1818年,德國的B.K.von德賴斯發明木制、帶車把、雙腳蹬地行駛的雙輪自行車。1839年,蘇格蘭的K.麥克米倫制成由曲柄連桿機構驅動後輪的、用腳蹬踏板行駛的鐵制自行車。1861年,法國的米肖父子發明前輪大、後輪小、在前輪上裝有曲柄和能轉動踏板的自行車,並於1867年在巴黎博覽會上展出,曾壹度掀起自行車熱。
自行車的結構1869年,英國的W.F.雷諾采用輻條拉緊輪輞,用鋼管制成車架,並在輪輞上安裝實心的橡膠帶,使自行車重量減輕。1874年,英國的H.J.勞森在自行車上采用鏈條傳動機構。1886年,英國的J.斯塔利在自行車上安裝車閘,使用滾子軸承,將鋼管組成菱形車架並使前後輪大小相同。1888年,英國的J.B.鄧洛普成功地將充氣輪胎應用在自行車上,顯著地提高了自行車的騎行性能。此後,自行車的結構不斷改進,性能逐步提高,使用越來越廣泛。
自行車-發明
自行車
自行車關於自行車的發明說法較多。
①中國是世界上發明自行車最早的國家。自行車的始祖是中國公元前五百多年的獨輪車。清康熙年間(1662~1722年),黃履莊曾發明過自行車。《清朝野史大觀》卷十壹載:“黃履莊所制雙輪小車壹輛,長三尺余,可坐壹人,不須推挽,能自行。行時,以手挽軸旁曲拐,則復行如初,隨住隨挽日足行八十裏。”這就是世界上最早的自行車。
②自行車為西歐人所發明。公元1790年,法國人西夫拉克研制成木制自行車,無車把、腳蹬、鏈條。車的外形像壹匹木馬的腳下釘著兩個車輪,兩個輪子固定在壹條線上。由於這輛自行車沒有驅動裝置和轉向裝置,座墊低,西夫拉克自己騎在車上,兩腳著地,向後用力蹬,使車子沿直線前進。1817年,德國的馮?德萊斯男爵發明了壹種能自由活動的車把,使他的自行車轉變比較方便。1818年,德萊斯在英國申請了專利。1839年,英國壹位工人K?麥克米倫首創了用曲軸機構驅動後輪的腳踏自行車,可使人在騎自行車時雙足離開地面。1861年的壹天,巴黎的馬車和嬰兒車制造商米肖父子修理德萊斯式自行車,修好後在坡道上試車時,感到這種車放腳很困難,於是對它進行了改進,在車的前輪上安上腳蹬曲軸,從而發明了米肖型自行車,不久這種自行車便開始大量生產。大概在1870年前後,法國的馬執又制造了壹種前面驅動輪大,後面從動輪小的自行車,這種車的運行效果較好。1890年後,英國的亨伯公司生產出壹種用鏈條傳動的、車為菱型的自行車,這種形式的自行車壹直沿用至今。
③自行車為俄國人發明。1801年9月的壹天,俄國農奴阿爾塔莫諾夫騎著自己制造的木制自行車,行駛2500公裏,趕到莫斯科向沙皇來歷山大壹世獻禮。阿爾塔莫諾夫制造的自行車與法國人西夫拉克制造的車較相似。亞歷山大壹世見到阿爾塔莫諾夫制造的自行車,當即下令取消了他的奴隸身份。
自行車-發展歷史 自行車發展
