自行车的受力分析ppt
自行车上的物理知识
正确的骑行姿势有助于减轻骨骼负担，提高骑行效率。
肌肉力量与耐力
02
骑行过程中，肌肉提供动力和维持姿势稳定。不同骑行方式
（如竞速、越野等）对肌肉力量和耐力的需求有所不同。
柔韧性与平衡
03
良好的柔韧性和平衡能力有助于骑行者在复杂路况下保持稳定，
减少受伤风险。
骑行过程中能量消耗和补给策略
有氧运动与能量消耗
铝合金
较轻便，抗腐蚀性好，但 强度和刚度相对较低。
碳纤维
具有极高的强度和刚度， 重量轻，但成本较高。
材料轻量化和强度提升途径
采用高强度轻质材料， 如高强度铝合金、钛造、焊接 等。
优化材料结构，如采 用空心管结构、蜂窝 结构等。
耐磨、抗腐蚀等表面处理技术应用
加强道路交通安全管理，改善骑行环 境，降低自行车交通事故发生率。
THANKS
感谢观看
REPORTING
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自行车上的物理知识
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REPORTING
目录
• 自行车结构与力学原理 • 自行车运动中的动力学分析 • 自行车材料选择与性能优化 • 骑行过程中人体生物力学研究 • 自行车安全性能提升措施 • 总结：自行车上物理知识应用前景展望
PART 01
自行车结构与力学原理
等。
光降解材料
在光照条件下逐渐分解的材料，如 可降解塑料等。
循环利用材料
通过回收再利用废旧自行车材料， 减少资源浪费和环境污染。
PART 04
骑行过程中人体生物力学 研究
REPORTING
WENKU DESIGN
人体骨骼肌肉系统与骑行姿势关系
骨骼支撑与运动
01
骑行时，骨骼系统为身体提供支撑，并通过关节连接实现运动。
分析自行车上的摩擦力
分析自行车上的摩擦力作者：鲁明来源：《初中生世界·八年级物理版》2013年第03期摩擦力是一种常见的力，当两物体相互接触，相互挤压，并做相对运动或者有相对运动趋势时，在接触面会产生一种阻碍相对运动的力，这个力叫摩擦力.在日常生活和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的.我们总是要增大有益摩擦，减小有害摩擦.下面就以自行车为例来加深对摩擦力的认识.一、自行车上的有益摩擦和有害摩擦自行车上的静摩擦都是有益的.各部件的固定和安装都要用到螺丝和螺帽，必须要把它们旋紧，主要目的就是增大部件之间的摩擦力.如前叉和龙头的固定、连接鞍座在车架上固定、前后轮在车架上固定、脚蹬在曲柄链轮上固定等；后轮胎和地面的摩擦也是静摩擦，因为它是驱使自行车前进的力，所以它也是有益的摩擦力；刹车时刹皮和车轮之间的摩擦能有效地控制车子的行进，所以它也是有益的.自行车上的动摩擦都是有害的.如中轴、前车轴、后车轴、前叉合件、脚踏轴等部件，同时包括刹车把手，它们在转动过程中极易使部件磨损，造成传动或转动障碍，所以它们之间的摩擦是有害的.二、自行车上增大有益摩擦和减小有害摩擦的部位和方法1.自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多.自行车上增大有益摩擦的方法有两种：一是增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；二是用增大压力的方法来增大摩擦.（1）在自行车上有很多部位都是通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦的，具体见下表.（2）自行车也有一些地方是采用增大压力的方法来增大摩擦的，具体见下表.2.自行车上减少有害摩擦的方法有两种：一是利用滚动摩擦代替滑动摩擦来减少摩擦；二是给某些部件加润滑剂来减少摩擦.（1）以滚动摩擦代替滑动摩擦的部位和方法见下表.（2）自行车上也有通过给某些部件加润滑剂的方法来减少摩擦的，比如在链条和轴承处.