可根据骑行者的需要调整.
传动部分由脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条和飞轮组成.骑车人的双脚踩动脚蹬,带动曲柄做回转运动,由链轮经链条传到后轴的飞轮而带动车轮转动.一般自行车的传动速比是固定的,即行程是一个定值.较高级的和特殊需要的自行车都装有不同形式的变速传动装置,常见的有中轴变速、传动链变速和后轴变速三种.
行动部分的前后车轮,通常由前后轴部件、辐条、轮辋和轮胎组成.车轮的重量和轮胎的花纹、规格、质量等都影响骑行的轻快性和舒适性;轮辋和轮胎的重量一般尽量减轻,以使骑行轻快;轻质轮辋用铝合金制造,轮辋通过辐条与前后轴连接.安全装置主要是指制动器,即车闸,其次还有照明设备和鸣号装置等.车闸是保证骑行者人身安全的重要装置,车闸的种类繁多,基本上分为轮缘闸和轴闸两类.轮缘闸是通过机械杠杆、推杆、拉杆或钢丝绳等,直接将高摩擦系数的闸皮压向轮胎或轮辋,以使车轮制停的装置;轴闸是用各种方式来制停轴壳的装置,这种车闸不受轮缘不正的影响,制动过程柔和平稳.
三、自行车上的简单机械
自行车虽然是我们常用的代步交通工具,但也许你并没有认真地观察和研究过它.如果你仔细观察,从自行车的结构和使用上,你会发现它的很多方面都应用了我们学过的力学知识.下面以变速自行车为例,谈谈自行车结构上所应用的部分简单机械.
1.车把
自行车的车把与前叉轴构成了一个轮轴,由于手把转动的半径大于前叉轴的半径,所以相当于是一个省力杠杆,人们用很小的力就能转动自行车前轮,来控制自行车的运动方向和自行车的平衡.
2.传动系统
自行车脚踏板与大齿轮盘构成了一个轮轴,脚踏板到轮盘中轴线的长(即大拐的长)是轮轴的轮半径,大齿轮盘的半径是轴半径.显然,轮半径大于轴半径,轴半径是轮半径的几分之一,作用在轮盘上的力就是脚棒上力的几倍,这个轮轴实质上相当于省力杠杆.自行车的链条将轮盘与后轮上的飞轮又连在了一起,而飞轮与后轮在同一轴上,自行车前进时,飞轮与后轮同轴转动,又组成一个轮轴.自行车的链条传过来的作用在飞轮上的力是动力,使自行车前进,而地面对后轮的静摩擦力是后轮转动的阻力.飞轮是这个轮轴的轮,后轮是轴.飞轮的半径是轮半径,而后轮半径是轴半径,轮半径是轴半径的几分之一,动力就是阻力的几倍.也就是说,这个轮轴实质上相当于费力杠杆.但是动力作用点移动的距离远远小于阻力作用点移动的距离,是费力省距离.这也就是我们骑自行车代替走路的缘故.
3.刹车系统
如图4所示,刹车柄固定在O点,金属丝从O点接出联结刹车块,它们构成一个杠杆,这是一个省力杠杆,人们用很小的力就能使车闸以较大的压力压到车轮的钢圈上.捏刹车柄时,带动刹车块抵紧轮胎.根据杠杆平衡条件,当手作用在刹车柄顶端与当手作用在刹车柄中部相比,所作用的动力臂越大,则所需要的动力越小.即当手在距O点越远的地方捏刹车时,越省力.
除了上述的几种简单机械以外,自行车上还有不少简单机械,同学们可以自己观察.