1790年,有個法國人名叫西夫拉克,他特別愛動腦筋。有壹天,他行走在巴黎的壹條街道上,因為前壹天下過雨,路上積了許多雨水,很不好走。突然,壹輛四輪馬車從身後滾滾而來,那條街比較狹窄,馬車又很寬,西夫拉克躲來躲去幸而沒有被車撞倒,還是被濺了壹身泥巴和雨水。別人看見了,替他難過,還氣得直罵,想喊那輛馬車停下,講理交涉。西夫拉克卻喃喃地說:“別喊了,別喊了,讓他們去吧。”馬車走遠了,他還呆呆地站在路邊。他在想:路這麽窄,行人又那麽多,為什麽不可以把馬車的構造改壹改呢應當把馬車順著切掉壹半,四個車輪變成前後兩個車輪……他這樣壹想,回家就動手進行設計。經過反復試驗,於1791年第壹架代步的“木馬輪”小車造出來了。這輛小車有前後兩個木質的車輪子,中間連著橫梁,上面安了壹個板凳,像壹個玩具俱似的。由於車子還沒有傳動鏈條,靠騎車人雙腳用力蹬地,小車才能慢慢地前進,而且車子上也無轉向裝置,只能直行,不會拐彎,出門騎壹會兒就累得滿身大汗。剛剛出現的新東西總是不那麽完善的。西夫拉克並不灰心,他繼續想辦法加以改進。可惜,不久他因病去世了。
1818年,在德國有個看林人名叫德萊斯,他每天從村東的這壹片樹林,走到村西的另壹片樹林,年年如此。他想:如果人坐在車子上,走走停停,隨心所欲,不是很瀟灑嗎?德萊斯開始制作木輪車,樣子跟西夫拉克的差不多。不過,在前輪上加了壹個控制方向的車把子,可以改變前進的方向。但是騎車對依然要用兩只腳,壹下壹下地蹬踩地面,才能推動車子向前滾動。當德萊斯騎車出門試驗的時候,壹路上遭到不少人的嘲笑。盡管如此,他還是十分喜歡自己創作的這架“可愛的小馬崽”。
1840年,英格蘭的鐵匠麥克米倫,弄到了壹輛破舊的“可愛的小馬崽”。他在後輪的車軸上裝上曲柄,再用連桿把曲柄和前面的腳蹬連接起來,並且前後輪都用鐵制的,前輪大,後輪小。當騎車人踩動腳蹬,車子就會自行運動起未,向前跑去。這樣壹來,就使騎車人的雙腳真正離開地面,以雙腳的交替踩動變為輪子的滾動,大大地提高了行車速度。1842年,麥克米倫騎上這種車,壹天跑了20公裏,由於不小心,踩車的速度過快,撞倒了路上的壹個小女孩,因此而被警察抓住,並處以罰款。其罪名是野蠻騎車。
1861年,法國的米肖父子,原本職業是馬車修理匠,他們在前輪上安裝了能轉動的腳蹬板;車子的鞍座架在前輪上面,這樣除非騎車的技術特別高超,否則就抓不穩車把,會從車子上掉下來。他們把這輛兩輪車冠以“自行車”的雅名,並於1867年在巴黎博覽會上展出,讓觀眾大開眼界。
1869年,英國的雷諾看了法國的自行車之後,覺得車子太笨重了,開始琢磨如何把自行車做得輕巧壹些。他采用鋼絲輻條來拉緊車圈作為車輪;同時,利用細鋼棒來制成車架,車子的前輪較大,後輪較小。從而使自行車自身的重量減小壹些。從西夫拉克開始,壹直到雷諾,他們制作的5種型式的自行車都與現代自行車的差別較大。
真正具有現代形式的自行車是在1874年誕生的。英國人羅松在這壹年裏,別出心裁地在自行車上裝上了鏈條和鏈輪,用後輪的轉動來推動車子前進。但仍然是前輪大,後輪小,看起來不夠協調,不穩定。
1886年,英國的斯塔利,是壹位機械工程師,從機械學,運動學的角度設計出了新的自行車樣式,為自行車裝上了前叉和車閘,前後輪的大小相同,以保持平衡,並用鋼管制成了菱形車架,還首次使用了橡膠的車輪。斯塔利不僅改進了自行車的結構,還改制了許多生產自行車部件用的機床,為自行車的大量生產利推廣應用開辟了寬闊的前景,因此他被後人稱為“自行車之父”。斯塔利所設計的自行車車型與今天自行車的樣子基本壹致了。