三、车轮所受的摩擦力方向1.脚蹬自行车启动时车轮所受的摩擦力方向如果问自行车是怎样前进的？很多同学都会说这个问题太简单了，“因为人用力蹬，所以车向前进”.实际上如果找一辆可以三点支撑的自行车（如图1），支起它的后撑脚，用手摇动脚踏使后轮转动起来，发现自行车是丝毫不前进的.所以自行车后轮还必须与地面接触才能前进.那为什么后轮着地时蹬车车就能前进呢？当我们骑在自行车上时，由于人和自行车对地面有压力，轮胎和地面之间不光滑，因此自行车与路面之间有摩擦力.那么这个摩擦力的方向是什么呢？这里结合图示加以受力分析.首先，当脚对脚蹬施加向下的作用力F时，链条带动飞轮向前（本文中是以向右为前，向左为后）转动，从而带动后轮沿顺时针方向转动，如图2箭头所示.此时后轮相对于地面有向后的运动趋势，如图3的箭头所示.根据静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向相反，所以地面对后轮产生了向前的静摩擦力f，从而推动自行车能够前进，这就是自行车前进的动力，如图4所示.所以我们把自行车的后轮称为主动轮，而把前轮称为从动轮，是“被迫”旋转的，起辅助行驶和辅助平衡的作用.那前轮此时是否受到摩擦力呢？答案是肯定的.因为此时地面对后轮产生了向前的静摩擦力，使自行车向前运动起来，此时前轮相对于地面向前滚动，如图5箭头所示.而且地面又是粗糙的，所以前轮受到了地面的滚动摩擦力.根据摩擦力的方向总是与物体的相对运动方向相反，所以地面对前轮产生的滚动摩擦力f的方向是向后的.如图6的箭头所示.那么前轮所受滚动摩擦力有什么用？是用来阻碍自行车的运动的，其方向与自行车前进方向相反.正是这两个力大小相等、方向相反，所以自行车能够做匀速直线运动.2.当停止踏动脚踏板时车轮所受的摩擦力方向当停止踏动脚踏板时，链条和外套都不旋转，但整辆自行车由于具有惯性仍然保持向前运动的状态，此时前轮和后轮都相对于地面向前运动，如图7箭头所示.因此地面对前轮和后轮都产生向后的滚动摩擦力f，如图8箭头所示.由于摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反，根据力可以改变物体的运动状态，所以自行车处于减速状态.3.刹车时车轮所受的摩擦力方向刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力属于滑动摩擦力，阻碍后轮沿顺时针转动方向转动.因为接触面所受压力越大，接触面越粗糙，滑动摩擦力就越大.如果此时手握刹车把手压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产生的摩擦力也就越大，后轮就转动得越慢.如果完全刹死，这时后轮与地面之间的摩擦就变为滑动摩擦（原来为滚动摩擦，方向向后），强大的滑动摩擦力f 的方向与自行车前进方向相反（如图9箭头所示），阻碍了自行车的运动，使自行车迅速减速（或迅速停止运动）.4.人通过走路推动自行车行驶时车轮所受的摩擦力方向当人们在地上推自行车前进时，前轮和后轮的摩擦力方向都向后.示意图如图8所示.那谁和这两个力平衡呢？脚对地面向前的摩擦力.通过对自行车上的摩擦现象的再认识，我们不但进一步巩固了物理知识，而且能够和实际生活相联系，运用已有知识分析、解决问题，体会到物理知识和社会生活有着密切的联系.。
自行车中的力学
自行车中的力学0 引言目前中国已经成为了全世界第二大经济体，世界瞩目。
但是，随着经济水平的提高，我国的环境却出现了明显的恶化，特别是严重的雾霾天气，已经对广大人民的健康生活带来了危害。
随着环境问题的日益突出，绿色低碳生活成为了人们谈论最多的话题，其中自行车作为一种完全绿色健康的生活方式，在各大城市中均掀起了一股“骑行热潮”。
自行车的出现距今已有百余年，最早是由法国人西夫拉克发明的。
而第一辆现代意义的自行车则出现在19世纪末的英国，后由传教士带入中国。