1888年,愛爾蘭的獸醫鄧洛普,從醫治牛胃氣膨脹中得到啟示,他把家中花園裏用來澆水的橡膠管粘成圓形,打足了氣,裝在自行車輪子上,前往參加騎自行車比賽,居然名列前茅,引起了人們極大的興趣。充氣輪胎是自行車發展史上壹個劃時代的創舉,它增加了自行車的彈性,不會因路面不平而震動;同時大大地提高了行車速度,減少了車輪與路面的摩擦力。這樣,就根本上改變了自行車的騎行性能,完善了自行車的使用功能。由此可知,從18世紀末葉起,壹直到20世紀初期,自行車的發明和改進,經歷了大約200年的時光,有許多人為之奮鬥不息,才演變成現在這種騎行自如的樣式。
自行車-部分組成 自行車組成
①車體部分:包括車架、前叉、車把、鞍座和前叉合件等,是自行車的主體。
②傳動部分:包括腳蹬、曲柄、鏈輪、鏈條、中軸和飛輪等,由人力踩動腳蹬,通過以上傳動件帶動車輪旋轉,驅車前行。
③行動部分:即前後車輪、包括前後軸部件、輻條、輪輞(車圈)、輪胎等。
④安全裝置:包括制動器(車閘)、車燈、車鈴、反射裝置等。
根據需要,還可增加壹些附件,如支架、衣架、保險叉、擋泥板、氣筒等。另外,裝有變速機構的運動車、競賽車、山地車等還裝有變速控制器和前後撥鏈器等。
部件詳細解說
1、車架部件是構成自行車的基本結構體,也是自行車的骨架和主體,其他部件也都是直接或間接安裝在車架上的。
車架部件的結構形式有很多,但總體可以分為兩大類:即男式車架和女式車架。
車架壹般采用普通碳素銅管經過焊接、組合而成。為了減輕管重量,提高強度,較高檔的自行車采用低合金鋼管制造。為了減少快速行駛的阻力,有的自行車還采用流線型的鋼管。
由於自行車是依靠人體自身的驅動力和騎車技能而行駛的,車架便成為承受自行車在行駛中所產生的沖擊載荷以及能否舒適、安全地運載人體的重要結構體,車架部件制造精度的優劣,將直接影響乘騎的安全、平穩、和輕快。壹般輻條是等徑的,為了減輕重力,也有制成兩端大、中間小的變徑輻條,還有為了減少空氣阻力將輻條制成扁流線型
2、外胎:分軟邊胎和硬邊胎兩種。軟邊胎斷面較寬,能全部裹住內胎,著地面積比較大,能適宜多種道路行駛。硬邊胎自重輕,著地面積小適宜在平坦的道路上行駛,具有阻力小,行駛輕快等優點。 外胎上的花紋是為了增加與地面的摩擦力。山地自行車的外胎寬度特別寬,花紋較深也是適應越野山地用。
3、腳蹬部件:腳蹬部件裝配在中軸部件的左右曲柄上,是壹個將平動力轉化為轉動力的裝置,自行車騎行時,腳踏力首先傳遞給腳蹬部件,,然後由腳蹬軸轉動曲柄,中軸,鏈條飛輪,使後輪轉動,從而使自行車前進。因此腳蹬部件的結構和規格是否合適,將直接影響騎車人的放腳位置是否合適,自行車的驅動能否順利進行。
腳踏:可分為整體式腳踏和組合式腳踏。無論什麽款式的腳踏都必須有腳踏面,必須安全可靠,具有壹定的防滑性能,可以選用橡膠、塑料或金屬材料制造。腳踏必須轉動靈活。
4、前叉部件:前叉部件在自行車結構中處於前方部位,它的上端與車把部件相連,車架部件與前管配合,下端與前軸部件配合,組成自行車的導向系統。
轉動車把和前叉,可以使前輪改變方向,起到了自行車的導向作用。此外,還可以起到控制自行車行駛的作用。
前叉部件的受力情況屬懸臂梁性質,故前叉部件必須具有足夠的強度等性質。
5、鏈條:鏈條又稱車鏈、滾子鏈,安裝在連輪和飛輪上。其作用是將腳踏力由曲柄、鏈輪傳遞到飛輪和後輪上,帶動自行車前進。
鏈輪:用高強度鋼材制成,保證其達到需要的拉力。
6、飛輪:飛輪以內螺紋旋擰固定在後軸的右端,與鏈輪保持同壹平面,並通過鏈條與鏈輪相連接,構成自行車的驅動系統。從結構上可分為單級飛輪和多級飛輪兩大類。 單級飛輪又稱為單鏈輪片飛輪,主要由外套、平擋和芯子、千斤、千斤簧、墊圈、絲擋幾鋼球等零件組成。
其單級飛輪工作原理:當向前踏動腳踏是,鏈條帶動飛輪向前轉動,這時飛輪內齒和千斤相含,飛輪的轉動力通過千斤傳到芯子,芯子帶動後軸和後輪轉動,自行車就前進了。
當停止踏動腳踏板時,鏈條和外套都不旋轉,但後輪在慣性作用下仍然帶動芯子和千斤向前轉動,這時飛輪內齒產生相對滑動,由此將芯子壓縮到芯子的槽口內,千斤又壓縮了千斤簧。當千斤齒頂滑到飛輪內齒頂端時,千斤簧被壓縮得最多,再稍微向前滑壹點,千斤被千斤簧彈到齒根上,發出“嗒嗒”的聲響。芯子轉動加快,千斤也很快在各個飛輪內齒上滑動,發出“嗒嗒”的聲音。當反向踏動腳踏時,外套反向轉動,會加速千斤的滑動,使“嗒嗒”聲響得更急促。多級飛輪是自行車變速裝置中的壹個重要部件。
級飛輪是在單級飛輪的基礎上,增加幾片飛輪片,與中軸上的鏈輪結合,組成各種不同的傳遞比,從而改變了自行車的速度。
自行車-材料
鉻鉬鋼車架:90年代以前,自行車車架以鉻鉬鋼制的為主流。它的扭曲性能及拉伸性能好,焊接時高溫也不會影響素材,價格便宜。但重量重,容易被氧化。近年來出現克服了它的欠點,發揮優點的新素材,鉻鉬鋼車架再次受到註目。
碳纖車架:輕,而且能吸收地面的沖擊、素材的反撥力快等,是理想的自行車車架素材。碳纖維的等級,噸數越高彈性也越高,價格也貴。制造方法有幾種,例如在模具上沾上粘合劑,重疊碳纖維,熱處理、凝固、成型等。
鈦車架:鈦的比重比鋼輕55%,不容易氧化。為了提高拉伸強度,有混合鋁、釩等的鈦合金。焊接要在真空中進行等加工復雜,車架價格貴。
鋁制車架:鋁合金制的車架輕而剛性強。經過特殊加工1個車架的重量只有1公斤重。鋁管道趨向大口徑化,為了緩和過於強的剛性,目前座管及車叉采用吸收沖擊力強的碳纖等的受人註目。
自行車-分類
根據用途可分為載重車(旅行車)、普通車、輕便車、運動車、競賽車(室外、室內)、山地車、特種車(如健身車、雜技車)等。
根據使用對象可以分為男車、女車和童車等。
根據車輪直徑大小可以分為71厘米車、66厘米車、61厘米車等。
根據車架等主體部件的用材可以分為碳鋼車、合金鋼車、鋁合金車等。
根據車架的結構可以分為桿疊車、可拆卸車和整體車等。
自行車-設計方法
世界上第壹批真正實用型的自行車出現於19世紀初。1817年,德國人德萊斯在法國巴黎發明了帶車把的木制兩輪自行車。自行車問世後迅速成為當時歐洲人青睞的交通工具。19世紀壹些歐洲人也構思出了壹些理想的自行車圖。
自行車發明的早期階段,人們認為越大的輪子行駛的速度越快,兩名男子騎著壹輛車輪幾乎為壹人高的自行車。
在自行車的發明階段,有些人並沒有把自行車的兩個輪子設計成前後放置,而是把兩個輪子做成了左右放置,這種自行車的外形有些類似輪椅。
這是歐洲人早期設計的壹種三輪自行車。三輪自行車的平衡能力更好,人們更容易學會騎乘三輪自行車。隨著日後自行車技術的改進,三輪自行車逐漸發展成壹種運貨的交通工具。