自行车分为公路自行车、场地自行车、三项赛/计时赛自行车、山地自行车、速降自行车、斜躺自行车、旅行自行车、广告自行车、越野公路车、双人/多人自行车、折叠车、电动自行车、小轮车等多种用途和种类，但不论哪种其基本结构和力学原理都是一样的。
1 自行车的基本结构自行车的基本结构包括：1）前轮；2）辐条；3）花鼓；4）前叉；5）前刹；6）钢索；7）刹车及变速把手；8）车把；9）竖杆；10）车架；11）前变速；12）车座杆；13）车座；14）后刹；15）货架；16）飞轮；17）反光镜；18）后轮；19）后变速；20）脚撑；21）气门；22）后轮；23）链条；24）轮盘；25）脚踏；26）曲柄等等。
2 自行车受力分析根据自行车的构造可以看出，后轮为主动轮，是整个车体的驱动部分，而前轮为从动轮，在自行车运动时两个轮子均成顺时针转动，那么两个轮子的受力状况存在什么区别呢？下面我们分别对两个轮子的受力状态进行分析。
首先是后轮，其受力分析如下图1所示，后轮通过脚踏板和链条等传动装置，获得一个来自人力的力矩M1，因此呈顺时针方向转动，由于车轮相对于地面呈向后运动的趋势，所以会受到地面对其向前的摩擦力Fs，其力矩为M2，这就是驱动自行车向前运动的作用力。
图1 自行车后轮受力作用图我们再来看前轮，其受力分析如下图2所示，由于前轮为从动轮，因此它会被迫成顺时针方向转动，因此其相对地面的运动趋势为向前，所以会受到一个向后的摩擦作用力Fs’。
自行车上的简单机械PPT(完善版)
普通自行车
一般采用单速或简单的 变速系统，传动效率较
高但适应性较差。
山地自行车
公路自行车
多采用复杂的变速系统， 以适应崎岖不平的路面
和不同骑行需求。
追求高速度和轻量化，传动 系统更加精细和高效，常采
用高级别的变速系统。
折叠自行车
为便于折叠和携带，传动 系统相对简单，但也要保
证基本的骑行性能。
03
自行车制动系统
安全骑行注意事项
保持车况良好
定期检查刹车装置磨损情况， 及时更换磨损严重的部件，确
保制动性能良好。
正确使用刹车
骑行前应熟悉刹车装置的操作 方法，遇到紧急情况时能够迅 速准确地使用刹车。
注意路面情况
在湿滑、油污等路面条件下， 应提前减速慢行，避免急刹导 致摔倒。
遵守交通规则
在道路上骑行时应遵守交通规 则，注意观察交通信号和路况
，确保安全骑行。
04
自行车转向系统
车把结构与设计要素
车把类型
直把、燕把、蝴蝶把等，不同类型车把提供不同 的操控性能和舒适度。
车把材质
铝合金、碳纤维等，轻量化同时保证强度和刚度。
车把角度和宽度
影响操控稳定性和舒适度，需根据骑行需求和人 体工学设计。
转向灵活性影响因素分析
车头管角度
车轮尺寸和胎压
决定自行车转向灵敏度，角度越小， 转向越灵活。
现代自行车多样化
山地车、公路车、城市车等
简单机械原理介绍
01
02
03
04
杠杆原理
动力臂与阻力臂的比例关系
齿轮传动
大小齿轮间的速度与力矩转换
链传动
链条与齿轮间的配合与运动传 递
轴承与滑动摩擦
新首师大版科学六年级下册第二单元 设计与制作《自行车的行驶》优质课件
7
我认为自行车是这样行驶的： • 脚蹬、链条、链轮、曲柄、飞轮、后轴、后轮
当人踏动脚蹬时，就能把动力通过曲柄 、链轮、链条、飞轮、后轴传递到自行车的 后轮上，使自行车的轮子转动。
8
研究自行车如何行驶记录表
链轮 第一 第二 第三
次
次
次
大连轮 一 两 三 圈圈圈
小链轮 3.2 6.4 9.6 圈圈圈
新首师大版科学六年级下册
7.自行车的行驶
第二单元 设计与制作
2
3
链条传动
后轮 、链轮 、脚蹬、后轴、曲柄、链条
4
自行车的行驶
机器
工 作 部 分
动 力 部 分
传 动 部 分
操 纵 部 分
链皮齿
风 水 电 条带轮
车 轮 动 传传传
机 动动动
5
6
观察自行车，找出与行驶有关的部件，标在下图相应的部位。
41齿
9
结论
用大链轮带动小链轮很省距离。
10
大小链轮互换
• 我发现：
• 大链轮带动小链轮省力； • 小链轮带动大链轮费力。
11
课堂总结
同学们，这节课你 有哪些收获呢？
12
谢谢观看 !