這也是壹款三輪自行車,不過設計人員將兩個動力輪放在了車前部,壹個輔助輪放在了車後部。人們在騎這種自行車時前方還可以做壹名乘客。這種自行車與現代在後面可以帶人的自行車設計理念正好相反。
自行車-原理
自行車的車架、輪胎、腳踏、剎車、鏈條等25個部件中,其基本部件缺壹不可。其中,車架是自行車的骨架,它所承受的人和貨物的重量最大。按照各部件的工作特點,大致可將其分為導向系統、驅動系統、制動系統:
1、導向系統:由車把、前叉、前軸、前輪等部件組成。乘騎者可以通過操縱車把來改變行駛方向並保持車身平衡。
2、驅動(傳動或行走)系統:由腳蹬、中軸、鏈輪、曲柄、鏈條、飛輪、後軸、後輪等部件組成。人的腳的蹬力是靠腳蹬通過曲柄,鏈輪、鏈條、飛輪、後軸等部件傳動的,從而使自行車不斷前進。
3、制動系統:它由車閘部件組成、乘騎者可以隨時操縱車閘,使行駛的自行車減速、停使、確保行車安全。
此外,為了安全和美觀,以及從實用出發,還裝配了車燈,支架等部件。
自行車-性能
自行車性能的優劣可從騎行、安全和耐用3個方面來衡量。
騎行性能 騎行性能與自行車的結構尺寸有關,騎行者的體材與車輛相互匹配才會騎行輕快、舒適和操縱自如。,人體與車輛在A、B、C3點接觸,3個點組成壹個三角形,它的邊長和角度是自行車的重要參數。AB和AC的長度關系到騎行者能否最有效地發揮體力。BC 的長度和位置依車型和騎行者習慣而定,它決定騎行者的姿勢和舒適性。
前後輪中心距L、前叉傾斜角θ和前叉伸距T也是自行車的主要參數,根據車型選定。壹般來說,L、T值大而θ值小時,車輛穩定性好,直線行駛的自復力強,但靈活性差;反之,L、T值小而θ值大時,車輛靈活性強而穩定性差些。L值是根據騎車人的體材來選擇,壹般在900~1200mm;θ值在65°~75°;T值決定於θ值。前叉翹度H通常控制在前叉轉向軸線和前輪中心垂線交點J的位置,J點離地面的高度壹般為車輪半徑R的15%~60%。另外,制造精度以及車輪重量(含輪胎)也影響騎行性能。
安全性能 自行車騎行者的人身安全是個重要問題,各國制定有相應的標準。中國頒布的安全標準包括結構件的強度、閘車制動性能和安全裝置3個方面,前者包括車架和前叉組合件的強度、車把與前叉的裝配牢固度、前後車輪的強度等。
①車架和前叉組合件的沖擊強度:有兩個測定方法。壹是落重沖擊試驗,將組合件垂直豎起,在前叉上方180mm處置壹個22.5kg的重錘,在重錘的壹次沖擊下,組合件的永久變形不能超過40mm,並無肉眼能見的裂紋;二是跌落沖擊試驗,在組件的鞍座處放置70kg的重物,使其重心移至後軸垂直位置上,自由向前跌落,經過兩次重復測試,不得有肉眼能見裂紋。另外,車架和前叉還需進行側向荷重強度試驗,其負荷重量按車型而有所不同。
②車把與前叉的裝配牢固度:測定方法是車把裝入前叉後,在車把橫管(通常用試棒代替)上施加25N·m的力矩,車把不得轉動。
③前、後車輪的強度:測定方法是將穿好輻條並經過校正的車輪夾緊平放,在其側向施加178N的力,1分鐘後,永久變形不得大於1.5mm。