2024/4/10
13
山地车几何尺寸受力分析
山地车几何尺寸受力分析大部分的骑车人或自行车族，都将车架的几何当成一种魔法妖术，里面充满了难以理解、永远都搞不懂的事实。
几乎所有的现代越野登山车只在几种角度内变来变去，两度的差异就可立判车架的高下。
二十年来的试验造就了一个放诸四海皆准的登山车车架几何:71°的头管角度、73°的座管角度、23英寸的上管长度、16.9英寸的后下叉长度及12英寸的BB高度。
车架尺寸配方上小小的更动，就能大大地改变车子的操控性。
MBA 每年都要试骑40台以上的登山车，而且没有例外的，我们发现，每一台车子都有自己的个性。
常识告诉我们，车架几何一小丁点的更动，对登山车的操控性似乎不会有什么大不了的改变。
但事情却不是想像的这样，车架各部份的长度、角度的不同，真的会让你现在看到外观大同小异的车子，骑起来是如此的不同。
像传奇性的感觉或完美的均衡这样的形容字眼，并不常出现于MBA杂志评比、试骑的车子上。
车架设计师完完全全地了解，我们所谓的车架几何，一只手就数得出来的角度关键点。
任何有经验的登山车骑士，大概踏曲柄转个三圈之内，也就能分辨出一台车子到底是什么牛鬼蛇神。
座管角度是指座管向后倾斜的角度，用以补偿骑士腿长。
当座垫在合适的高度时，也就是脚可以完美伸展的状态下，在大齿盘曲柄指向三点钟方向时，你的脚踝必须在你的膝盖之下。
一百年的车架制造史经验积累，设计师们发现，73°的座管角度，可以满足大部分的骑士。
这个角度可以弥补腿短的骑士，高个子的人拉高座垫时，座垫位置可以往后移一些，而小个子的人调低座垫，座热位置是稍微往前跑的。
当然有例外的身材，但是当73°座管角和座垫的前后调整配合时，几乎可以将所有骑士安置于和曲柄搭配好的正确、适当的位置。
当然，这是普遍情况。
有充分的理由驱使设计师们试着再将座管角度后倾或前挺一些。
座管角度同时也决定了骑士体重在前后两个轮子之间的均衡分配，也就是重心。
骑士愈高，那么他坐上车子后，大部分的体重会落在前轮。
自行车受到的摩擦力分析
自行车上的摩擦力研究报告认识了摩擦力，探究了影响滑动摩擦力大小有两个因素，并知道增加有益摩擦和减小有害摩擦的方法。
摩擦力通常分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦几种。
滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面滑动时，所受到的阻碍物体相对运动的力。
影响滑动摩擦力大小有两个因素： 1. 摩擦力的大小与接触面间的压力大小有关，接触面粗糙程度一定时，压力越大摩擦力越大。
2. 摩擦力的大小与接触面的粗糙程度有关，压力一定时，接触面越粗糙，摩擦力越大。
在日常生活中和生产活动中，有些摩擦是有利的，有些摩擦是有害的。
我们总是要增大有益的摩擦，减小有害摩擦。
增大有益摩擦的方法有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
减小有害摩擦的方法有多种：1、减小接触面的粗糙程度来减小摩擦；2、用减小压力的方法来减小摩擦；3、利用滚动摩擦来减少摩擦；4、给某些部件加润滑剂；5使两个接触面彼此分开，如：气垫船、磁悬浮列车都是利用这种方法减小摩擦的。
生活中到处都有摩擦力，为了进一步了解摩擦力，锻炼自己理论联系实际能力，了解物理与实际生活的联系，我们对结构比较简单，应用比较广泛的自行车进行了研究。
研究方式：1、查阅教材进一部熟悉有关摩擦力的知识。
2、拆卸、观察自行车的结构。
找出与摩擦力有关的部分。
3、询问老师、家长和修车师傅有关自行车的一些问题。
4、亲自去骑不同类型的自行车，具体体会它的不同之处。
5、利用网络资源收集有关自行车的资料。
6、分组分析讨论，大家合作，形成实验报告。
研究内容：一、自行车上增大有益摩擦，减小有害摩擦的方法自行车的种类很多，不管是哪种自行车，增大和减小摩擦的方法都差不多。
自行车上增大有益摩擦的方法大抵有两种：1增加接触面的粗糙程度来增大摩擦；2、用增大压力的方法来增大摩擦。
自行车很多地方都采用了第一种方法来增大摩擦-----增加接触面的粗糙程度来增大摩擦的.例如：图1：自行车的把手做成有花纹的图2：自行车的踏脚有花纹图3：轮胎做有花纹自行车也有一些地方是采用第二种方法---增大压力的方法来增大摩擦，如：自行车上用来固定零件的螺丝和螺帽必须要悬紧，以增大压力，增大摩擦力，防止螺帽脱落（如图4）。
八年级物理下册第八章第1节牛顿第一定律(第1课时牛顿第一定律)课件(新版)新人教版
5.(2012·陕西中考)如图是牛顿第一定律的实验基础之一,让同
一小车从斜面相同高度静止滑下,比较小车在不同水平面上通
过的
,据此可以推理得出:当水平面绝对光滑时,小车
将做
。
【解析】本题考查牛顿第一定律的探究过程。小车应从斜面同 一高度上由静止滑下,使其到达斜面底端的初始速度相等,比较 在不同的水平面上小车通过的距离(或路程)。从实验中可以看 出,水平面越光滑,对小车的阻力越小,小车运动得越远,小车的速 度减小得越慢。当水平面绝对光滑时,小车受到的阻力为0,即小 车在水平方向上不受力的作用时,小车将会做匀速直线运动。牛 顿就是在上述实验的基础上通过科学推理得到了牛顿第一定律。 通过对理想状态的想象与推理,得出进一步的结论,这种方法叫 科学推理法,也被称为理想实验法。 答案:距离(或路程) 匀速直线运动
【精讲精析】选C。由牛顿第一定律可知,物体不受外力时,将保 持原来的运动状态不变,因此瓶塞向右冲出时,若一切外力全部 消失,则瓶塞的运动状态不会改变,瓶塞将水平向右做匀速直线 运动。 【方法归纳】牛顿第一定律的应用
1.关于牛顿第一定律的建立,下列说法中正确的是( ) A.直接由猜想得到的 B.直接由日常经验得到的 C.直接由实验得到的 D.通过分析事实、概括、推理得出的 【解析】选D。本题考查牛顿第一定律的得出方法。牛顿第一定 律是在实验的基础上进一步推理概括出来的科学理论,而不是直接 通过实验得出的,也不是直接经过推论得出的。故选D。
5.牛顿第一定律能用实验直接证明吗?它是怎么得出的? 提示:牛顿第一定律是在实验的基础上,通过合理推理得出来的, 不是完全通过实验得出的。 参考答案:不能 在实验基础上,再合理推理得出的。
牛顿第一定律 1.内容:一切物体在_没__有__受__到__力__的作用时,总保持_静__止__状态或_匀__ _速__直__线__运__动__状态。 2.说明:牛顿第一定律是在大量_经__验__事__实__的基础上,通过进一步 的_推__理__而概括出来的,因此它_不__是__(选填“是”或“不是”)实 验定律。
自行车的受力分析
目录
• 自行车的基本结构 • 自行车的运动原理 • 自行车受到的力 • 自行车的平衡分析 • 自行车的性能优化
01 自行车的基本结构
车架
01
02
03
受力分析
车架是自行车的主体结构， 承受骑行者的体重以及行 驶过程中的各种外力。
材质与构造
车架通常由铝合金、碳纤 维等轻量化材料制成，设 计上需满足强度和刚度的 要求。
静态平衡是自行车最基本的状态，也 是实现动态平衡的基础。在静态平衡 状态下，自行车的重心位置和支点位 置决定了自行车的稳定性。
动态平衡
动态平衡是指自行车在行驶过程中保持平衡的状态。此时，自行车受到的外力包括重力、地面给它的 支持力、摩擦力和空气阻力等。
动态平衡的实现需要骑行者的身体姿态和力量控制，以及自行车的悬挂系统和转向系统等机构的协同 作用。通过调整骑行者的身体姿态和力量控制，以及自行车的悬挂系统和转向系统等机构的参数，可 以优化动态平衡的表现。
详细描述
当地面反作用力大于自行车的驱动力 时，自行车将停止前进。地面反作用 力的大小取决于自行车的轮胎与地面 的摩擦力以及自行气阻力是自行车在空气中运动时受到的阻力，它阻碍自行 车的运动。
详细描述
空气阻力的大小取决于自行车的速度、形状和表面粗糙度。 为了减少空气阻力，可以采取减小自行车迎风面积、优化车 身设计以及使用低阻轮胎等措施。
03 自行车受到的力
重力