④閘車制動性能:測試方法根據車輛的傳動速比分為兩種。壹種是對行程5m或5m以上的自行車,規定試驗車速為24km/h;另壹種是對行程5m以下的車,車速為16km/h。制動性能有幹態和模擬雨天的濕態兩種。在規定的試驗車速下,同時使用前、後閘,幹態的制動距離不得大於5.5m,濕態的制動距離不得大於15m。
⑤安全裝置:自行車要裝有車鈴或車燈,還要有反射器(俗稱回光)。反射器是借機動車頭燈或其他外來光源照射,反射出足夠強度的光線,提醒對方註意,從而保護自身。反射器有前方、側向和後方反射器 3種。前方的為白色,後方的為紅色,前輪側向的為白色或琥珀色,後輪側向的為白色或紅色,腳蹬為白色或琥珀色。
耐用性能 可分為內在和外表兩個方面。內在的耐用性能要求保證壹定的結構強度,要求對壹些易磨損零件如前、中、後軸的擋碗、飛輪的齒片、鏈條心子和滾子以及腳閘的零件等,進行熱處理滲碳淬火,以提高表面硬度。外表的耐用性能是通過電鍍和塗裝(油漆)防止腐蝕和增加外表美觀。電鍍是在車把、輪輞等原有金屬表面上鍍上銅、鎳、鉻或鎳、鎳、鉻3層金屬鍍層,也可視資源情況和防銹性能要求選擇其他鍍層。對壹些次要的小零件,則采用光亮鍍鋅工藝。塗裝是采用高壓靜電的方法,對車架、前叉表面進行噴塗。油漆表面要豐滿、絢麗,並具有壹定的防銹性能和漆膜結合力。
發展趨勢 由於各國生活水平的差異,使用自行車的目的各不相同,有些國家的騎行者以旅遊、鍛煉身體以及少年兒童體育運動為主要目的,壹般使用多速車、越野車和山地車;有些國家的自行車主要作為交通工具,多使用輕便車和多速車。總的來說,自行車是朝著美、輕、牢、新、廉方向發展。美是造型美觀、色彩鮮艷、華麗而不俗;輕是自重輕、騎行輕;牢是強度高;新是款式新、品種多;廉是成本低、競爭力強。中國老年人愛好自行車運動的有好幾十萬人,他們在各地成立了自行車騎遊組織,需要壹批適合老年人騎行旅遊、鍛煉身體的自行車,現在雙人自行車,半躺式的自行車已經開發出來了。
自行車-維護工作 自行車的潤滑
自行車是量大面廣的人力機械,潤滑結構型式有滑動摩擦和滾動摩擦,有點摩擦和線摩擦,有流體潤滑和邊界潤滑,有油潤滑和脂潤滑。
自行車的關鍵運動摩擦部位是中軸和前、後軸,都是使用滾珠軸承,用2號鈣基潤滑脂潤滑。每次檢修時都要將滾珠和珠槽及擋蓋清洗幹凈,向珠槽內塗勻2號鈣基潤滑脂,沿軸周圍擺滿表面光滑完整滾圓並顆粒均勻,大小壹致的專用滾珠(珠子),而後上好擋蓋,切勿使塵土雜質混入。而後每壹季度或半年向加油孔(有油孔的)或軸端滴2-5滴自行車潤滑油,或40℃,粘度7-15mm2/s的低粘度潤滑油。但在加油之前壹定要清除加油孔或軸端附近的塵埃汙物,以免造成磨損。壹般用潤滑脂潤滑時不能混用潤滑油,油與脂在壹般情況下不能混合。但在自行車上是特殊情況,為簡化設備而無脂嘴,只有補加潤滑油,以改善潤滑。
其次鏈條和齒輪盤的潤滑,這裏是滑動摩擦和滾動摩擦的混合摩擦,且大部分處於邊界潤滑狀態,因而摩擦條件較苛刻,壹定要用粘附性和潤滑性較好的潤滑油潤滑,尤其大多數都是開放式,在塵埃較多的情況下工作的,對鏈條和齒輪盤的磨損嚴重,因而要根據情況隨時(季度或半年)清洗幹凈,換用新油,最用用粘度較大的潤滑油(40℃粘度10-20mm2/s),但壹般也用和向三軸加的同樣潤滑油,這樣較為方便。