总结词
重力是自行车受到的主要力之一，它作用在自行车和骑行者的整体上，使自行 车和骑行者向地面方向沉降。
详细描述
重力是由地球吸引产生的力，它垂直向下作用在自行车和骑行者上。在平路上， 重力使自行车和骑行者向地面沉降，而在下坡路面，重力则帮助自行车加速。
《摩擦力》运动和力PPT课件
A
八 物理
10、下框是我们的日常生活中积累的一些增大或减小摩擦力的实例，请 你用笔画线将对应的左框连接起来。
锁生锈不好开时，可将铅笔芯削成碎粉末注入锁孔，就易打开
增
拉胡琴时要在弓上抹点松香，这样发出的声音才响亮
大
摩
擦 力
当拉链不流畅时，可在拉链上抹一点石蜡，就会变得好拉了
当向木板中钉钉子时，用肥皂水蘸一下钉子再钉就容易多了
趋势时，才有可能受到摩擦力
ห้องสมุดไป่ตู้
八 物理
八 物理 二、探究：摩擦力的大小与什么有关
问题：摩擦力的大小与什么有关？ 猜想： 1.接触面所受的压力
2.接触面的粗糙程度 3. …… 依据：当你推箱子时,箱子越重,推起来越费力;地面 越粗糙, 推起来越费力. 原理：二力平衡的条件。 器材：弹簧测力计 ,砝码,木块,长木板 实验：分12组进行实验，时间15分钟，每组记录实 验数据。
符号：f 单位：牛 N 2、产生的条件：
（1）接触且接触面粗糙（不光滑）或相互接 触并挤压。 （2）有相对运动或相对运动的趋势
3、摩擦力方向与作用点： 摩擦力的方向总是跟相 对运动或相对运动趋势的方向相反；作用点在两个 接触面上。
3、摩擦的种类 ①滑动摩擦 ②滚动摩擦 ③静摩擦
八 物理
二、探究：摩擦力的大小与八什么物有理关
分析
八 物理
1、物体将要运动时，接触面会阻碍物体 运动，这个力叫静摩擦力。
2、物体在滑动（或滚动）过程中，接触 面也会阻碍物体运动，这个力叫滑动（或 滚动）摩擦力。
3、接触面阻碍物体运动的力统称为摩擦 力
八 物理
1、两个相互接触的物体，当它们发生相对 运动或具有相对运动的趋势时，就会在 接触面上产生阻碍相对运动的力，这种 力就叫做摩擦力.
自行车中的物理知识
电动自行车以其轻便，经济，环保倍受消费青睐。 某型号电动直行车的主要技术参数如表所示。
教学反思：
通过本节专项复习，既让学生 掌握了自行车中的物理知识又能让 学生知道身边有许多物理现象，拓 展了学生的知识面。
电动自行车以其轻便，经济，环保倍受消费青睐。某型号 电动直行车的主要技术参数如表所示。 （1）请写出电动自行车在下列过程中的能量转化
3．车把轮轴方面:
(1)自行车的车把相当于轮轴，车把相当于轮，前 轴为轴，是一个省力杠杆，如图所示．
3．车把轮轴方面:
(2)自行车的脚踏板与中轴也相当于一个轮轴， 实质为一个省力杠杆．
3．车把轮轴方面:
(3)自行车的飞轮也相当于一个省力的轮轴．
4．惯性方面
(1)当人骑自行车前进 时，停止蹬自行车后， 自行车仍然向前走，是 由于它有惯性．
2．压强方面: (4)自行车的车座做得扁而平，来增大受力面积，
以减小它对身体的压强．
2．压强方面： (5)一般情况下，充足气的自行车轮胎着地面积大
约为S=2×10cm×5cm=100cm2 =0.01m2，当 一个中学生骑自行车前进时，自行车对地面的压 力大约为F=(500N+150N)=650N，可以计算出 自行车对地面的压强为6.5×104Pa．
自行车中还涉及物理知识
声现象、光学、热学、电学、
会骑吗？
能骑吗？
课堂小结：
1.通过本节的学习，你有哪些收获？ 2.你还想知道什么？
谢谢合作 欢迎指导
4、自行车车架密度为1.6×10³kg/m³，体积为2.5×10-³m³， 若运动员质量为60kg，车架重是整车重的2/3，车胎与水平 赛道接触总面积为30cm2，若运动员骑自行车在平直公路上 匀速运动500m，所用时间为80s。假设自行车在行驶过程中 受到的阻力为其总重力的1/12。（g＝10N/kg）求：
有限元分析强度分析(自行车车架力学实验关键承力结构)
有限元分析强度分析(自行车车架力学实验关键承力结构)机械1202 马也 3120301052引言：自行车的车身主要有前车架和后车车架组成，为了对已经制造出来的自行车进行承受能力实验，设计师专门针对这个分析设计了一套夹具(工装)，以便于自行车车架受力试验的进行。
试验中关键的部位是两个轴（图1中A和C两个位置），这两根曲轴是车架的受压试验直接着力点，设计要求前后支架载荷比例满足：1:1.43，并且要求前后轴受力在1000N以上。
设计师在设计时根据设计经验设计了一套架子（图1），但是不能确保两根轴的强度是否满足要求，因此采用有限元ANSYS对车架进行了力学分析和强度计算，对这个设计方案的可靠性验证具有重要参考意义。
图1 自行车受力架三维图分析思路：整个支架主要有前支架和后支架构成，分析对象为支架上的两根不同跨距的支杆，而支杆的强度只与杆上的载荷和接触有关，从图上也可以看出杆才是整个结构强度最弱的部位。
两根支杆和整个支架均采用普通不锈钢材料。
影响计算精度的最大影响因素为材料、网格、接触和约束。
在网格达到一定数量后，由于有限元的网格无关系，这时可以不用考虑网格的影响了，同种材料下的强度计算时，杆的接触设置是关键，这里采用No separation进行接触设置。
载荷以坐标分量的形式在Y轴（重力方向）分别施加不同的载荷，直至达到材料的屈服强度位置（材料一旦进入屈服，就会发生永久性的变形，此处为杆的弯曲）。
为了计算出结构的最大安全载荷，也就结果从弹性变形过渡到塑性变形的临界载荷，下面对两杆和支架分别进行了载荷计算，因为试算的次数比较多，因此工作量非常大。
在分别求出各杆的最大临界载荷后在整个支架模型上分别添加最大临界载荷，最后考察总体受力情况。
具体实现步骤如下“1双击ANSYS workbench启动按钮，启动ANSYS workbench如下图所示：2.ANSYS WORKBENCH启动后弹出工具栏如下图，双击Static Structural3. 双击Engineering Data设定材料属性,从通用材料库中选择不锈钢(Stainless Steel)，材料参数结果如下图所示。
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•
（9）
• F1联立f（l1）a、1（ 8）G、/（l 9）fh，1解得
F2 f a fh G /l fh1
•
F1 F2
•
•
刹后闸时 ， ，的分母不可能为零，则为一有限
写在最后
• 篇一
• 我们已经分析了自 行几种基本运动状态时 的受力情况，有兴趣的 孩纸可对自行车转向， 圆周运动，腾空等等较 为复杂的运动进行分析。
滑下过程中
前后轮所受摩擦力均向后， 故整个车体受到的摩擦力为 与运动方向相反的阻力。
状态五：刹车
•
日常生活中，
常有骑自行车的人
在急刹车时车体出
现前翻、打横、或
前翻与打横的现象。
特别对刚学会骑自
行车的人在北方冬
天较光滑的冰雪路
面更是难于行驶。
这些现象是怎样产
生的，又该怎样避
免呢？ 我们试图对
刹车时的现象进行
尾，人就有可能被甩出去。
• 从公式可以• 看出，若想刹前闸时比较平稳， 应h尽量减小，l尽量增大，同时a也尽量增大。 所以设计自行车都是两轮间距l较大，坐垫高度 h不高，且坐垫靠近后轮，这样设计是合理的。
后轮刹车
•
刹车时，刹皮与车圈间的摩擦力，会阻碍后轮的
转动。手的压力越大，刹皮对车圈的压力就越大，产
力学分析，希望对
不同刹车方式产生不同现象
•
在有摩擦的水平面上沿直线行驶
时。如果捏前闸，质心较高较靠前，
地面与车摩擦较大时．车较易前翻；
如果捏后闸．质心较低，地面与车
摩擦较小时，车不易前翻；
•
如果人体相对车不变位置时，捏
• 在摩擦较小前(如闸冰较雪捏路后面闸)水车平更面易上前，翻且．前后轮不
在一直线上前进，此时刹车易出现车打横．捏前闸
状态三：匀速爬坡
•
•
匀速前进的水平方向
• 爬坡过程 下坡的垂直斜面方向 选择性综
合
•
具体分析留给有兴趣滴孩纸~~
状态四：下坡
下坡不踩踏板 当骑行者不再踩踏板的 时候，后轮的速度小于 车速。因此，后轮随车 的向前运动而转动，两 个轮子都变成了“从动 轮”。在接触面，后轮 与地面相对向前运动， 所以摩擦力方向向后。 前轮始终向后。
• 后轮作为主动轮， 是整个车体的驱动部 分。其受力分析如下 图所示：
图2
后轮在车轴的部分有一个经过传 导得到的来自于人的力偶M1； 地面对车轮的力系是一个平面 力系，可以简化为一个力偶M2， 以及滚动摩擦力FS，因为摩擦 力的方向是与物体相对运动趋 势相反,主动轮动起来时,轮子最 下面一点与地面接触.此点相对 于地面来说是向后运动的，所 以地面给后轮的滚动摩擦力向 前,这个滚动摩擦力FS就是推动 整个车向前的动力。
比捏后闸更易打横。前后轮轴速度方向的间距(车与
路面的摩擦力作用线之间间距)越犬，刹车时更易打
横、放平。
不同刹车方式产生不同现象
当需要紧急刹车时，如果刹车前闸，身体 会受到猛烈的冲击。若车速很快或者车较轻， 自行车还有可能猛甩一下。而刹车后闸则比 较平稳，震动不大。所以一般推荐使用后闸。
具体受力分析
N1 N2 G 0
刹车前闸
•
当刹车前闸时，假设前轮突然停止转动即产生滑
动摩擦，后轮仍转动，补充方程为：
•
F1 fN 1
(2)
• •
F2 fN 2
(3)
f
0,1
• 可变式为中含参为数摩擦F2的系等数fN式。2：引入参数
，则（3）
•
（4）
•
• F1联立f（l1）a、1（2）G、/（l 4）fh，1解得
•
在我们蹬脚踏
时，我们的蹬力带
动前齿轮转动。前
齿轮带动车链转动，
车链又带动后齿轮
转动，再由后齿轮
带动后轮转动。后
轮转动时，受到向
前的摩擦力作用，
推动自行车前进。
不同状态时的受力分析
状态一：静止
• 人与车的重力与地面对车的支持力平
衡。
•
自行车的前后轮都相对于地面
作纯滚动，但是它们受力情况不同。
后轮
•
如把人看成一个系统，分析刹车瞬间的受力情况，
如摩上擦图阻所力示。、A、G的B两作点用分。别系N1受统N到质2 地心面在支C点反，力F1
F、2 和
为总质
量 ，X F0x为刹车Y时 0系统受M到A(的F)惯 0性力，则系统的平衡方
程为（1）
• • F即1 F2 Fx 0
N1l Fx h Ga 0
•
写在最后
生的摩擦力也就越大，后轮就转动的越慢。如果完全
刹死，后轮与地面之间的摩擦由滚动摩擦变为滑动摩
擦力，且方向向后，阻碍自行车的运动，因此自行车
会停下来。
刹车后闸
•
当刹车后闸时，后轮B处发生滑动摩擦，前轮仍转
动，补充方程为
•
F1 fN 1
(7)
•
F2 fN 2
0,1
(8)
• 引入参数
F1，则fN（1 3）可变为含参数的等式：
车前进的动力来源，所以后轮是主动轮。在接触面， 后轮相对于地面向后运动，所以摩擦力向前，后轮 和车会做加速运动。前轮是从动轮，受到的摩擦力 向后。
状态三：匀速前进
•
匀速时，车受力平衡。人踩的力和车轮与
地面的摩擦力相互抵消。后轮与地面相对向后
运动，• 前后轮受到的摩擦力大小相等，方向相反。
自行车的受力分析
自行车与生活
• 自行车是我们日常 生活中极其 常见的 一种交通工具。
• 据统计目前中国有大约 七亿辆自行车。
• 骑自行车是当下户外活 动的热门交通方式，它不 仅有益身心健康，更体现 了环保、自然的生活理念。
• 简单的自行车中含有许 多的物理知识，现在我们 将对自行车做受力分析。
工作原理
• F fa fhG /l fh1
（5）
刹车前闸时，式（5）中分母有
可能为零，从而 F1 趋于无穷大，
所以骑车人可以感觉到猛烈的冲击。
•
若F1 ,
F＜2 0，fN由2
必a
Nf，h2 ＜那0么，即＜F2
0，这意味着后轮不着地，整个
系统以A为支点转动，则打横甩
前轮
• 对前轮进行受力分析。 如下图所示：
图3
•
• 前轮作为从动轮本 身不会自发 运动,但 后轮动了，整个车身 必然向前动起来(包括 不会自发运动的前轮)。 因为地面不会动,那么 前轮相对地面来说向 前运动，所以地面给 前轮的摩擦力向后。
状态二：起动
• • 起动（或加速）时，轮速大于车速，后轮是自行